Navigacijska oprema je različnih vrst in modifikacij. Obstajajo sistemi, zasnovani za uporabo na odprtem morju, drugi so prilagojeni širši javnosti in uporabljajo navigatorje v mnogih pogledih za zabavne namene. Kaj so navigacijski sistemi?
Kaj je navigacija?
Izraz "navigacija" je latinskega izvora. Beseda navigo pomeni "jadram na ladji". Se pravi, sprva je bil pravzaprav sinonim za ladijski promet ali navigacijo. Toda z razvojem tehnologij, ki ladjam olajšajo plovbo po oceanih, s prihodom letalstva, vesoljske tehnologije, je izraz bistveno razširil obseg možnih interpretacij.
Danes pomeni navigacija proces, v katerem oseba nadzoruje predmet na podlagi njegovih prostorskih koordinat. To pomeni, da je navigacija sestavljena iz dveh postopkov - to je neposredno upravljanje, pa tudi napačen izračun optimalne poti predmeta.
Vrste navigacije
Razvrstitev tipov navigacije je zelo obsežna. Sodobni strokovnjaki razlikujejo naslednje glavne sorte:
- avtomobilska;
- astronomski;
- bionavigacija;
- zrak;
- presledek;
- pomorski;
- radijska navigacija;
- satelit;
- pod zemljo;
- informativno;
- inercialno.
Nekatere od zgornjih vrst navigacije so tesno povezane – predvsem zaradi skupnosti vključenih tehnologij. Avtomobilska navigacija na primer pogosto uporablja posebna orodja za satelite.
Obstajajo mešani tipi, znotraj katerih se hkrati uporablja več tehnoloških virov, kot so na primer navigacijski in informacijski sistemi. Kot taki so lahko pri njih ključni viri satelitskih komunikacij. Vendar bo končni cilj njihovega sodelovanja zagotoviti ciljnim skupinam uporabnikov potrebne informacije.
Navigacijski sistemi
Ustrezna vrsta navigacijskih obrazcev praviloma tvori sistem z istim imenom. Obstaja torej avtomobilski navigacijski sistem, marina, vesolje itd. Opredelitev tega pojma je prisotna tudi v strokovni javnosti. Navigacijski sistem je v skladu s splošno razlago kombinacija različnih vrst opreme (in, če je primerno, programske opreme), ki vam omogoča določitev položaja predmeta in izračun njegove poti. Tukaj je zbirka orodij lahko drugačna. Toda v večini primerov je za sisteme značilna prisotnost naslednjih osnovnih komponent, kot so:
- kartice (običajno v elektronski obliki);
- senzorji, sateliti indrugi agregati za izračun koordinat;
- nesistemski objekti, ki zagotavljajo informacije o geografski lokaciji cilja;
- strojno-programska analitična enota, ki zagotavlja vnos in izhod podatkov ter povezuje prve tri komponente.
Struktura določenih sistemov je praviloma prilagojena potrebam končnih uporabnikov. Določene vrste rešitev lahko poudarimo na programskem delu ali, nasprotno, na strojnem delu. Na primer, navigacijski sistem Navitel, ki je priljubljen v Rusiji, je večinoma programska oprema. Namenjen je za uporabo širokemu krogu državljanov, ki imajo v lasti različne vrste mobilnih naprav - prenosnike, tablice, pametne telefone.
Navigacija preko satelita
Vsak navigacijski sistem vključuje najprej določitev koordinat predmeta – običajno geografskih. V preteklosti so se človeška orodja v zvezi s tem nenehno izboljševala. Danes so najnaprednejši navigacijski sistemi satelitski. Njihovo strukturo predstavlja niz visoko precizne opreme, katere del se nahaja na Zemlji, drugi del pa se vrti v orbiti. Sodobni satelitski navigacijski sistemi so sposobni izračunati ne le geografske koordinate, ampak tudi hitrost predmeta, pa tudi smer njegovega gibanja.
elementi satelitske navigacije
Ustrezni sistemi vključujejo naslednje glavne elemente: konstelacijo satelitov, zemeljske enote za merjenje koordinacije orbitalnih objektov in izmenjavo informacij z njimi, naprave za končnega uporabnika(navigatorji), opremljeni s potrebno programsko opremo, v nekaterih primerih - dodatno opremo za določanje geografskih koordinat (GSM stolpi, internetni kanali, radijski svetilniki itd.).
Kako deluje satelitska navigacija
Kako deluje satelitski navigacijski sistem? V središču njegovega dela je algoritem za merjenje razdalje od predmeta do satelitov. Slednji se nahajajo v orbiti praktično brez spreminjanja položaja, zato so njihove koordinate glede na Zemljo vedno konstantne. V navigatorjih so določene ustrezne številke. Ko poišče satelit in se poveže z njim (ali z več naenkrat), naprava po drugi strani določi njegov geografski položaj. Glavna metoda tukaj je izračun razdalje do satelitov na podlagi hitrosti radijskih valov. Objekt v orbiti pošlje zahtevo Zemlji z izjemno časovno natančnostjo – za to se uporabljajo atomske ure. Po prejemu odgovora navigatorja satelit (ali skupina njih) določi, kako daleč je radijski val prepotoval za takšno in to časovno obdobje. Hitrost gibanja predmeta se meri na podoben način - le meritev je tukaj nekoliko bolj zapletena.
Tehnične težave
Ugotovili smo, da je satelitska navigacija danes najnaprednejša metoda za določanje geografskih koordinat. Vendar pa praktično uporabo te tehnologije spremljajo številne tehnične težave. Kaj, na primer? Najprej je to nehomogenost porazdelitve gravitacijskega polja planeta - to vpliva na položaj satelita glede na Zemljo. Za isto lastnost je značilna tudivzdušje. Njegova nehomogenost lahko vpliva na hitrost radijskih valov, zaradi česar lahko pride do netočnosti pri ustreznih meritvah.
Še ena tehnična težava - signal, ki ga satelit pošlje navigatorju, pogosto blokirajo drugi zemeljski predmeti. Posledično je polna uporaba sistema v mestih z visokimi stavbami težka.
Praktična uporaba satelitov
Satelitski navigacijski sistemi najdejo najširšo paleto aplikacij. V marsičem - kot element različnih komercialnih rešitev civilne usmeritve. Lahko so tako gospodinjske naprave kot na primer večnamenski navigacijski medijski sistem. Poleg civilne uporabe satelitske vire uporabljajo geodeti, kartografi, transportna podjetja in različne vladne službe. Geologi aktivno uporabljajo satelite. Zlasti jih je mogoče uporabiti za izračun dinamike gibanja tektonskih zemeljskih plošč. Satelitski navigatorji se uporabljajo tudi kot marketinško orodje - s pomočjo analitike, ki vključuje metode geopozicioniranja, podjetja izvajajo raziskave o svoji bazi strank in tudi na primer pošiljajo ciljano oglaševanje. Seveda vojaške strukture uporabljajo tudi navigatorje - prav oni so v resnici razvili največje navigacijske sisteme danes, GPS in GLONASS - za potrebe ameriške vojske oziroma Rusije. In to ni izčrpen seznam področij, kjer se lahko uporabljajo sateliti.
Sodobna navigacijasistemi
Kateri navigacijski sistemi trenutno delujejo ali se uvajajo? Začnimo s tistim, ki se je na svetovnem javnem trgu pojavil pred drugimi navigacijskimi sistemi - GPS. Njegov razvijalec in lastnik je obrambno ministrstvo ZDA. Naprave, ki komunicirajo prek satelitov GPS, so najpogostejše na svetu. Predvsem zato, ker je bil, kot smo rekli zgoraj, ta ameriški navigacijski sistem uveden na trg pred svojimi sodobnimi tekmeci.
GLONASS aktivno pridobiva na popularnosti. To je ruski navigacijski sistem. Pripada pa Ministrstvu za obrambo Ruske federacije. Po eni različici je bil razvit približno v istih letih kot GPS - v poznih 80-ih - zgodnjih 90-ih. Vendar je bil na javni trg predstavljen šele pred kratkim, leta 2011. Vse več proizvajalcev strojnih rešitev za navigacijo v svoje naprave vgrajuje podporo GLONASS.
Predpostavlja se, da lahko globalni navigacijski sistem "Beidou", razvit na Kitajskem, resno konkurira GLONASS in GPS. Res je, trenutno deluje le kot nacionalna. Po mnenju nekaterih analitikov bi lahko dobil globalni status do leta 2020, ko bo v orbito izstreljeno zadostno število satelitov – približno 35. Program razvoja sistema Beidou je razmeroma mlad – začel se je šele leta 2000, prvi satelit pa je razvil Kitajski razvijalcilansiran leta 2007.
Tudi Evropejci poskušajo slediti. Navigacijski sistem GLONASS in njegov ameriški analog bi lahko v bližnji prihodnosti konkurirala GALILEO. Evropejci nameravajo do leta 2020 namestiti konstelacijo satelitov v zahtevanem številu enot orbitalnih objektov.
Med drugimi obetavnimi projekti za razvoj navigacijskih sistemov je mogoče omeniti indijski IRNSS, pa tudi japonski QZSS. V zvezi s prvim široko oglaševanim javnim informacijam o namerah razvijalcev, da ustvarijo globalni sistem, še ni na voljo. Predvideva se, da bo IRNSS služil samo ozemlju Indije. Program je tudi precej mlad - prvi satelit je bil v orbito leta 2008. Pričakuje se tudi, da se bo japonski satelitski sistem uporabljal predvsem znotraj ali v bližini nacionalnih ozemelj države v razvoju.
Natančnost pozicioniranja
Zgoraj smo opazili številne težave, ki so pomembne za delovanje satelitskih navigacijskih sistemov. Med glavnimi, ki smo jih poimenovali - lokacija satelitov v orbiti ali njihovo gibanje po določeni poti, zaradi številnih razlogov ni vedno značilna absolutna stabilnost. To vnaprej določa netočnosti pri izračunu geografskih koordinat v navigatorjih. Vendar to ni edini dejavnik, ki vpliva na pravilnost pozicioniranja s pomočjo satelita. Kaj še vpliva na natančnost koordinatnih izračunov?
Najprej velja omeniti, da same atomske ure, ki so nameščene na satelitih, niso vedno popolnoma točne. Možni so, čeprav precejmajhna, vendar še vedno vpliva na kakovost napak navigacijskih sistemov. Na primer, če je pri izračunu časa, v katerem se radijski val giblje, napaka na ravni več deset nanosekund, je lahko netočnost pri določanju koordinat zemeljskega predmeta več metrov. Hkrati imajo sodobni sateliti opremo, ki omogoča izvajanje izračunov tudi ob upoštevanju morebitnih napak pri delovanju atomskih ur.
Zgoraj smo omenili, da je med dejavniki, ki vplivajo na natančnost navigacijskih sistemov, heterogenost zemeljske atmosfere. To dejstvo bi bilo koristno dopolniti z drugimi informacijami o vplivu območij blizu Zemlje na delovanje satelitov. Dejstvo je, da je atmosfera našega planeta razdeljena na več con. Tista, ki je pravzaprav na meji z odprtim prostorom – ionosfera – je sestavljena iz plasti delcev, ki imajo določen naboj. Pri trčenju z radijskimi valovi, ki jih pošilja satelit, lahko zmanjšajo svojo hitrost, zaradi česar se razdalja do predmeta lahko izračuna z napako. Upoštevajte, da razvijalci satelitske navigacije delajo tudi s tovrstnim virom komunikacijskih težav: algoritmi za delovanje orbitalne opreme praviloma vključujejo različne vrste korektivnih scenarijev, ki upoštevajo posebnosti prehoda radijskih valov skozi ionosfera v izračunih.
Oblaki in drugi atmosferski pojavi lahko vplivajo tudi na natančnost navigacijskih sistemov. Vodna para, prisotna v ustreznih plasteh Zemljinega zračnega ovoja, tako kot delci v ionosferi, vpliva na hitrostradijski valovi.
Seveda, kar zadeva domačo uporabo GLONASS-a ali GPS-a kot dela takšnih enot, kot je na primer navigacijski medijski sistem, katerega funkcije so v veliki meri zabavne, potem so majhne netočnosti pri izračunu koordinat ni kritičen. Toda pri vojaški uporabi satelitov bi morali ustrezni izračuni idealno ustrezati dejanski geografski lokaciji predmetov.
Značilnosti pomorske navigacije
Po pogovoru o najsodobnejši vrsti navigacije, pojdimo na kratko digresijo v zgodovino. Kot veste, se je zadevni izraz prvič pojavil med navigatorji. Kakšne so značilnosti pomorskih navigacijskih sistemov?
Ko že govorimo o zgodovinskem vidiku, lahko opazimo razvoj orodij, ki so na voljo pomorščakom. Ena prvih »strojnih rešitev« je bil kompas, ki je bil po mnenju nekaterih strokovnjakov izumljen v 11. stoletju. Izboljšano je bilo tudi kartiranje kot ključno navigacijsko orodje. V 16. stoletju je Gerard Mercator začel risati zemljevide po principu uporabe valjaste projekcije z enakimi koti. V 19. stoletju je bil izumljen hlod - mehanska enota, ki je sposobna meriti hitrost ladij. V dvajsetem stoletju so se v arzenalu mornarjev pojavili radarji, nato pa vesoljski komunikacijski sateliti. Danes delujejo najnaprednejši pomorski navigacijski sistemi in tako izkoriščajo prednosti raziskovanja vesolja. Kakšna je narava njihovega dela?
Nekateri strokovnjaki verjamejo v toGlavna značilnost sodobnega morskega navigacijskega sistema je, da ima serijska oprema, nameščena na ladji, zelo visoko odpornost proti obrabi in vodi. To je povsem razumljivo - nemogoče je, da bi se ladja, ki je šla na odprto plovbo na tisoče kilometrov od kopnega, znašla v situaciji, ko oprema nenadoma odpove. Na kopnem, kjer so na voljo viri civilizacije, je mogoče vse popraviti, na morju pa je problematično.
Katere druge pomembne lastnosti ima pomorski navigacijski sistem? Standardna oprema poleg obvezne zahteve - odpornost proti obrabi praviloma vsebuje module, prilagojene za določanje določenih okoljskih parametrov (globina, temperatura vode itd.). Prav tako se hitrost ladje v pomorskih navigacijskih sistemih v mnogih primerih še vedno ne izračuna s sateliti, ampak s standardnimi metodami.
