Навигационна система. Морска навигационна система

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, използващи навигатори 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 развитието на технологии, които улесняват начина, по който плавателните съдове ориентират океаните, с навлизането на авиацията, космическата технология, терминът значително разшири обхвата на възможните интерпретации.

Днес навигацията се отнася до процеса, чрез който човек контролира обект въз основа на неговите пространствени координати. Това означава, че навигацията се състои от две процедури - това е директният контрол, както и изчисляването на оптималния път на движение на обекта.

Видове навигация

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

- Автомобили;

- астрономически;

- бионавигация;

- въздух;

- Космос;

- море;

- радио навигация;

- сателит;

- под земята;

- информация;

- инерционен.

Някои от горепосочените видове навигация са тясно свързани - главно поради общото естество на използваните технологии. Например навигацията за кола 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, като правило, една система със същото име. Има такава навигационна система за автомобили, море, пространство и др. Определението на този термин присъства и в експертната среда. Навигационната система, според обща интерпретация, е колекция 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, сателити и други агрегати за изчисляване на координатите;

- не-системни 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 по посока на софтуерната част или, обратно, на хардуера. 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 предполага, 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 движението му.

Елементи на сателитната навигация

В съответните системи са включени следните основни елементи: съзвездието, земните единици за измерване на координацията на орбиталните обекти и обмена на информация с тях, устройства за крайни потребители (навигатори), оборудвани с необходимия софтуер, в някои случаи - допълнително оборудване за определяне 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 поради това 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 колко отстоянието за такъв интервал от време е преминало радио вълна. 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 се отразява 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 сателита 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 устройства, така и многофункционална навигационна медийна система. В допълнение към гражданските приложения, геодезистите, картографите, транспортните компании, различните правителствени служби използват сателитни ресурси. Сателитите се използват активно от геолози. По-специално, с тяхна помощ е възможно да се изчисли динамиката на движението на плочките от тектонска пръст. Сателитните навигатори се използват и като маркетингов инструмент - с помощта на аналитични средства, където съществуват географски методи, компаниите провеждат проучвания на своята клиентска база и например изпращат целенасочена реклама. Разбира се, навигаторите и военните структури също използват навигатори - те всъщност разработиха най-големите навигационни системи днес, GPS и GLONASS за нуждите на американските и руските армии, 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 е 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 пусната 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, приблизително през същите години като GPS - в края на 80-те и началото на 90-те. Въпреки това през 2011 г. публичният пазар беше оттеглено съвсем наскоро. Все повече и повече производители на хардуерни навигационни решения прилагат 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. Според някои анализатори, до 2020 г., когато в орбита ще бъде внедрен достатъчен брой сателити - около 35, статутът на глобалния сателит може да бъде постигнат. Програмата за развитие на системата Beidou е сравнително млада, тя започна едва през 2000 г. и първият сателит бе стартиран от китайски разработчици 2007.

Опитайте се да продължите и европейците. Навигационната система GLONASS и нейният аналог в Азия в обозримо бъдеще може да се конкурират с "Галилео". Европейците планират да разгърнат група от 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 японските 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 съвсем млада - първият спътник 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 отбелязахме редица сложности, които са от значение за функционирането на сателитните навигационни системи. Сред основните неща, които нарекохме - разположението 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. Това обаче не е единственият фактор, който влияе върху правилността на позиционирането с помощта на сателит. Какво още влияе върху точността на изчисляването на координатите?

На първо място, заслужава да се отбележи, че същите атомни часовници, които са инсталирани на сателити, не винаги са абсолютно точни. Те са възможни, въпреки че са много малки, но все още оказват влияние върху качеството на системите за грешка при навигация. Например, ако се направи грешка на нивото на десетки наносекунди при изчисляване на времето, за което се движи радио вълната, неточността при определяне на координатите на земния обект може да бъде няколко метра. Същевременно съвременните сателити разполагат с оборудване, което позволява да се правят изчисления, като се вземат предвид и възможните грешки в работата на атомните часовници.

По-горе отбелязахме, че сред факторите, които влияят 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 с 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 комуникационни проблеми разработчиците на спътникова навигация работят: в алгоритмите на орбиталното оборудване по правило се изграждат различни видове коригиращи сценарии, като се вземат предвид особеностите на преминаването на радиовълните през йоносферата.

Облаците и други атмосферни явления също могат да повлияят на точността на навигационните системи. Водните пари, които се съдържат в съответните слоеве на въздушната обвивка на Земята, както и частици в йоносферата, влияят върху скоростта на радиовълните.

Несъмнено, що се отнася до домашното използване на GLONASS или GPS в структурата на такива единици, например на навигационна медийна система, чиито функции са до голяма степен забавни, малки неточности при изчисляването на координатите не са критични. Но с военното използване 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, въпросният термин, който се появи, се появява 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 навигационен инструмент също бе подобрен. През 16 век, Джерард Меркатор започва да изготвя карти, базирани на принципа на прилагане на цилиндрична проекция с еднакви ъгли. През XIX век е създаден лог - механично устройство, способно да измерва скоростта на морските плавателни съдове. През ХХ век арсенал от навигатори се появи като радар, а след това и космически комуникационни сателити. 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 черта на съвременната морска навигационна система е, че стандартното оборудване, инсталирано на кораба, има много висока устойчивост на износване и вода. Това е съвсем разбираемо - невъзможно е кораб, който отиде в открито плуване на хиляди километри от земята, е бил в ситуация, в която оборудването неочаквано е отказало. На земята, където ресурсите на цивилизацията са на разположение, всичко може да бъде поправено, в морето - това е проблематично.

Какви други забележителни 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.