Навігацыйная сістэма. Марскія навігацыйныя сістэмы

Навігацыйнае абсталяванне бывае самых розных тыпаў і мадыфікацый. Ёсць сістэмы, прызначаныя для выкарыстання ва ўмовах адкрытага мора, іншыя адаптаваныя для шырокіх мас карыстальнікаў, задзейнічаюць навігатары шмат у чым у забаўляльных мэтах. Якімі бываюць сістэмы навігацыі?

Што такое рух?

Тэрмін "рух" мае лацінскае паходжанне. Слова navigo азначае "плыву на судне". Гэта значыць першапачаткова яно было фактычна сінонімам суднаходства або мараплаўства. Але па меры развіцця тэхналогій, якія палягчаюць шлях хаджэнні судоў па акіянах, са з'яўленнем авіяцыі, касмічнай тэхнікі тэрмін значна пашырыў спектр магчымых трактовак.

Сёння пад навігацыяй маюць на ўвазе працэс, пры якім чалавек кіруе нейкім аб'ектам, зыходзячы з яго прасторавых каардынат. Гэта значыць рух складаецца з двух працэдур - гэта непасрэдна кіраванне, а таксама пралік аптымальнага шляху руху аб'екта.

віды навігацыі

Класіфікацыя тыпаў навігацыі вельмі шырокая. Сучасныя эксперты вылучаюць наступныя яе асноўныя разнавіднасці:

- аўтамабільная;

- астранамічная;

- бионавигация;

- паветраная;

- касмічная;

- марская;

- Радыёнавігацыя;

- спадарожнікавая;

- падземная;

- інфармацыйная;

- інерцыяльная.

Некаторыя з вышэйпералічаных тыпаў навігацыі цесна звязаныя паміж сабой - галоўным чынам, па прычыне агульнасці задействуемых тэхналогій. Напрыклад, аўтамабільная рух часта задзейнічае інструментар, характэрны для спадарожнікавай.

Ёсць змешаныя тыпы, у рамках якіх адначасова выкарыстоўваюцца некалькі тэхналагічных рэсурсаў, такія як, напрыклад, навігацыйна-інфармацыйныя сістэмы. У іх ключавымі могуць быць як такія рэсурсы спадарожнікавай сувязі. Аднак канчатковай мэтай іх задзейнічання будзе забеспячэнне мэтавых груп карыстальнікаў неабходнай інфармацыяй.

сістэмы навігацыі

Адпаведны тып навігацыі фармуе сабой, як правіла, аднайменную сістэму. Ёсць, такім чынам, аўтамабільная сістэма навігацыі, марская, касмічная і г.д. Вызначэнне гэтага тэрміну таксама прысутнічае ў экспертным асяроддзі. Сістэма навігацыі, у адпаведнасці з распаўсюджанай трактоўкай - гэта сукупнасць розных відаў абсталявання (а калі прыдатнаю - то і праграмнага забеспячэння), якія дазваляюць вызначыць становішча аб'екта, а таксама пралічыць яго маршрут. Інструментар тут можа быць розным. Але ў большасці выпадкаў сістэмы характарызуюцца наяўнасцю наступных базавых кампанентаў, такіх як:

- карты (як правіла, у электронным выглядзе);

- датчыкі, спадарожнікі і іншыя агрэгаты для вылічэнні каардынат;

- пазасыстэмныя аб'екты, якія даюць звесткі аб геаграфічным становішчы мэтавага;

- праграмна-апаратны аналітычны блок, які забяспечвае ўводы і вывад дадзеных, а таксама злучае першыя тры кампаненты.

Як правіла, структура тых ці іншых сістэм адаптаваная пад патрэбы канчатковых карыстальнікаў. Асобныя віды рашэнняў могуць быць акцэнтаваць развітыя ў бок праграмнай часткі, або, наадварот, апаратнай. Напрыклад, папулярная ў Расеі навігацыйная сістэма "Навител" - гэта ў большай ступені софт. Ён прызначаны для карыстання шырокім колам грамадзян, якія валодаюць рознага роду мабільнымі прыладамі - наўтбукамі, планшэтамі, смартфонамі.

Рух праз спадарожнік

Любая сістэма навігацыі мяркуе, перш за ўсё, вызначэнне каардынатаў аб'екта - як правіла, геаграфічных. Гістарычна інструментар чалавека ў гэтым плане пастаянна ўдасканальваўся. Сёння найбольш дасканалыя навігацыйныя сістэмы - спадарожнікавыя. Іх структура прадстаўлена сукупнасцю высокадакладнага абсталявання, частка якога размешчана на Зямлі, іншая - круціцца на арбіце. Сучасныя спадарожнікавыя навігацыйныя сістэмы здольныя вылічаць не толькі геаграфічныя каардынаты, але і хуткасць аб'екта, а таксама кірунак яго руху.

Элементы спадарожнікавай навігацыі

У склад адпаведных сістэм ўваходзяць наступныя асноўныя элементы: групоўка спадарожнікаў, наземныя блокі вымярэння каардынацыі арбітальных аб'ектаў і абмену інфармацыяй з імі, прыборы для канчатковага карыстача (навігатары), забяспечаныя неабходным ПА, у некаторых выпадках - дадатковае абсталяванне для ўдакладнення геаграфічных каардынатаў (GSM-вышкі , інтэрнэт-каналы, радыёмаякі і г.д.).

Як працуе спадарожнікавая навігацыя

Як функцыянуе спадарожнікавая навігацыйная сістэма? У аснове яе працы - алгарытм вымярэння адлегласці ад аб'екта да спадарожнікаў. Апошнія размяшчаюцца на арбіце практычна не змяняючы свайго становішча, і таму іх каардынаты адносна Зямлі заўсёды сталыя. У навігатарах адпаведныя лічбы закладзеныя. Знаходзячы спадарожнік і падключыўшыся да яго (ці адразу да некалькіх), прылада вызначае, у сваю чаргу, сваё геаграфічнае становішча. Асноўны метад тут - вылічэнне адлегласці да спадарожнікаў на аснове хуткасці радыёхваль. Арбітальны аб'ект адпраўляе запыт на Зямлю з выключнай дакладнасцю па часе - для гэтага выкарыстоўваюцца атамныя гадзіны. Атрымаўшы ад навігатара водгук, спадарожнік (або група такіх) вызначае, якую адлегласць за такі-то часовай прамежак паспела прайсці радыёхваль. Аналагічным чынам вымяраецца хуткасць перамяшчэння аб'екта - толькі вымярэнне тут некалькі больш складанае.

тэхнічныя складанасці

Мы вызначылі, што спадарожнікавая навігацыя - самы дасканалы на сёння метад вызначэння геаграфічных каардынатаў. Разам з тым практычнае карыстанне дадзенай тэхналогіяй суправаджаецца шэрагам тэхнічных складанасцяў. Якіх, напрыклад? Перш за ўсё, гэта неаднастайнасць размеркавання гравітацыйнага поля планеты - гэта ўплывае на становішча спадарожніка адносна Зямлі. Аналагічным уласцівасцю характарызуецца таксама і атмасфера. Яе неаднастайнасць можа ўплываць на хуткасць радыёхваль, з-за чаго ў адпаведных вымярэннях могуць быць недакладнасці.

Яшчэ адна тэхнічная складанасць - сігнал Спасланы са спадарожніка на навігатар, часта заступаюць іншымі наземнымі аб'ектамі. У выніку чаго паўнавартаснае карыстанне сістэмай у гарадах з высокімі будынкамі бывае абцяжарана.

Практычнае выкарыстанне спадарожнікаў

Спадарожнікавыя навігацыйныя сістэмы знаходзяць самы шырокі спектр прымянення. Шмат у чым - як элемент розных камерцыйных рашэнняў грамадзянскай накіраванасці. Гэта могуць быць як бытавыя прылады, так і, напрыклад, шматфункцыянальная сістэма навігацыі медыя-сістэма. Не лічачы грамадзянскага прымянення, рэсурсамі спадарожнікаў карыстаюцца геадэзісты, спецыялісты ў галіне картаграфіі, транспартныя кампаніі, розныя дзяржаўныя службы. Актыўна задзейнічаюцца спадарожнікі геолагамі. У прыватнасці, з іх дапамогай можна вылічаць дынаміку руху тэктанічных зямных пліт. Знаходзяць прымяненне спадарожнікавыя навігатары і як маркетынгавы інструмент - з дапамогай аналітыкі, у якой прысутнічаюць метады вызначэньне месца, кампаніі праводзяць даследаванні сваёй кліенцкай базы, а таксама, напрыклад, накіроўваюць мэтавую рэкламу. Зразумела, карыстаюцца навігатарамі і ваенныя структуры - менавіта яны, уласна, і распрацавалі найбуйнейшыя навігацыйныя сістэмы сёння, GPS і ГЛОНАСС - для патрэб арміі ЗША і Расіі адпаведна. І гэта далёка не вычарпальны пералік сфер, дзе могуць прымяняцца спадарожнікі.

Сучасныя навігацыйныя сістэмы

Якія навігацыйныя сістэмы функцыянуюць сёння ў ліку дзеючых або якія знаходзяцца ў стадыі разгортвання? Пачнем з той, што з'явілася на глабальным публічным рынку раней, чым іншыя навігацыйныя сістэмы - GPS. Яе распрацоўшчык і ўладальнік - Міністэрства Абароны ЗША. Прылады, якія падтрымліваюць сувязь праз GPS-спадарожнікі - самыя распаўсюджаныя ў свеце. Галоўным чынам таму, што, як мы сказалi вышэй, гэтая амерыканская сістэма навігацыі была выведзена на рынак раней яе сучасных канкурэнтаў.

Актыўна набірае папулярнасць ГЛОНАСС. Гэта - расійская навігацыйная сістэма. Належыць яна, у сваю чаргу, Міністэрству абароны РФ. Распрацаваная яна была, па адной з версій, прыкладна ў тыя ж гады, што і GPS - у канцы 80-х - пачатку 90-х. Аднак на публічны рынак была выведзена зусім нядаўна, у 2011 годзе. Усё больш вытворцаў апаратных рашэнняў для навігацыі ўкараняюць падтрымку ГЛОНАСС у сваіх прыладах.

Мяркуецца, што сур'ёзную канкурэнцыю ГЛОНАСС і GPS можа скласці глабальная навігацыйная сістэма "Бэйдоу", якая распрацоўваецца ў КНР. Праўда, на дадзены момант яна функцыянуе толькі як нацыянальная. Статус глабальнай яна можа атрымаць, па версіі некаторых аналітыкаў, да 2020 года, калі на арбіту будзе выведзена дастатковую колькасць спадарожнікаў - парадку 35. Праграма распрацоўкі сістэмы "Бейдоу" параўнальна маладая - яна пачалася толькі ў 2000 годзе, а першы спадарожнік кітайскія распрацоўшчыкі запусцілі ў 2007-м.

Імкнуцца не адставаць і еўрапейцы. Сістэма навігацыі ГЛОНАСС і яе амерыканскі аналаг ў агляднай будучыні цалкам могуць уступіць у спаборніцтва з GALILEO. Разгарнуць групоўку спадарожнікаў у патрэбнай колькасці адзінак арбітальных аб'ектаў еўрапейцы плануюць да 2020 года.

У ліку іншых перспектыўных праектаў па распрацоўцы навігацыйных сістэм можна адзначыць індыйскую IRNSS, а таксама японскую QZSS. Адносна першай шырока афішуюцца публічных звестак аб намерах распрацоўшчыкаў стварыць глабальную сістэму пакуль няма. Мяркуецца, што IRNSS будзе абслугоўваць толькі тэрыторыю Індыі. Праграма таксама даволі маладая - першы спадарожнік быў выведзены на арбіту ў 2008 годзе. Японская спадарожнікавая сістэма, як мяркуецца, таксама будзе выкарыстоўвацца галоўным чынам у рамках нацыянальных тэрыторый краіны-распрацоўніка або суседніх з ёй.

дакладнасць пазіцыянавання

Вышэй мы адзначылі шэраг складанасцяў, актуальных для функцыянавання спадарожнікавых навігацыйных сістэм. У ліку галоўных, што мы назвалі - размяшчэнне спадарожнікаў на арбіце, або іх рух па зададзенай траекторыі, не заўсёды характарызуецца абсалютнай стабільнасцю ў сілу шэрагу прычын. Гэта прадвызначае недакладнасці вылічэнні геаграфічных каардынат у навігатараў. Разам з тым, гэта не адзіны фактар, які ўплывае на карэктнасць пазіцыянавання з дапамогай спадарожніка. Што яшчэ ўплывае на дакладнасць вылічэнні каардынат?

Перш за ўсё, варта адзначыць - тыя самыя атамныя гадзіны, што ўсталяваныя на спадарожніках, не заўсёды абсалютна дакладныя. У іх магчымыя, хоць і зусім невялікія, але ўсё ж якія ўплываюць на якасць працы сістэм навігацыі памылкі. Напрыклад, калі пры пралікі часу, за якое рухаецца радыёхвалях, будзе дапушчана памылка на ўзроўні дзясяткаў нанасекунд, то недакладнасць у вызначэнні каардынатаў наземнага аб'екта можа скласці некалькі метраў. Разам з тым, на сучасных спадарожніках ёсць апаратура, якая дазваляе весці вылічэнні нават з улікам магчымых памылак у працы атамных гадзін.

Вышэй мы адзначылі, што ў ліку фактараў, якія ўплываюць на дакладнасць працы сістэм навігацыі - неаднароднасць атмасферы Зямлі. Карысна будзе дапоўніць дадзены факт іншымі звесткамі, якія тычацца ўплыву калязямных абласцей на працу спадарожнікаў. Справа ў тым, што атмасфера нашай планеты дзеліцца на некалькі зон. Тая, што знаходзіцца фактычна на мяжы з адкрытым космасам - Іонасфера - складаецца з пласта часціц, якія маюць нейкі зарад. Яны, сутыкаючыся з радыёхвалях, адпраўляе спадарожнікам, могуць змяншаць іх хуткасць, у выніку чаго адлегласць да аб'екта можа быць вылічана з памылкай. Адзначым, што і з дадзенага роду крыніцай праблем са сувяззю распрацоўшчыкі спадарожнікавай навігацыі працуюць: у алгарытмы працы арбітальнага абсталявання, як правіла, закладзены рознага роду карэкціруючыя сцэнары, якія ўлічваюць ў разліках асаблівасці праходжання радыёхваль праз іёнасферы.

Воблака і іншыя атмасферныя з'явы таксама могуць уплываць на дакладнасць працы навігацыйных сістэм. Вадзяныя пары, прысутныя ў адпаведных пластах паветранай абалонкі Зямлі, гэтак жа, як і часціцы ў іёнасферы, уплываюць на хуткасць радыёхваль.

Безумоўна, што тычыцца бытавога прымянення ГЛОНАСС або GPS ў складзе такіх агрэгатаў, як, напрыклад, сістэма навігацыі медыя-сістэма, функцыі якой шмат у чым носяць забаўляльны характар, то невялікія недакладнасці ў праліках каардынатаў не крытычныя. Але пры ваенным выкарыстанні спадарожнікаў адпаведныя вылічэнні павінны быць ідэальна адпаведнымі рэальнаму геаграфічнаму становішчу аб'ектаў.

Асаблівасці марской навігацыі

Пагаварыўшы аб самым сучасным тыпе навігацыі, зробім невялікі экскурс у гісторыю. Як вядома, сам тэрмін, пра які ідзе гаворка, упершыню з'явіўся ў асяроддзі мараплаўцаў. Якімі асаблівасцямі характарызуюцца марскія навігацыйныя сістэмы?

Кажучы аб гістарычным аспекце, можна адзначыць эвалюцыю інструментара, які знаходзіцца ў распараджэнні маракоў. Адным з першых "апаратных рашэнняў" быў компас, які, як лічаць некаторыя эксперты, быў прыдуманы ў XI стагоддзі. Працэс складання карт, як ключавых інструментаў навігацыі, таксама ўдасканальваўся. У XVI стагоддзі Герард Меркатор пачаў складаць карты, зыходзячы з прынцыпу прымянення цыліндрычнай праекцыі з роўнымі кутамі. У XIX стагоддзі быў вынайдзены лаг - механічны агрэгат, здольны вымяраць хуткасць марскіх судоў. У ХХ стагоддзі ў арсенале мараходаў з'явіліся радары, а затым і касмічныя спадарожнікі сувязі. Самыя сучасныя марскія навігацыйныя сістэмы сёння функцыянуюць, такім чынам, пажынаючы плён асваення чалавекам космасу. Якая спецыфіка іх працы?

Некаторыя эксперты лічаць, што галоўная асаблівасць, якой характарызуецца сучасная марская сістэма навігацыі - штатная апаратура, усталяваная на судне, валодае вельмі высокай устойлівасцю да зносу і ўздзеянню вады. Гэта цалкам вытлумачальна - нельга, каб карабель, які выйшаў у адкрытае плаванне за тысячы кіламетраў ад сушы, апынуўся ў сітуацыі, калі абсталяванне нечакана адмовіць. На зямлі, дзе ў доступе - рэсурсы цывілізацыі, усё можна паправіць, у моры - праблематычна.

Якімі яшчэ характэрнымі характарыстыкамі валодае марская сістэма навігацыі? Штатная апаратура, акрамя абавязковага патрабаванні - зносаўстойлівасці, як правіла, змяшчае модулі, адаптаваныя да фіксацыі некаторых параметраў навакольнага асяроддзя (глыбіні, тэмпературы вады і г.д.). Таксама хуткасць судна ў марскіх навігацыйных сістэмах ў многіх выпадках вылічаецца ўсё ж не спадарожнікамі, а штатнымі метадамі.