Navigacijski sustav. Marine navigacijski sustavi

Oprema za navigaciju može biti različitih tipova i modifikacija. Postoje sustavi namijenjeni za upotrebu u otvorenom moru, a drugi se prilagođavaju širokim masama korisnika koji na mnoge načine koriste navigatore u zabavne svrhe. Koji su navigacijski sustavi?

Što je navigacija?

Pojam "navigacija" je latinskog podrijetla. Riječ "navigo" znači "plutajući na brodu". To je, u početku, zapravo bio sinonim za navigaciju ili navigaciju. Ali razvojem tehnologija koje olakšavaju plovidbu plovila u oceanu, pojavu avijacije, svemirske tehnologije, izraz je značajno proširio raspon mogućih interpretacija.

Danas se navigacija odnosi na proces u kojem osoba upravlja objektom na temelju njegovih prostornih koordinata. To jest, navigacija se sastoji od dva postupka - to izravno kontrolira, kao i pogrešno izračunavanje optimalnog puta kretanja objekta.

Vrste plovidbe

Razvrstavanje vrsta plovidbe je vrlo opsežno. Moderni stručnjaci razlikuju sljedeće glavne sorte:

- automobilski;

- astronomski;

- životinja navigaciju;

- zrak;

- prostor;

- morski;

- radio navigacija;

- satelit;

- podzemno;

- Podaci;

- inercijski.

Neki od gore navedenih vrsta navigacije usko su povezani - uglavnom zbog zajedničke prirode uključenih tehnologija. Na primjer, auto navigacija često koristi alat koji je specifičan za satelitsku navigaciju.

Postoje mješoviti tipovi, u kojima se istovremeno koristi nekoliko tehnoloških resursa, kao što su, na primjer, navigacijski i informacijski sustavi. U njima, resursi za satelitsku komunikaciju mogu biti ključni. Međutim, krajnji cilj njihove uključenosti bit će pružanje ciljnih skupina korisnika s potrebnim informacijama.

Navigacijski sustavi

Odgovarajući tip plovidbe, u pravilu, je samosličan sustav. Postoji, dakle, automobilski navigacijski sustav, morski, prostor, itd. Definicija ovog pojma također je prisutna u ekspertnom okruženju. Navigacijski sustav, u skladu s uobičajenom interpretacijom, predstavlja skup različitih vrsta opreme (i, ako je primjenjivo, softver) koji vam omogućuju određivanje položaja objekta, kao i izračunavanje njezine rute. Toolkit ovdje može biti drugačiji. Ali u većini slučajeva sustavi se odlikuju prisutnošću sljedećih osnovnih komponenata, kao što su:

- karte (obično u elektroničkom obliku);

- Senzori, sateliti i drugi agregati za izračunavanje koordinata;

- ekstrasustavni objekti koji daju informacije o geografskom položaju cilja;

- analitička jedinica softvera i hardvera koja omogućuje ulaz i izlaz podataka, a povezuje i prve tri komponente.

U pravilu, struktura pojedinih sustava prilagođena je potrebama krajnjih korisnika. Pojedinačne vrste rješenja mogu se naglasiti u smjeru softverskog dijela, ili, obrnuto, hardvera. Na primjer, navigacijski sustav Navitel, popularan u Rusiji, više je softver. Namijenjen je širokom rasponu građana koji posjeduju različite vrste mobilnih uređaja - prijenosnih računala, tableta i pametnih telefona.

Navigacija putem satelita

Svaki navigacijski sustav uključuje, prije svega, definiciju koordinata objekta - u pravilu, zemljopisni. Povijesno gledano, ljudski alat je stalno unapređen u tom pogledu. Danas najnapredniji navigacijski sustavi su satelitski. Njihova struktura je predstavljena kombinacijom visoko precizne opreme, dio koji se nalazi na Zemlji, a drugi - orbitirajući. Moderni satelitski navigacijski sustavi mogu izračunati ne samo geografske koordinate, nego i brzinu objekta, kao i smjer kretanja.

Elementi satelitske navigacije

Sastav pojedinih sustava su sljedeće osnovne elemente: satelitski konstelaciju, prizemlje mjerne jedinice koordinirati orbitalne objekata i razmjenu informacija s njima uređaja za krajnjeg korisnika (navigator), opremljena s potrebnim softverom, u nekim slučajevima - pribor za specifikaciju geografskih koordinata (GSM-kula , Internetski kanali, radio signali, itd.).

Kako funkcionira Satelitska navigacija

Kako radi satelitski navigacijski sustav? U svom srcu je algoritam za mjerenje udaljenosti od objekta do satelita. Potonji se nalaze u orbiti gotovo bez promjene položaja, pa su stoga njihove koordinate u odnosu na Zemlju uvijek konstantne. U navigatoru su položene odgovarajuće brojke. Pronalaženje satelita i spajanje na njega (ili odmah na nekoliko), uređaj zauzvrat određuje njegov zemljopisni položaj. Glavna metoda ovdje je izračunati udaljenost satelita na temelju brzine radijskih valova. Orbitalni objekt šalje zahtjev Zemlji s iznimnom točnosti u vremenu - za to se koristi atomski sat. Nakon što je navigator primio odgovor, satelit (ili njihova skupina) određuje udaljenost za takav vremenski interval da prolazi radio val. Isto tako, mjeri se brzina kretanja objekta - samo je ovdje mjerenje nešto komplicirano.

Tehničke poteškoće

Utvrdili smo da je satelitska navigacija najprikladnija metoda za određivanje zemljopisnih koordinata. Ipak, praktična upotreba ove tehnologije popraćena je brojnim tehničkim poteškoćama. Što, na primjer? Prije svega, ovo je nehomogenost raspodjele gravitacijskog polja planeta - to utječe na položaj satelita u odnosu na Zemlju. Sličnu imovinu karakterizira i atmosfera. Njegova heterogenost može utjecati na brzinu radio valova, što može dovesti do netočnosti u odgovarajućim mjerenjima.

Druga tehnička poteškoća je da signal koji se šalje od satelita do navigatora često blokiraju drugi objekti na zemlji. Kao rezultat toga, puno je korištenje sustava u gradovima s visokim zgradama teško.

Praktična uporaba satelita

Satelitski navigacijski sustavi mogu pronaći najširi raspon aplikacija. U mnogim aspektima - kao element raznih komercijalnih odluka civilne orijentacije. To može biti i kućanski aparati i, na primjer, višenamjenski sustav navigacijskog medija. Uz civilne aplikacije, geodeti, kartografi, prijevoznici, razne vladine službe koriste satelitske resurse. Sateliti aktivno koriste geolozima. Konkretno, pomoću njihove pomoći moguće je izračunati dinamiku gibanja tektonskih zemaljskih ploča. Satelitski navigatori također se koriste kao marketinški alat - uz pomoć analitike, gdje postoje metode geografije, tvrtke provode istraživanja na svojoj klijentovoj osnovi i, primjerice, šalju ciljano oglašavanje. Naravno, navigatori i vojne strukture također koriste navigatore - oni su zapravo, danas, razvili najveće navigacijske sustave, GPS i GLONASS - za potrebe američke vojske i Rusije. A to je daleko od iscrpnog popisa područja gdje se sateliti mogu koristiti.

Moderni navigacijski sustavi

Koji navigacijski sustavi trenutačno rade ili se primjenjuju? Počnimo s onim koja se pojavila na globalnom javnom tržištu prije drugih navigacijskih sustava - GPS-a. Njegov razvojni programer i vlasnik - Ministarstvo obrane SAD-a. Uređaji koji podržavaju komunikaciju putem GPS satelita najčešći su u svijetu. Uglavnom zato što je, kao što smo već rekli, ovaj američki navigacijski sustav uveden na tržište prije svojih suvremenih konkurenata.

GLONASS aktivno dobiva popularnost. Ovo je ruski navigacijski sustav. On zauzvrat pripada Ministarstvu obrane Ruske Federacije. Razvijen je, prema jednoj verziji, otprilike iste godine kao i GPS - kasnih 80-ih - ranih 90-ih godina. Međutim, javno tržište povučeno je nedavno, u 2011. godini. Sve više proizvođača hardverskih navigacijskih rješenja uvodi podršku GLONASS u svoje uređaje.

Pretpostavlja se da je ozbiljna konkurencija za GLONASS i GPS može napraviti globalni navigacijski sustav „Beidou”, razvijen u Kini. Istina, u ovom trenutku funkcionira samo kao nacionalna. Globalni status se može dobiti, prema nekim analitičarima, do 2020. godine, kada se prikaže će orbite dovoljno sateliti - oko 35. „Beidou” Razvoj sustava za program je relativno mlada - to tek je započeo 2000. godine, a prvi satelit lansiran u kineskim programere 2007.

Pokušajte se držati i Europljani. Navigacijski sustav GLONASS i njegov američki analog u doglednoj budućnosti mogu se dobro natjecati s GALILEO-om. Europljani planiraju implementirati grupiranje satelita u traženi broj jedinica orbitalnih objekata do 2020.

Među ostalim obećavajućim projektima za razvoj navigacijskih sustava može se zabilježiti indijski IRNSS, kao i japanski QZSS. Što se tiče prvih široko objavljenih informacija o namjerama programera za stvaranje globalnog sustava još. Pretpostavlja se da će IRNSS služiti samo na području Indije. Program je također prilično mlad - prvi je satelit stavljen u orbitu u 2008. godini. Očekuje se da će se japanski satelitski sustav uglavnom koristiti unutar nacionalnih teritorija zemlje u razvoju ili susjednih zemalja.

Točnost pozicioniranja

Iznad smo zabilježili niz složenosti koje su relevantne za funkcioniranje satelitskih navigacijskih sustava. Među glavnim stvarima koje smo nazvali - lokacija satelita u orbiti ili njihovo kretanje po određenoj putanji, ne karakterizira uvijek apsolutna stabilnost zbog brojnih razloga. To unaprijed određuje netočnost pri izračunavanju zemljopisnih koordinata u navigatorima. Istovremeno, to nije jedini faktor koji utječe na ispravnost satelitskog pozicioniranja. Što utječe na točnost izračunavanja koordinata?

Prije svega, treba napomenuti - ti atomski satovi koji su instalirani na satelitima nisu uvijek u potpunosti točni. Oni su moguće, iako vrlo male, ali još uvijek utječu na kvalitetu pogreške navigacijski sustav. Na primjer, ako pri izračunu vremena u kojem je radio val kreće, da ćete napraviti pogrešku na razini od nekoliko desetaka nanosekundi, koji netočnosti određivanje koordinata zemaljskih ciljeva može biti nekoliko metara. Međutim, u modernom satelita imaju instrumente koji omogućuju obračun, čak i uzimajući u obzir eventualne greške u atomski sat.

Iznad smo da među čimbenicima koji utječu na točnost navigacijskih sustava - heterogenost Zemljinoj atmosferi. To će biti korisno dopuniti tu činjenicu druge informacije koje se odnose na utjecaj obližnjih-Zemlje polja na rad satelita. Činjenica je da je atmosfera našeg planeta podijeljena u nekoliko zona. Onaj koji je zapravo na granici sa slobodnog prostora - ionosfere - sastoji se od sloja čestica koje imaju određenu naknadu. Oni su ometali radio valova, satelitska šalje, može smanjiti svoju brzinu, pri čemu je udaljenost do objekta može se izračunati s pogreškom. Imajte na umu da s ovom vrstom izvora komunikacijskih problema programeri satelitske navigacije rada: u algoritama orbitalnoj opreme obično su uključene različite vrste korektivnih scenariju, uzimajući u obzir u izračunu prolaz radio valova kroz ionosferu.

Oblaci i drugi atmospheralni fenomeni također mogu utjecati na točnost navigacijskih sustava. Vodena para prisutna u odgovarajućim slojevima Zemljine omotnice zraka, kao i čestice u ionosferi, utječu na brzinu radio valova.

Naravno, s obzirom na domaćem korištenja GLONASS ili GPS u sastavu tih jedinica, kao što su sustav za navigaciju medija, koji djeluje u mnogočemu su zabavne, neke male netočnosti u koordinatnom pogrešne procjene nisu kritični. No, kada je vojna uporaba satelita koji odgovaraju izračune idealno bi trebao biti relevantan za pravog geografskog položaja objekata.

Značajke plovidbe brodom

Nakon što smo razgovarali o najmodernijoj vrsti plovidbe, u povijesti ćemo napraviti kratku digresiju. Kao što znate, sam pojam u pitanju, prvi put se pojavio u okruženju pomoraca. Koje su karakteristike brodskih navigacijskih sustava?

Govoreći o povijesnom aspektu, moguće je primijetiti evoluciju alata na raspolaganju pomorcima. Jedno od prvih "hardverskih rješenja" bilo je kompas, koji je, prema nekim stručnjacima, izumljen u XI stoljeću. Također je poboljšan proces mapiranja kao ključnog navigacijskog alata. U 16. stoljeću Gerard Mercator počeo je nacrtati karte temeljem načela primjene cilindrične projekcije s jednakim kutovima. U XIX stoljeću zamišljeno je zaostajanje - mehanička jedinica koja može mjeriti brzinu plovnih putova. U dvadesetom stoljeću, arsenal navigatora pojavio se na radaru, a zatim i prostornim komunikacijskim satelitima. Najsuvremeniji navigacijski sustavi danas funkcioniraju tako da iskorištavaju plodove ljudskog istraživanja kozmosa. Koja je specifičnost njihovog rada?

Neki stručnjaci vjeruju da je glavna značajka, koju karakterizira moderni navigacijski sustav - standardna oprema instalirana na brodu, ima vrlo visoku otpornost na trošenje i vodu. Ovo je sasvim razumljivo - nemoguće je da je brod koji je otvoreno plovio tisućama kilometara od zemlje, bio u situaciji u kojoj je oprema neočekivano odbila. Na terenu, gdje su u pristupu resursi civilizacije, sve se može popraviti, u moru - to je problematično.

Koje druge značajne značajke imaju pomorski navigacijski sustav? Standardna oprema, osim obveznog trajanja, obično sadrži module prilagođene za određivanje određenih parametara okoliša (dubina, temperatura vode itd.). Također, brzina broda u pomorskim navigacijskim sustavima u mnogim se slučajevima ne računa satelitima već standardnim metodama.