Navigationsutrustning är av olika typer och modifieringar. Det finns system som är designade för användning på öppet hav, andra är anpassade för allmänheten och använder navigatorer i många avseenden för underhållningsändamål. Vad är navigationssystem?
Vad är navigering?
Termen "navigering" är av latinskt ursprung. Ordet navigo betyder "jag seglar på ett skepp". Det vill säga, från början var det faktiskt en synonym för frakt eller navigering. Men med utvecklingen av teknologier som gör det lättare för fartyg att navigera i haven, med tillkomsten av flyg, rymdteknik, har termen avsevärt utökat utbudet av möjliga tolkningar.
Idag betyder navigering en process där en person styr ett objekt baserat på dess rumsliga koordinater. Det vill säga, navigering består av två procedurer - detta är direkt kontroll, samt en felberäkning av den optimala vägen för objektet.
Navigeringstyper
Klassificeringen av navigeringstyper är mycket omfattande. Moderna experter särskiljer följande huvudsorter:
- bilindustri;
- astronomiskt;
- bionavigering;
- luft;
- blanksteg;
- maritimt;
- radionavigering;
- satellit;
- underground;
- informativt;
- tröghet.
Några av ovanstående typer av navigering är nära besläktade - främst på grund av att de inblandade teknikerna är gemensamma. Till exempel använder bilnavigering ofta satellitspecifika verktyg.
Det finns blandade typer, inom vilka flera tekniska resurser används samtidigt, som till exempel navigation och informationssystem. Som sådan kan satellitkommunikationsresurser vara nyckeln i dem. Det slutliga målet med deras engagemang kommer dock att vara att förse målanvändargrupperna med nödvändig information.
Navigationssystem
Motsvarande typ av navigering bildar som regel ett system med samma namn. Det finns därför ett bilnavigeringssystem, marin, rymd, etc. Definitionen av denna term finns också i expertgruppen. Navigationssystemet, i enlighet med den vanliga tolkningen, är en kombination av olika typer av utrustning (och, om tillämpligt, programvara) som låter dig bestämma positionen för ett objekt, samt beräkna dess rutt. Verktygslådan här kan vara annorlunda. Men i de flesta fall kännetecknas system av närvaron av följande grundläggande komponenter, såsom:
- kort (vanligtvis i elektronisk form);
- sensorer, satelliter ochandra aggregat för beräkning av koordinater;
- icke-systemobjekt som ger information om målets geografiska plats;
- analytisk enhet för hårdvara och mjukvara som tillhandahåller datainmatning och -utdata, samt länkar de tre första komponenterna.
Som regel är strukturen för vissa system anpassad efter slutanvändarnas behov. Vissa typer av lösningar kan accentueras mot mjukvarudelen, eller tvärtom hårdvarudelen. Till exempel är navigationssystemet Navitel, som är populärt i Ryssland, mest programvara. Den är avsedd att användas av ett brett spektrum av medborgare som äger olika typer av mobila enheter - bärbara datorer, surfplattor, smartphones.
Navigering via satellit
Vilket som helst navigationssystem involverar först och främst bestämning av koordinaterna för ett objekt - vanligtvis geografiska. Historiskt sett har mänskliga verktyg i detta avseende ständigt förbättrats. Idag är de mest avancerade navigationssystemen satelliter. Deras struktur representeras av en uppsättning högprecisionsutrustning, varav en del är belägen på jorden, medan den andra delen roterar i omloppsbana. Moderna satellitnavigeringssystem kan beräkna inte bara geografiska koordinater, utan också hastigheten på ett objekt, såväl som riktningen för dess rörelse.
satellitnavigeringselement
Motsvarande system inkluderar följande huvudelement: konstellation av satelliter, markbaserade enheter för att mäta koordinationen av orbitalobjekt och utbyta information med dem, enheter för slutanvändaren(navigatorer) utrustade med nödvändig programvara, i vissa fall - ytterligare utrustning för att specificera geografiska koordinater (GSM-torn, internetkanaler, radiofyrar, etc.).
Så fungerar satellitnavigering
Hur fungerar ett satellitnavigeringssystem? Kärnan i dess arbete är en algoritm för att mäta avståndet från ett objekt till satelliter. De senare är belägna i omloppsbana praktiskt taget utan att ändra sin position, och därför är deras koordinater i förhållande till jorden alltid konstanta. I navigatorerna är motsvarande nummer angivna. När du hittar en satellit och ansluter till den (eller till flera samtidigt), bestämmer enheten i sin tur dess geografiska position. Huvudmetoden här är att beräkna avståndet till satelliterna baserat på radiovågornas hastighet. Ett kretsande objekt skickar en förfrågan till jorden med exceptionell tidsnoggrannhet - atomklockor används för detta. Efter att ha fått svar från navigatorn bestämmer satelliten (eller en grupp av dem) hur långt radiovågen har färdats under en sådan och en sådan tidsperiod. Ett föremåls rörelsehastighet mäts på liknande sätt - bara mätningen här är något mer komplicerad.
Tekniska problem
Vi har bestämt att satellitnavigering är den mest avancerade metoden för att bestämma geografiska koordinater idag. Den praktiska användningen av denna teknik åtföljs emellertid av ett antal tekniska svårigheter. Vad, till exempel? Först och främst är detta inhomogeniteten i fördelningen av planetens gravitationsfält - detta påverkar satellitens position i förhållande till jorden. Samma fastighet kännetecknas också avatmosfär. Dess inhomogenitet kan påverka radiovågornas hastighet, vilket kan leda till felaktigheter i motsvarande mätningar.
En annan teknisk svårighet - signalen som skickas från satelliten till navigatorn blockeras ofta av andra markobjekt. Som ett resultat är det svårt att använda systemet fullt ut i städer med höga byggnader.
Praktisk användning av satelliter
Satellitnavigeringssystem hittar det bredaste utbudet av applikationer. På många sätt - som en del av olika kommersiella lösningar av civil inriktning. Det kan vara både hushållsapparater och till exempel ett multifunktionellt navigationsmediasystem. Förutom civil användning används satellitresurser av lantmätare, kartografer, transportföretag och olika statliga tjänster. Satelliter används aktivt av geologer. I synnerhet kan de användas för att beräkna dynamiken i rörelsen av tektoniska jordplattor. Satellitnavigatorer används också som ett marknadsföringsverktyg – med hjälp av analyser, som inkluderar geopositioneringsmetoder, gör företag research om sin kundbas och skickar även till exempel riktad reklam. Naturligtvis använder militära strukturer också navigatorer - det var de som i själva verket utvecklade de största navigationssystemen idag, GPS och GLONASS - för behoven hos den amerikanska armén respektive Ryssland. Och detta är inte en uttömmande lista över områden där satelliter kan användas.
Modern navigeringsystem
Vilka navigationssystem är för närvarande i drift eller är under drift? Låt oss börja med den som dök upp på den globala offentliga marknaden före andra navigationssystem - GPS. Dess utvecklare och ägare är det amerikanska försvarsdepartementet. Enheter som kommunicerar via GPS-satelliter är de vanligaste i världen. Främst för att, som vi sa ovan, detta amerikanska navigationssystem introducerades på marknaden före sina moderna konkurrenter.
GLONASS vinner aktivt popularitet. Detta är ett ryskt navigationssystem. Det tillhör i sin tur Ryska federationens försvarsministerium. Den utvecklades, enligt en version, ungefär samma år som GPS - i slutet av 80-talet - början av 90-talet. Men det introducerades på den offentliga marknaden först nyligen, 2011. Fler och fler tillverkare av hårdvarulösningar för navigering implementerar GLONASS-stöd i sina enheter.
Det antas att det globala navigationssystemet "Beidou", utvecklat i Kina, på allvar kan konkurrera med GLONASS och GPS. Det är sant, för närvarande fungerar den bara som en nationell sådan. Enligt vissa analytiker kan den få global status år 2020, när ett tillräckligt antal satelliter kommer att skjutas upp i omloppsbana - cirka 35. Systemutvecklingsprogrammet Beidou är relativt ungt - det började först 2000, och den första satelliten utvecklades av kinesiska utvecklarelanserades 2007.
Européer försöker också hänga med. Navigationssystemet GLONASS och dess amerikanska motsvarighet kan mycket väl konkurrera med GALILEO inom en överskådlig framtid. Européerna planerar att placera ut en konstellation av satelliter i det erforderliga antalet enheter av orbitalobjekt senast 2020.
Bland andra lovande projekt för utveckling av navigationssystem kan man notera det indiska IRNSS, samt det japanska QZSS. När det gäller den första allmänt annonserade offentliga informationen om utvecklarnas avsikter att skapa ett glob alt system är ännu inte tillgänglig. Det antas att IRNSS endast kommer att betjäna Indiens territorium. Programmet är också ganska ungt - den första satelliten sattes i omloppsbana 2008. Det japanska satellitsystemet förväntas också användas främst inom eller i anslutning till utvecklingslandets nationella territorier.
Positioneringsnoggrannhet
Ovan noterade vi ett antal svårigheter som är relevanta för funktionen hos satellitnavigeringssystem. Bland de viktigaste som vi har nämnt - platsen för satelliter i omloppsbana, eller deras rörelse längs en given bana, kännetecknas inte alltid av absolut stabilitet på grund av ett antal skäl. Detta förutbestämmer felaktigheter i beräkningen av geografiska koordinater i navigatorer. Detta är dock inte den enda faktorn som påverkar korrekt positionering med hjälp av en satellit. Vad mer påverkar noggrannheten i koordinatberäkningar?
Först och främst är det värt att notera att själva atomklockorna som är installerade på satelliter inte alltid är absolut exakta. De är möjliga, om än ganskaliten, men påverkar fortfarande kvaliteten på navigationssystemfelen. Till exempel, om ett fel görs på nivån tiotals nanosekunder vid beräkning av tiden under vilken en radiovåg rör sig, kan felaktigheten vid bestämning av koordinaterna för ett markobjekt vara flera meter. Samtidigt har moderna satelliter utrustning som gör det möjligt att utföra beräkningar även om man tar hänsyn till eventuella fel i driften av atomur.
Vi noterade ovan att bland de faktorer som påverkar noggrannheten hos navigationssystem är heterogeniteten i jordens atmosfär. Det skulle vara användbart att komplettera detta faktum med annan information om inverkan av jordnära regioner på driften av satelliter. Faktum är att atmosfären på vår planet är uppdelad i flera zoner. Den som egentligen ligger på gränsen till det öppna rummet – jonosfären – består av ett lager av partiklar som har en viss laddning. De, som kolliderar med radiovågor som skickas av satelliten, kan minska sin hastighet, vilket resulterar i att avståndet till objektet kan beräknas med ett fel. Observera att satellitnavigeringsutvecklare också arbetar med den här typen av källor till kommunikationsproblem: algoritmerna för drift av orbitalutrustning inkluderar som regel olika typer av korrigerande scenarier som tar hänsyn till särdragen hos radiovågornas passage genom jonosfären i beräkningarna.
Moln och andra atmosfäriska fenomen kan också påverka navigationssystemens noggrannhet. Vattenånga som finns i motsvarande lager av jordens lufthölje, precis som partiklar i jonosfären, påverkar hastighetenradiovågor.
Naturligtvis, med hänsyn till hushållsanvändning av GLONASS eller GPS som en del av sådana enheter som till exempel ett navigationsmediasystem, vars funktioner till stor del är underhållande, är små felaktigheter i beräkningen av koordinater. inte kritisk. Men vid militär användning av satelliter bör motsvarande beräkningar helst motsvara objektens verkliga geografiska läge.
Funktioner för marin navigering
Efter att ha pratat om den modernaste typen av navigering, låt oss ta en kort utvikning till historien. Som ni vet dök själva termen i fråga först upp bland navigatörer. Vilka egenskaper har maritima navigationssystem?
Apropå den historiska aspekten kan man notera utvecklingen av de verktyg som står till sjöfolkets förfogande. En av de första "hårdvarulösningarna" var kompassen, som enligt vissa experter uppfanns på 1000-talet. Kartläggning, som ett viktigt navigeringsverktyg, har också förbättrats. På 1500-talet började Gerard Mercator rita kartor utifrån principen att använda en cylindrisk projektion med lika vinklar. På 1800-talet uppfanns en stock - en mekanisk enhet som kan mäta farten på fartyg. Under det tjugonde århundradet dök radar upp i arsenalen av sjömän och sedan rymdkommunikationssatelliter. De mest avancerade maritima navigationssystemen fungerar idag och skördar på så sätt frukterna av mänskliga rymdutforskningar. Vad är arten av deras arbete?
Vissa experter tror detDen huvudsakliga egenskapen som kännetecknar ett modernt marint navigationssystem är att standardutrustningen installerad på fartyget har en mycket hög motståndskraft mot slitage och vatten. Detta är ganska förståeligt - det är omöjligt för ett fartyg som gick på öppen resa tusentals kilometer från land att hamna i en situation där utrustningen plötsligt misslyckas. På land, där civilisationens resurser finns tillgängliga, kan allt repareras, men till sjöss är det problematiskt.
Vilka andra anmärkningsvärda funktioner har ett maritimt navigationssystem? Standardutrustning, utöver det obligatoriska kravet - slitstyrka, innehåller som regel moduler anpassade för att fixera vissa miljöparametrar (djup, vattentemperatur, etc.). Fartygets hastighet i marina navigationssystem beräknas i många fall fortfarande inte av satelliter, utan med standardmetoder.
