Le apparecchiature di navigazione sono di vario tipo e modifica. Ci sono sistemi progettati per l'uso in mare aperto, altri sono adattati per il grande pubblico, utilizzando i navigatori sotto molti aspetti per scopi di intrattenimento. Cosa sono i sistemi di navigazione?
Cos'è la navigazione?
Il termine "navigazione" è di origine latina. La parola navigo significa "Sto navigando su una nave". Cioè, inizialmente era in re altà un sinonimo di spedizione o navigazione. Ma con lo sviluppo di tecnologie che rendono più facile per le navi navigare negli oceani, con l'avvento dell'aviazione, la tecnologia spaziale, il termine ha notevolmente ampliato la gamma delle possibili interpretazioni.
Oggi per navigazione si intende un processo in cui una persona controlla un oggetto in base alle sue coordinate spaziali. Cioè, la navigazione consiste in due procedure: si tratta di un controllo diretto e di un errore di calcolo del percorso ottimale dell'oggetto.
Tipi di navigazione
La classificazione dei tipi di navigazione è molto ampia. Gli esperti moderni distinguono le seguenti varietà principali:
- automobilistico;
- astronomico;
- bionavigazione;
- aria;
- spazio;
- marittimo;
- navigazione radio;
- satellite;
- sotterraneo;
- informativo;
- inerziale.
Alcuni dei suddetti tipi di navigazione sono strettamente correlati, principalmente a causa della comunanza delle tecnologie coinvolte. Ad esempio, la navigazione in auto utilizza spesso strumenti specifici per i satelliti.
Ci sono tipologie miste, all'interno delle quali vengono utilizzate contemporaneamente più risorse tecnologiche, come ad esempio i sistemi di navigazione e di informazione. In quanto tali, le risorse di comunicazione satellitare possono essere fondamentali al loro interno. Tuttavia, l'obiettivo finale del loro coinvolgimento sarà quello di fornire ai gruppi di utenti target le informazioni necessarie.
Sistemi di navigazione
Il corrispondente tipo di navigazione forma, di regola, un sistema con lo stesso nome. C'è, quindi, un sistema di navigazione per auto, marittimo, spaziale, ecc. La definizione di questo termine è presente anche nella comunità degli esperti. Il sistema di navigazione, secondo l'interpretazione comune, è una combinazione di vari tipi di apparecchiature (e, se applicabile, software) che consentono di determinare la posizione di un oggetto, nonché di calcolarne il percorso. Il toolkit qui potrebbe essere diverso. Ma nella maggior parte dei casi, i sistemi sono caratterizzati dalla presenza dei seguenti componenti di base, quali:
- carte (di solito in formato elettronico);
- sensori, satelliti e altri aggregati per il calcolo delle coordinate;
- oggetti non di sistema che forniscono informazioni sulla posizione geografica del target;
- unità analitica hardware-software che fornisce input e output di dati, oltre a collegare i primi tre componenti.
Di norma, la struttura di alcuni sistemi è adattata alle esigenze degli utenti finali. Certe tipologie di soluzioni possono essere accentuate nei confronti della parte software, o, al contrario, della parte hardware. Ad esempio, il sistema di navigazione Navitel, popolare in Russia, è principalmente un software. È destinato all'uso da parte di un'ampia gamma di cittadini che possiedono vari tipi di dispositivi mobili: laptop, tablet, smartphone.
Navigazione via satellite
Qualsiasi sistema di navigazione comporta, prima di tutto, la determinazione delle coordinate di un oggetto - solitamente geografiche. Storicamente, gli strumenti umani in questo senso sono stati costantemente migliorati. Oggi i sistemi di navigazione più avanzati sono i satelliti. La loro struttura è rappresentata da un insieme di apparecchiature ad alta precisione, parte delle quali si trova sulla Terra, mentre l' altra parte ruota in orbita. I moderni sistemi di navigazione satellitare sono in grado di calcolare non solo le coordinate geografiche, ma anche la velocità di un oggetto, nonché la direzione del suo movimento.
Elementi di navigazione satellitare
I sistemi corrispondenti comprendono i seguenti elementi principali: costellazione di satelliti, unità a terra per misurare il coordinamento di oggetti orbitali e scambiare informazioni con essi, dispositivi per l'utente finale(navigatori) dotati del software necessario, in alcuni casi - apparecchiature aggiuntive per specificare le coordinate geografiche (torri GSM, canali Internet, radiofari, ecc.).
Come funziona la navigazione satellitare
Come funziona un sistema di navigazione satellitare? Al centro del suo lavoro c'è un algoritmo per misurare la distanza da un oggetto ai satelliti. Questi ultimi si trovano in orbita praticamente senza cambiare posizione, e quindi le loro coordinate relative alla Terra sono sempre costanti. Nei navigatori sono stabiliti i numeri corrispondenti. Trovando un satellite e collegandosi ad esso (o a più contemporaneamente), il dispositivo determina, a sua volta, la sua posizione geografica. Il metodo principale qui è calcolare la distanza dai satelliti in base alla velocità delle onde radio. Un oggetto orbitante invia una richiesta alla Terra con una precisione temporale eccezionale: per questo vengono utilizzati orologi atomici. Dopo aver ricevuto una risposta dal navigatore, il satellite (o un gruppo di essi) determina la distanza percorsa dall'onda radio in un determinato periodo di tempo. La velocità di movimento di un oggetto viene misurata in modo simile - solo la misurazione qui è un po' più complicata.
Difficoltà tecniche
Abbiamo stabilito che la navigazione satellitare è oggi il metodo più avanzato per determinare le coordinate geografiche. Tuttavia, l'uso pratico di questa tecnologia è accompagnato da una serie di difficoltà tecniche. Cosa, per esempio? Prima di tutto, questa è la disomogeneità della distribuzione del campo gravitazionale del pianeta: ciò influisce sulla posizione del satellite rispetto alla Terra. Lo stesso immobile è inoltre caratterizzato daatmosfera. La sua disomogeneità può influenzare la velocità delle onde radio, a causa della quale potrebbero esserci imprecisioni nelle misurazioni corrispondenti.
Un' altra difficoltà tecnica: il segnale inviato dal satellite al navigatore è spesso bloccato da altri oggetti a terra. Di conseguenza, il pieno utilizzo del sistema nelle città con edifici alti è difficile.
Uso pratico dei satelliti
I sistemi di navigazione satellitare trovano la più ampia gamma di applicazioni. In molti modi - come elemento di varie soluzioni commerciali di orientamento civile. Può essere sia dispositivi domestici che, ad esempio, un sistema multimediale di navigazione multifunzionale. Oltre all'uso civile, le risorse satellitari sono utilizzate da geometri, cartografi, società di trasporto e vari servizi governativi. I satelliti sono utilizzati attivamente dai geologi. In particolare, possono essere utilizzati per calcolare la dinamica del movimento delle placche tettoniche di terra. I navigatori satellitari vengono utilizzati anche come strumento di marketing: con l'aiuto dell'analisi, che include metodi di geolocalizzazione, le aziende conducono ricerche sulla propria base di clienti e, ad esempio, inviano pubblicità mirata. Naturalmente, anche le strutture militari utilizzano i navigatori - sono stati loro, infatti, a sviluppare oggi i più grandi sistemi di navigazione, GPS e GLONASS - per le esigenze rispettivamente dell'esercito americano e della Russia. E questo non è un elenco esaustivo delle aree in cui è possibile utilizzare i satelliti.
Navigazione modernasistemi
Quali sistemi di navigazione sono attualmente in funzione o in fase di implementazione? Cominciamo con quello che è apparso sul mercato pubblico globale prima di altri sistemi di navigazione: il GPS. Il suo sviluppatore e proprietario è il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. I dispositivi che comunicano tramite satelliti GPS sono i più comuni al mondo. Principalmente perché, come abbiamo detto sopra, questo sistema di navigazione americano è stato introdotto sul mercato prima dei suoi concorrenti moderni.
GLONASS sta guadagnando popolarità. Questo è un sistema di navigazione russo. Appartiene, a sua volta, al Ministero della Difesa della Federazione Russa. È stato sviluppato, secondo una versione, intorno agli stessi anni del GPS - tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90. Tuttavia, è stato introdotto nel mercato pubblico solo di recente, nel 2011. Sempre più produttori di soluzioni hardware per la navigazione implementano il supporto GLONASS nei propri dispositivi.
Si presume che il sistema di navigazione globale "Beidou", sviluppato in Cina, possa competere seriamente con GLONASS e GPS. È vero, al momento funziona solo come nazionale. Secondo alcuni analisti, potrà ricevere lo status globale entro il 2020, quando verrà lanciato in orbita un numero sufficiente di satelliti - circa 35. Il programma di sviluppo del sistema Beidou è relativamente giovane - è iniziato solo nel 2000 e il primo satellite è stato sviluppato da sviluppatori cinesilanciato nel 2007.
Anche gli europei stanno cercando di tenere il passo. Il sistema di navigazione GLONASS e la sua controparte americana potrebbero competere con GALILEO nel prossimo futuro. Gli europei prevedono di schierare una costellazione di satelliti nel numero richiesto di unità di oggetti orbitali entro il 2020.
Tra gli altri promettenti progetti per lo sviluppo di sistemi di navigazione, si può notare l'IRNSS indiano, così come il QZSS giapponese. Per quanto riguarda le prime informazioni pubbliche ampiamente pubblicizzate sulle intenzioni degli sviluppatori di creare un sistema globale non sono ancora disponibili. Si presume che l'IRNSS servirà solo il territorio dell'India. Anche il programma è piuttosto giovane: il primo satellite è stato messo in orbita nel 2008. Si prevede inoltre che il sistema satellitare giapponese sarà utilizzato principalmente all'interno o in prossimità dei territori nazionali del paese in via di sviluppo.
Precisione di posizionamento
Sopra, abbiamo notato una serie di difficoltà che sono rilevanti per il funzionamento dei sistemi di navigazione satellitare. Tra i principali che abbiamo nominato - la posizione dei satelliti in orbita, o il loro movimento lungo una determinata traiettoria, non è sempre caratterizzato da una stabilità assoluta per una serie di motivi. Ciò predetermina imprecisioni nel calcolo delle coordinate geografiche nei navigatori. Tuttavia, questo non è l'unico fattore che influisce sulla correttezza del posizionamento utilizzando un satellite. Cos' altro influisce sull'accuratezza dei calcoli delle coordinate?
Prima di tutto, vale la pena notare che gli orologi atomici installati sui satelliti non sono sempre assolutamente precisi. Sono possibili, anche se abbastanzapiccoli, ma che comunque incidono sulla qualità degli errori dei sistemi di navigazione. Ad esempio, se viene commesso un errore a livello di decine di nanosecondi durante il calcolo del tempo durante il quale si muove un'onda radio, l'imprecisione nel determinare le coordinate di un oggetto terrestre può essere di diversi metri. Allo stesso tempo, i moderni satelliti dispongono di apparecchiature che consentono di eseguire calcoli anche tenendo conto di possibili errori nel funzionamento degli orologi atomici.
Abbiamo notato sopra che tra i fattori che influenzano l'accuratezza dei sistemi di navigazione c'è l'eterogeneità dell'atmosfera terrestre. Sarebbe utile integrare questo fatto con altre informazioni riguardanti l'influenza delle regioni vicine alla Terra sul funzionamento dei satelliti. Il fatto è che l'atmosfera del nostro pianeta è divisa in diverse zone. Quella che in re altà si trova al confine con lo spazio aperto - la ionosfera - è costituita da uno strato di particelle che hanno una certa carica. Loro, scontrandosi con le onde radio inviate dal satellite, possono ridurre la loro velocità, per cui la distanza dall'oggetto può essere calcolata con un errore. Si noti che anche gli sviluppatori di navigazione satellitare stanno lavorando con questo tipo di fonte di problemi di comunicazione: gli algoritmi per il funzionamento delle apparecchiature orbitali, di regola, includono vari tipi di scenari correttivi che tengono conto delle peculiarità del passaggio delle onde radio attraverso il ionosfera nei calcoli.
Nuvole e altri fenomeni atmosferici possono anche influenzare la precisione dei sistemi di navigazione. Il vapore acqueo presente negli strati corrispondenti dell'involucro d'aria terrestre, proprio come le particelle nella ionosfera, influenza la velocitàonde radio.
Naturalmente, per quanto riguarda l'uso domestico di GLONASS o GPS come parte di unità come, ad esempio, un sistema multimediale di navigazione, le cui funzioni sono ampiamente divertenti, allora piccole imprecisioni nel calcolo delle coordinate sono non critico. Ma nell'uso militare dei satelliti, i calcoli corrispondenti dovrebbero idealmente corrispondere alla reale posizione geografica degli oggetti.
Caratteristiche della navigazione marittima
Dopo aver parlato del tipo di navigazione più moderno, facciamo una breve digressione nella storia. Come sapete, il termine stesso in questione è apparso per la prima volta tra i navigatori. Quali sono le caratteristiche dei sistemi di navigazione marittima?
Parlando dell'aspetto storico, si può notare l'evoluzione degli strumenti a disposizione dei marittimi. Una delle prime "soluzioni hardware" fu la bussola, che, secondo alcuni esperti, fu inventata nell'XI secolo. Anche la mappatura, come strumento chiave di navigazione, è stata migliorata. Nel XVI secolo, Gerard Mercator iniziò a disegnare mappe basate sul principio dell'utilizzo di una proiezione cilindrica con angoli uguali. Nel 19 ° secolo fu inventato un registro, un'unità meccanica in grado di misurare la velocità delle navi. Nel ventesimo secolo apparvero i radar nell'arsenale dei marinai e poi i satelliti per le comunicazioni spaziali. I più avanzati sistemi di navigazione marittima funzionano oggi, raccogliendo così i benefici dell'esplorazione umana dello spazio. Qual è la natura del loro lavoro?
Alcuni esperti ci credonoLa principale caratteristica che caratterizza un moderno sistema di navigazione marittima è che l'equipaggiamento standard installato sulla nave ha un' altissima resistenza all'usura e all'acqua. Questo è abbastanza comprensibile: è impossibile che una nave che ha intrapreso un viaggio aperto a migliaia di chilometri da terra si trovi in una situazione in cui l'attrezzatura si guasta improvvisamente. Sulla terraferma, dove sono disponibili le risorse della civiltà, tutto può essere riparato, ma in mare è problematico.
Quali altre caratteristiche degne di nota ha un sistema di navigazione marittima? L'attrezzatura standard, oltre al requisito obbligatorio - resistenza all'usura, di norma, contiene moduli adatti a fissare determinati parametri ambientali (profondità, temperatura dell'acqua, ecc.). Inoltre, la velocità della nave nei sistemi di navigazione marittima in molti casi è ancora calcolata non dai satelliti, ma con metodi standard.
