מערכת ניווט. מערכות ניווט ימיות

ציוד ניווט מגוון רחב של סוגי שינויים. ישנן מערכות המיועדות לשימוש בתנאי ים פתוחים, בעוד שאחרים מותאמים להמונים הרחבים של משתמשים, מעסיק נווטים בעיקר למטרות בידור. מה היא מערכת הניווט?

מהו ניווט?

המונח "ניווט" הוא ממוצא לטיני. מילת Navigo פירושו "צפה על הספינה." אז בהתחלה זה היה כמעט שם נרדף משלוח או ניווט. אבל עם ההתפתחות של טכנולוגיות המאפשרות נתיב זרימת ספינות על אוקיינוסים, עם כניסתו של תעופה, טכנולוגיית החלל, המונח התרחב באופן משמעותי את מגוון פירושים אפשריים.

היום, תחת הניווט אומרים את התהליך שבו אדם כפוף פקדים מסוימים, על בסיס קואורדינטות מרחביות שלה. כלומר ניווט מורכב משני הליכים - שליטה ישירה, כמו גם מתן הנתיב האופטימלי של האובייקט.

ניווט סוגים

הסיווג של סוגי הניווט הוא מאוד נרחב. מומחים מודרניים לזהות את הזנים העיקריים שלה הבאים:

- מכונית;

- אסטרונומיים;

- ניווט חיה;

- אוויר;

- שטח;

- ים;

- ניווט רדיו;

- לווין;

- המחתרת;

- מידע;

- אינרציה.

חלק מאותם סוגי הניווט מתקיים קשר הדוק - בעיקר בשל בכלליות הטכנולוגיות המעורבות. לדוגמא, ניווט לרכב מרבה להשתמש במכשירים אופייניים לווין.

ישנם סוגים מעורבים בו מספר משאבים טכנולוגיים משמשים בו זמנית, כגון, למשל, מערכות ניווט ומידע. הם עשויים להיות המפתח, כמו לווין משאבים כאלה. עם זאת, המטרה הסופית של השימוש בהם כדי לספק את קבוצות היעד של משתמשים עם המידע הדרוש.

מערכת ניווט

הסוג המתאים של צורות ניווט, ככלל, באותו השם של המערכת. יש, אפוא, מערכת ניווט לרכב, ים, חלל, וכו ' ההגדרה של המונח הזה קיים גם בקהילה המומחית. מערכת ניווט, על פי הפרשנות המקובלת - אוסף של סוגים שונים של ציוד (ואם רלוונטי - ואת התוכנה) שמאפשרת לך לקבוע את המיקום של האובייקט, כמו גם כדי לחשב את המסלול שלו. ערכת הכלים יכול להיות שונה כאן. אבל ברוב המקרים, המערכת מאופיינת המרכיבים הבסיסיים הבאים כגון:

- כרטיסים (בדרך כלל בצורה אלקטרונית);

- חיישנים, לוויינים ויחידות אחרות לחישוב הקואורדינטות;

- חפצים-המערכת הלא המספקים מידע על המיקום הגיאוגרפי של היעד;

- חומרה וניתוח תוכנה יחידה, מידע נכנס ויוצא וחיבור שלושת המרכיבים הראשונים.

ככלל, את המבנה של אלה או מערכות אחרות המותאמות לצרכים של משתמשי הקצה. סוגים מסוימים של פתרונות ניתנים מודגשים פתחו כלפי חלק בתכנית, או, לחלופין, חומרה. לדוגמא, פופולרי במערכת הניווט הרוסיה "Navitel" - זו היא רכה יותר. הוא נועד לשימוש במגוון רחב של אזרחים, בעלות סוגים שונים של מכשירים ניידים - מחשבים ניידים, טאבלטים, טלפונים חכמים.

ניווט באמצעות לוויין

כל מערכת ניווט מניח, קודם כל, קביעת הקואורדינטות של אובייקט - בדרך כלל גיאוגרפי. מבחינה הסטורית, כלי אדם בהקשר זה השתפרו ללא הרף. כיום, מערכות ניווט המתקדמות ביותר - לווין. המבנה שלהם מיוצג על ידי קבוצה של ציוד דיוק גבוה, חלק הנמצא על כדור הארץ, והשני - סובב במסלול. מערכות ניווט לווינים מודרניות יכולות לחשב לא רק את הקואורדינטות הגיאוגרפיות של האובייקט, אלא גם את המהירות וכיוון התנועה שלה.

אלמנטים של ניווט לוויני

רכב מערכות בהתאמה לכלול את האלמנטים בסיסיים הבאים: כוכבי לווין, יחידות קרקע מדידה לתאם חפצים מסלולית ולהחלפת מידע איתם התקנים עבור משתמש קצה (נווט), המצויד בתוכנה ההכרחית, ובמקרים מסוימים - אבזרים עבור מפרט של קואורדינטות גיאוגרפיות (GSM-מגדל ערוצים מקוונים, משואות רדיו, וכו ').

כיצד ניווט לוויני

אני לא מבין איך מערכת ניווט לוויני? הבסיס של הניתוח - מרחק אלגוריתם מדידה מהאובייקט אל הלוויינים. זה האחרון נמצא במסלול כמעט ללא שינוי עמדתו, ובגלל עמדתם היא תמיד יחסית קבועה לכדור הארץ. בנווט, הנתונים המקבילים הניחו. מציאה בלווין לאחר הקשורים אליה (או מרובה), המנגנון קובע, בתורו, המיקום הגיאוגרפי שלה. השיטה הבסיסית כאן - חישוב המרחק למהירות גל רדיו מבוסס הלווין. אובייקט Orbital שולח בקשה אל כדור הארץ עם דיוק יוצא דופן לאורך זמן - היא משתמשת שעון אטומי. קבלת התגובה של הנווט, הלוויין (או קבוצה ממנו) קובע מרחק בתקופת זמן מסוימת הספיקה לעבור את גל הרדיו. בדומה לכך, בשל מהירות האובייקט - המדידה היא רק מעט יותר מסובך.

קשיים טכניים

קבענו כי הניווט לוויני - המושלם ביותר עבור שיטה היום קביעת הקואורדינטות הגיאוגרפיות. עם זאת, השימוש המעשי של טכנולוגיה זו מלווה מספר קשיים טכניים. מה, למשל? קודם כל, הוא ההטרוגניות של הפצה של שדה הכבידה של כדור הארץ - זה משפיע על מיקומה של הלווין לכדור הארץ. נכס דומה גם מתאפיין באווירה. ההטרוגניות שלה עשויה להשפיע על מהירות של גלי רדיו, וזו הסיבה בממדים המתאימים ייתכן שאירעה תקלה.

קושי טכני אחר - האות שנשלחה מן הלווין אל הנווט, לעתים קרובות מוסתר על ידי אובייקטים ארציים אחרים. כתוצאה מכך, שימוש מלא של המערכת בערים עם בניינים גבוהים קשה.

שימוש מעשי של לוויינים

מערכות ניווט לווינים מוצאות מגוון רחב של יישומים. במובנים רבים - כמרכיב של מגוון פתרונות מסחריים של אוריינטציה אזרחית. זה יכול להיות כמו מכשירי חשמל לבית, וכן למשל, מערכת ניווט רבה תכליתית תקשורת. מלבד שימוש אזרחי, לוויני משאב הם מודדים, מומחים בתחום קרטוגרפיה, חברות תחבורה, שירותים ציבוריים שונים. גיאולוגים הם לווינים מעורבים באופן פעיל. בפרט, הם יכולים לשמש כדי לחשב תנועה הטקטונית דינמית של צלחות הארץ. משמשים נווטים בלוויין ככלי שיווקי - בעזרת מודיעין, שבה נעזרים בשיטות geopositioning, חברות לבצע מחקר של בסיס הלקוחות שלהם, כמו גם, למשל, פרסום ממוקד ישירה. כמובן, להשתמש נווטים ואת הצבא - הם, למעשה, פתחו היום מערכות ניווט מרכזי, GPS ו- GLONASS - עבור הצרכים של צבא ארה"ב ורוסיה בהתאמה. וזה לא רשימה ממצה של תחומים שבהם ניתן להשתמש לוויינים.

מערכות ניווט מודרניות

באילו מערכות ניווט פועלים כיום כולל פעיל או נמצאים בשלב של פריסה? בואו נתחיל עם אחד שהופיע על שוק הקהל העולמי מוקדם יותר ממערכות ניווט אחרות - GPS. היזם והבעלים שלה - משרד ההגנה האמריקאי. התקנים לתקשר דרך-לוויני GPS - הנפוץ ביותר בעולם. בעיקר בגלל, כפי שאמרנו לעיל, מערכת הניווט בארה"ב כבר הציגה לשוק מוקדם יותר מאשר המתחרים הנוכחיים שלה.

פעיל צובר פופולריות GLONASS. זהו - מערכת ניווט הרוסית. היא שייכת, בתורו, משרד הביטחון של הפדרציה הרוסית. הוא תוכנן, על פי גרסה אחת, על אותה תקופה כמו זה של ה- GPS - ב של 80 המאוחרות - בתחילת שנות ה -90. עם זאת, בשוק הציבורי הושבח כפי לאחרונה כמו 2011. יותר ויותר יצרנים של פתרונות חומרה ליישום תמיכה GLONASS ניווט במכשירים שלהם.

ההנחה היא כי תחרות רצינית GLONASS ו- GPS יכול ליצור מערכת ניווט גלובלית "Beidou", שפותחה בסין. עם זאת, כרגע זה עובד רק בתור אזרח. מעמד גלובלי זה יכול להגיע, לדברים כמה אנליסטים, על ידי 2020, כאשר הלוויינים במסלול מספיק יוצג - על 35. "Beidou" תכנית פיתוח מערכת היא צעירה יחסית - זה רק החל בשנת 2000, ואת הלווין הראשון הושק בשנת המפתחים הסיניים 2007.

מנסה לשמור על האירופים. GLONASS מערכת ניווט מקבילו האמריקאי בעתיד הנראה לעין עשוי היטב להיכנס לתחרות עם גלילאו. כוכבים פתוחים של לווינים את הכמות הנכונה של אירופאי יחידות חפצים מסלולית לתכנן ידי 2020.

בין פרויקטים המבטיחים אחרים לפיתוח של מערכות הניווט ניתן לציין הודי IRNSS, ו QZSS היפנית. לגבי המידע ציבורי הראשונה המתוקשרת על כוונותיה של המפתחים כדי ליצור מערכת גלובלית עדיין. ההנחה היא כי IRNSS ישרת רק את הטריטוריה של הודו. התכנית היא גם די צעירה - הלווין הראשון הוכנס למסלול ב 2008. מערכת לווין יפנית צפויה לשמש בעיקר בטריטוריה הלאומית של המדינה או היזם הסמוך לו.

דיוק מיצוב

מעל שציינו מספר קשיים רלוונטיים תפעול מערכות ניווט לווינים. בין העיקרי, מה שקראנו - המיקום של לווינים במסלול, או התנועה שלהם לנתיב הרצוי אינו מתאפיין תמיד על ידי היציבות המוחלטת של מספר הסיבות. חישוב זה קובע תקלה של קואורדינטות גיאוגרפיות בכלי הניווט. עם זאת, זה לא הגורם היחיד המשפיע על המיקום הנכון על ידי לווין. מה עוד משפיע על הדיוק של חישוב הקואורדינטות?

קודם כל, יש לציין - שעונים אטומיים אלה מותקנים על הלוויינים הם לא תמיד מדויקים לחלוטין. הם אפשריים, אם כי קטנים מאוד, אך עדיין משפיעים על איכות שגיאות מערכת ניווט. לדוגמא, אם בעת חישוב הזמן שבו גל רדיו נע, יהיה לך לטעות ברמה של עשרות ננו שניות, אי הדיוק בקביעת קואורדינטות של מטרות קרקעיות יכול להיות בכמה מטרים. עם זאת, ב לווינים מודרניים יש מכשירים המאפשרים חישוב, אפילו תוך שגיאות חשבון אפשריות השעון האטומי.

מעל שציינו כי בין הגורמים המשפיעים על הדיוק של מערכות ניווט - ההטרוגניות של האטמוספרה של כדור הארץ. זה יהיה שימושי כדי להשלים את העובדה הזו מידע אחר הקשור להשפעה של השדות הקרובים הארץ על פעילות הלוויינים. עובדת האווירה של כוכב לכת שלנו מחולקת למספר אזורים. האחד כי הוא בעצם על הגבול עם שטח פנוי - היונוספירה - מורכב שכבה של חלקיקים בעלי מטען מסוים. הם מפריעים גלי רדיו, הלוויין שולח, ניתן להפחית את המהירות שלהם, לפיו המרחק לאובייקט ניתן לחשב עם שגיאה. שים לב עם סוג זה של מקור בעיות תקשורת המפתחים של עבודת ניווט לוויני: ב האלגוריתמים של ציוד מסלולית משולבים לרוב סוגי תרחיש מתקנת, תוך התחשבות בחישוב חלוף גלי רדיו דרך היונוספירה.

עננים ותופעות אטמוספרי אחרות יכולים גם להשפיע על הדיוק של מערכות הניווט. אדי מים הנמצאים בשכבות השונות של אוויר נדן הארץ, כמו גם את חלקיקי היונוספירה, להשפיע על המהירות של גלי רדיו.

כמובן, בכל הנוגע GLONASS או GPS לשימוש הביתיים בהרכב של יחידות כאלה, כגון מערכת תקשורת ניווט, המתפקד במובנים רבים הם משעשעים, כמה אי דיוקים קטנים החישובים המוטעים לתאם אינם קריטיים. אבל כאשר השימוש הצבאי של הלוויינים המתאימים חישובים אידיאליים צריך להיות רלוונטי המיקום הגיאוגרפי האמיתי של אובייקטים.

תכונות של ניווט ים

לאחר מדבר על הסוג המודרני ביותר של ניווט, ניקח טיול קצר אל ההיסטוריה. כידוע, המונח עצמו, התייחס, בפעם הראשונה הופיעה בסביבה הימית. אילו תכונות מאופיינות מערכות ניווט ימיות?

אם כבר מדברים על ההיבט ההיסטורי, אפשר לציין את האבולוציה של הכלים העומדים לרשות מלחים. אחד "פתרון החומרה" הראשון היה מצפן, הנחשב על ידי כמה מומחים הומצא במאה ה XI. מיפוי תהליכים, ניווט כמכשירי מפתח השתפר גם. בשנת המאה שש עשרה ג'רארד מהרקטור החל למפות מבוססות על העיקרון של החלת ההיטל הגלילי עם זוויות שווות. במאות ה XIX זה הומצא על ידי הפיגור - יחידה מכאנית מסוגלת למדוד את מהירות ספינות. במאה העשרים בארסנל של מלחים הופיע מכ"ם, ואז לווייני תקשורת בחלל. מערכות הניווט ימי המתקדמות ביותר כיום פועלים, ובכך לקצור את היתרונות של חקר חלל על ידי גבר. מהם הפרטים עבודתם?

ישנם מומחים המאמינים כי התכונה העיקרית של אשר מתאפיינת מערכת ניווט הימי מודרנית - ציוד סטנדרטי מותקן על הספינה, יש עמידות גבוהה מאוד בפני שחיקה ומים. זה מובן - לא ניתן לשלוח את אלפי שחייה הפתוחים קילומטרים מיבשים, זה היה בסיטואציה כאשר הציוד נכשל באופן בלתי צפוי. על הקרקע, שבו גישה - המשאבים של ציביליזציה, הכל יכול להיות קבועות, בים - הוא בעייתי.

מה מאפיינים בולטים אחרים יש מערכת ניווט ים? ציוד קבוע, בנוסף לדרישות החובה - ללבוש התנגדות בדרך כלל כוללת מודולים מותאמים הקיבוע של כמה פרמטרים סביבתיים (עומק, טמפרטורת מים, וכו '). כמו כן, את מהירות הספינה במערכות ניווט ימיות, במקרים רבים עדיין לא מחושבת לווינים ושיטות רגילות.