Navigatiesysteem. Marine navigatiesystemen

Navigatieapparatuur kan heel anders zijnsoorten en aanpassingen. Er zijn systemen ontworpen voor gebruik in de open zee, andere zijn aangepast voor de massa's gebruikers die op vele manieren navigators gebruiken voor amusementsdoeleinden. Hoe zijn navigatiesystemen?

Wat is navigatie?

De term "navigatie" heeft een Latijnse oorsprong. Het woord navigo betekent "op een schip zeilen." Dat wil zeggen, aanvankelijk was het eigenlijk een synoniem voor verzending of navigatie. Maar met de ontwikkeling van technologieën die het pad van navigatie van schepen op de oceanen vergemakkelijken, heeft de term, met de komst van de luchtvaart, ruimtetechnologie, het bereik van mogelijke interpretaties aanzienlijk uitgebreid.

Vandaag verwijst navigatie naar het proces wanneerwaar een persoon een bepaald object bestuurt, gebaseerd op zijn ruimtelijke coördinaten. Dat wil zeggen, navigatie bestaat uit twee procedures - dit is directe controle, evenals de berekening van het optimale pad van het object.

Soorten navigatie

De classificatie van navigatietypen is vrij uitgebreid. Moderne experts identificeren de volgende hoofdtypen:

- auto;

- astronomisch;

- Bionavigatie;

- lucht;

- ruimte;

- zee;

- radionavigatie;

- satelliet;

- ondergronds;

- informatief;

- inertie.

Sommige van de bovenstaande navigatietypennauw met elkaar verbonden, voornamelijk als gevolg van de gemeenschappelijkheid van de betrokken technologieën. Autonavigatie omvat bijvoorbeeld vaak satellietspecifieke hulpmiddelen.

Er zijn gemengde typen waarinverschillende technologische hulpmiddelen worden gelijktijdig gebruikt, zoals navigatie- en informatiesystemen. In hen kunnen de satellietcommunicatiemiddelen als zodanig de sleutel zijn. Het uiteindelijke doel om hen in contact te brengen, is echter om doelgroepen van gebruikers van de nodige informatie te voorzien.

Navigatiesystemen

Het juiste type navigatievormen op zich,in de regel, het systeem met dezelfde naam. Er is daarom een ​​autonavigatiesysteem, marine, ruimte, etc. De definitie van deze term is ook aanwezig in de expertomgeving. Het navigatiesysteem is, in overeenstemming met de gebruikelijke interpretatie, een combinatie van verschillende soorten apparatuur (en, indien van toepassing, software), waarmee de positie van het object kan worden bepaald en de route kan worden berekend. De tools hier kunnen anders zijn. Maar in de meeste gevallen worden systemen gekenmerkt door de aanwezigheid van de volgende basiscomponenten, zoals:

- kaarten (meestal in elektronische vorm);

- sensoren, satellieten en andere eenheden voor het berekenen van coördinaten;

- niet-systeemobjecten die informatie geven over de geografische locatie van het doelwit;

- een analytische software- en hardware-eenheid die gegevensinvoer en -output levert en tevens de eerste drie componenten met elkaar verbindt.

In de regel de structuur van bepaalde systemenaangepast aan de behoeften van eindgebruikers. Bepaalde typen oplossingen kunnen worden geaccentueerd in de richting van de software of, omgekeerd, de hardware. Navitel, een populair navigatiesysteem in Rusland, is bijvoorbeeld meestal software. Het is bedoeld voor gebruik door een groot aantal burgers die verschillende soorten mobiele apparaten bezitten: laptops, tablets, smartphones.

Satelliet navigatie

Elk navigatiesysteem veronderstelt eerderalles, de definitie van de coördinaten van het object - meestal geografisch. Historisch gezien is de toolkit van de mens in dit opzicht voortdurend verbeterd. Tegenwoordig zijn de meest geavanceerde navigatiesystemen satelliet. Hun structuur wordt vertegenwoordigd door een reeks uiterst nauwkeurige apparatuur, waarvan een deel zich op de aarde bevindt, de andere roteert in een baan. Moderne satellietnavigatiesystemen kunnen niet alleen geografische coördinaten berekenen, maar ook de snelheid van het object en de bewegingsrichting ervan.

Satellietnavigatie-elementen

De relevante systemen omvatten het volgende:hoofdelementen: groeperen van satellieten, grondblokken voor het meten van de coördinatie van orbitale objecten en het uitwisselen van informatie met hen, instrumenten voor de eindgebruiker (navigators) uitgerust met de nodige software, in sommige gevallen extra uitrusting voor het specificeren van geografische coördinaten (GSM-torens, internetkanalen, radiobakens) etc.).

Hoe satellietnavigatie werkt

Hoe werkt satellietnavigatiesysteem? De kern van haar werk is een algoritme voor het meten van de afstand van een object tot satellieten. De laatste bevinden zich bijna in een baan zonder hun positie te veranderen, en daarom zijn hun coördinaten ten opzichte van de aarde altijd constant. In de navigators worden de bijbehorende figuren gelegd. Zoekend naar een satelliet en verbinding ermee (of meerdere tegelijk), bepaalt het apparaat op zijn beurt de geografische locatie. De belangrijkste methode hier is om de afstand tot satellieten te berekenen op basis van de snelheid van radiogolven. Een orbitaal object verzendt een verzoek naar de aarde met uitzonderlijke nauwkeurigheid in tijd - het gebruikt een atoomklok. Na ontvangst van een antwoord van de navigator, bepaalt de satelliet (of een groep van dergelijke) hoe ver de radiogolf is gepasseerd gedurende een dergelijke tijdsperiode. De bewegingssnelheid van een object wordt op een vergelijkbare manier gemeten - alleen de meting hier is iets gecompliceerder.

Technische problemen

We hebben vastgesteld dat satellietnavigatie het meest isperfect voor vandaag de methode voor het bepalen van geografische coördinaten. Het praktische gebruik van deze technologie gaat echter gepaard met een aantal technische problemen. Wat, bijvoorbeeld? Allereerst is het de niet-uniforme verdeling van het zwaartekrachtsveld van de planeet - het beïnvloedt de positie van de satelliet ten opzichte van de aarde. Een vergelijkbare eigenschap wordt ook gekenmerkt door de atmosfeer. Zijn heterogeniteit kan de snelheid van radiogolven beïnvloeden, wat onnauwkeurigheden in de overeenkomstige metingen kan veroorzaken.

Een ander technisch probleem is het signaalverzonden van satelliet naar navigator, wordt vaak geblokkeerd door andere grondobjecten. Als gevolg hiervan kan het gebruik van het systeem in steden met hoge gebouwen moeilijk zijn.

Praktisch gebruik van satellieten

Satellietnavigatiesystemen vinden het meestbreed scala aan toepassingen. In veel opzichten - als onderdeel van verschillende commerciële beslissingen van een civiele oriëntatie. Het kunnen zowel huishoudelijke apparaten zijn als, bijvoorbeeld, een multifunctioneel navigatiemediasysteem. Afgezien van civiel gebruik maken landmeters, cartografische deskundigen, transportbedrijven en verschillende overheidsdiensten gebruik van satellietbronnen. Satellieten worden actief betrokken door geologen. In het bijzonder kunnen ze worden gebruikt om de dynamiek van de beweging van tektonische platen te berekenen. Satellietnavigators worden ook gebruikt als een marketingtool - met behulp van analyses, waarbij er geolocatiemethoden zijn, verrichten bedrijven onderzoek naar hun klantenbestand en ook bijvoorbeeld directe gerichte reclame. Uiteraard worden navigators ook gebruikt door militaire structuren - zij hebben in feite de grootste navigatiesystemen van vandaag ontwikkeld, GPS en GLONASS - voor de behoeften van de Amerikaanse en Russische legers, respectievelijk. En dit is verre van een uitputtende lijst van gebieden waar satellieten kunnen worden gebruikt.

Moderne navigatiesystemen

Welke navigatiesystemen functioneren vandaag?in het aantal bestaande of wordt ingezet? Laten we beginnen met degene die eerder op de wereldwijde openbare markt verscheen dan andere navigatiesystemen - GPS. De ontwikkelaar en eigenaar is het Amerikaanse ministerie van Defensie. Apparaten die communiceren via GPS-satellieten zijn de meest voorkomende in de wereld. Vooral omdat, zoals we hierboven al zeiden, dit Amerikaanse navigatiesysteem voor zijn moderne concurrenten op de markt werd gebracht.

Actief wint aan populariteit GLONASS. Dit is het Russische navigatiesysteem. Het hoort op zijn beurt weer bij het Ministerie van Defensie van de Russische Federatie. Het werd ontwikkeld, volgens een van de versies, ongeveer in dezelfde jaren als GPS - eind jaren 80 - begin jaren 90. Het is echter onlangs in 2011 op de openbare markt geïntroduceerd. Steeds meer fabrikanten van navigatiehardware-oplossingen gebruiken GLONASS-ondersteuning op hun apparaten.

Dit zou een serieuze wedstrijd GLONASS zijnen GPS kan het globale navigatiesysteem "Beidou" vormen, ontwikkeld in China. Zeker, op dit moment functioneert het alleen als een nationale. Volgens sommige analisten kan het een globale status krijgen tegen 2020, wanneer een voldoende aantal satellieten - ongeveer 35 - in een baan zal worden gebracht. Het Beidou-systeemontwikkelingsprogramma is relatief jong - het begon pas in 2000 en de eerste satelliet werd gelanceerd door Chinese ontwikkelaars in 2007.

Europeanen proberen het bij te houden. Het navigatiesysteem GLONASS en zijn Amerikaanse tegenhanger in de nabije toekomst zullen wellicht in concurrentie treden met GALILEO. Europeanen zijn van plan de groepering van satellieten tegen 2020 uit te breiden met het vereiste aantal eenheden orbitale objecten.

Onder andere veelbelovende projecten opDe ontwikkeling van navigatiesystemen kan worden opgemerkt Indiase IRNSS, evenals de Japanse QZSS. Over de eerste veel gepubliceerde publieke informatie over de intenties van ontwikkelaars om een ​​wereldwijd systeem te maken. Er wordt van uitgegaan dat IRNSS alleen het grondgebied van India zal bedienen. Het programma is ook vrij jong - de eerste satelliet werd gelanceerd in een baan om de aarde in 2008. Het Japanse satellietsysteem zal naar verwachting ook voornamelijk worden gebruikt binnen de nationale territoria van het land van de ontwikkelaar of de buurlanden.

Positionering nauwkeurigheid

Hierboven hebben we een aantal problemen opgemerkt die relevant zijn voorhet functioneren van satellietnavigatiesystemen. Van de belangrijkste die we noemden - de locatie van satellieten in een baan of hun beweging langs een bepaald traject, wordt om een ​​aantal redenen niet altijd gekenmerkt door absolute stabiliteit. Dit bepaalt de onnauwkeurigheden in de berekening van geografische coördinaten in navigators. Dit is echter niet de enige factor die de juistheid van de positionering via satelliet beïnvloedt. Wat beïnvloedt nog meer de nauwkeurigheid van de berekening van coördinaten?

Allereerst is het de moeite waard om op te merken - het atomairehorloges die op satellieten zijn geïnstalleerd, zijn niet altijd absoluut accuraat. Ze zijn mogelijk, hoewel erg klein, maar hebben nog steeds invloed op de kwaliteit van het werk van fouten in navigatiesystemen. Als bijvoorbeeld, bij het berekenen van de tijd waarvoor een radiogolf beweegt, een fout van tientallen nanoseconden wordt gemaakt, dan kan de onnauwkeurigheid bij het bepalen van de coördinaten van een grondobject enkele meters bedragen. Tegelijkertijd beschikken moderne satellieten over apparatuur waarmee ze berekeningen kunnen uitvoeren, waarbij ze zelfs rekening houden met mogelijke fouten in de werking van atoomklokken.

Hierboven hebben we opgemerkt dat een aantal factoren van invloed zijnover de nauwkeurigheid van navigatiesystemen - de heterogeniteit van de atmosfeer van de aarde. Het zou nuttig zijn om dit feit aan te vullen met andere informatie over de invloed van near-Earth-regio's op de werking van satellieten. Het is een feit dat de atmosfeer van onze planeet is verdeeld in verschillende zones. Degene die zich daadwerkelijk op de grens met open ruimte bevindt - de ionosfeer - bestaat uit een laag deeltjes met een zekere lading. Ze kunnen interfereren met de radiogolven die door de satelliet worden verzonden, wat hun snelheid kan verminderen, met als gevolg dat de afstand tot het object kan worden berekend met een fout. Merk op dat de ontwikkelaars van satellietnavigatie werken met dit soort communicatieproblemen: in de regel worden verschillende soorten correctiescenario's opgenomen in de algoritmen van de orbitaalapparatuur, die rekening houden met de kenmerken van radiogolven die door de ionosfeer gaan.

Wolken en andere atmosferische verschijnselen kunnen ookinvloed hebben op de nauwkeurigheid van navigatiesystemen. Waterdamp die aanwezig is in de respectieve lagen van de luchtschil van de aarde, evenals deeltjes in de ionosfeer, beïnvloedt de snelheid van radiogolven.

Natuurlijk, met betrekking tot thuisgebruikGLONASS of GPS als onderdeel van dergelijke eenheden zoals bijvoorbeeld een navigatiemediasysteem, waarvan de functies in veel opzichten een onderhoudend karakter hebben, dan zijn kleine onnauwkeurigheden in de miscalculaties van coördinaten niet kritisch. Maar in het geval van militair gebruik van satellieten, moeten de overeenkomstige berekeningen perfect in overeenstemming zijn met de werkelijke geografische locatie van de objecten.

Maritieme navigatiefuncties

Na het praten over het modernste type navigatie,laten we een beetje geschiedenis schrijven. Zoals bekend, verscheen de term in kwestie voor het eerst in de omgeving van zeevarenden. Welke functies worden gekenmerkt door mariene navigatiesystemen?

Over het historische aspect gesproken, kan worden opgemerktde ontwikkeling van de gereedschappen ter beschikking van zeelieden. Een van de eerste "hardware-oplossingen" was het kompas, dat volgens sommige experts in de XI-eeuw werd uitgevonden. Het proces van in kaart brengen als belangrijkste navigatiehulpmiddelen is ook verbeterd. In de zestiende eeuw begon Gerard Mercator kaarten te maken op basis van het principe van het gebruik van een cilindrische projectie met gelijke hoeken. In de XIXe eeuw werd de lag uitgevonden - een mechanische eenheid die de snelheid van schepen kan meten. In de twintigste eeuw verscheen radar in het arsenaal van zeevarenden en vervolgens satellieten voor ruimtecommunicatie. De meest geavanceerde mariene navigatiesystemen van vandaag functioneren dus, en plukken de vruchten van het menselijke ruimtevaartonderzoek. Wat is de specificiteit van hun werk?

Sommige deskundigen geloven dat de belangrijksteDe functie die kenmerkend is voor het moderne mariene navigatiesysteem - de standaarduitrusting geïnstalleerd op het schip, heeft een zeer hoge weerstand tegen slijtage en water. Dit is heel begrijpelijk - het is onmogelijk voor een schip, dat duizenden kilometers van het land naar open navigatie is gegaan om in een situatie te verkeren waarin de uitrusting plotseling weigert. Op een land waar toegang de bronnen van de beschaving zijn, kan alles worden gerepareerd, op zee is het problematisch.

Welke andere opmerkelijke kenmerken?heeft een marien navigatiesysteem? De standaarduitrusting bevat, naast de verplichte eis van slijtvastheid, in de regel modulen die zijn aangepast om bepaalde omgevingsparameters vast te stellen (diepte, watertemperatuur, enz.). Ook wordt de snelheid van het schip in mariene navigatiesystemen in veel gevallen niet door satellieten berekend, maar door standaardmethoden.