Navigationsudstyr er af forskellige typer og modifikationer. Der er systemer designet til brug på åbent hav, andre er tilpasset den brede offentlighed, der bruger navigatorer i mange henseender til underholdningsformål. Hvad er navigationssystemer?
Hvad er navigation?
Udtrykket "navigation" er af latinsk oprindelse. Ordet navigo betyder "jeg sejler på et skib". Det vil sige, at det oprindeligt faktisk var et synonym for shipping eller navigation. Men med udviklingen af teknologier, der gør det lettere for skibe at navigere i havene, med fremkomsten af luftfart, rumteknologi, har udtrykket udvidet rækken af mulige fortolkninger betydeligt.
I dag betyder navigation en proces, hvor en person kontrollerer et objekt baseret på dets rumlige koordinater. Det vil sige, at navigation består af to procedurer - dette er direkte kontrol, samt en fejlberegning af objektets optimale sti.
Navigationstyper
Klassificeringen af navigationstyper er meget omfattende. Moderne eksperter skelner mellem følgende hovedsorter:
- bilindustrien;
- astronomisk;
- bionavigation;
- luft;
- mellemrum;
- maritim;
- radionavigation;
- satellit;
- underjordisk;
- oplysende;
- inerti.
Nogle af ovennævnte navigationstyper er tæt beslægtede - hovedsageligt på grund af fælles teknologier. For eksempel bruger bilnavigation ofte satellit-specifikke værktøjer.
Der er blandede typer, inden for hvilke der samtidig bruges flere teknologiske ressourcer, som f.eks. navigations- og informationssystemer. Som sådan kan satellitkommunikationsressourcer være nøglen i dem. Det endelige mål med deres involvering vil dog være at give målgrupperne den nødvendige information.
Navigationssystemer
Den tilsvarende type navigation danner som regel et system af samme navn. Der er derfor et bilnavigationssystem, marine, rum osv. Definitionen af dette udtryk er også til stede i ekspertsamfundet. Navigationssystemet, i overensstemmelse med den gængse fortolkning, er en kombination af forskellige typer udstyr (og, hvis relevant, software), der giver dig mulighed for at bestemme positionen af et objekt, samt beregne dets rute. Værktøjssættet her kan være anderledes. Men i de fleste tilfælde er systemer kendetegnet ved tilstedeværelsen af følgende grundlæggende komponenter, såsom:
- kort (norm alt i elektronisk form);
- sensorer, satellitter ogandre aggregater til beregning af koordinater;
- ikke-systemobjekter, der giver information om målets geografiske placering;
- hardware-software analytisk enhed, der leverer datainput og -output, samt forbinder de første tre komponenter.
Som regel er strukturen af visse systemer tilpasset slutbrugernes behov. Visse typer af løsninger kan accentueres mod softwaredelen eller omvendt hardwaredelen. For eksempel er Navitel-navigationssystemet, som er populært i Rusland, for det meste software. Den er beregnet til brug af en bred vifte af borgere, der ejer forskellige slags mobile enheder - bærbare computere, tablets, smartphones.
Navigation via satellit
Ethvert navigationssystem involverer først og fremmest bestemmelse af koordinaterne for et objekt - norm alt geografisk. Historisk set er menneskelige værktøjer i denne henseende konstant blevet forbedret. I dag er de mest avancerede navigationssystemer satellit. Deres struktur er repræsenteret af et sæt højpræcisionsudstyr, hvoraf en del er placeret på Jorden, mens den anden del roterer i kredsløb. Moderne satellitnavigationssystemer er i stand til at beregne ikke kun geografiske koordinater, men også hastigheden af et objekt, såvel som retningen af dets bevægelse.
Satellitnavigationselementer
De tilsvarende systemer omfatter følgende hovedelementer: konstellation af satellitter, jordbaserede enheder til måling af koordinering af orbitale objekter og udveksling af information med dem, enheder til slutbrugeren(navigatorer) udstyret med den nødvendige software, i nogle tilfælde - ekstra udstyr til at specificere geografiske koordinater (GSM-tårne, internetkanaler, radiosignaler osv.).
Sådan fungerer satellitnavigation
Hvordan fungerer et satellitnavigationssystem? Kernen i dets arbejde er en algoritme til at måle afstanden fra et objekt til satellitter. Sidstnævnte er placeret i kredsløb praktisk t alt uden at ændre deres position, og derfor er deres koordinater i forhold til Jorden altid konstante. I navigatorerne er de tilsvarende tal fastlagt. Når du finder en satellit og opretter forbindelse til den (eller til flere på én gang), bestemmer enheden igen dens geografiske position. Hovedmetoden her er at beregne afstanden til satellitterne baseret på radiobølgernes hastighed. Et objekt i kredsløb sender en anmodning til Jorden med enestående tidsnøjagtighed - atomure bruges til dette. Efter at have modtaget et svar fra navigatoren, bestemmer satellitten (eller en gruppe af dem) hvor langt radiobølgen har rejst i sådan og sådan et tidsrum. Et objekts bevægelseshastighed måles på lignende måde - kun målingen her er noget mere kompliceret.
Tekniske problemer
Vi har fastslået, at satellitnavigation er den mest avancerede metode til at bestemme geografiske koordinater i dag. Den praktiske anvendelse af denne teknologi er imidlertid ledsaget af en række tekniske vanskeligheder. Hvad f.eks.? Først og fremmest er dette inhomogeniteten af fordelingen af planetens gravitationsfelt - dette påvirker satellittens position i forhold til Jorden. Samme ejendom er også kendetegnet vedstemning. Dens inhomogenitet kan påvirke hastigheden af radiobølger, på grund af hvilken der kan være unøjagtigheder i de tilsvarende målinger.
En anden teknisk vanskelighed - signalet, der sendes fra satellitten til navigatoren, er ofte blokeret af andre jordobjekter. Som følge heraf er det vanskeligt at bruge systemet fuldt ud i byer med høje bygninger.
Praktisk brug af satellitter
Satellitnavigationssystemer finder det bredeste udvalg af applikationer. På mange måder - som et element i forskellige kommercielle løsninger af civil orientering. Det kan både være husholdningsenheder og for eksempel et multifunktionelt navigationsmediesystem. Ud over civil brug bruges satellitressourcer af landinspektører, kartografer, transportvirksomheder og forskellige offentlige tjenester. Satellitter bruges aktivt af geologer. De kan især bruges til at beregne dynamikken i bevægelsen af tektoniske jordplader. Satellitnavigatorer bruges også som markedsføringsværktøj - ved hjælp af analyser, som omfatter geopositioneringsmetoder, foretager virksomheder research på deres kundebase, og sender også fx målrettet annoncering. Militære strukturer bruger naturligvis også navigatorer - det var dem, der faktisk udviklede de største navigationssystemer i dag, GPS og GLONASS - til henholdsvis den amerikanske hærs og Ruslands behov. Og dette er ikke en udtømmende liste over områder, hvor satellitter kan bruges.
Moderne navigationsystemer
Hvilke navigationssystemer er i drift eller er ved at blive installeret? Lad os starte med den, der dukkede op på det globale offentlige marked før andre navigationssystemer - GPS. Dens udvikler og ejer er det amerikanske forsvarsministerium. Enheder, der kommunikerer via GPS-satellitter, er de mest almindelige i verden. Hovedsageligt fordi, som vi sagde ovenfor, dette amerikanske navigationssystem blev introduceret på markedet før dets moderne konkurrenter.
GLONASS vinder aktivt popularitet. Dette er et russisk navigationssystem. Det hører til gengæld under Den Russiske Føderations Forsvarsministerium. Det blev udviklet, ifølge en version, omkring samme år som GPS - i slutningen af 80'erne - begyndelsen af 90'erne. Det blev dog først introduceret til det offentlige marked for nylig, i 2011. Flere og flere producenter af hardwareløsninger til navigation implementerer GLONASS-understøttelse i deres enheder.
Det antages, at det globale navigationssystem "Beidou", udviklet i Kina, for alvor kan konkurrere med GLONASS og GPS. Sandt nok fungerer den i øjeblikket kun som en national. Ifølge nogle analytikere kan den få global status i 2020, hvor et tilstrækkeligt antal satellitter vil blive opsendt i kredsløb - omkring 35. Beidou-systemudviklingsprogrammet er relativt ungt - det begyndte først i 2000, og den første satellit blev udviklet af kinesiske udviklerelanceret i 2007.
Europæere forsøger også at følge med. GLONASS-navigationssystemet og dets amerikanske modstykke kan meget vel konkurrere med GALILEO inden for en overskuelig fremtid. Europæerne planlægger at udsende en konstellation af satellitter i det nødvendige antal enheder af orbitale objekter inden 2020.
Blandt andre lovende projekter for udvikling af navigationssystemer kan man bemærke det indiske IRNSS samt det japanske QZSS. Med hensyn til den første bredt annoncerede offentlige information om udviklernes intentioner om at skabe et glob alt system er endnu ikke tilgængelig. Det antages, at IRNSS kun vil betjene Indiens territorium. Programmet er også ret ungt – den første satellit blev sat i kredsløb i 2008. Det japanske satellitsystem forventes også primært at blive brugt inden for eller ved siden af udviklingslandets nationale territorier.
Placeringsnøjagtighed
Ovenfor har vi bemærket en række vanskeligheder, der er relevante for satellitnavigationssystemernes funktion. Blandt de vigtigste, vi har navngivet - placeringen af satellitter i kredsløb, eller deres bevægelse langs en given bane, er ikke altid præget af absolut stabilitet på grund af en række årsager. Dette forudbestemmer unøjagtigheder i beregningen af geografiske koordinater i navigatorer. Dette er dog ikke den eneste faktor, der påvirker korrektheden af positionering ved hjælp af en satellit. Hvad ellers påvirker nøjagtigheden af koordinatberegninger?
Først og fremmest er det værd at bemærke, at selve atomure, der er installeret på satellitter, ikke altid er helt nøjagtige. De er mulige, selvom det er ganskelille, men påvirker stadig kvaliteten af navigationssystemfejlene. For eksempel, hvis der laves en fejl på niveauet af titusinder af nanosekunder, når man beregner den tid, i hvilken en radiobølge bevæger sig, så kan unøjagtigheden ved bestemmelse af koordinaterne for et jordobjekt være flere meter. Samtidig har moderne satellitter udstyr, der gør det muligt at udføre beregninger selv under hensyntagen til mulige fejl i driften af atomure.
Vi bemærkede ovenfor, at blandt de faktorer, der påvirker nøjagtigheden af navigationssystemer, er heterogeniteten af Jordens atmosfære. Det ville være nyttigt at supplere denne kendsgerning med andre oplysninger om indflydelsen af jordnære regioner på driften af satellitter. Faktum er, at atmosfæren på vores planet er opdelt i flere zoner. Den, der faktisk er på grænsen til det åbne rum - ionosfæren - består af et lag af partikler, der har en vis ladning. De, der kolliderer med radiobølger sendt af satellitten, kan reducere deres hastighed, hvilket resulterer i, at afstanden til objektet kan beregnes med en fejl. Bemærk, at satellitnavigationsudviklere også arbejder med denne form for kilde til kommunikationsproblemer: Algoritmerne til drift af orbitaludstyr inkluderer som regel forskellige slags korrigerende scenarier, der tager højde for de særlige forhold ved passage af radiobølger gennem ionosfære i beregningerne.
Skyer og andre atmosfæriske fænomener kan også påvirke nøjagtigheden af navigationssystemerne. Vanddamp, der er til stede i de tilsvarende lag af jordens luftkappe, påvirker ligesom partikler i ionosfæren hastighedenradiobølger.
Selvfølgelig, med hensyn til husholdningsbrug af GLONASS eller GPS som en del af sådanne enheder som for eksempel et navigationsmediesystem, hvis funktioner i høj grad er underholdende, så er små unøjagtigheder i beregningen af koordinater. ikke kritisk. Men i den militære brug af satellitter bør de tilsvarende beregninger ideelt set svare til objekternes reelle geografiske placering.
Funktioner ved marinenavigation
Efter at have t alt om den mest moderne type navigation, lad os tage en kort digression ind i historien. Som du ved, dukkede selve det pågældende udtryk først op blandt navigatører. Hvad er kendetegnene ved maritime navigationssystemer?
Når vi taler om det historiske aspekt, kan man bemærke udviklingen af de værktøjer, søfarende råder over. En af de første "hardwareløsninger" var kompasset, som ifølge nogle eksperter blev opfundet i det 11. århundrede. Kortlægning, som et nøglenavigationsværktøj, er også blevet forbedret. I det 16. århundrede begyndte Gerard Mercator at tegne kort baseret på princippet om at bruge en cylindrisk projektion med lige store vinkler. I det 19. århundrede blev en log opfundet - en mekanisk enhed, der er i stand til at måle skibes hastighed. I det tyvende århundrede dukkede radarer op i arsenalet af sømænd og derefter rumkommunikationssatellitter. De mest avancerede maritime navigationssystemer fungerer i dag og høster således fordelene ved menneskelig udforskning af rummet. Hvad er arten af deres arbejde?
Nogle eksperter mener detDen vigtigste egenskab, der kendetegner et moderne marinenavigationssystem, er, at standardudstyret installeret på skibet har en meget høj modstandsdygtighed over for slid og vand. Det er ganske forståeligt - det er umuligt for et skib, der gik på åben rejse tusindvis af kilometer fra land, at komme i en situation, hvor udstyret pludselig svigter. På land, hvor civilisationens ressourcer er tilgængelige, kan alt repareres, men til søs er det problematisk.
Hvilke andre bemærkelsesværdige funktioner har et maritimt navigationssystem? Standardudstyr, ud over det obligatoriske krav - slidstyrke, indeholder som regel moduler, der er tilpasset til fastsættelse af visse miljøparametre (dybde, vandtemperatur osv.). Også skibets hastighed i marinenavigationssystemer i mange tilfælde beregnes stadig ikke af satellitter, men ved standardmetoder.
