Navigointilaitteita on eri tyyppejä ja muunnelmia. On olemassa järjestelmiä, jotka on suunniteltu käytettäväksi avomerellä, toiset on sovitettu suurelle yleisölle, joissa käytetään navigaattoreita monin tavoin viihdetarkoituksiin. Mitä ovat navigointijärjestelmät?
Mitä on navigointi?
Termi "navigointi" on latinalaista alkuperää. Sana navigo tarkoittaa "purjehdan laivalla". Eli alun perin se oli itse asiassa merenkulun tai navigoinnin synonyymi. Mutta teknologioiden kehittyessä, jotka helpottavat alusten navigointia v altamerillä, ilmailun ja avaruusteknologian myötä termi on laajentanut huomattavasti mahdollisten tulkintojen määrää.
Nykyään navigointi tarkoittaa prosessia, jossa henkilö ohjaa kohdetta sen tilakoordinaattien perusteella. Eli navigointi koostuu kahdesta menettelystä - tämä on suora ohjaus sekä kohteen optimaalisen polun virhelaskenta.
Navigointityypit
Navigointityyppien luokitus on erittäin laaja. Nykyaikaiset asiantuntijat erottavat seuraavat päälajikkeet:
- autoteollisuus;
- tähtitieteelliset;
- bionavigointi;
- ilma;
- välilyönti;
- merenkulku;
- radionavigointi;
- satelliitti;
- maanalainen;
- tiedottava;
- inertia.
Jotkin edellä mainituista navigointityypeistä liittyvät läheisesti toisiinsa - pääasiassa kyseessä olevien teknologioiden yhteisen luonteen vuoksi. Esimerkiksi autonavigointi käyttää usein satelliittikohtaisia työkaluja.
On olemassa sekatyyppejä, joissa käytetään samanaikaisesti useita teknologisia resursseja, kuten esimerkiksi navigointi- ja tietojärjestelmiä. Sellaisenaan satelliittiviestintäresurssit voivat olla niissä avainasemassa. Heidän osallistumisensa perimmäisenä tavoitteena on kuitenkin tarjota kohdekäyttäjäryhmille tarvittavat tiedot.
Navigointijärjestelmät
Vastaava navigointityyppi muodostaa pääsääntöisesti samannimisen järjestelmän. On siis olemassa autonavigointijärjestelmä, meri, avaruus jne. Tämän termin määritelmä on läsnä myös asiantuntijayhteisössä. Navigointijärjestelmä on yleisen tulkinnan mukaan yhdistelmä erilaisia laitteita (ja tarvittaessa ohjelmistoja), joiden avulla voit määrittää kohteen sijainnin ja laskea sen reitin. Tässä oleva työkalupakki voi olla erilainen. Mutta useimmissa tapauksissa järjestelmille on ominaista seuraavat peruskomponentit, kuten:
- kortit (yleensä sähköisessä muodossa);
- anturit, satelliitit jamuut aggregaatit koordinaattien laskemiseen;
- ei-järjestelmäobjektit, jotka tarjoavat tietoa kohteen maantieteellisestä sijainnista;
- laitteisto-ohjelmisto analyyttinen yksikkö, joka syöttää ja tulostaa tietoja sekä yhdistää kolme ensimmäistä komponenttia.
Tiettyjen järjestelmien rakenne on pääsääntöisesti mukautettu loppukäyttäjien tarpeisiin. Tietyn tyyppisiä ratkaisuja voidaan korostaa ohjelmistoosaan tai päinvastoin laitteistoon. Esimerkiksi Venäjällä suosittu Navitel-navigointijärjestelmä on pääosin ohjelmisto. Se on tarkoitettu monenlaisten kansalaisten käyttöön, jotka omistavat erilaisia mobiililaitteita - kannettavia tietokoneita, tabletteja, älypuhelimia.
Navigointi satelliitin kautta
Kaikissa navigointijärjestelmissä on ensinnäkin määritettävä kohteen koordinaatit - yleensä maantieteelliset. Historiallisesti ihmisten työkaluja tässä suhteessa on parannettu jatkuvasti. Nykyään edistyneimmät navigointijärjestelmät ovat satelliitti. Niiden rakennetta edustaa joukko erittäin tarkkoja laitteita, joista osa sijaitsee maan päällä, kun taas toinen osa pyörii kiertoradalla. Nykyaikaiset satelliittinavigointijärjestelmät pystyvät laskemaan maantieteellisten koordinaattien lisäksi myös kohteen nopeuden sekä sen liikesuunnan.
Satelliittinavigointielementit
Vastaavat järjestelmät sisältävät seuraavat pääelementit: satelliittien konstellaatio, maanpäälliset yksiköt kiertoradan kohteiden koordinaation mittaamiseen ja tietojen vaihtoon niiden kanssa, laitteet loppukäyttäjälle(navigaattorit), jotka on varustettu tarvittavalla ohjelmistolla, joissakin tapauksissa - lisälaitteet maantieteellisten koordinaattien määrittämiseen (GSM-tornit, Internet-kanavat, radiomajakat jne.).
Kuinka satelliittinavigointi toimii
Kuinka satelliittinavigointijärjestelmä toimii? Sen työn ytimessä on algoritmi, joka mittaa etäisyyden kohteesta satelliitteihin. Jälkimmäiset sijaitsevat kiertoradalla käytännössä muuttamatta sijaintiaan, ja siksi niiden koordinaatit suhteessa maahan ovat aina vakiot. Navigaattorissa vastaavat numerot on asetettu. Löytämällä satelliitin ja muodostamalla yhteyden siihen (tai useaan kerralla) laite määrittää puolestaan sen maantieteellisen sijainnin. Päämenetelmä tässä on laskea etäisyys satelliiteista radioa altojen nopeuden perusteella. Kierrättävä kohde lähettää maapallolle pyynnön poikkeuksellisella aikatarkkuudella - tähän käytetään atomikelloja. Saatuaan vastauksen navigaattorilta satelliitti (tai joukko niitä) määrittää, kuinka pitkälle radioa alto on kulkenut sellaisen ja sellaisen ajanjakson aikana. Kohteen liikenopeus mitataan samalla tavalla - vain mittaus on tässä hieman monimutkaisempi.
Tekniset ongelmat
Olemme päättäneet, että satelliittinavigointi on tällä hetkellä edistynein menetelmä maantieteellisten koordinaattien määrittämiseen. Tämän tekniikan käytännön käyttöön liittyy kuitenkin useita teknisiä vaikeuksia. Mitä esimerkiksi? Ensinnäkin tämä on planeetan gravitaatiokentän jakautumisen epähomogeenisuus - tämä vaikuttaa satelliitin sijaintiin suhteessa maahan. Sama ominaisuus on myös tunnusomaistatunnelmaa. Sen epähomogeenisuus voi vaikuttaa radioa altojen nopeuteen, minkä vuoksi vastaavissa mittauksissa voi esiintyä epätarkkuuksia.
Toinen tekninen ongelma - satelliitista navigaattoriin lähetetty signaali on usein estetty muiden maan päällä olevien kohteiden takia. Tämän seurauksena järjestelmän täysi käyttö on vaikeaa kaupungeissa, joissa on korkeita rakennuksia.
Satelliittien käytännön käyttö
Satelliittinavigointijärjestelmät löytävät laajimman valikoiman sovelluksia. Monin tavoin - osana erilaisia siviilisuuntautuneita kaupallisia ratkaisuja. Se voi olla sekä kodin laitteita että esimerkiksi monitoiminavigointimediajärjestelmää. Siviilikäytön lisäksi satelliittiresursseja käyttävät katsastajat, kartografit, kuljetusyritykset ja erilaiset v altionhallinnon palvelut. Geologit käyttävät satelliitteja aktiivisesti. Niiden avulla voidaan erityisesti laskea tektonisten maalevyjen liikkeen dynamiikkaa. Satelliittinavigaattoreita käytetään myös markkinoinnin työkaluna - geopaikannusmenetelmiä sisältävän analytiikan avulla yritykset tekevät tutkimusta asiakaskunnastaan ja myös esimerkiksi lähettävät kohdennettua mainontaa. Tietysti myös sotilaalliset rakenteet käyttävät navigaattoreita - juuri he itse asiassa kehittivät nykypäivän suurimmat navigointijärjestelmät, GPS:n ja GLONASSin - Yhdysv altain armeijan ja Venäjän tarpeisiin. Tämä ei ole tyhjentävä luettelo alueista, joilla satelliitteja voidaan käyttää.
Moderni navigointijärjestelmät
Mitkä navigointijärjestelmät ovat tällä hetkellä toiminnassa tai käytössä? Aloitetaan siitä, joka ilmestyi maailmanlaajuisille julkisille markkinoille ennen muita navigointijärjestelmiä - GPS. Sen kehittäjä ja omistaja on Yhdysv altain puolustusministeriö. GPS-satelliittien kautta kommunikoivat laitteet ovat yleisimpiä maailmassa. Lähinnä siksi, kuten edellä totesimme, tämä amerikkalainen navigointijärjestelmä tuotiin markkinoille ennen sen nykyaikaisia kilpailijoita.
GLONASS on saamassa aktiivisesti suosiota. Tämä on venäläinen navigointijärjestelmä. Se kuuluu puolestaan Venäjän federaation puolustusministeriölle. Se kehitettiin erään version mukaan suunnilleen samoihin vuosiin kuin GPS - 80-luvun lopulla - 90-luvun alussa. Se esiteltiin kuitenkin julkisille markkinoille vasta äskettäin, vuonna 2011. Yhä useammat navigointiin tarkoitettujen laitteistoratkaisujen valmistajat ottavat GLONASS-tuen laitteisiinsa.
Oletetaan, että Kiinassa kehitetty maailmanlaajuinen navigointijärjestelmä "Beidou" voi kilpailla vakavasti GLONASSin ja GPS:n kanssa. Totta, tällä hetkellä se toimii vain kansallisena. Joidenkin analyytikoiden mukaan se voi saada maailmanlaajuisen statuksen vuoteen 2020 mennessä, jolloin kiertoradalle lähetetään riittävä määrä satelliitteja - noin 35. Beidou-järjestelmän kehitysohjelma on suhteellisen nuori - se alkoi vasta vuonna 2000, ja ensimmäisen satelliitin kehitti v. kiinalaiset kehittäjätlanseerattiin vuonna 2007.
Eurooppalaisetkin yrittävät pysyä perässä. GLONASS-navigointijärjestelmä ja sen amerikkalainen vastine voivat hyvinkin kilpailla GALILEOn kanssa lähitulevaisuudessa. Eurooppalaiset aikovat ottaa käyttöön satelliittien tähdistön vaaditussa määrässä kiertorataobjekteja vuoteen 2020 mennessä.
Muiden lupaavien navigointijärjestelmien kehittämishankkeiden joukossa voidaan mainita intialainen IRNSS sekä japanilainen QZSS. Mitä tulee ensimmäisiin laaj alti mainostettuihin julkisiin tietoihin kehittäjien aikeista luoda globaali järjestelmä, ei ole vielä saatavilla. Oletetaan, että IRNSS palvelee vain Intian aluetta. Ohjelma on myös melko nuori - ensimmäinen satelliitti laitettiin kiertoradalle vuonna 2008. Japanilaista satelliittijärjestelmää odotetaan myös käytettävän ensisijaisesti kehitysmaan kansallisilla alueilla tai niiden vieressä.
Paikannustarkkuus
Edellä todettiin useita satelliittinavigointijärjestelmien toiminnan kann alta merkittäviä vaikeuksia. Mainitsemiemme tärkeimpien joukossa - satelliittien sijainnille kiertoradalla tai niiden liikkumiselle tietyllä lentoradalla ei ole aina ominaista absoluuttinen vakaus useista syistä. Tämä määrittää enn alta epätarkkuudet navigaattoreiden maantieteellisten koordinaattien laskennassa. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa tekijä, joka vaikuttaa paikantamisen oikeellisuuteen satelliitin avulla. Mikä muu vaikuttaa koordinaattilaskelmien tarkkuuteen?
Ensinnäkin on syytä huomata, että satelliitteihin asennetut atomikellot eivät aina ole täysin tarkkoja. Ne ovat mahdollisia, vaikka hyvinkinpieniä, mutta silti navigointijärjestelmien laatuun vaikuttavia virheitä. Jos esimerkiksi radioaallon liikkumisaikaa laskettaessa tehdään virhe kymmenien nanosekuntien tasolla, niin maakohteen koordinaattien määrittämisen epätarkkuus voi olla useita metrejä. Samaan aikaan nykyaikaisilla satelliiteilla on laitteet, jotka mahdollistavat laskelmien suorittamisen jopa atomikellojen toiminnassa mahdollisesti ilmenevät virheet huomioon ottaen.
Huomasimme edellä, että yksi navigointijärjestelmien tarkkuuteen vaikuttavista tekijöistä on maapallon ilmakehän heterogeenisuus. Tätä seikkaa olisi hyödyllistä täydentää muilla tiedoilla, jotka koskevat Maan lähialueiden vaikutusta satelliittien toimintaan. Tosiasia on, että planeettamme ilmapiiri on jaettu useisiin vyöhykkeisiin. Se, joka todella on avoimen tilan rajalla - ionosfääri - koostuu kerroksesta hiukkasia, joilla on tietty varaus. Ne törmäävät satelliitin lähettämiin radioa altoihin voivat vähentää nopeuttaan, minkä seurauksena etäisyys kohteeseen voidaan laskea virheellisesti. Huomaa, että satelliittinavigointikehittäjät työskentelevät myös tämänk altaisten viestintäongelmien lähteiden parissa: kiertoratalaitteiden toiminnan algoritmit sisältävät pääsääntöisesti monenlaisia korjaavia skenaarioita, jotka ottavat huomioon radioa altojen läpikulun erityispiirteet. ionosfääri laskelmissa.
Pilvet ja muut ilmakehän ilmiöt voivat myös vaikuttaa navigointijärjestelmien tarkkuuteen. Maan ilmaverhon vastaavissa kerroksissa oleva vesihöyry, aivan kuten ionosfäärin hiukkaset, vaikuttavat nopeuteenradioaallot.
Tietenkin mitä tulee GLONASSin tai GPS:n kotikäyttöön osana sellaisia yksiköitä, kuten esimerkiksi navigointimediajärjestelmä, jonka toiminnot ovat suurelta osin viihdyttäviä, niin pieniä epätarkkuuksia koordinaattien laskennassa on ei kriittinen. Mutta satelliittien sotilaallisessa käytössä vastaavien laskelmien tulisi ihannetapauksessa vastata esineiden todellista maantieteellistä sijaintia.
Meren navigoinnin ominaisuudet
Kun on puhuttu nykyaikaisimmista navigointityypeistä, katsotaanpa lyhyt poikkeama historiaan. Kuten tiedät, kyseinen termi ilmestyi ensimmäisen kerran navigaattoreiden keskuudessa. Mitkä ovat merenkulun navigointijärjestelmien ominaisuudet?
Historiallisesta näkökulmasta puhuttaessa voidaan huomata merenkulkijoiden käytettävissä olevien työkalujen kehitys. Yksi ensimmäisistä "laitteistoratkaisuista" oli kompassi, joka joidenkin asiantuntijoiden mukaan keksittiin 1000-luvulla. Kartoitusta keskeisenä navigointityökaluna on myös parannettu. 1500-luvulla Gerard Mercator alkoi piirtää karttoja, jotka perustuivat periaatteeseen käyttää sylinterimäistä projektiota yhtäläisillä kulmilla. 1800-luvulla keksittiin tukki - mekaaninen yksikkö, joka pystyy mittaamaan laivojen nopeuden. 1900-luvulla merimiesten arsenaaliin ilmestyivät tutkat ja sitten avaruusviestintäsatelliitit. Kehittyneimmät merenkulun navigointijärjestelmät toimivat nykyään ja hyötyvät siten ihmisen avaruustutkimuksesta. Mikä on heidän työnsä luonne?
Jotkut asiantuntijat uskovat senNykyaikaiselle navigointijärjestelmälle on ominaista se, että laivaan asennettujen vakiovarusteiden kulutus- ja vesikestävyys on erittäin korkea. Tämä on täysin ymmärrettävää - on mahdotonta, että laiva, joka lähti avoimelle matkalle tuhansien kilometrien päähän maasta, joutuu tilanteeseen, jossa laitteet yhtäkkiä epäonnistuvat. Maalla, missä sivilisaation voimavarat ovat saatavilla, kaikki voidaan korjata, mutta merellä se on ongelmallista.
Mitä muita merkittäviä ominaisuuksia merenkulun navigointijärjestelmässä on? Vakiovarusteet pakollisen vaatimuksen - kulutuskestävyyden - lisäksi sisältävät pääsääntöisesti moduuleja, jotka on mukautettu tiettyjen ympäristöparametrien (syvyys, veden lämpötila jne.) kiinnittämiseen. Myös laivan nopeus merenkulun navigointijärjestelmissä ei ole monissa tapauksissa edelleenkään laskettu satelliiteilla, vaan standardimenetelmillä.
