Navigationssystem. Marine Navigation Systems

Navigationsutrustning kan vara väldigt annorlundatyper och modifieringar. Det finns system avsedda att användas i det öppna havet, andra är anpassade för massorna av användare som använder navigatörer på många sätt för underhållningsändamål. Vad är navigationssystem som?

Vad är navigering?

Termen "navigering" har ett latinskt ursprung. Ordet navigo betyder "segling på ett skepp." Det var först och främst en synonym för frakt eller navigering. Men med utvecklingen av teknik som underlättar vägen för navigering av fartyg på oceanerna, med tillkomsten av luftfart, rymdteknik, har termen väsentligt utökat utbudet av möjliga tolkningar.

Idag refererar navigering till processen närdär en person kontrollerar ett visst objekt, baserat på dess rumsliga koordinater. Det innebär att navigering består av två procedurer - det här är direkt kontroll, liksom beräkningen av objektets optimala väg.

Typer av navigering

Klassificeringen av navigeringstyper är ganska omfattande. Moderna experter identifierar följande huvudtyper:

- bil

- astronomisk

- Bionavigation;

- luft;

- utrymme

- havet

- Radionavigering

- satellit

- underjordiska

- Informations

- tröghet.

Några av ovanstående typer av navigeringnära anknutna till varandra, främst på grund av den gemensamma teknologin. Till exempel innebär bilnavigering ofta satellitspecifika verktyg.

Det finns blandade typer därflera tekniska resurser används samtidigt, till exempel navigations- och informationssystem. I dem kan nyckeln vara satellitkommunikationsresurserna som sådana. Det ultimata målet att engagera dem är dock att ge målgrupperna av användare den information som krävs.

Navigationssystem

Den lämpliga typen av navigeringsformulär i sig,som regel systemet med samma namn. Det finns därför ett bilnavigationssystem, marina, rymd etc. Definitionen av denna term finns också i expertmiljön. Navigationssystemet, i enlighet med den gemensamma tolkningen, är en kombination av olika typer av utrustning (och i förekommande fall programvara), som gör att du kan bestämma objektets position samt beräkna dess rutt. Verktygen här kan vara olika. Men i de flesta fall kännetecknas system av närvaron av följande grundläggande komponenter, såsom:

- kartor (vanligtvis i elektronisk form)

- sensorer, satelliter och andra enheter för beräkning av koordinater;

- icke-systemobjekt som ger information om målets geografiska läge

- Analys av mjukvara och hårdvara som tillhandahåller dataingång och -utmatning samt anslutning av de tre första komponenterna.

Som regel är strukturen hos vissa systemanpassad till slutanvändarnas behov. Vissa typer av lösningar kan accentueras i riktning mot mjukvaran, eller omvänt hårdvaran. Navitel, ett populärt navigationssystem i Ryssland, är till exempel mestadels programvara. Den är avsedd att användas av ett stort antal medborgare som äger olika typer av mobila enheter - bärbara datorer, surfplattor, smartphones.

Satellitnavigering

Något navigationssystem förutsätter förutallt definieringen av objektets koordinater - vanligtvis geografiskt. Historiskt sett förbättras människans verktygsverktyg i detta avseende ständigt. Idag är de mest avancerade navigationssystemen satellit. Deras struktur representeras av en uppsättning utrustning med hög precision, vars del ligger på jorden, den andra roterar i omlopp. Moderna satellitnavigationssystem kan beräkna inte bara geografiska koordinater, men även objektets hastighet samt rörelsens riktning.

Satellitnavigationselement

De relevanta systemen omfattar följande:huvudelement: gruppering av satelliter, markblock för mätning av koordinering av orbitala objekt och utbyte av information med dem, instrument för slutanvändare (navigatörer) utrustad med nödvändig programvara, i vissa fall ytterligare utrustning för att specificera geografiska koordinater etc).

Hur satellitnavigering fungerar

Hur fungerar satellitnavigeringsystem? Kärnan i hennes arbete är en algoritm för mätning av avståndet från ett objekt till satelliter. De senare ligger i omlopp nästan utan att ändra sin position, och därför är deras koordinater relativt jorden alltid konstanta. I navigatorerna läggs motsvarande figurer. Att hitta en satellit och ansluta till den (eller till flera på en gång) bestämmer enheten i sin tur sin geografiska plats. Huvudmetoden här är att beräkna avståndet till satelliter baserat på radvågornas hastighet. Ett orbitalobjekt skickar en förfrågan till jorden med exceptionell noggrannhet i tid - den använder en atomur. Efter att ha mottagit ett svar från navigatorn bestämmer satelliten (eller en grupp av sådan) hur långt radion våg har passerat under en sådan tidsperiod. Hastigheten att flytta ett objekt mäts på ett liknande sätt - endast mätningen här är något mer komplicerad.

Tekniska svårigheter

Vi har bestämt att satellitnavigering är mestperfekt för idag metoden att bestämma geografiska koordinater. Den praktiska användningen av denna teknik åtföljs emellertid av ett antal tekniska svårigheter. Vad till exempel? Först och främst är det den ojämnliga fördelningen av planetens gravitationskrets - det påverkar satellits position i förhållande till jorden. En liknande egenskap kännetecknas också av atmosfären. Dess heterogenitet kan påverka hastigheten på radiovågor, vilket kan orsaka felaktigheter i motsvarande mätningar.

En annan teknisk svårighet är signalenskickas från satellit till navigator, blockeras ofta av andra markobjekt. Som ett resultat kan den fulla användningen av systemet i städer med höga byggnader vara svårt.

Praktisk användning av satelliter

Satellitnavigationssystemen får mest utbrett utbud av applikationer. I många avseenden - som ett element i olika kommersiella beslut av en civil orientering. Det kan vara både hushållsapparater, och till exempel ett multifunktionellt navigationsmediasystem. Förutom den civila användningen använder kartmätare, kartografer, transportföretag och olika statliga tjänster satellitresurser. Satelliter är aktivt involverade av geologer. I synnerhet kan de användas för att beräkna dynamiken i rörelsen av tektoniska plattor. Satellitnavigatorer används också som marknadsföringsverktyg - med hjälp av analyser, där det finns geolokaliseringsmetoder, bedriver företagen forskning på sin kundbas och även direkt riktade annonser. Självklart använder navigatörer och militära strukturer också - de utvecklade faktiskt de största navigationssystemen idag, GPS och GLONASS - för behoven hos de amerikanska och ryska arméerna. Och det här är långt ifrån en uttömmande lista över områden där satelliter kan användas.

Moderna navigationssystem

Vilka navigationssystem fungerar idagi antalet befintliga eller utplacerade? Låt oss börja med den som uppträdde på den globala offentliga marknaden tidigare än andra navigationssystem - GPS. Dess utvecklare och ägare är Förenta staternas försvarsdepartement. Enheter som kommunicerar via GPS-satelliter är de vanligaste i världen. Framförallt för att, som sagt ovan, introducerades detta amerikanska navigationssystem inför marknaden för sina moderna konkurrenter.

Aktiverar popularitet GLONASS. Detta är ett ryskt navigationssystem. Den tillhör i sin tur till Försvarsdepartementet i Ryska federationen. Det utvecklades, enligt en av versionerna, ungefär samma år som GPS - i slutet av 80-talet - början av 90-talet. Den lanserades emellertid nyligen på den offentliga marknaden 2011. Fler och fler tillverkare av navigationshårdvarulösningar antar GLONASS-stöd i sina enheter.

Ska vara en allvarlig konkurrens GLONASSoch GPS kan utgöra det globala navigationssystemet "Beidou", utvecklat i Kina. Det är sant att det för närvarande fungerar som en nationell. Enligt vissa analytiker kan den få global status år 2020 när ett tillräckligt antal satelliter - cirka 35 - kommer att sättas i omlopp. Beidou-systemutvecklingsprogrammet är relativt ungt - det startade först 2000 och den första satelliten lanserades av kinesiska utvecklare i 2007.

Försöker hålla fast vid européerna. Navigationssystemet GLONASS och dess amerikanska motsvarighet inom överskådlig framtid kan väl konkurrera med Galileo. Européerna planerar att utvidga grupperingen av satelliter i det önskade antalet enheter av orbitala objekt senast 2020.

Bland annat lovande projekt påUtvecklingen av navigationssystem kan noteras indiska IRNSS, liksom den japanska QZSS. När det gäller den första allmänt publicerade informationen om utvecklarens avsikter att skapa ett globalt system ännu. Det antas att IRNSS endast kommer att tjäna indiens territorium. Programmet är också ganska ungt - den första satelliten lanserades i omlopp 2008. Det japanska satellitsystemet förväntas också användas huvudsakligen inom utvecklingslandets eller grannländernas nationella territorier.

Positioneringsnoggrannhet

Ovanstående noterade vi ett antal svårigheter som är relevanta förfungerande satellitnavigationssystem. Bland de främsta kännetecknas det som vi kallade - satellits placering i omlopp, eller deras rörelse längs en given bana, inte alltid av absolut stabilitet av flera skäl. Detta förutbestämmer felaktigheter vid beräkning av geografiska koordinater i navigatörer. Detta är emellertid inte den enda faktorn som påverkar riktigheten av positionering via satellit. Vad påverkar noggrannheten i beräkningen av koordinater?

Först och främst är det värt att notera - det mycket atomäraklockor som installeras på satelliter är inte alltid helt korrekta. De är möjliga, även om de är mycket små, men påverkar fortfarande kvaliteten på navigationssystemets fel. Om exempelvis en beräkning av tiden för vilken en radiovåg rör sig, görs ett fel på tiotals nanosekunder, då kan en oriktighet vid bestämning av koordinaterna för ett markobjekt uppgå till flera meter. Samtidigt har moderna satelliter utrustning som gör det möjligt att utföra beräkningar, även med hänsyn till eventuella fel vid drift av atomur.

Ovan noterade vi att bland de faktorer som påverkarpå riktigheten i navigationssystemen - heterogeniteten i jordens atmosfär. Det kommer att vara användbart att komplettera detta med annan information om hur nära jordens regioner påverkar satelliterna. Faktum är att atmosfären på vår planet är uppdelad i flera zoner. Den som faktiskt ligger på gränsen till öppet utrymme - jonosfären - består av ett lager av partiklar som har en viss laddning. De kan störa radiovågorna som sänds av satelliten, vilket kan minska hastigheten, med det resultat att avståndet till objektet kan beräknas med ett fel. Det bör noteras att utvecklarna av satellitnavigering arbetar med denna typ av kommunikationsproblem: i regel införs olika typer av korrigeringsscenarier i orbitalutrustningens algoritmer, med hänsyn tagen till egenskaperna hos radiovågornas passage genom jonosfären.

Moln och andra atmosfäriska fenomen kan ocksåpåverka navigeringssystemens noggrannhet. Vattendamp som finns i respektive lager av jordens luftkuvert, liksom partiklar i jonosfären, påverkar hastigheten på radiovågor.

Naturligtvis, med avseende på hemmabrukGLONASS eller GPS som en del av sådana enheter som till exempel ett navigationsmediasystem, vars funktioner i många avseenden är av underhållande natur, är då små felaktigheter vid felkalkylerna av koordinater inte kritiska. Men vid militär användning av satelliter måste motsvarande beräkningar vara helt förenliga med objektets faktiska geografiska läge.

Navigeringsfunktioner för marin

Efter att ha pratat om den mest moderna typen av navigering,låt oss göra en liten historia. Såsom är känt uppträdde termen i fråga först i navigatorns miljö. Vilka egenskaper kännetecknas av marina navigationssystem?

Tala om den historiska aspekten, det kan noterasUtvecklingen av verktygen vid sjömänets förfogande. En av de första "hårdvarulösningarna" var kompassen, som enligt vissa experter uppfanns under XI-talet. Kartläggningsprocessen som nyckelnavigationsverktyg har också förbättrats. I XVI-talet började Gerard Mercator göra kartor baserat på principen att använda en cylindrisk projektion med lika vinklar. Under XIX-talet uppfanns lagret - en mekanisk enhet som kan mäta fartygens fart. I det tjugonde århundradet uppträdde radar i sjöarnas arsenal och sedan rymdkommunikationssatelliter. De mest avancerade marinnavigationssystemen fungerar idag och skördar således fördelarna med mänsklig utforskning av rymden. Vad är specificiteten av deras arbete?

Vissa experter tror att de viktigasteFunktionen som kännetecknar det moderna marinnavigationssystemet - standardutrustningen installerad på fartyget, har ett mycket högt motstånd mot slitage och vatten. Det är ganska förståeligt - det är omöjligt för ett fartyg som gick i öppen navigering tusentals kilometer från land, för att vara i en situation när utrustningen plötsligt vägrar. På ett land där tillgång är civilisationsresurserna, kan allt repareras, till havs är det problematiskt.

Vilka andra anmärkningsvärda egenskaper?har ett marint navigeringssystem? Standardutrustningen innehåller, förutom det obligatoriska kravet på slitstyrka, i regel moduler anpassade för att bestämma vissa miljöparametrar (djup, vattentemperatur etc.). Dessutom beräknas fartshastigheten i marinnavigationssystem i många fall inte beräknas via satelliter, utan med standardmetoder.