Навигациялық жабдықтың түрлері мен модификациялары әртүрлі. Ашық теңізде пайдалануға арналған жүйелер бар, басқалары ойын-сауық мақсаттарында навигаторларды пайдалана отырып, көпшілікке бейімделген. Навигациялық жүйелер дегеніміз не?
Навигация дегеніміз не?
«Навигация» термині латын тілінен шыққан. Навиго сөзі «мен кемеде жүзіп келемін» дегенді білдіреді. Яғни, бастапқыда бұл тасымалдау немесе навигацияның синонимі болды. Бірақ кемелердің мұхиттарды шарлауын жеңілдететін технологиялардың дамуымен, авиацияның, ғарыштық технологияның пайда болуымен бұл термин ықтимал түсіндірулер ауқымын айтарлықтай кеңейтті.
Бүгінгі таңда навигация дегеніміз адамның объектіні оның кеңістіктік координаталары негізінде басқаратын процесін білдіреді. Яғни, навигация екі процедурадан тұрады - бұл тікелей басқару, сонымен қатар объектінің оңтайлы жолын қате есептеу.
Шарлау түрлері
Навигация түрлерінің классификациясы өте кең. Қазіргі сарапшылар келесі негізгі сорттарды ажыратады:
- автомобиль;
- астрономиялық;
- бионавигация;
- ауа;
- бос орын;
- теңіз;
- радио навигациясы;
- спутник;
- жерасты;
- ақпараттық;
- инерциялық.
Жоғарыда аталған навигация түрлерінің кейбірі бір-бірімен тығыз байланысты – негізінен қолданылатын технологиялардың ортақтығына байланысты. Мысалы, автокөлік навигациясы көбінесе спутниктік құралдарды пайдаланады.
Бір уақытта бірнеше технологиялық ресурстар қолданылатын аралас түрлері бар, мысалы, навигациялық және ақпараттық жүйелер. Осылайша, спутниктік байланыс ресурстары оларда негізгі болуы мүмкін. Дегенмен, олардың қатысуының түпкі мақсаты мақсатты пайдаланушы топтарын қажетті ақпаратпен қамтамасыз ету болады.
Навигациялық жүйелер
Шарлаудың сәйкес түрі, әдетте, аттас жүйені құрайды. Демек, автокөлік навигациялық жүйесі, теңіз, ғарыш және т.б. Бұл терминнің анықтамасы сарапшылар қауымдастығында да бар. Навигациялық жүйе, жалпы түсіндірмеге сәйкес, объектінің орнын анықтауға, сондай-ақ оның бағытын есептеуге мүмкіндік беретін әртүрлі жабдық түрлерінің (және қажет болса, бағдарламалық жасақтаманың) жиынтығы болып табылады. Мұндағы құралдар жинағы басқаша болуы мүмкін. Бірақ көп жағдайда жүйелер келесі негізгі компоненттердің болуымен сипатталады, мысалы:
- карталар (әдетте электронды түрде);
- сенсорлар, спутниктер жәнекоординаттарды есептеуге арналған басқа агрегаттар;
- мақсаттың географиялық орны туралы ақпаратты беретін жүйелік емес нысандар;
- деректерді енгізу мен шығаруды қамтамасыз ететін, сондай-ақ алғашқы үш құрамдас бөлікті байланыстыратын аппараттық-бағдарламалық аналитикалық бірлік.
Ереже бойынша белгілі бір жүйелердің құрылымы соңғы пайдаланушылардың қажеттіліктеріне бейімделген. Шешімдердің белгілі бір түрлерін бағдарламалық қамтамасыз ету бөлігіне, немесе, керісінше, аппараттық бөлікке баса назар аударуға болады. Мысалы, Ресейде танымал Navitel навигациялық жүйесі негізінен бағдарламалық қамтамасыз ету болып табылады. Ол әртүрлі мобильді құрылғылардың - ноутбуктер, планшеттер, смартфондар бар азаматтардың кең ауқымына арналған.
Спутник арқылы навигация
Кез келген навигация жүйесі, ең алдымен, объектінің координаталарын анықтауды қамтиды - әдетте географиялық. Тарихи тұрғыдан алғанда, осыған байланысты адам құралдары үнемі жетілдіріліп отырды. Бүгінгі таңда ең дамыған навигациялық жүйелер спутниктік болып табылады. Олардың құрылымы бір бөлігі Жерде орналасқан, ал екінші бөлігі орбитада айналатын жоғары дәлдіктегі жабдықтар жиынтығымен ұсынылған. Заманауи спутниктік навигация жүйелері географиялық координаттарды ғана емес, сонымен қатар объектінің жылдамдығын, сондай-ақ оның қозғалыс бағытын есептей алады.
Спутниктік навигация элементтері
Сәйкес жүйелер келесі негізгі элементтерді қамтиды: спутниктердің шоқжұлдыздары, орбиталық объектілердің координациясын өлшеуге және олармен ақпарат алмасуға арналған жердегі қондырғылар, түпкі пайдаланушыға арналған құрылғылар(навигаторлар) қажетті бағдарламалық қамтамасыз етумен жабдықталған, кейбір жағдайларда – географиялық координаттарды анықтауға арналған қосымша жабдық (GSM мұнаралары, Интернет арналары, радиомаяктар және т.б.).
Спутниктік навигация қалай жұмыс істейді
Спутниктік навигация жүйесі қалай жұмыс істейді? Оның жұмысының негізінде объектіден спутниктерге дейінгі қашықтықты өлшеу алгоритмі жатыр. Соңғылары орбитада іс жүзінде орнын өзгертпестен орналасады, сондықтан олардың Жерге қатысты координаталары әрқашан тұрақты. Навигаторларда сәйкес нөмірлер қойылады. Спутникті табу және оған қосылу (немесе бірден бірнеше) құрылғы өз кезегінде оның географиялық орнын анықтайды. Мұндағы негізгі әдіс – радиотолқындардың жылдамдығына қарай спутниктерге дейінгі қашықтықты есептеу. Орбиталық нысан Жерге сұранысты ерекше уақыт дәлдігімен жібереді - бұл үшін атомдық сағаттар қолданылады. Навигатордан жауап алғаннан кейін, спутник (немесе олардың тобы) радиотолқынның осындай және осындай уақыт аралығында қаншалықты алыс болғанын анықтайды. Нысанның қозғалыс жылдамдығы да дәл осылай өлшенеді - мұнда тек өлшеу біршама күрделірек.
Техникалық қиындықтар
Біз спутниктік навигация бүгінгі таңда географиялық координаттарды анықтаудың ең озық әдісі екенін анықтадық. Дегенмен, бұл технологияны іс жүзінде қолдану бірқатар техникалық қиындықтармен қатар жүреді. Мысалы, не? Ең алдымен, бұл планетаның гравитациялық өрісінің таралуының біркелкі еместігі - бұл жер серігінің Жерге қатысты жағдайына әсер етеді. Сол қасиет те сипатталадыатмосфера. Оның біркелкі еместігі радиотолқындардың жылдамдығына әсер етуі мүмкін, соның салдарынан сәйкес өлшемдерде дәлсіздіктер болуы мүмкін.
Тағы бір техникалық қиындық – спутниктен навигаторға жіберілген сигналды басқа жердегі нысандар жиі бұғаттайды. Нәтижесінде биік ғимараттары бар қалаларда жүйені толық пайдалану қиынға соғады.
Спутниктерді іс жүзінде пайдалану
Спутниктік навигация жүйелері қолданбалардың ең кең ауқымын табады. Көптеген жолдармен - азаматтық бағыттағы әртүрлі коммерциялық шешімдердің элементі ретінде. Бұл тұрмыстық құрылғылар және, мысалы, көп функционалды навигациялық медиа жүйесі болуы мүмкін. Азаматтық пайдаланудан басқа жерсерік ресурстарын геодезистер, картографтар, көлік компаниялары және әртүрлі мемлекеттік қызметтер пайдаланады. Жерсеріктерді геологтар белсенді пайдаланады. Атап айтқанда, олар тектоникалық жер плиталарының қозғалыс динамикасын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Спутниктік навигаторлар маркетинг құралы ретінде де пайдаланылады - геопозициялау әдістерін қамтитын аналитиканың көмегімен компаниялар өздерінің тұтынушылар базасында зерттеулер жүргізеді, сонымен қатар, мысалы, мақсатты жарнаманы жібереді. Әрине, әскери құрылымдар да навигаторларды пайдаланады - дәл осылар бүгінгі таңда ең үлкен навигациялық жүйелерді, GPS пен ГЛОНАССты - тиісінше АҚШ армиясы мен Ресейдің қажеттіліктері үшін әзірледі. Бұл спутниктерді пайдалануға болатын аймақтардың толық тізімі емес.
Заманауи навигацияжүйелер
Қандай навигациялық жүйелер қазір жұмыс істеп тұр немесе қолданылуда? Жаһандық қоғамдық нарықта басқа навигациялық жүйелерден бұрын пайда болғаннан бастайық - GPS. Оның әзірлеушісі және иесі АҚШ Қорғаныс министрлігі болып табылады. GPS спутниктері арқылы байланысатын құрылғылар әлемдегі ең кең таралған. Негізінен, жоғарыда айтқанымыздай, бұл американдық навигациялық жүйе нарыққа заманауи бәсекелестерінен бұрын енгізілген.
ГЛОНАСС белсенді түрде танымал болуда. Бұл ресейлік навигациялық жүйе. Ол, өз кезегінде, Ресей Федерациясының Қорғаныс министрлігіне жатады. Ол бір нұсқаға сәйкес, GPS сияқты бір жылдары - 80-ші жылдардың аяғы - 90-шы жылдардың басында әзірленді. Алайда ол жақында ғана, 2011 жылы қоғамдық нарыққа шықты. Навигацияға арналған аппараттық шешімдердің көбірек өндірушілері өз құрылғыларында GLONASS қолдауын қолданады.
Қытайда жасалған «Beidou» жаһандық навигациялық жүйесі ГЛОНАСС пен GPS-пен шындап бәсекелесе алады деп болжануда. Рас, қазіргі уақытта ол тек ұлттық қызмет атқарады. Кейбір сарапшылардың пікірінше, ол 2020 жылға қарай жаһандық мәртебені ала алады, сол кезде орбитаға жеткілікті мөлшерде спутник шығарылады – шамамен 35. Бейдоу жүйесін дамыту бағдарламасы салыстырмалы түрде жас – ол тек 2000 жылы ғана басталды, ал бірінші жерсерікті Қытайлық әзірлеушілер2007 жылы іске қосылды.
Еуропалықтар да артта қалуға тырысуда. GLONASS навигациялық жүйесі және оның американдық аналогы жақын болашақта GALILEO-мен бәсекеге түсе алады. Еуропалықтар 2020 жылға қарай орбиталық объектілер бірліктерінің қажетті санына спутниктердің шоқжұлдыздарын орналастыруды жоспарлап отыр.
Навигациялық жүйелерді дамытудың басқа перспективті жобаларының арасында үнділік IRNSS-ті, сондай-ақ жапондық QZSS-ті атап өтуге болады. Алғашқы кеңінен жарнамаланған көпшілікке қатысты әзірлеушілердің жаһандық жүйені құру ниеті туралы ақпарат әлі қол жетімді емес. IRNSS тек Үндістан аумағына қызмет етеді деп болжануда. Бағдарлама да біршама жас – бірінші спутник 2008 жылы орбитаға шығарылды. Жапондық спутниктік жүйе де негізінен дамушы елдің ұлттық аумақтарында немесе оларға іргелес жерде қолданылады деп күтілуде.
Орналастыру дәлдігі
Жоғарыда біз спутниктік навигация жүйелерінің жұмысына қатысты бірқатар қиындықтарды атап өттік. Біз атаған негізгілердің ішінде - орбитада спутниктердің орналасуы немесе олардың берілген траектория бойынша қозғалысы бірқатар себептерге байланысты әрқашан абсолютті тұрақтылықпен сипаттала бермейді. Бұл навигаторлардағы географиялық координаттарды есептеудегі дәлсіздіктерді алдын ала анықтайды. Дегенмен, бұл спутникті пайдаланып орналасудың дұрыстығына әсер ететін жалғыз фактор емес. Координаталарды есептеудің дәлдігіне тағы не әсер етеді?
Біріншіден, спутниктерге орнатылған атомдық сағаттар әрқашан толық дәл бола бермейтінін атап өткен жөн. Олар әбден мүмкін болса дашағын, бірақ әлі де навигациялық жүйелердің сапасына әсер ететін қателер. Мысалы, радиотолқынның қозғалатын уақытын есептеу кезінде ондаған наносекунд деңгейінде қате жіберілсе, онда жердегі объектінің координаталарын анықтаудағы дәлсіздік бірнеше метрді құрауы мүмкін. Сонымен қатар, заманауи жерсеріктерде атом сағаттарының жұмысындағы мүмкін қателерді ескере отырып, есептеулерді жүргізуге мүмкіндік беретін жабдық бар.
Біз жоғарыда навигациялық жүйелердің дәлдігіне әсер ететін факторлардың қатарында Жер атмосферасының біркелкі еместігін атап өттік. Бұл фактіні Жерге жақын аймақтардың спутниктердің жұмысына әсері туралы басқа ақпаратпен толықтыру пайдалы болар еді. Өйткені, біздің планетаның атмосферасы бірнеше аймақтарға бөлінген. Ашық кеңістіктің шекарасында орналасқан - ионосфера - белгілі бір заряды бар бөлшектердің қабатынан тұрады. Олар спутник жіберген радиотолқындармен соқтығысып, жылдамдығын азайта алады, нәтижесінде объектіге дейінгі қашықтықты қателікпен есептеуге болады. Спутниктік навигация әзірлеушілері байланыс проблемаларының бұл түрімен де жұмыс істейтінін ескеріңіз: орбиталық жабдықтың жұмыс істеу алгоритмдері, әдетте, радиотолқындардың радиотолқындардың өту ерекшеліктерін ескеретін әртүрлі түзету сценарийлерін қамтиды. есептеулерде ионосфера.
Бұлттар және басқа атмосфералық құбылыстар навигациялық жүйелердің дәлдігіне де әсер етуі мүмкін. Жердің ауа қабығының сәйкес қабаттарында болатын су буы, ионосферадағы бөлшектер сияқты, жылдамдыққа әсер етедірадиотолқындар.
Әрине, GLONASS немесе GPS-ті, мысалы, функциялары негізінен көңіл көтеретін навигациялық медиа жүйесі сияқты қондырғылардың бір бөлігі ретінде тұрмыста қолдануға қатысты, онда координаттарды есептеудегі шағын дәлсіздіктер сыни емес. Бірақ спутниктерді әскери мақсатта пайдалану кезінде сәйкес есептеулер объектілердің нақты географиялық орналасуына өте жақсы сәйкес келуі керек.
Теңіз навигациясының мүмкіндіктері
Навигацияның ең заманауи түрі туралы сөйлескеннен кейін тарихқа қысқаша шолу жасайық. Өздеріңіз білетіндей, бұл терминнің өзі алғаш рет навигаторлар арасында пайда болды. Теңіз навигациялық жүйелерінің сипаттамалары қандай?
Тарихи аспекті туралы айтатын болсақ, теңізшілердің қолындағы құралдардың эволюциясын атап өтуге болады. Алғашқы «аппараттық шешімдердің» бірі, кейбір сарапшылардың пікірінше, 11 ғасырда ойлап табылған компас болды. Негізгі навигациялық құрал ретінде карта жасау да жетілдірілді. 16 ғасырда Жерар Меркатор бұрыштары бірдей цилиндрлік проекцияны қолдану принципіне негізделген карталарды сала бастады. 19 ғасырда бөрене ойлап табылды - кемелердің жылдамдығын өлшеуге қабілетті механикалық қондырғы. ХХ ғасырда матростардың арсеналында радарлар, содан кейін ғарыштық байланыс спутниктері пайда болды. Ең озық теңіз навигациялық жүйелері бүгінгі күні жұмыс істейді, осылайша адамның ғарышты игеруінің пайдасын көреді. Олардың жұмысының сипаты қандай?
Кейбір сарапшылар бұған сенедіЗаманауи теңіз навигациялық жүйесін сипаттайтын басты ерекшелігі - кемеде орнатылған стандартты жабдықтың тозуға және суға төзімділігі өте жоғары. Бұл әбден түсінікті – құрлықтан мыңдаған шақырым жерде ашық рейске шыққан кеменің жабдық кенет істен шыққан жағдайда қалуы мүмкін емес. Өркениет ресурстары бар құрлықта барлығын жөндеуге болады, бірақ теңізде бұл қиын.
Теңіз навигациялық жүйесінде тағы қандай маңызды мүмкіндіктер бар? Стандартты жабдық, міндетті талапқа қосымша - тозуға төзімділік, әдетте, белгілі бір қоршаған орта параметрлерін (тереңдік, су температурасы және т.б.) бекітуге бейімделген модульдерді қамтиды. Сондай-ақ, теңіз навигациялық жүйелеріндегі кеменің жылдамдығы әлі де көптеген жағдайларда спутниктермен емес, стандартты әдістермен есептеледі.
