Navigačné vybavenie sa dodáva v mnohých variantoch.typy a modifikácie. Existujú systémy určené na použitie na otvorenom mori, iné sú prispôsobené pre širokú verejnosť, využívajúce navigátorov v mnohých ohľadoch na zábavné účely. Čo sú navigačné systémy?
čo je navigácia?
Pojem „navigácia“ má latinský pôvod.Slovo navigo znamená „plavím sa na lodi“. To znamená, že spočiatku to bolo vlastne synonymum pre lodnú dopravu alebo navigáciu. Ale s rozvojom technológií, ktoré uľahčujú lodiam plavbu po oceánoch, s príchodom letectva, vesmírnych technológií, tento pojem výrazne rozšíril rozsah možných interpretácií.
Dnes navigácia označuje procesv ktorom človek ovláda určitý objekt, na základe jeho priestorových súradníc. To znamená, že navigácia pozostáva z dvoch procedúr - ide o priame ovládanie, ako aj o nesprávny výpočet optimálnej dráhy pre pohyb objektu.
Typy navigácie
Klasifikácia typov navigácie je veľmi rozsiahla. Moderní odborníci rozlišujú tieto hlavné odrody:
- automobil;
- astronomický;
- bionavigácia;
- vzduch;
- priestor;
- námorný;
- rádionavigácia;
- satelit;
- pod zemou;
- informácie;
- zotrvačný.
Niektoré z vyššie uvedených typov navigáciespolu úzko súvisia – najmä kvôli zhodnosti použitých technológií. Napríklad navigácia do auta často využíva nástroje, ktoré sú typické pre satelitnú navigáciu.
Existujú zmiešané typy, v rámci ktorýchsúčasne sa využíva viacero technologických zdrojov, ako sú napríklad navigačné a informačné systémy. Ako také v nich môžu byť kľúčové zdroje satelitnej komunikácie. Konečným cieľom ich zapojenia však bude poskytnúť cieľovým skupinám užívateľov potrebné informácie.
Navigačné systémy
Príslušný typ navigácie sa vytvorí sám,zvyčajne systém s rovnakým názvom. Existuje teda automobilový navigačný systém, námorný, vesmírny atď. Definícia tohto pojmu je prítomná aj v odbornej verejnosti. Navigačný systém je podľa bežnej interpretácie kombináciou rôznych typov zariadení (a prípadne softvéru), ktoré vám umožňujú určiť polohu objektu, ako aj vypočítať jeho trasu. Súbor nástrojov tu môže byť iný. Vo väčšine prípadov sú však systémy charakterizované prítomnosťou nasledujúcich základných komponentov, ako napríklad:
- karty (zvyčajne v elektronickej forme);
- senzory, satelity a iné jednotky na výpočet súradníc;
- mimosystémové objekty, ktoré poskytujú informácie o geografickej polohe cieľa;
- hardvérovo-softvérová analytická jednotka, ktorá zabezpečuje vstup a výstup dát, ako aj prepojenie prvých troch komponentov.
Spravidla štruktúra určitých systémovprispôsobené potrebám koncových používateľov. Určité typy riešení možno akcentovať smerom k softvérovej časti, alebo naopak k hardvérovej časti. Napríklad navigačný systém Navitel, ktorý je populárny v Rusku, je väčšinou softvérový. Je určený pre široké spektrum občanov, ktorí vlastnia rôzne druhy mobilných zariadení – notebooky, tablety, smartfóny.
Satelitná navigácia
Akýkoľvek navigačný systém predpokladá, že predtýmV prvom rade určenie súradníc objektu – zvyčajne geografického. Historicky sa ľudské nástroje v tomto smere neustále zdokonaľovali. Dnes sú najpokročilejšie navigačné systémy satelitné. Ich štruktúru predstavuje súbor vysoko presných zariadení, ktorých časť sa nachádza na Zemi, druhá časť rotuje na obežnej dráhe. Moderné satelitné navigačné systémy sú schopné vypočítať nielen geografické súradnice, ale aj rýchlosť objektu, ako aj smer jeho pohybu.
Prvky satelitnej navigácie
Príslušné systémy zahŕňajú:hlavné prvky: konštelácia satelitov, pozemné jednotky na meranie koordinácie orbitálnych objektov a výmenu informácií s nimi, zariadenia pre koncových používateľov (navigátorov) vybavené potrebným softvérom, v niektorých prípadoch - dodatočné vybavenie na objasňovanie geografických súradníc (GSM veže, internetové kanály, rádiové majáky atď.).
Ako funguje satelitná navigácia
Ako funguje satelitná navigácia?systém? Základom jeho práce je algoritmus na meranie vzdialenosti od objektu k satelitom. Tie sa nachádzajú na obežnej dráhe prakticky bez zmeny ich polohy, a preto sú ich súradnice vzhľadom na Zem vždy konštantné. V navigátoroch sú stanovené zodpovedajúce čísla. Vyhľadaním satelitu a pripojením k nemu (alebo k niekoľkým naraz) zariadenie určí svoju geografickú polohu. Hlavnou metódou je výpočet vzdialenosti k satelitom na základe rýchlosti rádiových vĺn. Objekt obiehajúci na obežnej dráhe vyšle požiadavku na Zem s výnimočnou presnosťou času – na to slúžia atómové hodiny. Po prijatí odpovede od navigátora satelit (alebo ich skupina) určí, ako ďaleko prešla rádiová vlna za také a také časové obdobie. Rýchlosť pohybu objektu sa meria podobným spôsobom – len meranie je tu o niečo komplikovanejšie.
Technické ťažkosti
Zistili sme, že satelitná navigácia je najviacideálny pre dnešnú metódu určovania zemepisných súradníc. Praktické využitie tejto technológie však sprevádza množstvo technických ťažkostí. Čo napríklad? V prvom rade ide o nehomogenitu rozloženia gravitačného poľa planéty – to ovplyvňuje polohu satelitu voči Zemi. Podobnou vlastnosťou sa vyznačuje aj atmosféra. Jeho nehomogenita môže ovplyvniť rýchlosť rádiových vĺn, v dôsledku čoho môže dochádzať k nepresnostiam v zodpovedajúcich meraniach.
Ďalším technickým problémom je signálvysielaný zo satelitu do navigátora je často blokovaný inými pozemnými objektmi. V dôsledku toho je plné využitie systému v mestách s vysokými budovami náročné.
Praktické využitie satelitov
Satelitné navigačné systémy nájdu najviacširoký rozsah aplikácií. V mnohých smeroch - ako prvok rôznych komerčných riešení občianskeho zamerania. Môže ísť ako o zariadenia pre domácnosť, tak aj napríklad o multifunkčný navigačný mediálny systém. Okrem civilného využitia satelitné zdroje využívajú geodeti, kartografi, dopravné spoločnosti a rôzne vládne služby. Satelity aktívne využívajú geológovia. Najmä ich možno použiť na výpočet dynamiky pohybu tektonických zemských platní. Satelitné navigátory sa používajú aj ako marketingový nástroj – pomocou analytiky, ktorá zahŕňa metódy geopozičného určovania polohy, si firmy robia prieskum na svojej zákazníckej základni a tiež napríklad posielajú cielenú reklamu. Vojenské štruktúry samozrejme využívajú aj navigátorov – boli to práve oni, ktorí v skutočnosti vyvinuli najväčšie navigačné systémy súčasnosti GPS a GLONASS – pre potreby americkej armády, respektíve Ruska. A toto nie je vyčerpávajúci zoznam oblastí, kde sa dajú satelity využívať.
Moderné navigačné systémy
Aké navigačné systémy dnes fungujúmedzi tými, ktoré sú v prevádzke alebo vo vývoji? Začnime tým, ktorý sa objavil na globálnom verejnom trhu pred inými navigačnými systémami – GPS. Jeho vývojárom a vlastníkom je americké ministerstvo obrany. Zariadenia, ktoré komunikujú cez satelity GPS, sú najrozšírenejšie na svete. Predovšetkým preto, že ako sme už povedali vyššie, tento americký navigačný systém bol uvedený na trh skôr ako jeho novodobí konkurenti.
GLONASS si aktívne získava na popularite.Toto je ruský navigačný systém. Tá patrí zase Ministerstvu obrany Ruskej federácie. Bol vyvinutý, podľa jednej z verzií, približne v rovnakých rokoch ako GPS – koncom 80-tych a začiatkom 90-tych rokov. Na verejný trh bol však uvedený len nedávno, v roku 2011. Stále viac výrobcov hardvérových riešení pre navigáciu implementuje podporu GLONASS do svojich zariadení.
Predpokladá sa vážna konkurencia zo strany GLONASSa GPS môže tvoriť globálny navigačný systém BeiDou vyvíjaný v Číne. Pravda, momentálne funguje len ako národný. Podľa niektorých analytikov môže získať globálny štatút do roku 2020, keď bude na obežnú dráhu vypustený dostatočný počet satelitov – približne 35. Program vývoja systému Beidou je relatívne mladý – začal sa len v roku 2000 a čínski vývojári vypustili prvý satelit v roku 2007
Európania sa tiež snažia držať krok.Navigačný systém GLONASS a jeho americký náprotivok môžu v dohľadnej budúcnosti vstúpiť do súťaže s GALILEO. Európania plánujú do roku 2020 rozmiestniť konšteláciu satelitov v požadovanom počte jednotiek orbitálnych objektov.
Ďalšie perspektívne projekty premožno zaznamenať vývoj navigačných systémov, indického IRNSS, ako aj japonského QZSS. Pokiaľ ide o prvé široko propagované verejné informácie o zámeroch vývojárov vytvoriť globálny systém, zatiaľ nie sú k dispozícii. Predpokladá sa, že IRNSS bude slúžiť len na území Indie. Program je tiež pomerne mladý - prvý satelit bol uvedený na obežnú dráhu v roku 2008. Očakáva sa tiež, že japonský satelitný systém sa bude primárne používať v rámci alebo v susedstve národných území rozvojovej krajiny.
Presnosť polohovania
Vyššie sme zaznamenali množstvo problémov, ktoré sú relevantnéfungovanie satelitných navigačných systémov. Medzi hlavné, ktoré sme vymenovali - umiestnenie satelitov na obežnej dráhe, alebo ich pohyb po danej trajektórii, sa z viacerých dôvodov nie vždy vyznačuje absolútnou stabilitou. To predurčuje nepresnosti vo výpočte zemepisných súradníc v navigátoroch. Nie je to však jediný faktor ovplyvňujúci správnosť určenia polohy pomocou satelitu. Čo ešte ovplyvňuje presnosť výpočtu súradníc?
V prvom rade stojí za zmienku, že ten istý atómsatelitné hodiny nie sú vždy úplne presné. Sú možné, aj keď sú veľmi malé, ale stále ovplyvňujú kvalitu navigačných systémov. Ak sa napríklad pri výpočte času, počas ktorého sa rádiová vlna pohybuje, dôjde k chybe na úrovni desiatok nanosekúnd, nepresnosť v určení súradníc pozemného objektu môže byť aj niekoľko metrov. Moderné satelity zároveň disponujú vybavením, ktoré umožňuje vykonávať výpočty aj pri zohľadnení možných chýb v prevádzke atómových hodín.
Vyššie sme uviedli, že medzi faktory ovplyvňujúceo presnosti navigačných systémov – heterogenita zemskej atmosféry. Bolo by užitočné doplniť túto skutočnosť o ďalšie informácie týkajúce sa vplyvu blízkozemských oblastí na fungovanie satelitov. Faktom je, že atmosféra našej planéty je rozdelená do niekoľkých zón. Tá, ktorá je v skutočnosti na hranici s otvoreným priestorom – ionosféra – pozostáva z vrstvy častíc, ktoré majú určitý náboj. Pri zrážke s rádiovými vlnami vysielanými satelitom môžu znížiť svoju rýchlosť, v dôsledku čoho možno vzdialenosť k objektu vypočítať s chybou. Upozorňujeme, že vývojári satelitnej navigácie tiež pracujú s týmto druhom zdrojov komunikačných problémov: spravidla sú do algoritmov pre prevádzku orbitálnych zariadení zahrnuté rôzne druhy opravných scenárov, berúc do úvahy zvláštnosti prechodu rádiových vĺn cez ionosféra vo výpočtoch.
Môžu to byť aj mraky a iné atmosférické javyovplyvňujú presnosť navigačných systémov. Vodná para prítomná v zodpovedajúcich vrstvách zemského vzduchového obalu, rovnako ako častice v ionosfére, ovplyvňuje rýchlosť rádiových vĺn.
Určite na domáce použitie.GLONASS alebo GPS ako súčasť takých jednotiek, ako je napríklad navigačný mediálny systém, ktorého funkcie sú väčšinou zábavné, potom malé nepresnosti vo výpočte súradníc nie sú kritické. Ale pri vojenskom použití satelitov by zodpovedajúce výpočty mali ideálne zodpovedať skutočnej geografickej polohe objektov.
Funkcie námornej navigácie
Keď sme už hovorili o najmodernejšom type navigácie,Urobme si krátky exkurz do histórie. Ako viete, tento termín sa prvýkrát objavil medzi navigátormi. Aké sú vlastnosti námorných navigačných systémov?
Keď už hovoríme o historickom aspekte, možno poznamenaťvývoj nástrojov, ktoré majú námorníci k dispozícii. Jedným z prvých „hardvérových riešení“ bol kompas, ktorý bol podľa niektorých odborníkov vynájdený už v 11. storočí. Zlepšil sa aj proces mapovania ako kľúčového navigačného nástroja. V 16. storočí začal Gerard Mercator kresliť mapy založené na princípe použitia valcovej projekcie s rovnakými uhlami. V 19. storočí bol vynájdený log – mechanická jednotka schopná merať rýchlosť lodí. V dvadsiatom storočí sa vo výzbroji námorníkov objavili radary a potom satelity vesmírnej komunikácie. Dnes fungujú najpokročilejšie námorné navigačné systémy, a tak využívajú výhody ľudského prieskumu vesmíru. Aký je charakter ich práce?
Niektorí odborníci sa domnievajú, že hlavnévlastnosť, ktorá charakterizuje moderný námorný navigačný systém je, že štandardné vybavenie inštalované na lodi má veľmi vysokú odolnosť voči opotrebovaniu a vode. Je to celkom pochopiteľné – je nemožné, aby sa loď, ktorá sa vydala na otvorenú plavbu tisíce kilometrov od pevniny, ocitla v situácii, keď náhle zlyhá vybavenie. Na súši, kde sú dostupné zdroje civilizácie, sa dá všetko opraviť, ale na mori je to problematické.
Aké ďalšie pozoruhodné vlastnostimá námorný navigačný systém? Štandardné vybavenie, okrem povinnej požiadavky - odolnosti proti opotrebeniu, spravidla obsahuje moduly prispôsobené na stanovenie určitých parametrov prostredia (hĺbka, teplota vody atď.). Tiež rýchlosť lode v námorných navigačných systémoch v mnohých prípadoch stále nie je vypočítaná satelitmi, ale štandardnými metódami.
