Navigācijas aprīkojums ir dažāda veida un modifikācijas. Ir sistēmas, kas paredzētas lietošanai atklātā jūrā, citas ir pielāgotas plašai sabiedrībai, daudzējādā ziņā izmantojot navigatorus izklaides nolūkos. Kas ir navigācijas sistēmas?
Kas ir navigācija?
Terminam "navigācija" ir latīņu izcelsme. Vārds navigo nozīmē "es braucu uz kuģa". Tas ir, sākotnēji tas faktiski bija kuģniecības vai navigācijas sinonīms. Taču, attīstoties tehnoloģijām, kas atvieglo kuģu kuģošanu okeānos, līdz ar aviācijas, kosmosa tehnoloģiju parādīšanos šis termins ir ievērojami paplašinājis iespējamo interpretāciju klāstu.
Mūsdienās navigācija nozīmē procesu, kurā persona kontrolē objektu, pamatojoties uz tā telpiskajām koordinātām. Tas nozīmē, ka navigācija sastāv no divām procedūrām – tā ir tieša kontrole, kā arī nepareizs objekta optimālā ceļa aprēķins.
Navigācijas veidi
Navigācijas veidu klasifikācija ir ļoti plaša. Mūsdienu eksperti izšķir šādas galvenās šķirnes:
- automobiļu rūpniecība;
- astronomiskais;
- bionavigācija;
- gaisa;
- atstarpe;
- jūrniecība;
- radionavigācija;
- satelīts;
- pazemes;
- informatīvs;
- inerciāli.
Daži no iepriekšminētajiem navigācijas veidiem ir cieši saistīti - galvenokārt iesaistīto tehnoloģiju kopīguma dēļ. Piemēram, automašīnu navigācija bieži izmanto satelītu rīkus.
Ir jaukti veidi, kuru ietvaros vienlaikus tiek izmantoti vairāki tehnoloģiskie resursi, piemēram, navigācijas un informācijas sistēmas. Tādējādi satelītu sakaru resursi var būt galvenie tajos. Tomēr viņu iesaistīšanas galvenais mērķis būs nodrošināt mērķa lietotāju grupām nepieciešamo informāciju.
Navigācijas sistēmas
Atbilstošais navigācijas veids parasti veido tāda paša nosaukuma sistēmu. Tāpēc ir automašīnu navigācijas sistēma, jūras, kosmosa utt. Šī termina definīcija ir pieejama arī ekspertu aprindās. Navigācijas sistēma saskaņā ar izplatīto interpretāciju ir dažāda veida aprīkojuma (un, ja piemērojams, programmatūras) kombinācija, kas ļauj noteikt objekta atrašanās vietu, kā arī aprēķināt tā maršrutu. Rīku komplekts šeit var atšķirties. Taču vairumā gadījumu sistēmas raksturo šādu pamatkomponentu klātbūtne, piemēram:
- kartes (parasti elektroniskā formā);
- sensori, satelīti unciti agregāti koordinātu aprēķināšanai;
- nesistēmas objekti, kas sniedz informāciju par mērķa ģeogrāfisko atrašanās vietu;
- aparatūras un programmatūras analītiskā vienība, kas nodrošina datu ievadi un izvadi, kā arī savieno pirmos trīs komponentus.
Kā likums, noteiktu sistēmu struktūra ir pielāgota gala lietotāju vajadzībām. Dažus risinājumu veidus var akcentēt uz programmatūras daļu vai, gluži pretēji, aparatūras daļu. Piemēram, Krievijā populārā navigācijas sistēma Navitel pārsvarā ir programmatūra. Tas ir paredzēts lietošanai plašam iedzīvotāju lokam, kuriem pieder dažāda veida mobilās ierīces – klēpjdatori, planšetdatori, viedtālruņi.
Navigācija caur satelītu
Jebkura navigācijas sistēma, pirmkārt, ietver objekta koordinātu noteikšanu – parasti ģeogrāfisko. Vēsturiski cilvēku instrumenti šajā ziņā ir pastāvīgi pilnveidoti. Mūsdienās vismodernākās navigācijas sistēmas ir satelīti. To uzbūvi attēlo augstas precizitātes iekārtu komplekts, kura daļa atrodas uz Zemes, bet otra daļa rotē orbītā. Mūsdienu satelītnavigācijas sistēmas spēj aprēķināt ne tikai ģeogrāfiskās koordinātas, bet arī objekta ātrumu, kā arī tā kustības virzienu.
Satelītu navigācijas elementi
Atbilstošās sistēmas ietver šādus galvenos elementus: satelītu konstelācija, zemes vienības orbitālo objektu koordinācijas mērīšanai un informācijas apmaiņai ar tiem, ierīces gala lietotājam(navigatori) aprīkoti ar nepieciešamo programmatūru, atsevišķos gadījumos - papildu aprīkojums ģeogrāfisko koordinātu noteikšanai (GSM torņi, interneta kanāli, radiobākas utt.).
Kā darbojas satelītnavigācija
Kā darbojas satelītnavigācijas sistēma? Tās darba pamatā ir algoritms attāluma mērīšanai no objekta līdz satelītiem. Pēdējie atrodas orbītā praktiski nemainot savu pozīciju, un tāpēc to koordinātas attiecībā pret Zemi vienmēr ir nemainīgas. Navigatoros ir norādīti atbilstošie cipari. Atrodot satelītu un izveidojot savienojumu ar to (vai vairākiem vienlaikus), ierīce nosaka tā ģeogrāfisko atrašanās vietu. Galvenā metode šeit ir aprēķināt attālumu līdz satelītiem, pamatojoties uz radioviļņu ātrumu. Orbītā riņķojošs objekts nosūta pieprasījumu Zemei ar izcilu laika precizitāti – tam tiek izmantoti atompulksteņi. Saņemot atbildi no navigatora, satelīts (vai to grupa) nosaka, cik tālu radio vilnis ir nonācis tādā un tādā laika periodā. Objekta kustības ātrumu mēra līdzīgi - tikai šeit mērīšana ir nedaudz sarežģītāka.
Tehniskas grūtības
Esam noteikuši, ka satelītnavigācija mūsdienās ir vismodernākā metode ģeogrāfisko koordinātu noteikšanai. Tomēr šīs tehnoloģijas praktiskā izmantošana ir saistīta ar vairākām tehniskām grūtībām. Kas, piemēram? Pirmkārt, tas ir planētas gravitācijas lauka sadalījuma neviendabīgums - tas ietekmē satelīta stāvokli attiecībā pret Zemi. Šo pašu īpašumu raksturo arīatmosfēra. Tā neviendabīgums var ietekmēt radioviļņu ātrumu, kā rezultātā attiecīgajos mērījumos var būt neprecizitātes.
Vēl viena tehniska problēma - signālu, kas tiek nosūtīts no satelīta uz navigatoru, bieži bloķē citi zemes objekti. Tā rezultātā pilsētās ar augstām ēkām ir grūti pilnībā izmantot sistēmu.
Praktiska satelītu izmantošana
Satelītu navigācijas sistēmas atrod visplašāko lietojumu klāstu. Daudzējādā ziņā - kā dažādu civilas ievirzes komerciālu risinājumu elements. Tā var būt gan sadzīves tehnika, gan, piemēram, daudzfunkcionāla navigācijas mediju sistēma. Papildus civilajām vajadzībām satelītu resursus izmanto mērnieki, kartogrāfi, transporta uzņēmumi un dažādi valsts dienesti. Satelītus aktīvi izmanto ģeologi. Jo īpaši tos var izmantot, lai aprēķinātu tektonisko zemes plākšņu kustības dinamiku. Satelītu navigatori tiek izmantoti arī kā mārketinga instruments - ar analītikas palīdzību, kas ietver ģeopozicionēšanas metodes, uzņēmumi veic savu klientu bāzes izpēti, kā arī, piemēram, sūta mērķtiecīgu reklāmu. Protams, militārās struktūras izmanto arī navigatorus - tieši viņi faktiski izstrādāja mūsdienu lielākās navigācijas sistēmas GPS un GLONASS - attiecīgi ASV armijas un Krievijas vajadzībām. Un šis nav pilnīgs to apgabalu saraksts, kur var izmantot satelītus.
Mūsdienīga navigācijasistēmas
Kuras navigācijas sistēmas pašlaik darbojas vai tiek izvietotas? Sāksim ar to, kas pasaules publiskajā tirgū parādījās pirms citām navigācijas sistēmām – GPS. Tās izstrādātājs un īpašnieks ir ASV Aizsardzības ministrija. Ierīces, kas sazinās, izmantojot GPS satelītus, ir visizplatītākās pasaulē. Galvenokārt tāpēc, ka, kā jau teicām iepriekš, šī amerikāņu navigācijas sistēma tika ieviesta tirgū pirms tās mūsdienu konkurentiem.
GLONASS aktīvi gūst popularitāti. Šī ir krievu navigācijas sistēma. Tas savukārt pieder Krievijas Federācijas Aizsardzības ministrijai. Saskaņā ar vienu versiju tas tika izstrādāts aptuveni tajos pašos gados kā GPS - 80. gadu beigās - 90. gadu sākumā. Taču publiskajā tirgū tas tika ieviests tikai nesen, 2011. gadā. Arvien vairāk navigācijas aparatūras risinājumu ražotāju ievieš GLONASS atbalstu savās ierīcēs.
Tiek pieņemts, ka Ķīnā izstrādātā globālā navigācijas sistēma "Beidou" var nopietni konkurēt ar GLONASS un GPS. Tiesa, šobrīd tā funkcionē tikai kā nacionāla. Pēc dažu analītiķu domām, globālo statusu tas var iegūt līdz 2020. gadam, kad orbītā tiks palaists pietiekams skaits satelītu – aptuveni 35. Beidou sistēmas izstrādes programma ir salīdzinoši jauna – tā sākās tikai 2000. gadā, un pirmo satelītu izstrādāja Ķīnas izstrādātājipalaists 2007. gadā.
Arī eiropieši cenšas neatpalikt. Pārskatāmā nākotnē GLONASS navigācijas sistēma un tās amerikāņu analogs varētu konkurēt ar GALILEO. Eiropieši plāno līdz 2020. gadam izvietot satelītu konstelāciju vajadzīgajā orbitālo objektu vienību skaitā.
Starp citiem daudzsološiem projektiem navigācijas sistēmu izstrādei var atzīmēt Indijas IRNSS, kā arī Japānas QZSS. Attiecībā uz pirmo plaši izreklamēto publisko informāciju par izstrādātāju nodomiem izveidot globālu sistēmu pagaidām nav pieejama. Tiek pieņemts, ka IRNSS apkalpos tikai Indijas teritoriju. Programma ir arī diezgan jauna - pirmais satelīts tika laists orbītā 2008. gadā. Paredzams, ka Japānas satelītu sistēma arī galvenokārt tiks izmantota jaunattīstības valsts nacionālajās teritorijās vai blakus tām.
Pozicionēšanas precizitāte
Iepriekš mēs atzīmējām vairākas grūtības, kas attiecas uz satelītu navigācijas sistēmu darbību. Starp galvenajiem, ko esam nosaukuši, satelītu atrašanās orbītā vai to kustība pa noteiktu trajektoriju ne vienmēr raksturo absolūtu stabilitāti vairāku iemeslu dēļ. Tas iepriekš nosaka neprecizitātes navigatoru ģeogrāfisko koordinātu aprēķināšanā. Tomēr tas nav vienīgais faktors, kas ietekmē pozicionēšanas pareizību, izmantojot satelītu. Kas vēl ietekmē koordinātu aprēķinu precizitāti?
Pirmkārt, ir vērts atzīmēt, ka tie paši atompulksteņi, kas tiek uzstādīti uz satelītiem, ne vienmēr ir absolūti precīzi. Tie ir iespējami, lai gan diezgannelielas, bet joprojām ietekmējot navigācijas sistēmu kvalitāti. Piemēram, ja, aprēķinot radioviļņa kustības laiku, tiek pieļauta kļūda desmitu nanosekunžu līmenī, tad neprecizitāte zemes objekta koordinātu noteikšanā var būt vairāki metri. Tajā pašā laikā mūsdienu satelītiem ir aprīkojums, kas ļauj veikt aprēķinus, pat ņemot vērā iespējamās kļūdas atompulksteņu darbībā.
Iepriekš mēs atzīmējām, ka viens no faktoriem, kas ietekmē navigācijas sistēmu precizitāti, ir Zemes atmosfēras neviendabīgums. Būtu lietderīgi šo faktu papildināt ar citu informāciju par Zemei tuvo reģionu ietekmi uz satelītu darbību. Fakts ir tāds, ka mūsu planētas atmosfēra ir sadalīta vairākās zonās. Tā, kas faktiski atrodas uz robežas ar atklāto telpu – jonosfēra – sastāv no daļiņu slāņa, kam ir noteikts lādiņš. Tie, saduroties ar satelīta raidītajiem radioviļņiem, var samazināt savu ātrumu, kā rezultātā attālumu līdz objektam var aprēķināt ar kļūdu. Ņemiet vērā, ka satelītu navigācijas izstrādātāji strādā arī ar šāda veida sakaru problēmu avotu: orbitālo iekārtu darbības algoritmi parasti ietver dažāda veida koriģējošus scenārijus, kas ņem vērā radioviļņu caurlaidības īpatnības. jonosfēra aprēķinos.
Mākoņi un citas atmosfēras parādības var ietekmēt arī navigācijas sistēmu precizitāti. Ūdens tvaiki, kas atrodas attiecīgajos Zemes gaisa apvalka slāņos, tāpat kā daļiņas jonosfērā, ietekmē ātrumuradio viļņi.
Protams, attiecībā uz GLONASS vai GPS izmantošanu mājas apstākļos kā daļu no tādām vienībām kā, piemēram, navigācijas mediju sistēma, kuras funkcijas lielākoties ir izklaidējošas, tad nelielas neprecizitātes koordinātu aprēķināšanā ir nav kritisks. Bet satelītu militārajā izmantošanā atbilstošajiem aprēķiniem ideālā gadījumā būtu jāatbilst objektu reālajai ģeogrāfiskajai atrašanās vietai.
Jūras navigācijas funkcijas
Pēc runāšanas par modernāko navigācijas veidu, veiksim nelielu atkāpi vēsturē. Kā zināms, pats attiecīgais termins pirmo reizi parādījās navigatoru vidū. Kādas ir jūras navigācijas sistēmu īpašības?
Runājot par vēsturisko aspektu, var atzīmēt jūrnieku rīcībā esošo instrumentu attīstību. Viens no pirmajiem "aparatūras risinājumiem" bija kompass, kas, pēc dažu ekspertu domām, tika izgudrots 11. gadsimtā. Ir uzlabota arī kartēšana kā galvenais navigācijas rīks. 16. gadsimtā Džerards Merkators sāka zīmēt kartes pēc cilindriskas projekcijas izmantošanas principa ar vienādiem leņķiem. 19. gadsimtā tika izgudrots baļķis - mehāniska vienība, kas spēj izmērīt kuģu ātrumu. Divdesmitajā gadsimtā jūrnieku arsenālā parādījās radari, bet pēc tam kosmosa sakaru pavadoņi. Mūsdienās darbojas vismodernākās jūras navigācijas sistēmas, tādējādi gūstot labumu no cilvēka kosmosa izpētes. Kāds ir viņu darba raksturs?
Daži eksperti tā uzskataGalvenā iezīme, kas raksturo modernu jūras navigācijas sistēmu, ir tāda, ka uz kuģa uzstādītā standarta aprīkojuma ir ļoti augsta nodilumizturība un ūdens izturība. Tas ir diezgan saprotami - kuģim, kas devās atklātā reisā tūkstošiem kilometru no sauszemes, nav iespējams nonākt situācijā, kad pēkšņi sabojājas tehnika. Uz sauszemes, kur pieejami civilizācijas resursi, visu var salabot, bet jūrā tas ir problemātiski.
Kādas citas ievērojamas funkcijas ir jūras navigācijas sistēmai? Standarta aprīkojumā papildus obligātajai prasībai - nodilumizturībai, kā likums, ir moduļi, kas pielāgoti noteiktu vides parametru (dziļuma, ūdens temperatūras utt.) fiksēšanai. Arī kuģa ātrums jūras navigācijas sistēmās daudzos gadījumos joprojām tiek aprēķināts nevis pēc satelītiem, bet ar standarta metodēm.
