Navigacijos įranga yra įvairių tipų ir modifikacijų. Yra sistemų, skirtų naudoti atviroje jūroje, kitos yra pritaikytos plačiajai visuomenei, daugeliu atžvilgių naudojant navigatorius pramoginiais tikslais. Kas yra navigacijos sistemos?
Kas yra navigacija?
Sąvoka „navigacija“yra lotyniškos kilmės. Žodis navigo reiškia „plaukiu laivu“. Tai reiškia, kad iš pradžių tai buvo laivybos ar navigacijos sinonimas. Tačiau tobulėjant technologijoms, kurios palengvina laivams plaukioti vandenynuose, atsiradus aviacijai, kosmoso technologijoms, šis terminas gerokai išplėtė galimų interpretacijų spektrą.
Šiandien navigacija reiškia procesą, kurio metu asmuo valdo objektą pagal jo erdvines koordinates. Tai reiškia, kad navigaciją sudaro dvi procedūros – tai tiesioginis valdymas, taip pat klaidingas optimalaus objekto kelio apskaičiavimas.
Navigacijos tipai
Navigacijos tipų klasifikacija yra labai plati. Šiuolaikiniai ekspertai išskiria šias pagrindines veisles:
- automobilių pramonė;
- astronominė;
- bionavigacija;
- oras;
- tarpas;
- jūrinė;
- radijo navigacija;
- palydovas;
- po žeme;
- informacinis;
- inercinė.
Kai kurie iš pirmiau minėtų navigacijos tipų yra glaudžiai susiję – daugiausia dėl naudojamų technologijų bendrumo. Pavyzdžiui, automobilio navigacija dažnai naudoja palydovams skirtus įrankius.
Yra mišrių tipų, kuriuose vienu metu naudojami keli technologiniai ištekliai, pavyzdžiui, navigacijos ir informacinės sistemos. Todėl palydovinio ryšio ištekliai gali būti pagrindiniai jose. Tačiau galutinis jų dalyvavimo tikslas bus suteikti tikslinėms vartotojų grupėms reikiamą informaciją.
Navigacijos sistemos
Atitinkamas navigacijos tipas paprastai sudaro to paties pavadinimo sistemą. Todėl yra automobilių navigacijos sistema, jūrų, kosmoso ir kt. Šio termino apibrėžimas taip pat yra ekspertų bendruomenėje. Navigacinė sistema, pagal paplitusią interpretaciją, yra įvairių tipų įrangos (ir, jei reikia, programinės įrangos) derinys, leidžiantis nustatyti objekto padėtį, taip pat apskaičiuoti jo maršrutą. Priemonių rinkinys čia gali būti kitoks. Tačiau daugeliu atvejų sistemoms būdingi šie pagrindiniai komponentai, tokie kaip:
- kortelės (dažniausiai elektronine forma);
- jutikliai, palydovai irkiti suvestiniai rodikliai koordinatėms skaičiuoti;
– nesisteminiai objektai, teikiantys informaciją apie taikinio geografinę vietą;
– aparatinės ir programinės įrangos analitinis vienetas, teikiantis duomenų įvestis ir išvesties, taip pat susiejantis pirmuosius tris komponentus.
Paprastai tam tikrų sistemų struktūra yra pritaikyta galutinių vartotojų poreikiams. Tam tikri sprendimų tipai gali būti akcentuojami programinėje arba, atvirkščiai, aparatinėje dalyje. Pavyzdžiui, Rusijoje populiari navigacinė sistema „Navitel“dažniausiai yra programinė įranga. Jis skirtas naudoti daugeliui piliečių, turinčių įvairius mobiliuosius įrenginius – nešiojamuosius kompiuterius, planšetinius kompiuterius, išmaniuosius telefonus.
Navigacija per palydovą
Bet kokia navigacinė sistema pirmiausia apima objekto koordinačių – dažniausiai geografinių – nustatymą. Istoriškai žmogaus įrankiai šiuo atžvilgiu buvo nuolat tobulinami. Šiandien pažangiausios navigacijos sistemos yra palydovinės. Jų struktūrą reprezentuoja didelio tikslumo įrangos rinkinys, kurio dalis yra Žemėje, o kita dalis sukasi orbitoje. Šiuolaikinės palydovinės navigacijos sistemos gali apskaičiuoti ne tik geografines koordinates, bet ir objekto greitį, taip pat jo judėjimo kryptį.
Palydovinės navigacijos elementai
Atitinkamos sistemos apima šiuos pagrindinius elementus: palydovų žvaigždyną, antžeminius įrenginius, skirtus orbitinių objektų koordinacijai matuoti ir su jais keistis informacija, prietaisus galutiniam vartotojui(navigatoriai) aprūpinta reikiama programine įranga, kai kuriais atvejais – papildoma įranga geografinėms koordinatėms nurodyti (GSM bokštai, interneto kanalai, radijo švyturiai ir kt.).
Kaip veikia palydovinė navigacija
Kaip veikia palydovinės navigacijos sistema? Jos darbo esmė yra atstumo nuo objekto iki palydovų matavimo algoritmas. Pastarieji išsidėstę orbitoje praktiškai nekeičiant savo padėties, todėl jų koordinatės Žemės atžvilgiu visada yra pastovios. Navigatoriuose nustatomi atitinkami skaičiai. Surasdamas palydovą ir prisijungdamas prie jo (arba prie kelių iš karto), įrenginys savo ruožtu nustato jo geografinę padėtį. Pagrindinis metodas čia yra apskaičiuoti atstumą iki palydovų pagal radijo bangų greitį. Orbitoje skriejantis objektas užklausą Žemei siunčia išskirtiniu laiko tikslumu – tam naudojami atominiai laikrodžiai. Gavęs atsakymą iš navigatoriaus, palydovas (ar jų grupė) nustato, kiek radijo banga nukeliavo per tokį ir tokį laiko tarpą. Panašiai matuojamas ir objekto judėjimo greitis – tik čia matavimas yra kiek sudėtingesnis.
Techniniai sunkumai
Nustatėme, kad palydovinė navigacija šiandien yra pažangiausias geografinių koordinačių nustatymo metodas. Tačiau praktiškai naudojant šią technologiją kyla nemažai techninių sunkumų. Ką, pavyzdžiui? Visų pirma, tai yra planetos gravitacinio lauko pasiskirstymo nehomogeniškumas – tai turi įtakos palydovo padėčiai Žemės atžvilgiu. Ta pati savybė taip pat pasižymiatmosfera. Jo nehomogeniškumas gali turėti įtakos radijo bangų greičiui, dėl to gali atsirasti atitinkamų matavimų netikslumų.
Kitas techninis sunkumas – iš palydovo į navigatorių siunčiamą signalą dažnai blokuoja kiti antžeminiai objektai. Dėl to miestuose, kuriuose yra aukštų pastatų, sunku visapusiškai naudotis sistema.
Praktinis palydovų naudojimas
Palydovinės navigacijos sistemos randa plačiausią pritaikymo spektrą. Daugeliu atžvilgių – kaip įvairių civilinės orientacijos komercinių sprendimų elementas. Tai gali būti ir buitiniai įrenginiai, ir, pavyzdžiui, daugiafunkcė navigacinė medijos sistema. Be civilinio naudojimo, palydovinius išteklius naudoja geodezininkai, kartografai, transporto įmonės ir įvairios valstybinės tarnybos. Palydovus aktyviai naudoja geologai. Visų pirma, jie gali būti naudojami tektoninių žemės plokščių judėjimo dinamikai apskaičiuoti. Palydoviniai navigatoriai taip pat naudojami kaip rinkodaros įrankis – pasitelkdamos analitiką, kuri apima geopozicijos metodus, įmonės atlieka savo klientų bazės tyrimus, taip pat, pavyzdžiui, siunčia tikslinę reklamą. Žinoma, karinės struktūros taip pat naudoja navigatorius – būtent jie iš tikrųjų sukūrė didžiausias šiandienos navigacijos sistemas GPS ir GLONASS – atitinkamai JAV armijos ir Rusijos reikmėms. Ir tai nėra baigtinis sričių, kuriose galima naudoti palydovus, sąrašas.
Šiuolaikinė navigacijasistemos
Kokios navigacijos sistemos šiuo metu veikia arba diegiamos? Pradėkime nuo tos, kuri pasaulinėje viešojoje rinkoje pasirodė anksčiau nei kitos navigacijos sistemos – GPS. Jo kūrėjas ir savininkas yra JAV gynybos departamentas. Įrenginiai, kurie palaiko ryšį per GPS palydovus, yra labiausiai paplitę pasaulyje. Daugiausia todėl, kad, kaip minėjome aukščiau, ši amerikietiška navigacijos sistema buvo pristatyta rinkai anksčiau nei jos šiuolaikiniai konkurentai.
GLONASS aktyviai populiarėja. Tai rusiška navigacijos sistema. Ji savo ruožtu priklauso Rusijos Federacijos gynybos ministerijai. Remiantis viena versija, jis buvo sukurtas maždaug tais pačiais metais kaip ir GPS – 80-ųjų pabaigoje – 90-ųjų pradžioje. Tačiau viešai rinkai jis buvo pristatytas visai neseniai – 2011 m. Vis daugiau aparatūros sprendimų, skirtų navigacijai, gamintojų įdiegia GLONASS palaikymą savo įrenginiuose.
Manoma, kad Kinijoje sukurta pasaulinė navigacijos sistema „Beidou“gali rimtai konkuruoti su GLONASS ir GPS. Tiesa, šiuo metu ji veikia tik kaip nacionalinė. Kai kurių analitikų teigimu, pasaulinį statusą jis gali gauti iki 2020 m., kai į orbitą bus paleistas pakankamas palydovų skaičius – apie 35. Beidou sistemos kūrimo programa yra gana jauna – ji prasidėjo tik 2000 m., o pirmasis palydovas buvo sukurtas m. Kinijos kūrėjaipaleista 2007 m.
Europiečiai taip pat stengiasi neatsilikti. GLONASS navigacijos sistema ir jos atitikmuo amerikietiškoje ateityje gali konkuruoti su GALILEO. Europiečiai planuoja iki 2020 m. dislokuoti palydovų žvaigždyną reikiamame orbitinių objektų skaičiuje.
Tarp kitų perspektyvių navigacijos sistemų kūrimo projektų galima paminėti Indijos IRNSS, taip pat Japonijos QZSS. Dėl pirmosios plačiai išreklamuotos informacijos apie kūrėjų ketinimus sukurti pasaulinę sistemą kol kas nėra. Manoma, kad IRNSS aptarnaus tik Indijos teritoriją. Programa taip pat gana jauna – pirmasis palydovas į orbitą buvo iškeltas 2008 m. Taip pat tikimasi, kad Japonijos palydovinė sistema pirmiausia bus naudojama besivystančios šalies nacionalinėse teritorijose arba greta jų.
Padėties nustatymo tikslumas
Aukščiau pažymėjome daugybę sunkumų, susijusių su palydovinės navigacijos sistemų veikimu. Tarp pagrindinių, kuriuos įvardijome, - palydovų vieta orbitoje arba jų judėjimas tam tikra trajektorija ne visada pasižymi absoliučiu stabilumu dėl daugelio priežasčių. Tai iš anksto nulemia navigatorių geografinių koordinačių skaičiavimo netikslumus. Tačiau tai nėra vienintelis veiksnys, turintis įtakos padėties nustatymo naudojant palydovą teisingumui. Kas dar turi įtakos koordinačių skaičiavimų tikslumui?
Visų pirma, verta paminėti, kad patys atominiai laikrodžiai, sumontuoti ant palydovų, ne visada yra visiškai tikslūs. Jie įmanomi, nors gananedidelės, tačiau vis dar turinčios įtakos navigacijos sistemų kokybei. Pavyzdžiui, jei skaičiuojant radijo bangos judėjimo laiką padaroma dešimčių nanosekundžių paklaida, tai antžeminio objekto koordinačių nustatymo netikslumas gali siekti kelis metrus. Tuo pačiu metu šiuolaikiniai palydovai turi įrangą, kuri leidžia atlikti skaičiavimus net ir atsižvelgiant į galimas atominių laikrodžių veikimo klaidas.
Aukščiau pažymėjome, kad vienas iš veiksnių, turinčių įtakos navigacijos sistemų tikslumui, yra Žemės atmosferos nevienalytiškumas. Būtų naudinga šį faktą papildyti kita informacija apie artimų Žemės regionų įtaką palydovų veikimui. Faktas yra tas, kad mūsų planetos atmosfera yra padalinta į kelias zonas. Tą, kuri iš tikrųjų yra ant ribos su atvira erdve – jonosfera – sudaro tam tikrą krūvį turinčių dalelių sluoksnis. Jie, susidūrę su palydovo siunčiamomis radijo bangomis, gali sumažinti greitį, dėl to atstumą iki objekto galima apskaičiuoti su klaida. Atkreipkite dėmesį, kad palydovinės navigacijos kūrėjai taip pat dirba su tokiu ryšio problemų š altiniu: orbitinės įrangos veikimo algoritmai, kaip taisyklė, apima įvairius korekcinius scenarijus, kuriuose atsižvelgiama į radijo bangų sklidimo per orbitą ypatumus. jonosfera atliekant skaičiavimus.
Debesys ir kiti atmosferos reiškiniai taip pat gali turėti įtakos navigacijos sistemų tikslumui. Vandens garai, esantys atitinkamuose Žemės oro apvalkalo sluoksniuose, kaip ir dalelės jonosferoje, veikia greitįradijo bangos.
Žinoma, kalbant apie GLONASS arba GPS naudojimą buityje, kaip tokių įrenginių, kaip, pavyzdžiui, navigacinės medijos sistemos, dalį, kurios funkcijos iš esmės yra pramoginės, tada apskaičiuojant koordinates yra nedideli netikslumai. nėra kritiška. Tačiau naudojant karinius palydovus, atitinkami skaičiavimai idealiu atveju turėtų atitikti tikrąją objektų geografinę vietą.
Jūrų navigacijos ypatybės
Pakalbėję apie moderniausią navigacijos tipą, trumpai nukrypkime į istoriją. Kaip žinote, pats aptariamas terminas pirmą kartą pasirodė tarp navigatorių. Kokios yra jūrų navigacijos sistemų savybės?
Kalbant apie istorinį aspektą, galima pastebėti jūrininkų turimų įrankių raidą. Vienas pirmųjų „aparatinės įrangos sprendimų“buvo kompasas, kuris, kai kurių ekspertų teigimu, buvo išrastas XI a. Taip pat buvo patobulintas žemėlapių sudarymas, kaip pagrindinis naršymo įrankis. 16 amžiuje Gerard Mercator pradėjo braižyti žemėlapius, remdamasis vienodais kampais cilindrinės projekcijos principu. XIX amžiuje buvo išrastas rąstas – mechaninis mazgas, galintis matuoti laivų greitį. Dvidešimtajame amžiuje jūreivių arsenale atsirado radarai, o vėliau ir kosminių ryšių palydovai. Šiandien veikia pažangiausios jūrų navigacijos sistemos, taip pasinaudodamos žmogaus kosmoso tyrinėjimo privalumais. Koks jų darbo pobūdis?
Kai kurie ekspertai tuo įsitikinęPagrindinis bruožas, apibūdinantis modernią jūrinę navigacijos sistemą, yra ta, kad standartinė laive sumontuota įranga pasižymi itin dideliu atsparumu dilimui ir vandeniui. Tai visiškai suprantama – į atvirą kelionę tūkstančius kilometrų nuo sausumos išvykusiam laivui neįmanoma atsidurti situacijoje, kai staiga sugenda įranga. Sausumoje, kur yra civilizacijos ištekliai, viską galima pataisyti, bet jūroje tai problematiška.
Kokios kitos svarbios jūrų navigacijos sistemos savybės? Standartinėje įrangoje, be privalomo reikalavimo – atsparumo dilimui, kaip taisyklė, yra modulių, pritaikytų fiksuoti tam tikrus aplinkos parametrus (gylį, vandens temperatūrą ir kt.). Be to, laivo greitis jūrų navigacijos sistemose daugeliu atvejų vis dar skaičiuojamas ne palydovais, o standartiniais metodais.
