Echipamentul de navigație este de diferite tipuri și modificări. Există sisteme concepute pentru a fi utilizate în larg, altele sunt adaptate publicului larg, folosind navigatori în multe privințe în scopuri de divertisment. Ce sunt sistemele de navigație?
Ce este navigarea?
Termenul „navigație” este de origine latină. Cuvântul navigo înseamnă „navig pe o navă”. Adică, inițial a fost de fapt un sinonim pentru transport sau navigație. Dar odată cu dezvoltarea tehnologiilor care facilitează navigarea navelor în oceane, odată cu apariția aviației, a tehnologiei spațiale, termenul a extins semnificativ gama de interpretări posibile.
Astăzi, navigarea înseamnă un proces în care o persoană controlează un obiect în funcție de coordonatele sale spațiale. Adică, navigarea constă din două proceduri - acesta este controlul direct, precum și o greșeală de calcul a căii optime a obiectului.
Tipuri de navigare
Clasificarea tipurilor de navigație este foarte extinsă. Experții moderni disting următoarele soiuri principale:
- auto;
- astronomic;
- bionavigație;
- aer;
- spațiu;
- maritim;
- navigație radio;
- satelit;
- subteran;
- informativ;
- inerțial.
Unele dintre tipurile de navigare de mai sus sunt strâns legate - în principal datorită comunității tehnologiilor implicate. De exemplu, navigația auto folosește adesea instrumente specifice satelitului.
Există tipuri mixte, în cadrul cărora sunt utilizate simultan mai multe resurse tehnologice, cum ar fi, de exemplu, sistemele de navigație și informații. Ca atare, resursele de comunicații prin satelit pot fi cheie în ele. Cu toate acestea, scopul final al implicării lor va fi acela de a oferi grupurilor de utilizatori țintă informațiile necesare.
Sisteme de navigație
Tipul corespunzător de navigare formează, de regulă, un sistem cu același nume. Există, așadar, un sistem de navigație auto, maritim, spațial etc. Definiția acestui termen este prezentă și în comunitatea de experți. Sistemul de navigație, în conformitate cu interpretarea comună, este o combinație de diferite tipuri de echipamente (și, dacă este cazul, software) care vă permit să determinați poziția unui obiect, precum și să calculați traseul acestuia. Setul de instrumente de aici poate fi diferit. Dar, în majoritatea cazurilor, sistemele se caracterizează prin prezența următoarelor componente de bază, cum ar fi:
- carduri (de obicei în formă electronică);
- senzori, sateliți și alte agregate pentru calcularea coordonatelor;
- obiecte non-sistem care oferă informații despre locația geografică a țintei;
- unitate de analiză hardware-software care furnizează date de intrare și de ieșire, precum și care conectează primele trei componente.
De regulă, structura anumitor sisteme este adaptată nevoilor utilizatorilor finali. Anumite tipuri de soluții pot fi accentuate către partea software, sau, dimpotrivă, partea hardware. De exemplu, sistemul de navigație Navitel, care este popular în Rusia, este în mare parte software. Este destinat utilizării unei game largi de cetățeni care dețin diverse tipuri de dispozitive mobile - laptopuri, tablete, smartphone-uri.
Navigație prin satelit
Orice sistem de navigație presupune, în primul rând, determinarea coordonatelor unui obiect – de obicei geografice. Din punct de vedere istoric, instrumentele umane în acest sens au fost îmbunătățite constant. Astăzi, cele mai avansate sisteme de navigație sunt satelitul. Structura lor este reprezentată de un set de echipamente de în altă precizie, dintre care o parte se află pe Pământ, în timp ce ceal altă parte se rotește pe orbită. Sistemele moderne de navigație prin satelit sunt capabile să calculeze nu numai coordonatele geografice, ci și viteza unui obiect, precum și direcția de mișcare a acestuia.
Elemente de navigare prin satelit
Sistemele corespunzătoare includ următoarele elemente principale: constelație de sateliți, unități de la sol pentru măsurarea coordonării obiectelor orbitale și schimbul de informații cu acestea, dispozitive pentru utilizatorul final(navigatoare) dotate cu software-ul necesar, în unele cazuri - echipamente suplimentare pentru specificarea coordonatelor geografice (turnuri GSM, canale Internet, balize radio etc.).
Cum funcționează navigația prin satelit
Cum funcționează un sistem de navigație prin satelit? În centrul activității sale se află un algoritm pentru măsurarea distanței de la un obiect la sateliți. Acestea din urmă sunt situate pe orbită practic fără a-și schimba poziția și, prin urmare, coordonatele lor față de Pământ sunt întotdeauna constante. În navigatoare sunt stabilite numerele corespunzătoare. Găsind un satelit și conectându-se la acesta (sau la mai mulți deodată), dispozitivul determină, la rândul său, poziția sa geografică. Metoda principală aici este de a calcula distanța până la sateliți pe baza vitezei undelor radio. Un obiect care orbitează trimite o solicitare către Pământ cu o precizie excepțională a timpului - ceasurile atomice sunt folosite pentru aceasta. După ce a primit un răspuns de la navigator, satelitul (sau un grup de ei) determină cât de departe a parcurs unda radio pentru o anumită perioadă de timp. Viteza de mișcare a unui obiect este măsurată într-un mod similar - doar măsurarea aici este ceva mai complicată.
Dificultăți tehnice
Am stabilit că navigarea prin satelit este cea mai avansată metodă pentru determinarea coordonatelor geografice astăzi. Cu toate acestea, utilizarea practică a acestei tehnologii este însoțită de o serie de dificultăți tehnice. Ce, de exemplu? În primul rând, aceasta este neomogenitatea distribuției câmpului gravitațional al planetei - aceasta afectează poziția satelitului față de Pământ. Aceeași proprietate se caracterizează și prinatmosfera. Neomogenitatea sa poate afecta viteza undelor radio, din cauza căreia pot exista inexactități în măsurătorile corespunzătoare.
O altă dificultate tehnică - semnalul transmis de la satelit către navigator este adesea blocat de alte obiecte de la sol. Drept urmare, utilizarea completă a sistemului în orașele cu clădiri în alte este dificilă.
Utilizarea practică a sateliților
Sistemele de navigație prin satelit găsesc cea mai largă gamă de aplicații. În multe feluri - ca element al diverselor soluții comerciale de orientare civilă. Poate fi atât dispozitive de uz casnic, cât și, de exemplu, un sistem multimedia de navigație multifuncțional. În afară de utilizarea civilă, resursele satelitului sunt folosite de topografi, cartografi, companii de transport și diferite servicii guvernamentale. Sateliții sunt utilizați activ de geologi. În special, ele pot fi utilizate pentru a calcula dinamica mișcării plăcilor tectonice de pământ. Navigatoarele prin satelit sunt, de asemenea, folosite ca instrument de marketing - cu ajutorul analizei, care include metode de geopoziționare, companiile efectuează cercetări asupra bazei lor de clienți și, de asemenea, trimit, de exemplu, publicitate direcționată. Desigur, structurile militare folosesc și navigatoare - ei au fost cei care, de fapt, au dezvoltat cele mai mari sisteme de navigație de astăzi, GPS și GLONASS - pentru nevoile Armatei SUA și, respectiv, Rusiei. Și aceasta nu este o listă exhaustivă a zonelor în care pot fi utilizați sateliții.
Navigație modernăsisteme
Ce sisteme de navigație sunt în prezent în funcțiune sau în curs de desfășurare? Să începem cu cel care a apărut pe piața publică globală înaintea altor sisteme de navigație – GPS. Dezvoltatorul și proprietarul său este Departamentul de Apărare al SUA. Dispozitivele care comunică prin sateliți GPS sunt cele mai comune din lume. În principal pentru că, așa cum am spus mai sus, acest sistem de navigație american a fost introdus pe piață înaintea concurenților săi moderni.
GLONASS câștigă în mod activ popularitate. Acesta este un sistem de navigație rusesc. Aparține, la rândul său, Ministerului Apărării al Federației Ruse. A fost dezvoltat, conform unei versiuni, în aproximativ aceiași ani cu GPS-ul - la sfârșitul anilor 80 - începutul anilor 90. Cu toate acestea, a fost introdus pe piața publică abia recent, în 2011. Tot mai mulți producători de soluții hardware pentru navigare implementează suportul GLONASS pe dispozitivele lor.
Se presupune că sistemul global de navigație „Beidou”, dezvoltat în China, poate concura serios cu GLONASS și GPS. Adevărat, în momentul de față funcționează doar ca una națională. Potrivit unor analiști, poate primi statutul global până în 2020, când un număr suficient de sateliți va fi lansat pe orbită - aproximativ 35. Programul de dezvoltare a sistemului Beidou este relativ tânăr - a început abia în 2000, iar primul satelit a fost dezvoltat de către unii analiști. Dezvoltatori chinezilansat în 2007.
Europenii încearcă, de asemenea, să țină pasul. Sistemul de navigație GLONASS și omologul său american ar putea concura cu GALILEO în viitorul apropiat. Europenii plănuiesc să desfășoare o constelație de sateliți în numărul necesar de unități de obiecte orbitale până în 2020.
Printre alte proiecte promițătoare pentru dezvoltarea sistemelor de navigație, se remarcă IRNSS indian, precum și QZSS japonez. În ceea ce privește prima publicitate publică pe scară largă, informațiile despre intențiile dezvoltatorilor de a crea un sistem global nu sunt încă disponibile. Se presupune că IRNSS va deservi numai teritoriul Indiei. Programul este, de asemenea, destul de tânăr - primul satelit a fost pus pe orbită în 2008. De asemenea, se așteaptă ca sistemul de satelit japonez să fie utilizat în principal în teritoriile naționale ale țării în curs de dezvoltare sau în apropierea acestora.
Precizia poziționării
Mai sus, am remarcat o serie de dificultăți care sunt relevante pentru funcționarea sistemelor de navigație prin satelit. Printre principalele pe care le-am numit - locația sateliților pe orbită sau mișcarea lor de-a lungul unei anumite traiectorii nu este întotdeauna caracterizată de stabilitate absolută din mai multe motive. Acest lucru predetermină inexactități în calcularea coordonatelor geografice în navigatoare. Cu toate acestea, acesta nu este singurul factor care afectează corectitudinea poziționării utilizând un satelit. Ce altceva afectează acuratețea calculelor de coordonate?
În primul rând, este de remarcat faptul că ceasurile atomice care sunt instalate pe sateliți nu sunt întotdeauna absolut precise. Sunt posibile, deși destul demici, dar încă afectând calitatea erorilor sistemelor de navigație. De exemplu, dacă se comite o eroare la nivelul zecilor de nanosecunde la calcularea timpului în care se mișcă o undă radio, atunci inexactitatea în determinarea coordonatelor unui obiect de la sol poate fi de câțiva metri. În același timp, sateliții moderni au echipamente care fac posibilă efectuarea de calcule chiar și ținând cont de eventualele erori în funcționarea ceasurilor atomice.
Am remarcat mai sus că printre factorii care afectează acuratețea sistemelor de navigație se numără eterogenitatea atmosferei Pământului. Ar fi util să se completeze acest fapt cu alte informații referitoare la influența regiunilor apropiate de Pământ asupra operațiunii sateliților. Faptul este că atmosfera planetei noastre este împărțită în mai multe zone. Cea care se află de fapt la granița cu spațiul deschis - ionosfera - este formată dintr-un strat de particule care au o anumită sarcină. Aceștia, ciocnind cu undele radio trimise de satelit, își pot reduce viteza, drept urmare distanța până la obiect poate fi calculată cu o eroare. Rețineți că dezvoltatorii de navigație prin satelit lucrează și cu acest tip de sursă de probleme de comunicație: algoritmii pentru funcționarea echipamentelor orbitale, de regulă, includ diferite tipuri de scenarii corective care iau în considerare particularitățile trecerii undelor radio prin ionosferă în calcule.
Norii și alte fenomene atmosferice pot afecta, de asemenea, acuratețea sistemelor de navigație. Vaporii de apă prezenți în straturile corespunzătoare ale învelișului de aer al Pământului, la fel ca particulele din ionosferă, afectează vitezaunde radio.
Desigur, în ceea ce privește utilizarea internă a GLONASS sau GPS ca parte a unor astfel de unități, cum ar fi, de exemplu, un sistem media de navigație, ale cărui funcții sunt în mare parte distractive, apoi mici inexactități în calcularea coordonatelor sunt nu critic. Dar, în utilizarea militară a sateliților, calculele corespunzătoare ar trebui să corespundă în mod ideal cu locația geografică reală a obiectelor.
Caracteristici ale navigației maritime
După ce am vorbit despre cel mai modern tip de navigare, să facem o scurtă digresiune în istorie. După cum știți, termenul în cauză a apărut pentru prima dată printre navigatori. Care sunt caracteristicile sistemelor de navigație maritimă?
Vorbind de aspectul istoric, se remarcă evoluția instrumentelor de care dispune navigatorii. Una dintre primele „soluții hardware” a fost busola, care, potrivit unor experți, a fost inventată în secolul al XI-lea. Cartografierea, ca instrument cheie de navigare, a fost, de asemenea, îmbunătățită. În secolul al XVI-lea, Gerard Mercator a început să deseneze hărți pe baza principiului utilizării unei proiecții cilindrice cu unghiuri egale. În secolul al XIX-lea, a fost inventat un buștean - o unitate mecanică capabilă să măsoare viteza navelor. În secolul al XX-lea, în arsenalul marinarilor au apărut radarele, iar apoi sateliții de comunicații spațiale. Cele mai avansate sisteme de navigație maritimă funcționează astăzi, culegând astfel beneficiile explorării umane a spațiului. Care este natura muncii lor?
Unii experți cred astaCaracteristica principală care caracterizează un sistem modern de navigație marină este că echipamentul standard instalat pe navă are o rezistență foarte mare la uzură și apă. Acest lucru este destul de de înțeles - este imposibil ca o navă care a plecat în călătorie deschisă la mii de kilometri de la uscat să se găsească într-o situație în care echipamentul eșuează brusc. Pe uscat, unde resursele civilizației sunt disponibile, totul poate fi reparat, dar pe mare este problematic.
Ce alte caracteristici notabile are un sistem de navigație maritimă? Echipamentul standard, pe lângă cerința obligatorie - rezistența la uzură, de regulă, conține module adaptate pentru fixarea anumitor parametri de mediu (adâncime, temperatura apei etc.). De asemenea, viteza navei în sistemele de navigație marină în multe cazuri este încă calculată nu prin sateliți, ci prin metode standard.
