Navigatieapparatuur is van verschillende typen en modificaties. Er zijn systemen die zijn ontworpen voor gebruik op open zee, andere zijn aangepast voor het grote publiek, waarbij in veel opzichten navigatiesystemen worden gebruikt voor amusementsdoeleinden. Wat zijn navigatiesystemen?
Wat is navigatie?
De term 'navigatie' is van Latijnse oorsprong. Het woord Navigo betekent "Ik vaar op een schip". Dat wil zeggen, aanvankelijk was het eigenlijk een synoniem voor scheepvaart of navigatie. Maar met de ontwikkeling van technologieën die het voor schepen gemakkelijker maken om over de oceanen te navigeren, met de komst van de luchtvaart en ruimtetechnologie, heeft de term het scala aan mogelijke interpretaties aanzienlijk uitgebreid.
Tegenwoordig betekent navigatie een proces waarbij een persoon een object bestuurt op basis van zijn ruimtelijke coördinaten. Dat wil zeggen, navigatie bestaat uit twee procedures - dit is directe controle, evenals een misrekening van het optimale pad van het object.
Navigatietypes
De classificatie van navigatietypes is zeer uitgebreid. Moderne experts onderscheiden de volgende hoofdvariëteiten:
- auto;
- astronomisch;
- bionavigatie;
- lucht;
- spatie;
- maritiem;
- radionavigatie;
- satelliet;
- ondergronds;
- informatief;
- traagheid.
Sommige van de bovenstaande soorten navigatie zijn nauw verwant - voornamelijk vanwege de gemeenschappelijkheid van de betrokken technologieën. Autonavigatie gebruikt bijvoorbeeld vaak satellietspecifieke tools.
Er zijn gemengde typen, waarbinnen meerdere technologische middelen tegelijkertijd worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld navigatie- en informatiesystemen. Als zodanig kunnen satellietcommunicatiebronnen daarin van cruciaal belang zijn. Het uiteindelijke doel van hun betrokkenheid zal echter zijn om de beoogde gebruikersgroepen van de nodige informatie te voorzien.
Navigatiesystemen
Het overeenkomstige type navigatie vormt in de regel een systeem met dezelfde naam. Er is dus een autonavigatiesysteem, marine, ruimte, etc. De definitie van deze term is ook aanwezig in de expertgemeenschap. Het navigatiesysteem is, in overeenstemming met de gangbare interpretatie, een combinatie van verschillende soorten apparatuur (en, indien van toepassing, software) waarmee u zowel de positie van een object kunt bepalen als de route ervan kunt berekenen. De toolkit kan hier 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 enandere aggregaten voor het berekenen van coördinaten;
- niet-systeemobjecten die informatie verschaffen over de geografische locatie van het doel;
- hardware-software analytische eenheid die gegevensinvoer en -uitvoer levert en de eerste drie componenten koppelt.
In de regel wordt de structuur van bepaalde systemen aangepast aan de behoeften van de eindgebruikers. Bepaalde soorten oplossingen kunnen worden geaccentueerd naar het softwaregedeelte of, omgekeerd, naar het hardwaregedeelte. Het Navitel-navigatiesysteem, dat populair is in Rusland, bestaat bijvoorbeeld voornamelijk uit software. Het is bedoeld voor gebruik door een breed scala aan burgers die verschillende soorten mobiele apparaten bezitten - laptops, tablets, smartphones.
Navigatie via satelliet
Elk navigatiesysteem omvat in de eerste plaats de bepaling van de coördinaten van een object - meestal geografisch. Historisch gezien zijn menselijke instrumenten in dit opzicht voortdurend verbeterd. Tegenwoordig zijn de meest geavanceerde navigatiesystemen satelliet. Hun structuur wordt weergegeven door een reeks zeer nauwkeurige apparatuur, waarvan een deel zich op aarde bevindt, terwijl het andere deel in een baan om de aarde draait. Moderne satellietnavigatiesystemen kunnen niet alleen geografische coördinaten berekenen, maar ook de snelheid van een object en de richting van zijn beweging.
Satellietnavigatie-elementen
De bijbehorende systemen omvatten de volgende hoofdelementen: constellatie van satellieten, eenheden op de grond voor het meten van de coördinatie van orbitale objecten en het uitwisselen van informatie met hen, apparaten voor de eindgebruiker(navigators) uitgerust met de nodige software, in sommige gevallen - extra apparatuur voor het specificeren van geografische coördinaten (GSM-torens, internetkanalen, radiobakens, enz.).
Hoe satellietnavigatie werkt
Hoe werkt een satellietnavigatiesysteem? De kern van zijn werk is een algoritme voor het meten van de afstand van een object tot satellieten. Deze laatste bevinden zich praktisch in een baan om de aarde zonder hun positie te veranderen, en daarom zijn hun coördinaten ten opzichte van de aarde altijd constant. In de navigators zijn de bijbehorende nummers vastgelegd. Door een satelliet te vinden en er verbinding mee te maken (of met meerdere tegelijk), bepa alt het apparaat op zijn beurt zijn geografische positie. De belangrijkste methode hier is om de afstand tot de satellieten te berekenen op basis van de snelheid van de radiogolven. Een object in een baan om de aarde stuurt een verzoek naar de aarde met een uitzonderlijke tijdnauwkeurigheid - hiervoor worden atoomklokken gebruikt. Na een reactie van de navigator te hebben ontvangen, bepa alt de satelliet (of een groep van hen) hoe ver de radiogolf heeft gereisd voor die en die tijdsperiode. De bewegingssnelheid van een object wordt op een vergelijkbare manier gemeten - alleen is de meting hier iets gecompliceerder.
Technische problemen
We hebben vastgesteld dat satellietnavigatie tegenwoordig de meest geavanceerde methode is om geografische coördinaten te bepalen. Het praktische gebruik van deze technologie gaat echter gepaard met een aantal technische problemen. Wat bijvoorbeeld? Allereerst is dit de inhomogeniteit van de verdeling van het zwaartekrachtveld van de planeet - dit beïnvloedt de positie van de satelliet ten opzichte van de aarde. Dezelfde eigenschap wordt ook gekenmerkt door:atmosfeer. De inhomogeniteit ervan kan de snelheid van radiogolven beïnvloeden, waardoor er onnauwkeurigheden kunnen zijn in de overeenkomstige metingen.
Nog een technisch probleem: het signaal dat van de satelliet naar de navigator wordt gestuurd, wordt vaak geblokkeerd door andere grondobjecten. Als gevolg hiervan is het volledige gebruik van het systeem in steden met hoge gebouwen moeilijk.
Praktisch gebruik van satellieten
Satellietnavigatiesystemen vinden het breedste scala aan toepassingen. In veel opzichten - als een onderdeel van verschillende commerciële oplossingen van een civiele oriëntatie. Het kunnen zowel huishoudelijke apparaten zijn als bijvoorbeeld een multifunctioneel navigatie-mediasysteem. Naast civiel gebruik worden satellietbronnen gebruikt door landmeters, cartografen, transportbedrijven en verschillende overheidsdiensten. Satellieten worden actief gebruikt door geologen. Ze kunnen met name worden gebruikt om de dynamiek van de beweging van tektonische aardplaten te berekenen. Satellietnavigators worden ook gebruikt als marketingtool - met behulp van analyses, waaronder geopositioneringsmethoden, doen bedrijven onderzoek naar hun klantenbestand en sturen ze bijvoorbeeld ook gerichte advertenties. Natuurlijk gebruiken militaire structuren ook navigators - zij waren het die in feite de grootste navigatiesystemen van vandaag hebben ontwikkeld, GPS en GLONASS - voor de behoeften van respectievelijk het Amerikaanse leger en Rusland. En dit is geen volledige lijst van gebieden waar satellieten kunnen worden gebruikt.
Moderne navigatiesystemen
Welke navigatiesystemen zijn momenteel in gebruik of in gebruik? Laten we beginnen met degene die vóór andere navigatiesystemen op de wereldwijde openbare markt verscheen - GPS. De ontwikkelaar en eigenaar is het Amerikaanse ministerie van Defensie. Apparaten die communiceren via GPS-satellieten zijn de meest voorkomende ter wereld. Vooral omdat, zoals we hierboven al zeiden, dit Amerikaanse navigatiesysteem eerder op de markt werd geïntroduceerd dan zijn moderne concurrenten.
GLONASS wint actief aan populariteit. Dit is een Russisch navigatiesysteem. Het behoort op zijn beurt toe aan het Ministerie van Defensie van de Russische Federatie. Het werd, volgens één versie, ontwikkeld rond dezelfde jaren als GPS - eind jaren '80 - begin jaren '90. Het werd echter pas onlangs op de openbare markt geïntroduceerd, in 2011. Steeds meer fabrikanten van hardware-oplossingen voor navigatie implementeren GLONASS-ondersteuning in hun apparaten.
Er wordt aangenomen dat het wereldwijde navigatiesysteem "Beidou", ontwikkeld in China, serieus kan concurreren met GLONASS en GPS. Toegegeven, op dit moment functioneert het alleen als een nationale. Volgens sommige analisten kan het tegen 2020 een wereldwijde status krijgen, wanneer een voldoende aantal satellieten in een baan om de aarde zal worden gelanceerd - ongeveer 35. Het ontwikkelingsprogramma van het Beidou-systeem is relatief jong - het begon pas in 2000 en de eerste satelliet werd ontwikkeld door Chinese ontwikkelaarsgelanceerd in 2007.
Europeanen proberen ook bij te blijven. Het GLONASS-navigatiesysteem en zijn Amerikaanse tegenhanger kunnen in de nabije toekomst wel eens concurreren met GALILEO. De Europeanen zijn van plan om tegen 2020 een constellatie van satellieten in te zetten in het vereiste aantal eenheden van orbitale objecten.
Naast andere veelbelovende projecten voor de ontwikkeling van navigatiesystemen, kan men de Indiase IRNSS zien, evenals de Japanse QZSS. Met betrekking tot de eerste veel geadverteerde openbare informatie over de intenties van de ontwikkelaars om een wereldwijd systeem te creëren, is nog geen informatie beschikbaar. Er wordt aangenomen dat IRNSS alleen het grondgebied van India zal bedienen. Het programma is ook vrij jong - de eerste satelliet werd in 2008 in een baan om de aarde gebracht. Het Japanse satellietsysteem zal naar verwachting ook voornamelijk worden gebruikt binnen of grenzend aan de nationale grondgebieden van het ontwikkelingsland.
Positioneringsnauwkeurigheid
Hierboven hebben we een aantal problemen opgemerkt die relevant zijn voor het functioneren van satellietnavigatiesystemen. Een van de belangrijkste die we hebben genoemd - de locatie van satellieten in een baan om de aarde, of hun beweging langs een bepaald traject, wordt om een aantal redenen niet altijd gekenmerkt door absolute stabiliteit. Dit bepa alt vooraf onnauwkeurigheden in de berekening van geografische coördinaten in navigators. Dit is echter niet de enige factor die de correctheid van plaatsbepaling met behulp van een satelliet beïnvloedt. Wat is nog meer van invloed op de nauwkeurigheid van coördinatenberekeningen?
Allereerst is het vermeldenswaard dat de atoomklokken die op satellieten zijn geïnstalleerd niet altijd absoluut nauwkeurig zijn. Ze zijn mogelijk, hoewel vrijklein, maar nog steeds van invloed op de kwaliteit van de fouten in het navigatiesysteem. Als er bijvoorbeeld een fout wordt gemaakt op het niveau van tientallen nanoseconden bij het berekenen van de tijd waarin een radiogolf beweegt, dan kan de onnauwkeurigheid bij het bepalen van de coördinaten van een grondobject enkele meters bedragen. Tegelijkertijd beschikken moderne satellieten over apparatuur die het mogelijk maakt om berekeningen uit te voeren, zelfs rekening houdend met mogelijke fouten in de werking van atoomklokken.
We hebben hierboven opgemerkt dat een van de factoren die de nauwkeurigheid van navigatiesystemen beïnvloeden, de heterogeniteit van de atmosfeer van de aarde is. Het zou nuttig zijn om dit feit aan te vullen met andere informatie over de invloed van nabije aardse gebieden op de werking van satellieten. Het feit is dat de atmosfeer van onze planeet is verdeeld in verschillende zones. Degene die zich eigenlijk op de grens met de open ruimte bevindt - de ionosfeer - bestaat uit een laag deeltjes die een bepaalde lading hebben. Ze kunnen, in botsing met radiogolven die door de satelliet worden uitgezonden, hun snelheid verminderen, waardoor de afstand tot het object foutief kan worden berekend. Merk op dat ontwikkelaars van satellietnavigatie ook met dit soort communicatieproblemen werken: de algoritmen voor de werking van orbitale apparatuur bevatten in de regel verschillende soorten corrigerende scenario's die rekening houden met de eigenaardigheden van de doorgang van radiogolven door de ionosfeer in de berekeningen.
Wolken en andere atmosferische verschijnselen kunnen ook de nauwkeurigheid van navigatiesystemen beïnvloeden. Waterdamp aanwezig in de overeenkomstige lagen van de luchtomhulling van de aarde, net als deeltjes in de ionosfeer, beïnvloedt de snelheidradiogolven.
Met betrekking tot het huishoudelijk gebruik van GLONASS of GPS als onderdeel van bijvoorbeeld een navigatiemediasysteem, waarvan de functies grotendeels vermakelijk zijn, dan zijn kleine onnauwkeurigheden in de berekening van coördinaten niet kritisch. Maar bij militair gebruik van satellieten zouden de overeenkomstige berekeningen idealiter overeen moeten komen met de werkelijke geografische locatie van objecten.
Kenmerken van zeenavigatie
Laten we, na te hebben gesproken over het meest moderne type navigatie, een korte uitweiding in de geschiedenis nemen. Zoals u weet, verscheen de term in kwestie voor het eerst onder navigators. Wat zijn de kenmerken van maritieme navigatiesystemen?
Over het historische aspect gesproken, men kan de evolutie opmerken van de instrumenten waarover zeevarenden beschikken. Een van de eerste "hardwareoplossingen" was het kompas, dat volgens sommige experts in de 11e eeuw werd uitgevonden. Mapping, als een belangrijk navigatiehulpmiddel, is ook verbeterd. In de 16e eeuw begon Gerard Mercator kaarten te tekenen op basis van het principe van een cilindrische projectie met gelijke hoeken. In de 19e eeuw werd een log uitgevonden - een mechanische eenheid die de snelheid van schepen kan meten. In de twintigste eeuw verschenen radars in het arsenaal van zeilers en vervolgens ruimtecommunicatiesatellieten. De meest geavanceerde maritieme navigatiesystemen functioneren tegenwoordig en profiteren zo van de voordelen van menselijke verkenning van de ruimte. Wat is de aard van hun werk?
Sommige experts geloven datHet belangrijkste kenmerk dat een modern zeenavigatiesysteem kenmerkt, is dat de standaarduitrusting die op het schip is geïnstalleerd, een zeer hoge weerstand tegen slijtage en water heeft. Dit is heel begrijpelijk - het is onmogelijk voor een schip dat duizenden kilometers van het land op open reis is gegaan om in een situatie te komen waarin de apparatuur plotseling uitv alt. Op het land, waar de hulpbronnen van de beschaving beschikbaar zijn, kan alles worden gerepareerd, maar op zee is het problematisch.
Welke andere opvallende kenmerken heeft een maritiem navigatiesysteem? Standaarduitrusting bevat, naast de verplichte vereiste - slijtvastheid, in de regel modules die zijn aangepast om bepaalde omgevingsparameters (diepte, watertemperatuur, enz.) Te fixeren. Ook wordt de snelheid van het schip in maritieme navigatiesystemen in veel gevallen nog steeds niet berekend door satellieten, maar door standaardmethoden.
