A navigációs berendezések különféle típusúak és változatosak. Vannak nyílt tengeri használatra tervezett rendszerek, mások a nagyközönség számára készültek, sok tekintetben szórakoztató célokra használva a navigátorokat. Mik azok a navigációs rendszerek?
Mi a navigáció?
A "navigáció" kifejezés latin eredetű. A navigo szó jelentése "hajón vitorlázok". Vagyis kezdetben valójában a hajózás vagy a navigáció szinonimája volt. De az olyan technológiák fejlődésével, amelyek megkönnyítik a hajók navigálását az óceánokon, a légi közlekedés, az űrtechnológia megjelenésével a kifejezés jelentősen kibővítette a lehetséges értelmezések körét.
Ma a navigáció egy olyan folyamatot jelent, amelyben egy személy a térbeli koordinátái alapján irányít egy objektumot. Vagyis a navigáció két eljárásból áll – ez a közvetlen vezérlés, valamint az objektum optimális útvonalának hibás kiszámítása.
Navigációs típusok
A navigációs típusok osztályozása nagyon kiterjedt. A modern szakértők a következő főbb fajtákat különböztetik meg:
- autóipar;
- csillagászati;
- bionavigáció;
- levegő;
- szóköz;
- tengeri;
- rádiónavigáció;
- műhold;
- földalatti;
- tájékoztató jellegű;
- inerciális.
A fenti navigációs típusok némelyike szorosan összefügg – főként az érintett technológiák közössége miatt. Például az autós navigáció gyakran használ műhold-specifikus eszközöket.
Léteznek vegyes típusok, amelyeken belül több technológiai erőforrást használnak egyszerre, mint például a navigációs és információs rendszereket. Mint ilyenek, a műholdas kommunikációs erőforrások kulcsfontosságúak lehetnek bennük. Bevonásuk végső célja azonban az lesz, hogy a célfelhasználói csoportokat ellássák a szükséges információkkal.
Navigációs rendszerek
A megfelelő típusú navigáció általában egy azonos nevű rendszert alkot. Létezik tehát autós navigációs rendszer, tengeri, űrhajó stb. E fogalom meghatározása a szakértői közösségben is jelen van. A navigációs rendszer az elterjedt értelmezés szerint különféle típusú berendezések (és adott esetben szoftverek) kombinációja, amelyek lehetővé teszik egy objektum helyzetének meghatározását, valamint az útvonal kiszámítását. Az eszközkészlet itt eltérő lehet. De a legtöbb esetben a rendszereket a következő alapvető összetevők jelenléte jellemzi, mint például:
- kártyák (általában elektronikus formában);
- szenzorok, műholdak ésegyéb aggregátumok a koordináták kiszámításához;
- nem rendszerobjektumok, amelyek információt szolgáltatnak a cél földrajzi helyéről;
- hardver-szoftver elemző egység, amely biztosítja az adatbevitelt és -kimenetet, valamint az első három komponens összekapcsolását.
Általában bizonyos rendszerek felépítése a végfelhasználók igényeihez igazodik. Bizonyos típusú megoldások hangsúlyosak a szoftver rész felé, vagy fordítva, a hardver rész felé. Például az Oroszországban népszerű Navitel navigációs rendszer többnyire szoftveres. A polgárok széles köre számára készült, akik különféle mobileszközökkel – laptopokkal, táblagépekkel, okostelefonokkal – rendelkeznek.
Navigáció műholdon keresztül
Minden navigációs rendszer mindenekelőtt egy objektum – általában földrajzi – koordinátáinak meghatározását foglalja magában. Történelmileg az emberi eszközök ebben a tekintetben folyamatosan fejlődtek. Ma a legfejlettebb navigációs rendszerek a műholdas. Szerkezetüket egy nagy pontosságú berendezés készlet képviseli, amelyek egy része a Földön található, míg a másik része a pályán forog. A modern műholdas navigációs rendszerek nemcsak földrajzi koordinátákat, hanem egy objektum sebességét, valamint mozgásának irányát is képesek kiszámítani.
Műholdas navigációs elemek
A megfelelő rendszerek a következő fő elemeket tartalmazzák: műholdak konstellációja, földi egységek az orbitális objektumok koordinációjának mérésére és a velük való információcserére, eszközök a végfelhasználó számára(navigátorok) a szükséges szoftverrel felszereltek, esetenként - kiegészítő berendezések a földrajzi koordináták megadásához (GSM tornyok, internetes csatornák, rádiójeladók stb.).
A műholdas navigáció működése
Hogyan működik a műholdas navigációs rendszer? Munkája középpontjában egy objektum és a műholdak közötti távolság mérésére szolgáló algoritmus áll. Utóbbiak gyakorlatilag anélkül helyezkednek el a pályán, hogy változtatnának helyzetükön, ezért a Földhöz viszonyított koordinátáik mindig állandóak. A navigátorokban a megfelelő számok vannak lefektetve. A műhold megtalálása és a hozzá (vagy egyszerre többhez) történő csatlakozáskor a készülék meghatározza annak földrajzi helyzetét. A fő módszer itt a műholdak távolságának kiszámítása a rádióhullámok sebessége alapján. Egy keringő objektum rendkívüli időpontossággal küld kérést a Földnek – ehhez atomórákat használnak. A navigátortól kapott válasz után a műhold (vagy ezek egy csoportja) meghatározza, hogy a rádióhullám mennyit utazott el ilyen és ilyen ideig. Egy tárgy mozgási sebességét is hasonló módon mérik – csak itt a mérés valamivel bonyolultabb.
Technikai nehézségek
Meghatároztuk, hogy ma a műholdas navigáció a legfejlettebb módszer a földrajzi koordináták meghatározására. Ennek a technológiának a gyakorlati alkalmazása azonban számos technikai nehézséggel jár. Mit például? Először is, ez a bolygó gravitációs mezőjének eloszlásának inhomogenitása - ez befolyásolja a műhold helyzetét a Földhöz képest. Ugyanezt a tulajdonságot is jellemzilégkör. Inhomogenitása befolyásolhatja a rádióhullámok sebességét, ami miatt a megfelelő mérések pontatlanok lehetnek.
Egy másik technikai probléma – a műholdról a navigátornak küldött jelet gyakran blokkolják más földi objektumok. Ennek eredményeként a magas épületekkel rendelkező városokban nehéz a rendszer teljes körű használata.
Műholdak gyakorlati használata
A műholdas navigációs rendszerek az alkalmazások legszélesebb skáláját találják meg. Sok tekintetben - különféle civil beállítottságú kereskedelmi megoldások elemeként. Ez lehet háztartási eszközök és például többfunkciós navigációs médiarendszer is. A polgári felhasználáson kívül a műholdforrásokat földmérők, térképészek, közlekedési vállalatok és különféle kormányzati szolgálatok is használják. A műholdakat a geológusok aktívan használják. Különösen a tektonikus földlemezek mozgásának dinamikájának kiszámítására használhatók. A műholdas navigátorokat marketingeszközként is használják - a geopozicionálási módszereket is magában foglaló analitika segítségével a cégek kutatnak ügyfélkörükön, és például célzott reklámokat is küldenek. Természetesen a katonai struktúrák is használnak navigátorokat – valójában ők fejlesztették ki a mai legnagyobb navigációs rendszereket, a GPS-t és a GLONASS-t – az amerikai hadsereg, illetve Oroszország igényeire. És ez nem egy teljes lista azon területekről, ahol a műholdak használhatók.
Modern navigációrendszerek
Mely navigációs rendszerek működnek jelenleg vagy kerülnek telepítésre? Kezdjük azzal, amely más navigációs rendszerek előtt jelent meg a globális nyilvános piacon - a GPS-szel. Fejlesztője és tulajdonosa az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma. A GPS-műholdakon keresztül kommunikáló eszközök a legelterjedtebbek a világon. Főleg azért, mert ahogy fentebb is mondtuk, ezt az amerikai navigációs rendszert a modern versenytársai előtt vezették be a piacon.
A GLONASS egyre népszerűbb. Ez egy orosz navigációs rendszer. Ez viszont az Orosz Föderáció Védelmi Minisztériumához tartozik. Az egyik verzió szerint nagyjából a GPS-szel azonos években fejlesztették ki - a 80-as évek végén - a 90-es évek elején. A nyilvános piacra azonban csak nemrég, 2011-ben vezették be. Egyre több navigációs hardvergyártó alkalmazza a GLONASS-támogatást készülékében.
Feltételezik, hogy a Kínában kifejlesztett „Beidou” globális navigációs rendszer komolyan versenyezhet a GLONASS-szal és a GPS-szel. Igaz, jelenleg csak országosként működik. Egyes elemzők szerint 2020-ra kaphat globális státuszt, amikor kellő számú műholdat állítanak pályára - körülbelül 35-öt. A Beidou rendszerfejlesztési program viszonylag fiatal - csak 2000-ben indult, és az első műholdat már kínai fejlesztők2007-ben indult.
Az európaiak is igyekeznek lépést tartani. A GLONASS navigációs rendszer és amerikai megfelelője a belátható jövőben versenyezhet a GALILEO-val. Az európaiak azt tervezik, hogy 2020-ra műholdak konstellációját telepítik a szükséges számú orbitális objektumban.
A navigációs rendszerek fejlesztésének ígéretes projektjei között megemlíthető az indiai IRNSS, valamint a japán QZSS. Az első széles körben meghirdetett nyilvános információkkal kapcsolatban a fejlesztők globális rendszer létrehozási szándékairól még nem állnak rendelkezésre. Feltételezhető, hogy az IRNSS csak India területét fogja szolgálni. A program is meglehetősen fiatal - az első műholdat 2008-ban állították pályára. A japán műholdrendszert várhatóan elsősorban a fejlődő ország nemzeti területein belül vagy azok szomszédságában fogják használni.
Pozicionálási pontosság
A fentiekben számos, a műholdas navigációs rendszerek működése szempontjából lényeges nehézséget megjegyeztünk. Az általunk megnevezett főbbek között - a műholdak pályán való elhelyezkedése vagy egy adott pálya mentén történő mozgása számos ok miatt nem mindig jellemzi az abszolút stabilitást. Ez előre meghatározza a pontatlanságokat a navigátorok földrajzi koordinátáinak kiszámításában. Ez azonban nem az egyetlen tényező, amely befolyásolja a műhold segítségével történő helymeghatározás helyességét. Mi befolyásolja még a koordináta-számítások pontosságát?
Először is érdemes megjegyezni, hogy a műholdakra szerelt atomórák nem mindig teljesen pontosak. Lehetségesek, bár eléggékicsi, de még mindig befolyásolja a navigációs rendszerek minőségét. Például, ha a rádióhullám mozgási idejének kiszámításakor több tíz nanoszekundum szintjén hibát követünk el, akkor a földi objektum koordinátáinak meghatározásában a pontatlanság több méter is lehet. Ugyanakkor a modern műholdak olyan berendezésekkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a számítások elvégzését az atomórák esetleges működési hibáinak figyelembevételével is.
Fentebb megjegyeztük, hogy a navigációs rendszerek pontosságát befolyásoló tényezők között szerepel a Föld légkörének heterogenitása. Ezt a tényt hasznos lenne kiegészíteni más információkkal is, amelyek a Föld-közeli régióknak a műholdak működésére gyakorolt hatásáról szólnak. A helyzet az, hogy bolygónk légköre több zónára oszlik. Az, amelyik valójában a nyílt tér határán van - az ionoszféra - egy bizonyos töltésű részecskék rétegéből áll. A műhold által küldött rádióhullámokkal ütközve csökkenthetik sebességüket, aminek következtében hibásan számítható ki az objektum távolsága. Vegye figyelembe, hogy a műholdas navigációs fejlesztők is dolgoznak ilyen jellegű kommunikációs problémákkal: az orbitális berendezések működésének algoritmusai általában különféle korrekciós forgatókönyveket tartalmaznak, amelyek figyelembe veszik a rádióhullámok áthaladásának sajátosságait. ionoszféra a számításokban.
A felhők és más légköri jelenségek szintén befolyásolhatják a navigációs rendszerek pontosságát. A Föld légburokának megfelelő rétegeiben jelen lévő vízgőz, akárcsak az ionoszférában lévő részecskék, befolyásolja a sebességetrádióhullámok.
Természetesen, ha a GLONASS vagy a GPS-t olyan egységek részeként használják, mint például egy navigációs médiarendszer, amelynek funkciói nagyrészt szórakoztatóak, akkor a koordináták kiszámításánál kisebb pontatlanságok jelentkeznek. nem kritikus. De a műholdak katonai felhasználásánál a megfelelő számításoknak ideális esetben meg kell felelniük az objektumok valós földrajzi elhelyezkedésének.
A tengeri navigáció jellemzői
Miután a legmodernebb navigációs típusról beszéltünk, tegyünk egy rövid kitérőt a történelembe. Mint tudják, a szóban forgó kifejezés először a navigátorok körében jelent meg. Melyek a tengeri navigációs rendszerek jellemzői?
A történelmi vonatkozásról beszélve megjegyezhető a tengerészek rendelkezésére álló eszközök fejlődése. Az egyik első "hardvermegoldás" az iránytű volt, amelyet egyes szakértők szerint a 11. században találtak fel. A térképezést, mint kulcsfontosságú navigációs eszközt is továbbfejlesztették. A 16. században Gerard Mercator elkezdett térképeket rajzolni az egyenlő szögű hengeres vetítés elve alapján. A 19. században feltaláltak egy rönköt - egy mechanikus egységet, amely képes mérni a hajók sebességét. A huszadik században a tengerészek arzenáljában megjelentek a radarok, majd az űrkommunikációs műholdak. A legfejlettebb tengeri navigációs rendszerek ma működnek, kihasználva ezzel az emberi űrkutatás előnyeit. Milyen jellegű a munkájuk?
Egyes szakértők ezt hiszikA modern tengeri navigációs rendszer fő jellemzője, hogy a hajóra szerelt alapfelszereltség nagyon magas kopás- és vízállósággal rendelkezik. Ez teljesen érthető – lehetetlen, hogy a szárazföldtől több ezer kilométerre nyílt útra induló hajó olyan helyzetbe kerüljön, amikor a berendezés hirtelen meghibásodik. A szárazföldön, ahol a civilizáció erőforrásai rendelkezésre állnak, mindent meg lehet javítani, de a tengeren ez problémás.
Milyen egyéb figyelemre méltó jellemzői vannak egy tengeri navigációs rendszernek? Az alapfelszereltség a kötelező – kopásállósági – követelményen túlmenően olyan modulokat is tartalmaz, amelyek bizonyos környezeti paraméterek (mélység, vízhőmérséklet stb.) rögzítésére alkalmasak. Ezenkívül a hajó sebességét a tengeri navigációs rendszerekben sok esetben még mindig nem műholdak, hanem szabványos módszerekkel számítják ki.
