Navigacijska oprema je raznih vrsta i modifikacija. Postoje sustavi dizajnirani za korištenje na otvorenom moru, drugi su prilagođeni široj javnosti, koristeći navigatore u mnogim aspektima u zabavne svrhe. Što su navigacijski sustavi?
Što je navigacija?
Izraz "navigacija" latinskog je porijekla. Riječ navigo znači "plovim na brodu". Odnosno, u početku je to zapravo bio sinonim za brodarstvo ili navigaciju. No s razvojem tehnologija koje brodovima olakšavaju plovidbu oceanima, pojavom zrakoplovstva, svemirske tehnologije, taj je pojam značajno proširio raspon mogućih tumačenja.
Danas navigacija znači proces u kojem osoba kontrolira objekt na temelju njegovih prostornih koordinata. Odnosno, navigacija se sastoji od dva postupka - ovo je izravna kontrola, kao i pogrešan izračun optimalne putanje objekta.
Vrste navigacije
Klasifikacija tipova navigacije je vrlo opsežna. Moderni stručnjaci razlikuju sljedeće glavne sorte:
- automobilska industrija;
- astronomski;
- bionavigacija;
- zrak;
- razmak;
- pomorski;
- radio navigacija;
- satelit;
- pod zemljom;
- informativno;
- inercijalno.
Neke od gore navedenih vrsta navigacije usko su povezane - uglavnom zbog zajedništva uključenih tehnologija. Na primjer, navigacija automobila često koristi alate specifične za satelit.
Postoje mješoviti tipovi, unutar kojih se istovremeno koristi više tehnoloških resursa, kao što su, na primjer, navigacijski i informacijski sustavi. Kao takvi, resursi satelitske komunikacije mogu biti ključni u njima. Međutim, krajnji cilj njihovog uključivanja bit će pružiti ciljnim grupama korisnika potrebne informacije.
Navigacijski sustavi
Odgovarajuća vrsta navigacije u pravilu predstavlja sustav istog imena. Postoji, dakle, automobilski navigacijski sustav, marinski, svemirski itd. Definicija ovog pojma prisutna je i u stručnoj zajednici. Navigacijski sustav, u skladu s uobičajenim tumačenjem, kombinacija je različitih vrsta opreme (i, ako je primjenjivo, softvera) koji vam omogućuju određivanje položaja objekta, kao i izračunavanje njegove rute. Ovdje se alat može razlikovati. Ali u većini slučajeva, sustave karakterizira prisutnost sljedećih osnovnih komponenti, kao što su:
- kartice (obično u elektroničkom obliku);
- senzori, sateliti iostali agregati za izračun koordinata;
- nesistemski objekti koji pružaju informacije o geografskoj lokaciji cilja;
- hardversko-softverska analitička jedinica koja osigurava unos i izlaz podataka, kao i povezivanje prve tri komponente.
U pravilu je struktura pojedinih sustava prilagođena potrebama krajnjih korisnika. Određeni tipovi rješenja mogu biti naglašeni prema softverskom dijelu, ili, obrnuto, hardverskom dijelu. Primjerice, navigacijski sustav Navitel, koji je popularan u Rusiji, uglavnom je softver. Namijenjen je širokom spektru građana koji posjeduju razne vrste mobilnih uređaja - prijenosna računala, tablete, pametne telefone.
Navigacija putem satelita
Svaki navigacijski sustav uključuje, prije svega, određivanje koordinata nekog objekta - obično zemljopisnog. Povijesno gledano, ljudski alati u tom pogledu stalno su se poboljšavali. Danas su najnapredniji navigacijski sustavi satelitski. Njihovu strukturu predstavlja skup visokoprecizne opreme, čiji se dio nalazi na Zemlji, dok se drugi dio rotira u orbiti. Suvremeni satelitski navigacijski sustavi mogu izračunati ne samo geografske koordinate, već i brzinu objekta, kao i smjer njegovog kretanja.
elementi satelitske navigacije
Odgovarajući sustavi uključuju sljedeće glavne elemente: konstelaciju satelita, zemaljske jedinice za mjerenje koordinacije orbitalnih objekata i razmjenu informacija s njima, uređaje za krajnjeg korisnika(navigatori) opremljeni potrebnim softverom, u nekim slučajevima - dodatnom opremom za određivanje geografskih koordinata (GSM tornjevi, internetski kanali, radio farovi, itd.).
Kako funkcionira satelitska navigacija
Kako funkcionira satelitski navigacijski sustav? U središtu njegovog rada je algoritam za mjerenje udaljenosti od objekta do satelita. Potonji se nalaze u orbiti praktički bez promjene položaja, pa su stoga njihove koordinate u odnosu na Zemlju uvijek konstantne. U navigatorima su navedeni odgovarajući brojevi. Pronalaženje satelita i povezivanje s njim (ili s nekoliko odjednom), uređaj zauzvrat određuje njegov zemljopisni položaj. Glavna metoda ovdje je izračunavanje udaljenosti do satelita na temelju brzine radio valova. Objekt u orbiti šalje zahtjev Zemlji s iznimnom vremenskom točnošću – za to se koriste atomski satovi. Nakon što je dobio odgovor od navigatora, satelit (ili skupina njih) određuje koliko je radio val prešao za taj i takav vremenski period. Brzina kretanja objekta mjeri se na sličan način - samo je mjerenje ovdje nešto kompliciranije.
Tehničke poteškoće
Utvrdili smo da je satelitska navigacija najnaprednija metoda za određivanje geografskih koordinata danas. Međutim, praktična primjena ove tehnologije popraćena je nizom tehničkih poteškoća. Što, na primjer? Prije svega, ovo je nehomogenost raspodjele gravitacijskog polja planeta - to utječe na položaj satelita u odnosu na Zemlju. Isto svojstvo karakterizira iatmosfera. Njegova nehomogenost može utjecati na brzinu radio valova, zbog čega može doći do netočnosti u odgovarajućim mjerenjima.
Još jedna tehnička poteškoća - signal koji satelit šalje navigatoru često blokiraju drugi zemaljski objekti. Kao rezultat toga, potpuno korištenje sustava u gradovima s visokim zgradama je teško.
Praktično korištenje satelita
Satelitski navigacijski sustavi pronalaze najširi raspon primjena. U mnogočemu - kao element raznih komercijalnih rješenja građanske orijentacije. To mogu biti i kućanski uređaji i, na primjer, višenamjenski navigacijski medijski sustav. Osim za civilnu upotrebu, satelitske resurse koriste geodeti, kartografi, transportne tvrtke i razne državne službe. Geolozi aktivno koriste satelite. Konkretno, mogu se koristiti za izračunavanje dinamike kretanja tektonskih zemljanih ploča. Satelitski navigatori također se koriste kao marketinški alat - uz pomoć analitike, koja uključuje metode geopozicioniranja, tvrtke provode istraživanja o svojoj bazi kupaca, a također, primjerice, šalju ciljano oglašavanje. Naravno, vojne strukture također koriste navigatore - oni su, zapravo, razvili najveće navigacijske sustave danas, GPS i GLONASS - za potrebe američke vojske, odnosno Rusije. I ovo nije iscrpan popis područja u kojima se sateliti mogu koristiti.
Moderna navigacijasustavi
Koji su navigacijski sustavi trenutno u funkciji ili se postavljaju? Počnimo s onim koji se na svjetskom javnom tržištu pojavio prije ostalih navigacijskih sustava – GPS-om. Njegov programer i vlasnik je Ministarstvo obrane SAD-a. Uređaji koji komuniciraju putem GPS satelita najčešći su na svijetu. Uglavnom zato što je, kao što smo već rekli, ovaj američki navigacijski sustav uveden na tržište prije svojih modernih konkurenata.
GLONASS aktivno dobiva na popularnosti. Ovo je ruski navigacijski sustav. Pripada, pak, Ministarstvu obrane Ruske Federacije. Razvijen je, prema jednoj verziji, otprilike iste godine kao i GPS - kasnih 80-ih - ranih 90-ih. No, na javno tržište uveden je tek nedavno, 2011. godine. Sve više proizvođača hardverskih rješenja za navigaciju implementira GLONASS podršku u svoje uređaje.
Pretpostavlja se da globalni navigacijski sustav "Beidou", razvijen u Kini, može ozbiljno konkurirati GLONASS-u i GPS-u. Istina, trenutno funkcionira samo kao nacionalna. Prema nekim analitičarima, globalni status može dobiti do 2020. godine, kada će u orbitu biti lansiran dovoljan broj satelita - oko 35. Program razvoja sustava Beidou relativno je mlad - počeo je tek 2000. godine, a prvi satelit razvio je Kineski programerilansiran 2007.
Europljani također pokušavaju držati korak. GLONASS navigacijski sustav i njegov američki pandan mogli bi se u doglednoj budućnosti natjecati s GALILEOM. Europljani planiraju rasporediti konstelaciju satelita u potrebnom broju jedinica orbitalnih objekata do 2020.
Među ostalim obećavajućim projektima za razvoj navigacijskih sustava može se istaknuti indijski IRNSS, kao i japanski QZSS. Što se tiče prve naširoko reklamirane javne informacije o namjerama programera da stvore globalni sustav, još nisu dostupne. Pretpostavlja se da će IRNSS opsluživati samo teritorij Indije. Program je također prilično mlad – prvi satelit je pušten u orbitu 2008. godine. Također se očekuje da će se japanski satelitski sustav prvenstveno koristiti unutar ili u blizini nacionalnih teritorija zemlje u razvoju.
Točnost pozicioniranja
Iznad smo uočili niz poteškoća koje su relevantne za funkcioniranje satelitskih navigacijskih sustava. Među glavnima koje smo naveli - položaj satelita u orbiti, odnosno njihovo kretanje duž zadane putanje, ne karakterizira uvijek apsolutna stabilnost zbog niza razloga. To unaprijed određuje netočnosti u izračunu geografskih koordinata u navigatorima. No, to nije jedini čimbenik koji utječe na ispravnost pozicioniranja pomoću satelita. Što još utječe na točnost izračunavanja koordinata?
Prije svega, vrijedi napomenuti da sami atomski satovi koji su instalirani na satelitima nisu uvijek apsolutno točni. Mogući su, iako sasvimmale, ali još uvijek utječu na kvalitetu pogrešaka navigacijskih sustava. Na primjer, ako se napravi pogreška na razini od nekoliko desetaka nanosekundi pri izračunavanju vremena tijekom kojeg se radio val kreće, tada netočnost u određivanju koordinata zemaljskog objekta može biti nekoliko metara. Istovremeno, moderni sateliti imaju opremu koja omogućuje izvođenje proračuna čak i uzimajući u obzir moguće pogreške u radu atomskih satova.
Gore smo napomenuli da je među čimbenicima koji utječu na točnost navigacijskih sustava heterogenost Zemljine atmosfere. Bilo bi korisno ovu činjenicu nadopuniti drugim informacijama o utjecaju područja blizu Zemlje na rad satelita. Činjenica je da je atmosfera našeg planeta podijeljena u nekoliko zona. Ona koja je zapravo na granici s otvorenim prostorom – ionosfera – sastoji se od sloja čestica koje imaju određeni naboj. Oni, sudarajući se s radio valovima koje šalje satelit, mogu smanjiti svoju brzinu, zbog čega se udaljenost do objekta može izračunati s greškom. Imajte na umu da programeri satelitske navigacije također rade s ovom vrstom izvora komunikacijskih problema: algoritmi za rad orbitalne opreme u pravilu uključuju različite vrste korektivnih scenarija koji uzimaju u obzir osobitosti prolaska radio valova kroz ionosfera u izračunima.
Oblaci i drugi atmosferski fenomeni također mogu utjecati na točnost navigacijskih sustava. Vodena para prisutna u odgovarajućim slojevima Zemljine zračne ovojnice, baš kao i čestice u ionosferi, utječe na brzinuradio valovi.
Naravno, s obzirom na domaću upotrebu GLONASS-a ili GPS-a kao dijela jedinica kao što je, na primjer, navigacijski medijski sustav, čije su funkcije uglavnom zabavne, onda su male netočnosti u izračunu koordinata nije kritičan. Ali u vojnoj upotrebi satelita, odgovarajući izračuni bi idealno trebali odgovarati stvarnom zemljopisnom položaju objekata.
Značajke pomorske navigacije
Nakon što govorimo o najmodernijoj vrsti navigacije, krenimo na kratku digresiju u povijest. Kao što znate, sam pojam o kojem je riječ prvi put se pojavio među navigatorima. Koje su karakteristike pomorskih navigacijskih sustava?
Kad govorimo o povijesnom aspektu, može se primijetiti evolucija alata koji su na raspolaganju pomorcima. Jedno od prvih "hardverskih rješenja" bio je kompas, koji je, prema nekim stručnjacima, izumljen u 11. stoljeću. Unaprijeđeno je i mapiranje, kao ključni navigacijski alat. U 16. stoljeću Gerard Mercator je počeo crtati karte po principu korištenja cilindrične projekcije s jednakim kutovima. U 19. stoljeću izumljen je balvan - mehanička jedinica sposobna mjeriti brzinu brodova. U dvadesetom stoljeću u arsenalu mornara pojavili su se radari, a zatim i svemirski komunikacijski sateliti. Danas funkcioniraju najnapredniji pomorski navigacijski sustavi, koji ubiru prednosti ljudskog istraživanja svemira. Kakva je priroda njihovog posla?
Neki stručnjaci vjeruju u toGlavna značajka koja karakterizira moderni pomorski navigacijski sustav je da standardna oprema ugrađena na brod ima vrlo visoku otpornost na trošenje i vodu. To je sasvim razumljivo – nemoguće je da se brod koji je išao na otvorenu plovidbu tisućama kilometara od kopna nađe u situaciji da oprema iznenada pokvari. Na kopnu, gdje su resursi civilizacije dostupni, sve se može popraviti, ali na moru je problematično.
Koje druge značajne značajke ima pomorski navigacijski sustav? Standardna oprema, uz obvezni zahtjev - otpornost na habanje, u pravilu sadrži module prilagođene fiksiranju određenih parametara okoline (dubina, temperatura vode itd.). Također, brzina broda u pomorskim navigacijskim sustavima u mnogim slučajevima se još uvijek ne izračunava satelitima, već standardnim metodama.
