Навигационна система. Морски навигационни системи

Навигационното оборудване може да бъде от различни видове и модификации. Има системи, предназначени за използване в открито море, други са адаптирани към широките маси на потребители, които използват навигаторите по много начини за развлекателни цели. Какви са навигационните системи?

Какво представлява навигацията?

Терминът "навигация" е от латински произход. Думата "навигация" означава "плаване на кораб". Това означава, че първоначално беше всъщност синоним на навигация или навигация. Но с разработването на технологии, които улесняват начина, по който плавателните съдове се движат в океаните, с навлизането на авиацията, космическата технология, терминът значително разширява обхвата на възможните интерпретации.

Днес навигацията се отнася до процес, при който човек контролира обект въз основа на неговите пространствени координати. Това означава, че навигацията се състои от две процедури - това пряко контролира, както и грешно изчисляване на оптималния път на движението на обекта.

Видове навигация

Класификацията на видовете навигация е много обширна. Съвременните експерти разграничават следните основни сортове:

- автомобилостроенето;

- астрономически;

- навигация на животните;

- въздух;

- пространство;

- морски;

- радио навигация;

- сателит;

- подземен;

- информация;

- инерционно.

Някои от горните видове навигация са тясно свързани - основно поради общата природа на технологиите. Например навигацията на автомобили често използва инструментариум, специфичен за сателитната навигация.

Съществуват смесени типове, в които се използват едновременно технологични ресурси, като например навигационни и информационни системи. В тях ресурсите за сателитна комуникация могат да бъдат ключови. Окончателната цел на тяхното участие обаче ще бъде да предоставят на целевите групи потребители необходимата информация.

Навигационни системи

Съответният тип навигационни форми по правило представлява самоподобна система. Има такава навигационна система за автомобили, морско пространство и т.н. Определението на този термин присъства и в експертната среда. Навигационната система, според обща интерпретация, е съвкупност от различни видове оборудване (и, ако е приложимо, софтуер), които ви позволяват да определите позицията на даден обект и да изчислите неговия маршрут. Наборът от инструменти тук може да бъде различен. Но в повечето случаи системите се характеризират с наличието на следните основни компоненти, като например:

- карти (обикновено в електронна форма);

- Сензори, спътници и други агрегати за изчисляване на координатите;

- екстрасистемни обекти, които предоставят информация за географското местоположение на целта;

- софтуерна и хардуерна аналитична единица, която осигурява входове и изходи на данни, а също така свързва първите три компонента.

Като правило структурата на определени системи е адаптирана към нуждите на крайните потребители. Отделните видове решения могат да бъдат подчертани в посоката на софтуерната част, или обратно, хардуер. Така например навигационната система Navitel, популярна в Русия, е повече от софтуер. Той е предназначен за използване от широк кръг граждани, които притежават различни видове мобилни устройства - лаптопи, таблети, смартфони.

Навигация чрез сателит

Всяка система за навигация включва, на първо място, определението на координатите на обекта - като правило, географски. Исторически погледнато, човешките инструментариум непрекъснато се подобряват в това отношение. Днес най-модерните навигационни системи са сателитни. Тяхната структура е представена от комбинация от високо прецизно оборудване, част от която е разположена на Земята, а другата - орбита. Съвременните сателитни навигационни системи са в състояние да изчислят не само географските координати, но и скоростта на обекта, както и посоката на неговото движение.

Елементи на сателитната навигация

Съставът на съответните системи включва следните основни елементи: спътници, наземни мерни единици координират орбитални обекти и обмен на информация с тях устройства за крайните потребители (навигатор), оборудвани с необходимия софтуер, а в някои случаи - аксесоари за уточняване на географските координати (GSM-кула , Интернет канали, радиосигнали и др.).

Как работи сателитната навигация

Как работи сателитната навигационна система? В основата на нейната работа е алгоритъмът за измерване на разстоянието от обекта до спътниците. Последните са разположени на орбита почти без да променят позицията си и следователно координатите им спрямо Земята винаги са постоянни. В навигаторите се поставят съответните цифри. Намирането на сателит и свързването му (или веднага до няколко) устройството определя на свой ред географското си положение. Основният метод тук е да се изчисли разстоянието до спътници въз основа на скоростта на радиовълните. Орбиталният обект изпраща искане към Земята с изключителна точност във времето - за това се използва атомен часовник. След като получи отговор от навигатора, спътникът (или група от тях) определя разстоянието за такъв интервал от време, за да премине радиовълната. По същия начин се измерва скоростта на придвижване на обект - само измерването тук е малко по-сложно.

Технически трудности

Установихме, че сателитната навигация е най-съвършеният метод за определяне на географските координати. Практическото използване на тази технология обаче е придружено от редица технически трудности. Какво например? На първо място, това е нехомогенността на разпределението на гравитационното поле на планетата - това влияе на позицията на спътника спрямо Земята. Подобна собственост се характеризира и с атмосферата. Хетерогенността му може да повлияе на скоростта на радиовълните, което може да доведе до неточности в съответните измервания.

Друго техническо затруднение е, че сигналът, изпратен от спътника до навигатора, често се блокира от други земни обекти. В резултат на това пълното използване на системата в градовете с високи сгради е трудно.

Практическа употреба на спътници

Сателитните навигационни системи намират най-широка гама от приложения. В много отношения - като елемент на различни търговски решения с гражданска ориентация. Това може да бъде както домакински уреди, така и многофункционална навигационна медийна система. В допълнение към гражданските приложения, геодезистите, картографите, транспортните компании, различните правителствени служби използват сателитни ресурси. Сателитите активно използват геолози. По-специално, с тяхна помощ е възможно да се изчисли динамиката на движението на плочките от тектонска земя. Сателитните навигатори се използват и като маркетингов инструмент - с помощта на аналитични средства, където съществуват методи на география, компаниите провеждат изследвания на клиентската си база и например изпращат целенасочена реклама. Разбира се, навигаторите и военните структури също използват навигатори - те всъщност са разработили най-големите навигационни системи днес, GPS и GLONASS - за нуждите на американската армия и Русия, съответно. И това далеч не е изчерпателен списък на областите, в които могат да се използват сателити.

Съвременни навигационни системи

Кои навигационни системи понастоящем работят или са в процес на разгръщане? Нека да започнем с тази, която се появи на световния публичен пазар по-рано от другите навигационни системи - GPS. Неговият разработчик и собственик - Министерството на отбраната на САЩ. Устройствата, които поддържат комуникация чрез GPS сателити, са най-често срещаните в света. Главно защото, както казахме по-горе, тази американска навигационна система беше въведена на пазара по-рано от съвременните конкуренти.

GLONASS активно печели популярност. Това е руската навигационна система. Тя на свой ред принадлежи на Министерството на отбраната на Руската федерация. Тя е разработена, според една версия, за същите години като GPS - в края на 80-те и началото на 90-те години. Публичният пазар обаче беше оттеглено съвсем наскоро през 2011 г. Все повече и повече производители на хардуерни навигационни решения въвеждат поддръжка на GLONASS в своите устройства.

Предполага се, че глобалната навигационна система "Beidou", разработена в КНР, може сериозно да се конкурира с GLONASS и GPS. Вярно е, че в момента тя функционира само като национална. Global статут той може да получи, според някои анализатори, до 2020 г., когато ще бъдат показани на орбитата достатъчно спътници - около 35. "Beidou" програма за развитие на системата е сравнително млада - тя едва сега започва през 2000 г., а първият спътник стартира в китайските разработчици 2007.

Опитайте се да поддържате и европейците. Навигационната система GLONASS и аналогичните американски аналози в близко бъдеще може да се конкурират с GALILEO. Европейците планират да разгърнат групирането на спътници в необходимия брой единици от орбитални обекти до 2020 г.

Сред другите обещаващи проекти за развитието на навигационни системи могат да бъдат отбелязани индийските IRNSS, както и японската QZSS. По отношение на първата широко разпространена информация за намеренията на разработчиците да създадат все още глобална система. Предполага се, че IRNSS ще обслужва само територията на Индия. Програмата също е доста млада - първият сателит беше пуснат в орбита през 2008 г. Японската спътникова система се очаква да бъде използвана главно в рамките на националните територии на развиващата се страна или съседните държави.

Точност на позициониране

По-горе сме забелязали редица сложности, които са от значение за функционирането на сателитните навигационни системи. Сред основните неща, които нарекохме - местоположението на спътниците в орбита или движението им по дадена траектория, не винаги се характеризира с абсолютна стабилност поради редица причини. Това предопределя неточността при изчисляването на географските координати в навигаторите. В същото време това не е единственият фактор, който оказва влияние върху правилността на сателитното позициониране. Какво още влияе върху точността на изчисляването на координатите?

На първо място, трябва да се отбележи, че същите атомни часовници, които са инсталирани на сателити, невинаги са абсолютно точни. Те са възможни, макар и много малки, но все още оказват влияние върху качеството на работа на системите за грешка при навигация. Например, ако при изчисляване на времето, в което се движи на радио вълни, ще направите грешка на нивото на десетки наносекунди, неточността при определяне на координатите на наземни цели може да бъде няколко метра. Същевременно съвременните сателити разполагат с оборудване, което позволява извършването на изчисления, като се вземат предвид и възможните грешки в работата на атомните часовници.

По-горе отбелязахме, че сред факторите, влияещи върху точността на навигационните системи - хетерогенността на земната атмосфера. Ще бъде полезно да допълним този факт с друга информация относно влиянието на районите в близост до Земята върху работата на спътниците. Факт е, че атмосферата на нашата планета е разделена на няколко зони. Онзи, който всъщност е на границата с откритото пространство - йоносферата - се състои от слой частици, имащ определен заряд. Те, когато срещат радиовълни, изпратени от сателит, могат да намалят скоростта си, в резултат на което разстоянието до обекта може да бъде изчислено с грешка. Имайте предвид, че с този вид източник на комуникационните проблеми на разработчиците за спътникова навигация работа: в алгоритмите на орбиталната оборудване обикновено са включени различни видове коригиращо сценарий, като се вземат предвид при изчисляването на преминаването на радиовълни през йоносферата.

Облаците и други атмосферни явления също могат да повлияят на точността на навигационните системи. Водната пара, която се намира в съответните слоеве на въздушната обвивка на Земята, както и частиците в йоносферата, влияят на скоростта на радиовълните.

Разбира се, по отношение на домашна употреба GLONASS или GPS в състава на такива единици, като например системата за навигация медии, чиито функции в много отношения са забавни, някои малки неточности в координатните грешки в изчисленията не са критични. Но с военната употреба на спътници, съответните изчисления в идеалния случай трябва да съответстват на реалното географско местоположение на обектите.

Функции на морската навигация

След като разговаряхме за най-модерния тип навигация, ще направим кратко отклонение в историята. Както знаете, самият термин, за който се отнасяше, се появи за пръв път в средата на моряците. Какви са характеристиките на морските навигационни системи?

Говорейки за историческия аспект, е възможно да се отбележи развитието на инструментите на разположение на моряците. Едно от първите "хардуерни решения" е компас, който според някои експерти е изобретен през XI век. Процесът на картографиране като ключов инструмент за навигация също е подобрен. През 16 век Жерар Меркатор започва да рисува карти, базирани на принципа на прилагане на една цилиндрична проекция с равни ъгли. През XIX век е създадено изоставане - механична единица, способна да измерва скоростта на морските съдове. През двадесети век арсенал на навигаторите се появи радар, а след това космически комуникационни спътници. Най-модерните навигационни системи днес функционират, като по този начин извличат плодовете на човешкото изследване на космоса. Каква е тяхната специфичност?

Някои експерти смятат, че основната характеристика, която се характеризира със съвременна морска навигационна система - стандартното оборудване, инсталирано на кораба, има много висока устойчивост на износване и вода. Това е съвсем разбираемо - невъзможно е кораб, който плаваше открито на хиляди километри от сушата, се намираше в ситуация, в която оборудването неочаквано отказало. На земята, където достъпът е ресурс на цивилизацията, всичко може да бъде поправено, в морето - това е проблематично.

Какви други забележими характеристики има морската навигационна система? Стандартното оборудване, в допълнение към задължителното изискване за дълготрайност, обикновено съдържа модули, адаптирани за фиксиране на определени параметри на околната среда (дълбочина, температура на водата и т.н.). Също така, скоростта на кораба в морските навигационни системи в много случаи се изчислява не от сателити, а от стандартни методи.