Sistem de navigație. Sisteme de navigație marină

Echipamentele de navigație pot fi de diferite tipuri și modificări. Există sisteme proiectate pentru a fi utilizate în marea liberă, altele sunt adaptate la masele largi de utilizatori care folosesc navigatorii în multe moduri în scopuri de divertisment. Care sunt sistemele de navigație?

Ce este navigarea?

Termenul "navigație" este de origine latină. Cuvântul "navigo" înseamnă "plutirea pe o navă". Aceasta este, inițial, de fapt sinonim cu navigația sau navigația. Dar odată cu dezvoltarea tehnologiilor care facilitează modul în care navele navighează în oceane, odată cu apariția aviației, a tehnologiei spațiale, termenul a extins în mod semnificativ gama de posibile interpretări.

Astăzi, navigația se referă la un proces în care o persoană controlează un obiect pe baza coordonatelor sale spațiale. Aceasta înseamnă că navigația constă în două proceduri - aceasta controlează direct, precum și calcularea greșită a căii optime a mișcării obiectului.

Tipuri de navigație

Clasificarea tipurilor de navigație este foarte extinsă. Experții moderni disting următoarele soiuri principale:

- auto;

- astronomice;

- Navigare animale;

- aer;

- spațiu;

- marin;

- navigație radio;

- satelit;

- subteran;

- informații;

- inerțial.

Unele dintre tipurile de navigație de mai sus sunt strâns legate - în principal din cauza naturii comune a tehnologiilor implicate. De exemplu, navigația auto utilizează adesea un set de instrumente specifice navigației prin satelit.

Există tipuri mixte, în care se utilizează simultan mai multe resurse tehnologice, cum ar fi, de exemplu, sistemele de navigație și de informare. În ele, resursele de comunicare prin satelit pot fi esențiale. Cu toate acestea, obiectivul final al implicării lor va fi furnizarea către grupurile țintă de utilizatori a informațiilor necesare.

Sisteme de navigație

Tipul corespunzător de forme de navigație, de regulă, este un sistem similar. Există astfel un sistem de navigație pentru automobile, spațiu marin, spațiu etc. Definiția acestui termen este prezentă și în mediul expert. Sistemul de navigație, conform unei interpretări comune, este o colecție de tipuri diferite de echipamente (și, dacă este cazul, de software) care vă permit să determinați poziția unui obiect și, de asemenea, să calculați traseul acestuia. Setul de instrumente aici poate fi diferit. Dar în majoritatea cazurilor, sistemele se caracterizează prin prezența următoarelor componente de bază, cum ar fi:

- hărți (de obicei în formă electronică);

- Senzori, sateliți și alte agregate pentru calcularea coordonatelor;

- obiecte extrasisteme care furnizează informații despre localizarea geografică a țintă;

- unitate analitică de software și hardware care furnizează intrări și ieșiri de date și, de asemenea, leagă primele trei componente.

De regulă, structura anumitor sisteme este adaptată nevoilor utilizatorilor finali. Tipurile individuale de soluții pot fi accentuate în direcția părții software sau, invers, a hardware-ului. De exemplu, sistemul de navigație Navitel, popular în Rusia, este mai mult un software. Este destinat utilizării de către o gamă largă de cetățeni care dețin diverse tipuri de dispozitive mobile - laptopuri, tablete, smartphone-uri.

Navigare prin satelit

Orice sistem de navigație implică, în primul rând, definirea coordonatelor obiectului - de regulă, geografic. Din punct de vedere istoric, setul de instrumente pentru oameni sa îmbunătățit în mod constant în această privință. Astăzi cele mai avansate sisteme de navigație sunt satelit. Structura lor este reprezentată de o combinație de echipamente de înaltă precizie, o parte din care este situată pe Pământ, cealaltă - orbită. Sistemele moderne de navigație prin satelit pot să calculeze nu numai coordonatele geografice, ci și viteza obiectului, precum și direcția mișcării acestuia.

Elemente de navigație prin satelit

Compoziția sistemelor respective includ următoarele elemente de bază: constelația prin satelit, unitățile de sol de măsurare de coordonate obiectelor orbitale și schimbul de informații cu ei dispozitive pentru utilizatorul final (navigator), echipat cu software-ul necesar, în unele cazuri - accesorii pentru specificarea coordonatelor geografice (GSM-turn , Canale de internet, balize radio etc.).

Cum funcționează navigația prin satelit

Cum funcționează sistemul de navigație prin satelit? Inima lucrării sale este algoritmul de măsurare a distanței de la obiect la sateliți. Acestea din urmă sunt situate pe orbită aproape fără a schimba poziția lor și, prin urmare, coordonatele lor față de Pământ sunt întotdeauna constante. În navigatori, se plasează cifrele corespunzătoare. Găsind un satelit și conectându-l la acesta (sau imediat la mai multe), aparatul determină, la rândul său, poziția sa geografică. Principala metodă aici este de a calcula distanța față de sateliți pe baza vitezei undelor radio. Obiectul orbital trimite o cerere către Pământ cu o precizie excepțională în timp - pentru aceasta este folosit un ceas atomic. După primirea unui răspuns de la navigator, satelitul (sau un grup de aceștia) determină distanța pentru un astfel de interval de timp pentru trecerea undelor radio. În mod similar, viteza de mișcare a unui obiect este măsurată - numai măsurarea este oarecum mai complicată.

Dificultăți tehnice

Am stabilit că navigația prin satelit este metoda cea mai perfectă pentru determinarea coordonatelor geografice. 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. O proprietate similară este, de asemenea, caracterizată de atmosferă. Eterogenitatea acestuia poate afecta viteza undelor radio, ceea ce poate duce la inexactități în măsurătorile corespunzătoare.

O altă dificultate tehnică este că semnalul trimis de la satelit către navigator este adesea blocat de alte obiecte de la sol. Ca urmare, utilizarea în întregime a sistemului în orașe cu clădiri înalte este dificilă.

Utilizarea practică a sateliților

Sistemele de navigație prin satelit găsesc cea mai largă gamă de aplicații. În multe privințe - ca element al diferitelor decizii comerciale de orientare civilă. Acestea pot fi atât aparatele de uz casnic, cât și un sistem multimedia multifuncțional de navigație. În afară de utilizarea civilă, sateliții de resurse sunt topografi, experți în domeniul cartografiei, companiile de transport, diverse servicii publice. Sateliții folosesc în mod activ geologi. În particular, cu ajutorul lor este posibil să se calculeze dinamica mișcării plăcilor de pământ tectonic. Sunt utilizate sisteme de navigație prin satelit și ca instrument de marketing - cu ajutorul inteligenței, în care există metode de geopositioning, companiile desfasura activitati de cercetare a bazei de clienți, precum și, de exemplu, publicitate orientată directă. Desigur, utilizați navigatorii și militare - au, de fapt, a dezvoltat un important sisteme de navigație astăzi, GPS și GLONASS - pentru nevoile armatei SUA și Rusia, respectiv. Și acest lucru este departe de a fi o listă exhaustivă a zonelor în care sateliții pot fi utilizați.

Sisteme de navigație moderne

Ce sisteme de navigație funcționează sau sunt în curs de desfășurare? Să începem cu cel care a apărut pe piața publică globală mai devreme decât alte sisteme de navigație - GPS. Dezvoltatorul și proprietarul acestuia - Departamentul Apărării al SUA. Dispozitivele care susțin comunicarea prin intermediul sateliților GPS sunt cele mai frecvente în lume. În principal pentru că, așa cum am spus mai sus, acest sistem de navigație american a fost introdus pe piață mai devreme decât concurenții săi moderni.

GLONASS câștigă din ce în ce mai mult popularitate. Acesta este sistemul rusesc de navigație. Acesta aparține, la rândul său, Ministerului Apărării al Federației Ruse. Acesta a fost dezvoltat, în conformitate cu o versiune, în jurul acelorași ani ca GPS - la sfârșitul anilor 80 - începutul anilor 90. Cu toate acestea, piața publică a fost retrasă destul de recent, în 2011. Din ce în ce mai mulți producători de soluții de navigație hardware introduc suportul GLONASS în dispozitivele lor.

Se presupune că o concurență serioasă pentru GLONASS și GPS poate face un sistem de navigație globală „Beidou“, dezvoltat în China. Adevărat, în prezent funcționează doar ca unul național. Starea globală se poate obține, potrivit unor analiști, până în 2020, când orbita sateliților suficient va fi afișată - aproximativ 35. Programul de dezvoltare a sistemului „Beidou“ este relativ tânără - aceasta abia a început abia în 2000, iar primul satelit lansat în dezvoltatorii chinezi 2007.

Încercați să țineți pasul și europenii. Sistemul de navigație GLONASS și analogul său american în viitorul apropiat ar putea să intre în competiție cu GALILEO. Europenii intenționează să implementeze gruparea de sateliți în numărul necesar de unități de obiecte orbite până în 2020.

Printre alte proiecte promițătoare pentru dezvoltarea sistemelor de navigație se poate remarca indianul IRNSS, precum și QZSS-ul japonez. În ceea ce privește primele informații pe larg publicate despre intențiile dezvoltatorilor de a crea încă un sistem global. Se presupune că IRNSS va servi doar pe teritoriul Indiei. Programul este, de asemenea, destul de tânăr - primul satelit a fost pus în orbită în 2008. Sistemul de satelit din Japonia este, de asemenea, de așteptat să fie utilizat în principal pe teritoriile naționale ale țării în curs de dezvoltare sau țărilor vecine.

Precizia de poziționare

Mai sus am observat o serie de complexități care sunt relevante pentru funcționarea sistemelor de navigație prin satelit. Dintre principalele lucruri pe care le-am numit - localizarea sateliților pe orbită sau mișcarea lor pe o anumită traiectorie nu este întotdeauna caracterizată de stabilitate absolută din mai multe motive. Aceasta determină inexactitatea în calcularea coordonatelor geografice în navigatori. În același timp, acesta nu este singurul factor care influențează corectitudinea poziționării prin satelit. Ce altceva afectează corectitudinea calculării coordonatelor?

În primul rând, trebuie remarcat - acele ceasuri atomice care sunt instalate pe sateliți nu sunt întotdeauna exacte. Acestea sunt posibile, deși foarte mici, dar afectează în continuare calitatea muncii sistemelor de eroare de navigație. De exemplu, în cazul în care atunci când se calculează timpul în care un val de radio este în mișcare, ca va face o greșeală la nivel de zeci de nanosecunde, imprecizia în determinarea coordonatelor țintelor terestre pot fi de mai mulți metri. Cu toate acestea, în sateliți moderne au instrumente care permit calcularea, luând în considerare chiar și erorile posibile în ceasul atomic.

Deasupra am observat că printre factorii care influențează acuratețea sistemelor de navigație - eterogenitatea atmosferei Pământului. Va fi utilă completarea acestui fapt cu alte informații referitoare la influența regiunilor din apropierea Pământului asupra activității sateliților. Adevărul este că atmosfera planetei noastre este împărțită în mai multe zone. Cel care este de fapt la granița cu spațiul deschis - ionosfera - constă dintr-un strat de particule care au o anumită încărcare. Aceștia, atunci când întâlnesc undele radio trimise de un satelit, își pot reduce viteza, ca urmare a faptului că distanța față de obiect poate fi calculată cu o eroare. Rețineți că, cu acest tip de sursă de probleme de comunicare dezvoltatorii de lucru de navigație prin satelit: în algoritmii echipamentului orbital sunt de obicei încorporate diferite tipuri de scenarii de corecție, luând în considerare în calcularea trecerea undelor radio prin ionosfera.

Nori și alte fenomene atmosferice pot afecta, de asemenea, acuratețea sistemelor de navigație. Vaporii de apă prezenți în straturile corespunzătoare ale anvelopei de aer a Pământului, precum și particulele din ionosferă afectează viteza undelor radio.

Desigur, în ceea ce privește utilizarea GLONASS interne sau GPS-ul în compoziția unor astfel de unități, cum ar fi sistemul de navigație mass-media, care funcționează în mai multe moduri sunt distractive, unele inexactități mici de coordonate de eroare de calcul nu sunt critice. Dar cu utilizarea militară a sateliților, calculele corespunzătoare ar trebui să corespundă, în mod ideal, locației geografice reale a obiectelor.

Caracteristicile navigației marine

Vorbind despre cel mai modern tip de navigație, vom face o scurtă deviere în istorie. După cum știți, chiar termenul în cauză a apărut pentru prima dată în mediul marinarilor. Care sunt caracteristicile sistemelor de navigație marină?

Vorbind despre aspectul istoric, este posibil să se observe evoluția instrumentelor la dispoziția marinarilor. Una dintre primele "soluții hardware" a fost o busolă, care, potrivit unor experți, a fost inventată în secolul al XI-lea. Procesul de mapare ca instrument cheie de navigare a fost, de asemenea, îmbunătățit. În secolul al XVI-lea, Gerard Mercator a început să deseneze hărți pe baza principiului aplicării unei proiecții cilindrice cu unghiuri egale. În secolul al XIX-lea, a fost inventat un întârziere - o unitate mecanică capabilă să măsoare viteza navelor maritime. În secolul al XX-lea, arsenalul navigatorilor a apărut radar, iar apoi sateliții de comunicare spațială. Cele mai moderne sisteme de navigație de astăzi funcționează astfel, culegerea fructelor explorării umane a cosmosului. Care este specificitatea activității lor?

Unii experți consideră că principala caracteristică, caracterizată printr-un sistem modern de navigație marină - echipamentul standard instalat pe navă, are o rezistență foarte mare la uzură și apă. Acest lucru este destul de ușor de înțeles - este imposibil ca o navă care naviga deschis la mii de kilometri de pământ să se afle într-o situație în care echipamentul a refuzat în mod neașteptat. Pe teren, unde accesul sunt resurse de civilizație, totul poate fi reparat, în mare - este problematic.

Ce alte caracteristici remarcabile le are sistemul de navigație maritimă? Echipamentul standard, pe lângă cerința obligatorie de durabilitate, conține de obicei module adaptate pentru fixarea anumitor parametri ai mediului (adâncimea, temperatura apei etc.). De asemenea, viteza navei în sistemele de navigație marină este în multe cazuri calculată nu de sateliți, ci de metodele standard.