Ο εξοπλισμός πλοήγησης είναι διαφόρων τύπων και τροποποιήσεων. Υπάρχουν συστήματα σχεδιασμένα για χρήση στην ανοιχτή θάλασσα, άλλα είναι προσαρμοσμένα για το ευρύ κοινό, χρησιμοποιώντας πλοηγούς από πολλές απόψεις για ψυχαγωγικούς σκοπούς. Τι είναι τα συστήματα πλοήγησης;
Τι είναι η πλοήγηση;
Ο όρος "πλοήγηση" είναι λατινικής προέλευσης. Η λέξη navigo σημαίνει «πλέω σε πλοίο». Δηλαδή, αρχικά ήταν στην πραγματικότητα συνώνυμο της ναυτιλίας ή της ναυσιπλοΐας. Όμως, με την ανάπτυξη τεχνολογιών που διευκολύνουν την πλοήγηση των πλοίων στους ωκεανούς, με την έλευση της αεροπορίας, της διαστημικής τεχνολογίας, ο όρος έχει διευρύνει σημαντικά το φάσμα των πιθανών ερμηνειών.
Σήμερα, πλοήγηση σημαίνει μια διαδικασία κατά την οποία ένα άτομο ελέγχει ένα αντικείμενο με βάση τις χωρικές του συντεταγμένες. Δηλαδή, η πλοήγηση αποτελείται από δύο διαδικασίες - αυτός είναι άμεσος έλεγχος, καθώς και λάθος υπολογισμός της βέλτιστης διαδρομής του αντικειμένου.
Τύποι πλοήγησης
Η ταξινόμηση των τύπων πλοήγησης είναι πολύ εκτενής. Οι σύγχρονοι ειδικοί διακρίνουν τις ακόλουθες κύριες ποικιλίες:
- αυτοκίνητα;
- αστρονομικό;
- βιοπλοήγηση;
- αέρα;
- διάστημα;
- θαλάσσια;
- ραδιοπλοήγηση;
- δορυφόρος;
- υπόγειο;
- ενημερωτικό;
- αδρανειακό.
Μερικοί από τους παραπάνω τύπους πλοήγησης συνδέονται στενά - κυρίως λόγω της κοινότητας των τεχνολογιών που εμπλέκονται. Για παράδειγμα, η πλοήγηση αυτοκινήτου χρησιμοποιεί συχνά εργαλεία ειδικά για δορυφόρους.
Υπάρχουν μικτοί τύποι, στους οποίους χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα αρκετοί τεχνολογικοί πόροι, όπως, για παράδειγμα, συστήματα πλοήγησης και πληροφορίες. Ως εκ τούτου, οι πόροι δορυφορικών επικοινωνιών μπορούν να είναι καθοριστικοί σε αυτές. Ωστόσο, ο απώτερος στόχος της συμμετοχής τους θα είναι να παράσχουν στις ομάδες-στόχους χρηστών τις απαραίτητες πληροφορίες.
Συστήματα πλοήγησης
Ο αντίστοιχος τύπος πλοήγησης σχηματίζει, κατά κανόνα, ένα ομώνυμο σύστημα. Υπάρχει, λοιπόν, σύστημα πλοήγησης αυτοκινήτου, θαλάσσιο, διαστημικό κ.λπ. Ο ορισμός αυτού του όρου είναι επίσης παρών στην κοινότητα των ειδικών. Το σύστημα πλοήγησης, σύμφωνα με την κοινή ερμηνεία, είναι ένας συνδυασμός διαφόρων τύπων εξοπλισμού (και, εάν ισχύει, λογισμικού) που σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε τη θέση ενός αντικειμένου, καθώς και να υπολογίσετε τη διαδρομή του. Η εργαλειοθήκη εδώ μπορεί να είναι διαφορετική. Αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, τα συστήματα χαρακτηρίζονται από την παρουσία των ακόλουθων βασικών στοιχείων, όπως:
- κάρτες (συνήθως σε ηλεκτρονική μορφή);
- αισθητήρες, δορυφόροι καιάλλα συγκεντρωτικά στοιχεία για τον υπολογισμό συντεταγμένων;
- αντικείμενα μη συστήματος που παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη γεωγραφική θέση του στόχου, - αναλυτική μονάδα υλικού-λογισμικού που παρέχει είσοδο και έξοδο δεδομένων, καθώς και σύνδεση των τριών πρώτων στοιχείων.
Κατά κανόνα, η δομή ορισμένων συστημάτων προσαρμόζεται στις ανάγκες των τελικών χρηστών. Ορισμένοι τύποι λύσεων μπορούν να τονιστούν στο τμήμα λογισμικού ή, αντίθετα, στο τμήμα υλικού. Για παράδειγμα, το σύστημα πλοήγησης Navitel, το οποίο είναι δημοφιλές στη Ρωσία, είναι κυρίως λογισμικό. Προορίζεται για χρήση από ένα ευρύ φάσμα πολιτών που κατέχουν διάφορα είδη φορητών συσκευών - φορητούς υπολογιστές, tablet, smartphone.
Πλοήγηση μέσω δορυφόρου
Οποιοδήποτε σύστημα πλοήγησης περιλαμβάνει, πρώτα απ 'όλα, τον προσδιορισμό των συντεταγμένων ενός αντικειμένου - συνήθως γεωγραφικού. Ιστορικά, τα ανθρώπινα εργαλεία από αυτή την άποψη βελτιώνονται συνεχώς. Σήμερα, τα πιο προηγμένα συστήματα πλοήγησης είναι δορυφορικά. Η δομή τους αντιπροσωπεύεται από ένα σύνολο εξοπλισμού υψηλής ακρίβειας, μέρος του οποίου βρίσκεται στη Γη, ενώ το άλλο μέρος περιστρέφεται σε τροχιά. Τα σύγχρονα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης μπορούν να υπολογίσουν όχι μόνο τις γεωγραφικές συντεταγμένες, αλλά και την ταχύτητα ενός αντικειμένου, καθώς και την κατεύθυνση της κίνησής του.
Στοιχεία δορυφορικής πλοήγησης
Τα αντίστοιχα συστήματα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα κύρια στοιχεία: αστερισμό δορυφόρων, επίγειες μονάδες για τη μέτρηση του συντονισμού τροχιακών αντικειμένων και την ανταλλαγή πληροφοριών μαζί τους, συσκευές για τον τελικό χρήστη(πλοηγοί) εξοπλισμένοι με το απαραίτητο λογισμικό, σε ορισμένες περιπτώσεις - πρόσθετος εξοπλισμός για τον καθορισμό γεωγραφικών συντεταγμένων (πύργοι GSM, κανάλια Διαδικτύου, ραδιοφάροι κ.λπ.).
Πώς λειτουργεί η δορυφορική πλοήγηση
Πώς λειτουργεί ένα σύστημα δορυφορικής πλοήγησης; Στο επίκεντρο της δουλειάς του βρίσκεται ένας αλγόριθμος για τη μέτρηση της απόστασης από ένα αντικείμενο στους δορυφόρους. Τα τελευταία βρίσκονται σε τροχιά πρακτικά χωρίς να αλλάζουν τη θέση τους και επομένως οι συντεταγμένες τους σε σχέση με τη Γη είναι πάντα σταθερές. Στους πλοηγούς αναγράφονται οι αντίστοιχοι αριθμοί. Η εύρεση ενός δορυφόρου και η σύνδεση σε αυτόν (ή σε πολλούς ταυτόχρονα), η συσκευή καθορίζει, με τη σειρά της, τη γεωγραφική της θέση. Η κύρια μέθοδος εδώ είναι ο υπολογισμός της απόστασης από τους δορυφόρους με βάση την ταχύτητα των ραδιοκυμάτων. Ένα αντικείμενο σε τροχιά στέλνει ένα αίτημα στη Γη με εξαιρετική ακρίβεια χρόνου - χρησιμοποιούνται ατομικά ρολόγια για αυτό. Έχοντας λάβει μια απάντηση από τον πλοηγό, ο δορυφόρος (ή μια ομάδα από αυτούς) καθορίζει πόσο μακριά έχει διανύσει το ραδιοκύμα για τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Η ταχύτητα κίνησης ενός αντικειμένου μετριέται με παρόμοιο τρόπο - μόνο η μέτρηση εδώ είναι κάπως πιο περίπλοκη.
Τεχνικές δυσκολίες
Καθορίσαμε ότι η δορυφορική πλοήγηση είναι η πιο προηγμένη μέθοδος για τον προσδιορισμό των γεωγραφικών συντεταγμένων σήμερα. Ωστόσο, η πρακτική χρήση αυτής της τεχνολογίας συνοδεύεται από μια σειρά τεχνικών δυσκολιών. Για παράδειγμα? Πρώτα απ 'όλα, αυτή είναι η ανομοιογένεια της κατανομής του βαρυτικού πεδίου του πλανήτη - αυτό επηρεάζει τη θέση του δορυφόρου σε σχέση με τη Γη. Η ίδια ιδιότητα χαρακτηρίζεται επίσης απόατμόσφαιρα. Η ανομοιογένειά του μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα των ραδιοκυμάτων, λόγω της οποίας μπορεί να υπάρχουν ανακρίβειες στις αντίστοιχες μετρήσεις.
Μια άλλη τεχνική δυσκολία - το σήμα που αποστέλλεται από τον δορυφόρο στον πλοηγό συχνά μπλοκάρεται από άλλα αντικείμενα εδάφους. Ως αποτέλεσμα, η πλήρης χρήση του συστήματος σε πόλεις με ψηλά κτίρια είναι δύσκολη.
Πρακτική χρήση δορυφόρων
Τα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης βρίσκουν το ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Από πολλές απόψεις - ως στοιχείο διαφόρων εμπορικών λύσεων πολιτικού προσανατολισμού. Μπορεί να είναι τόσο οικιακές συσκευές όσο και, για παράδειγμα, ένα πολυλειτουργικό σύστημα πολυμέσων πλοήγησης. Εκτός από την πολιτική χρήση, οι δορυφορικοί πόροι χρησιμοποιούνται από επιθεωρητές, χαρτογράφους, εταιρείες μεταφορών και διάφορες κρατικές υπηρεσίες. Οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται ενεργά από γεωλόγους. Συγκεκριμένα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της δυναμικής της κίνησης των τεκτονικών πλακών γης. Οι δορυφορικοί πλοηγοί χρησιμοποιούνται επίσης ως εργαλείο μάρκετινγκ - με τη βοήθεια αναλυτικών στοιχείων, τα οποία περιλαμβάνουν μεθόδους γεωγραφικής τοποθέτησης, οι εταιρείες διεξάγουν έρευνα για τη βάση πελατών τους και επίσης, για παράδειγμα, στέλνουν στοχευμένες διαφημίσεις. Φυσικά, οι στρατιωτικές δομές χρησιμοποιούν και πλοηγούς - αυτοί στην πραγματικότητα ανέπτυξαν τα μεγαλύτερα συστήματα πλοήγησης σήμερα, το GPS και το GLONASS - για τις ανάγκες του αμερικανικού στρατού και της Ρωσίας, αντίστοιχα. Και αυτή δεν είναι μια εξαντλητική λίστα περιοχών όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν δορυφόροι.
Σύγχρονη πλοήγησησυστήματα
Ποια συστήματα πλοήγησης λειτουργούν ή αναπτύσσονται αυτήν τη στιγμή; Ας ξεκινήσουμε με αυτό που εμφανίστηκε στην παγκόσμια δημόσια αγορά πριν από άλλα συστήματα πλοήγησης - το GPS. Ο προγραμματιστής και ιδιοκτήτης του είναι το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ. Οι συσκευές που επικοινωνούν μέσω δορυφόρων GPS είναι οι πιο διαδεδομένες στον κόσμο. Κυρίως επειδή, όπως είπαμε παραπάνω, αυτό το αμερικανικό σύστημα πλοήγησης εισήχθη στην αγορά πριν από τους σύγχρονους ανταγωνιστές του.
Το GLONASS κερδίζει ενεργά δημοτικότητα. Αυτό είναι ένα ρωσικό σύστημα πλοήγησης. Ανήκει, με τη σειρά του, στο Υπουργείο Άμυνας της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Αναπτύχθηκε, σύμφωνα με μια εκδοχή, περίπου τα ίδια χρόνια με το GPS - στα τέλη της δεκαετίας του '80 - στις αρχές της δεκαετίας του '90. Ωστόσο, εισήχθη στη λαϊκή αγορά μόλις πρόσφατα, το 2011. Όλο και περισσότεροι κατασκευαστές λύσεων υλικού για πλοήγηση εφαρμόζουν υποστήριξη GLONASS στις συσκευές τους.
Υποτίθεται ότι το παγκόσμιο σύστημα πλοήγησης "Beidou", που αναπτύχθηκε στην Κίνα, μπορεί να ανταγωνιστεί σοβαρά το GLONASS και το GPS. Είναι αλήθεια ότι αυτή τη στιγμή λειτουργεί μόνο ως εθνικό. Σύμφωνα με ορισμένους αναλυτές, μπορεί να λάβει παγκόσμια θέση έως το 2020, όταν θα εκτοξευθεί σε τροχιά ένας επαρκής αριθμός δορυφόρων - περίπου 35. Το πρόγραμμα ανάπτυξης του συστήματος Beidou είναι σχετικά νέο - ξεκίνησε μόλις το 2000 και ο πρώτος δορυφόρος αναπτύχθηκε από Κινέζοι προγραμματιστέςκυκλοφόρησε το 2007.
Οι Ευρωπαίοι προσπαθούν επίσης να συμβαδίσουν. Το σύστημα πλοήγησης GLONASS και το αμερικανικό αντίστοιχο μπορεί κάλλιστα να ανταγωνιστούν το GALILEO στο άμεσο μέλλον. Οι Ευρωπαίοι σχεδιάζουν να αναπτύξουν έναν αστερισμό δορυφόρων στον απαιτούμενο αριθμό μονάδων τροχιακών αντικειμένων έως το 2020.
Μεταξύ άλλων πολλά υποσχόμενων έργων για την ανάπτυξη συστημάτων πλοήγησης, μπορεί κανείς να σημειώσει το ινδικό IRNSS, καθώς και το ιαπωνικό QZSS. Όσον αφορά την πρώτη ευρέως διαφημιζόμενη δημόσια ενημέρωση σχετικά με τις προθέσεις των προγραμματιστών να δημιουργήσουν ένα παγκόσμιο σύστημα δεν είναι ακόμη διαθέσιμες. Υποτίθεται ότι το IRNSS θα εξυπηρετεί μόνο το έδαφος της Ινδίας. Το πρόγραμμα είναι επίσης αρκετά νέο - ο πρώτος δορυφόρος τέθηκε σε τροχιά το 2008. Το ιαπωνικό δορυφορικό σύστημα αναμένεται επίσης να χρησιμοποιηθεί κυρίως εντός ή δίπλα στις εθνικές επικράτειες της αναπτυσσόμενης χώρας.
Ακρίβεια τοποθέτησης
Παραπάνω, σημειώσαμε ορισμένες δυσκολίες που σχετίζονται με τη λειτουργία των συστημάτων δορυφορικής πλοήγησης. Μεταξύ των κύριων που ονομάσαμε - η θέση των δορυφόρων σε τροχιά ή η κίνησή τους κατά μήκος μιας δεδομένης τροχιάς, δεν χαρακτηρίζεται πάντα από απόλυτη σταθερότητα για διάφορους λόγους. Αυτό προκαθορίζει ανακρίβειες στον υπολογισμό των γεωγραφικών συντεταγμένων στους πλοηγούς. Ωστόσο, αυτός δεν είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει την ορθότητα της τοποθέτησης με χρήση δορυφόρου. Τι άλλο επηρεάζει την ακρίβεια των υπολογισμών συντεταγμένων;
Καταρχάς, αξίζει να σημειωθεί ότι τα ίδια τα ατομικά ρολόγια που είναι εγκατεστημένα σε δορυφόρους δεν είναι πάντα απολύτως ακριβή. Είναι πιθανά, αν και αρκετάμικρά, αλλά εξακολουθούν να επηρεάζουν την ποιότητα των σφαλμάτων των συστημάτων πλοήγησης. Για παράδειγμα, εάν γίνει ένα σφάλμα στο επίπεδο των δεκάδων νανοδευτερόλεπτων κατά τον υπολογισμό του χρόνου κατά τον οποίο κινείται ένα ραδιοκύμα, τότε η ανακρίβεια στον προσδιορισμό των συντεταγμένων ενός αντικειμένου γείωσης μπορεί να είναι αρκετά μέτρα. Ταυτόχρονα, οι σύγχρονοι δορυφόροι διαθέτουν εξοπλισμό που καθιστά δυνατή τη διενέργεια υπολογισμών ακόμη και λαμβάνοντας υπόψη πιθανά σφάλματα στη λειτουργία των ατομικών ρολογιών.
Σημειώσαμε παραπάνω ότι μεταξύ των παραγόντων που επηρεάζουν την ακρίβεια των συστημάτων πλοήγησης είναι η ετερογένεια της ατμόσφαιρας της Γης. Θα ήταν χρήσιμο να συμπληρωθεί αυτό το γεγονός με άλλες πληροφορίες σχετικά με την επίδραση των περιοχών κοντά στη Γη στη λειτουργία των δορυφόρων. Το γεγονός είναι ότι η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας χωρίζεται σε πολλές ζώνες. Αυτό που βρίσκεται στην πραγματικότητα στα σύνορα με τον ανοιχτό χώρο - η ιονόσφαιρα - αποτελείται από ένα στρώμα σωματιδίων που έχουν ένα ορισμένο φορτίο. Αυτοί, συγκρουόμενοι με ραδιοκύματα που στέλνει ο δορυφόρος, μπορούν να μειώσουν την ταχύτητά τους, με αποτέλεσμα να υπολογιστεί με σφάλμα η απόσταση από το αντικείμενο. Σημειώστε ότι οι προγραμματιστές δορυφορικής πλοήγησης εργάζονται επίσης με αυτού του είδους την πηγή προβλημάτων επικοινωνίας: οι αλγόριθμοι για τη λειτουργία τροχιακού εξοπλισμού, κατά κανόνα, περιλαμβάνουν διάφορα είδη διορθωτικών σεναρίων που λαμβάνουν υπόψη τις ιδιαιτερότητες της διέλευσης ραδιοκυμάτων μέσω του ιονόσφαιρα στους υπολογισμούς.
Τα σύννεφα και άλλα ατμοσφαιρικά φαινόμενα μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ακρίβεια των συστημάτων πλοήγησης. Οι υδρατμοί που υπάρχουν στα αντίστοιχα στρώματα του ατμοσφαιρικού περιβλήματος της Γης, όπως και τα σωματίδια στην ιονόσφαιρα, επηρεάζουν την ταχύτηταραδιοκύματα.
Φυσικά, όσον αφορά την οικιακή χρήση του GLONASS ή του GPS ως μέρος τέτοιων μονάδων όπως, για παράδειγμα, ένα σύστημα μέσων πλοήγησης, οι λειτουργίες του οποίου είναι σε μεγάλο βαθμό ψυχαγωγικές, τότε μικρές ανακρίβειες στον υπολογισμό των συντεταγμένων είναι όχι επικριτική. Αλλά στη στρατιωτική χρήση των δορυφόρων, οι αντίστοιχοι υπολογισμοί θα πρέπει ιδανικά να αντιστοιχούν στην πραγματική γεωγραφική θέση των αντικειμένων.
Χαρακτηριστικά της θαλάσσιας πλοήγησης
Αφού μιλήσουμε για τον πιο σύγχρονο τύπο πλοήγησης, ας κάνουμε μια μικρή παρέκβαση στην ιστορία. Όπως γνωρίζετε, ο ίδιος ο όρος εμφανίστηκε για πρώτη φορά μεταξύ των πλοηγών. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των συστημάτων θαλάσσιας πλοήγησης;
Μιλώντας για την ιστορική πτυχή, μπορεί κανείς να σημειώσει την εξέλιξη των εργαλείων που έχουν στη διάθεση των ναυτικών. Μία από τις πρώτες «λύσεις υλικού» ήταν η πυξίδα, η οποία, σύμφωνα με ορισμένους ειδικούς, εφευρέθηκε τον 11ο αιώνα. Η χαρτογράφηση, ως βασικό εργαλείο πλοήγησης, έχει επίσης βελτιωθεί. Τον 16ο αιώνα, ο Gerard Mercator άρχισε να σχεδιάζει χάρτες με βάση την αρχή της χρήσης κυλινδρικής προβολής με ίσες γωνίες. Τον 19ο αιώνα, εφευρέθηκε ένα κούτσουρο - μια μηχανική μονάδα ικανή να μετρήσει την ταχύτητα των πλοίων. Τον εικοστό αιώνα, ραντάρ εμφανίστηκαν στο οπλοστάσιο των ναυτικών και στη συνέχεια δορυφόροι διαστημικών επικοινωνιών. Τα πιο προηγμένα συστήματα θαλάσσιας πλοήγησης λειτουργούν σήμερα, αποκομίζοντας έτσι τα οφέλη της ανθρώπινης εξερεύνησης του διαστήματος. Ποια είναι η φύση της δουλειάς τους;
Μερικοί ειδικοί το πιστεύουν αυτόΤο κύριο χαρακτηριστικό που χαρακτηρίζει ένα σύγχρονο σύστημα θαλάσσιας πλοήγησης είναι ότι ο στάνταρ εξοπλισμός που είναι εγκατεστημένος στο πλοίο έχει πολύ υψηλή αντοχή στη φθορά και στο νερό. Αυτό είναι απολύτως κατανοητό - είναι αδύνατο για ένα πλοίο που έκανε ανοιχτό ταξίδι χιλιάδες χιλιόμετρα από τη στεριά να βρεθεί σε μια κατάσταση όπου ο εξοπλισμός ξαφνικά αποτυγχάνει. Στην ξηρά, όπου οι πόροι του πολιτισμού είναι διαθέσιμοι, τα πάντα μπορούν να επισκευαστούν, αλλά στη θάλασσα είναι προβληματικό.
Ποια άλλα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά διαθέτει ένα σύστημα θαλάσσιας πλοήγησης; Ο βασικός εξοπλισμός, εκτός από την υποχρεωτική απαίτηση - αντοχή στη φθορά, κατά κανόνα, περιέχει μονάδες προσαρμοσμένες για τη στερέωση ορισμένων περιβαλλοντικών παραμέτρων (βάθος, θερμοκρασία νερού κ.λπ.). Επίσης, η ταχύτητα του πλοίου στα συστήματα θαλάσσιας πλοήγησης σε πολλές περιπτώσεις εξακολουθεί να υπολογίζεται όχι από δορυφόρους, αλλά με τυπικές μεθόδους.
