Navigační systém. Námořní navigační systémy

Navigační zařízení může mít různé typy a modifikace. Existují systémy navržené pro použití na volném moři, jiné jsou přizpůsobeny širokému množství uživatelů, kteří používají navigátory v mnoha ohledech pro zábavní účely. Jaké jsou navigační systémy?

Co je navigace?

Pojem "plavba" má latinský původ. Slovo "navigo" znamená "plovoucí na lodi". To znamená, že zpočátku to bylo ve skutečnosti synonymem pro navigaci nebo navigaci. Ale s rozvojem technologií, které usnadňují způsob plavby lodí po oceánech, s příchodem letectví, vesmírnou technikou, výraz výrazně rozšířil rozsah možných interpretací.

Dnes se navigace označuje procesem, ve kterém osoba řídí objekt na základě jeho prostorových souřadnic. To znamená, že navigace se skládá ze dvou procedur - to přímo řídí, stejně jako nesprávné výpočty optimální cesty pohybu objektu.

Typy navigace

Klasifikace druhů navigace je velmi rozsáhlá. Moderní odborníci rozlišují následující hlavní odrůdy:

- automobilový průmysl;

- astronomické;

- bionavigace;

- vzduch;

- prostor;

- moře;

- rádiová navigace;

- satelit;

- podzemní;

- informace;

- inertial.

Některé z výše uvedených typů navigace jsou úzce spjaty - především kvůli společné povaze dotčených technologií. Automobilová navigace například často používá nástrojovou sadu specifickou pro satelitní navigaci.

Existují smíšené typy, v nichž se současně využívá několik technologických zdrojů, jako například navigační a informační systémy. V nich mohou být klíčové satelitní komunikační zdroje. Konečným cílem jejich zapojení však bude poskytovat cílovým skupinám uživatelů potřebné informace.

Navigační systémy

Odpovídající typ navigačních formulářů je zpravidla podobný systém. Existuje tedy automobilový navigační systém, námořní, prostorový, atd. Definice tohoto termínu je také přítomna v odborném prostředí. Navigační systém, v závislosti na společném výkladu - sbírka různých typů zařízení (a případně - a software), který vám umožní určit polohu objektu, jakož i pro výpočet jeho trasu. Souprava nástrojů zde může být jiná. Ve většině případů se však systémy vyznačují přítomností následujících základních složek:

- mapy (obvykle v elektronické podobě);

- Senzory, družice a další agregáty pro výpočet souřadnic;

- extrasystémové objekty, které poskytují informace o geografické poloze cíle;

- softwarová a hardwarová analytická jednotka, která poskytuje vstupy a výstupy dat, a také propojuje první tři komponenty.

Struktura některých systémů je zpravidla přizpůsobena potřebám koncových uživatelů. Jednotlivé typy řešení mohou být zvýrazněny ve směru softwarové části nebo naopak v hardware. Například navigační systém Navitel, populární v Rusku, je spíše softwarem. Je určen pro širokou škálu občanů, kteří vlastní různé typy mobilních zařízení - notebooky, tablety, smartphony.

Navigace přes satelit

Každý navigační systém zahrnuje především definici souřadnic objektu - zpravidla geografického. Historicky se lidská sada nástrojů v tomto ohledu neustále zlepšuje. Dnes jsou nejpokročilejší navigační systémy družicové. Jejich struktura je reprezentována kombinací vysoce přesných zařízení, z nichž část je umístěna na Zemi a druhá je v oběžné dráze. Moderní družicové navigační systémy dokáží vypočítat nejen geografické souřadnice, ale také rychlost objektu, stejně jako směr jeho pohybu.

Prvky satelitní navigace

Složení příslušných systémů obsahuje tyto základní části: družic, pozemní jednotky měření souřadnic orbitální objekty a výměnu informací s nimi zařízení pro koncového uživatele (navigátor), který je vybaven potřebným softwarem, v některých případech - příslušenství pro specifikaci zeměpisných souřadnic (GSM-věž , Internetové kanály, rádiové majáky atd.).

Jak funguje satelitní navigace

Jak funguje satelitní navigační systém? Jádrem její práce je algoritmus pro měření vzdálenosti od objektu k družicím. Ty se nacházejí na oběžné dráze téměř bez změny jejich polohy, a proto jejich souřadnice vzhledem k Zemi jsou vždy konstantní. V navigátorech jsou umístěny odpovídající čísla. Při hledání satelitu a připojování k němu (nebo ihned na několik) přístroj určuje svou geografickou polohu. Hlavní metodou je vypočítat vzdálenost k družicům na základě rychlosti rádiových vln. Orbitální objekt pošle Zemi žádost s mimořádnou přesností v čase - pro tento je použit atomový čas. Po přijetí odpovědi navigátorem určuje satelitní (nebo skupina těchto) vzdálenost takového časového intervalu, aby mohla projít rádiovou vlnou. Podobně se změří rychlost pohybu objektu - pouze zde měření je poněkud komplikovanější.

Technické potíže

Zjistili jsme, že satelitní navigace je nejdokonalejší metodou pro určování zeměpisných souřadnic. Praktické využití této technologie je však doprovázeno řadou technických potíží. Co například? Nejdříve je to nehomogenita rozložení gravitačního pole planety - to ovlivňuje pozici satelitu vůči Zemi. Podobná vlastnost se vyznačuje také atmosférou. Jeho heterogenita může ovlivnit rychlost rádiových vln, což může vést k nepřesnostem odpovídajících měření.

Další technická obtíž je, že signál odeslaný ze satelitu navigátoru je často blokován jinými pozemními objekty. V důsledku toho je obtížné plně využívat systém ve městech s vysokými budovami.

Praktické využití satelitů

Satelitní navigační systémy najdou nejširší spektrum aplikací. V mnoha ohledech - jako součást různých komerčních rozhodnutí občanské orientace. Může se jednat jak o domácí spotřebiče, tak o multifunkční navigační mediální systém. Kromě civilních aplikací využívají geodezisté, kartografové, dopravní společnosti různé vládní služby pomocí satelitních zdrojů. Družice aktivně používají geology. Zejména s jejich pomocí je možné vypočítat dynamiku pohybu desek tektonických zemin. Satelitní navigátory se také používají jako marketingový nástroj - s pomocí analytiky, kde existují metody geografie, firmy provádějí výzkum na své klientské bázi a například posílají cílenou reklamu. Samozřejmě, navigátoři a vojenské struktury používají také navigátory - ve skutečnosti vyvinuly největší navigační systémy dnes, GPS a GLONASS - pro potřeby americké armády a Ruska. A to není zdaleka vyčerpávající seznam oblastí, kde mohou být satelity použity.

Moderní navigační systémy

Které navigační systémy v současné době pracují nebo jsou v nasazení? Začněme tím, který se objevil na globálním veřejném trhu dříve než ostatní navigační systémy - GPS. Jeho vývojář a majitel - Ministerstvo obrany USA. Zařízení, která podporují komunikaci prostřednictvím družic GPS, jsou nejběžnějšími na světě. Hlavně proto, že jak jsme uvedli výše, tento americký navigační systém byl uveden na trh dříve, než jeho moderní konkurenti.

GLONASS aktivně získává popularitu. To je ruský navigační systém. Patří pak na Ministerstvo obrany Ruské federace. Byla vyvinuta podle jedné verze přibližně ve stejných letech jako GPS - na konci 80. let - počátkem 90. let. Veřejný trh byl však v roce 2011 zcela nedávno zrušen. Stále více výrobců hardwarových navigačních řešení zavádí podporu GLONASS ve svých zařízeních.

Předpokládá se, že globální navigační systém "Beidou", vyvinutý v ČLR, může vážně konkurovat systému GLONASS a GPS. Je pravda, že v tuto chvíli funguje pouze jako národní. Globální stav se může dostat, podle některých analytiků, do roku 2020, kdy se zobrazí oběžné dráze dost satelity - o 35. vývoj systému Program „Beidou“ je poměrně mladá - to teprve začala v roce 2000 a první satelit vypuštěný v čínských developerů 2007th.

Snažte se držet krok a Evropanů. Navigační systém GLONASS a jeho americký analog se v dohledné budoucnosti mohou dostat do konkurence s GALILEO. Evropané plánují nasazení seskupení družic do požadovaného počtu jednotek orbitálních objektů do roku 2020.

Mezi další slibné projekty pro rozvoj navigačních systémů lze poznamenat indický IRNSS, stejně jako japonský QZSS. Co se týče prvních široce propagovaných informací o záměrech vývojářů vytvořit globální systém ještě. Předpokládá se, že IRNSS bude sloužit pouze území Indie. Program je také poměrně mladý - první satelit byl uveden na oběžnou dráhu v roce 2008. Očekává se, že japonský satelitní systém bude využíván hlavně v rámci národních území rozvojové země nebo sousedních zemí.

Přesnost polohování

Dále jsme zaznamenali řadu složitostí, které jsou důležité pro fungování družicových navigačních systémů. Z hlavních věcí, které jsme nazývali - umístění družic na oběžné dráze nebo jejich pohyb po dané trajektorii není vždy charakterizována absolutní stabilitou z řady důvodů. To předurčuje nepřesnost při výpočtu zeměpisných souřadnic v navigátorech. Současně to není jediný faktor, který ovlivňuje správnost umístění satelitu. Co ještě ovlivňuje přesnost výpočtu souřadnic?

Za prvé, stojí za zmínku, že stejné atomové hodiny instalované na družicích nejsou vždy zcela přesné. Jsou možné, i když velmi malé, ale stále ovlivňují kvalitu práce systémů navigačních chyb. Například, jestliže se při výpočtu doby, v níž je pro rádiové vlny pohybující se uděláte chybu na úrovni desítek nanosekund, nepřesnost při určování souřadnic pozemních cílů může být několik metrů. Moderní družice současně disponují vybavením, které umožňuje provádět výpočty i při zohlednění možných chyb v práci atomových hodin.

Dále jsme si všimli, že mezi faktory ovlivňující přesnost navigačních systémů - heterogenitu zemské atmosféry. Bude užitečné doplnit tuto skutečnost o další informace týkající se vlivu regionů v blízkosti Země na práci družic. Faktem je, že atmosféra naší planety je rozdělena do několika zón. Ten, který je vlastně na hranici s otevřeným prostorem - ionosférou - se skládá z vrstvy částic s určitým nábojem. Jsou zasahování rádiových vln, satelit odesílá, může snížit rychlost, přičemž vzdálenost k objektu, může být vypočtena s chybou. Všimněte si, že s tímto typem zdroje komunikačních problémů vývojářů satelitního navigačního práce: v algoritmů orbitální zařízení jsou obvykle zahrnuty různé druhy nápravných scénáře, přičemž bere v úvahu při výpočtu průchodu rádiových vln přes ionosféry.

Mraky a další atmosférické jevy mohou také ovlivnit přesnost navigačních systémů. Vodní pára přítomná v odpovídajících vrstvách vzduchové obálky Země, stejně jako částice v ionosféře, ovlivňují rychlost rádiových vln.

Samozřejmě, že s ohledem na domácí použití GLONASS nebo GPS ve složení takových jednotek, například navigačního systému médií, který funguje v mnoha ohledech jsou zábavné, některé drobné nepřesnosti v souřadnicovém špatný odhad nejsou kritické. Při vojenském využití satelitů by však odpovídající výpočty měly odpovídat skutečné geografické poloze objektů.

Vlastnosti námořní navigace

Když jsme hovořili o nejmodernějším druhu navigace, učiníme krátký záběr do historie. Jak víte, samotný termín, o němž se jedná, se poprvé objevil v prostředí námořníků. Jaké jsou vlastnosti mořských navigačních systémů?

Když mluvíme o historickém aspektu, je možné poznamenat vývoj nástrojů, které mají námořníci k dispozici. Jedním z prvních "hardwarových řešení" byl kompas, který byl podle některých odborníků vynalezen v XI. Století. Proces mapování jako klíčového navigačního nástroje byl také vylepšen. V 16. století začal Gerard Mercator kreslit mapy založené na principu použití válcového projevu se stejnými úhly. V 19. století bylo vynalezeno zpoždění - mechanická jednotka schopná měřit rychlost námořních plavidel. Ve dvacátém století se arzenál navigátorů objevil radarem a pak vesmírnými komunikačními družicemi. Nejmodernější navigační systémy dnes fungují, a tak získávají plody lidského průzkumu vesmíru. Jaká je specificita jejich práce?

Někteří odborníci se domnívají, že hlavním rysem, který se vyznačuje moderní námořní navigační systém - standardní zařízení instalované na lodi, má velmi vysokou odolnost proti oděru a vodě. Je to pochopitelné - to je nemožné, aby loď v otevřených plaveckých tisíce mil od půdy, bylo to v situaci, kdy je zařízení došlo k neočekávanému výpadku. Na zemi, kde jsou přístupy civilizačními zdroji, je vše možné napravit, v moři - je to problematické.

Jaké další pozoruhodné vlastnosti má námořní navigační systém? Standardní vybavení kromě povinného požadavku trvanlivosti obvykle obsahuje moduly přizpůsobené pro stanovení určitých parametrů prostředí (hloubka, teplota vody atd.). Také rychlost lodí v námořních navigačních systémech je v mnoha případech vypočtena nikoliv družicemi, ale standardními metodami.