Navigationsgeräte gibt es in verschiedenen Ausführungen und Modifikationen. Es gibt Systeme, die für den Einsatz auf hoher See ausgelegt sind, andere sind für die breite Öffentlichkeit geeignet und verwenden Navigatoren in vielerlei Hinsicht zu Unterh altungszwecken. Was sind Navigationssysteme?
Was ist Navigation?
Der Begriff "Navigation" ist lateinischen Ursprungs. Das Wort navigo bedeutet „Ich segle auf einem Schiff“. Das heißt, ursprünglich war es eigentlich ein Synonym für Schifffahrt oder Schifffahrt. Aber mit der Entwicklung von Technologien, die es Schiffen erleichtern, die Ozeane zu befahren, mit dem Aufkommen der Luft- und Raumfahrttechnologie hat der Begriff die Bandbreite möglicher Interpretationen erheblich erweitert.
Navigation bezeichnet heute einen Vorgang, bei dem eine Person ein Objekt anhand seiner räumlichen Koordinaten steuert. Das heißt, die Navigation besteht aus zwei Verfahren - dies ist eine direkte Steuerung sowie eine Fehlberechnung des optimalen Pfads des Objekts.
Navigationsarten
Die Einteilung der Navigationstypen ist sehr umfangreich. Moderne Experten unterscheiden die folgenden Hauptsorten:
- Automobil;
- astronomisch;
- Bionavigation;
- Luft;
- Leerzeichen;
- maritim;
- Radionavigation;
- Satellit;
- U-Bahn;
- informativ;
- Trägheit.
Einige der oben genannten Navigationsarten sind eng miteinander verwandt - hauptsächlich aufgrund der Gemeinsamkeit der beteiligten Technologien. Beispielsweise verwendet die Autonavigation oft satellitenspezifische Tools.
Es gibt Mischtypen, bei denen mehrere technologische Ressourcen gleichzeitig genutzt werden, wie zB Navigations- und Informationssysteme. Daher können Satellitenkommunikationsressourcen der Schlüssel zu ihnen sein. Oberstes Ziel ihres Engagements wird es jedoch sein, die Zielgruppen mit den notwendigen Informationen zu versorgen.
Navigationssysteme
Der entsprechende Navigationstyp bildet in der Regel ein gleichnamiges System. Es gibt also ein Auto-Navigationssystem, Marine, Weltraum usw. Die Definition dieses Begriffs ist auch in der Fachwelt präsent. Das Navigationssystem ist nach allgemeiner Auslegung eine Kombination aus verschiedenen Arten von Geräten (und ggf. Software), mit denen Sie die Position eines Objekts bestimmen und seine Route berechnen können. Das Toolkit kann hier unterschiedlich sein. Aber in den meisten Fällen sind Systeme durch das Vorhandensein der folgenden grundlegenden Komponenten gekennzeichnet, wie zum Beispiel:
-Karten (normalerweise in elektronischer Form);
- Sensoren, Satelliten undandere Aggregate zur Berechnung von Koordinaten;
- systemfremde Objekte, die Informationen über den geografischen Standort des Ziels liefern;
- Hardware-Software-Analyseeinheit, die die Dateneingabe und -ausgabe sowie die Verknüpfung der ersten drei Komponenten ermöglicht.
In der Regel wird die Struktur bestimmter Systeme an die Bedürfnisse der Endnutzer angepasst. Bestimmte Arten von Lösungen können zum Softwareteil oder umgekehrt zum Hardwareteil betont werden. Das in Russland beliebte Navitel-Navigationssystem ist zum Beispiel größtenteils Software. Es ist für eine breite Palette von Bürgern gedacht, die verschiedene Arten von mobilen Geräten besitzen - Laptops, Tablets, Smartphones.
Navigation über Satellit
Jedes Navigationssystem beinh altet zunächst einmal die Bestimmung der Koordinaten eines Objekts - meist geografisch. In der Vergangenheit wurden menschliche Werkzeuge in dieser Hinsicht ständig verbessert. Heutzutage sind die fortschrittlichsten Navigationssysteme Satelliten. Ihre Struktur wird durch eine Reihe von hochpräzisen Geräten dargestellt, von denen sich ein Teil auf der Erde befindet, während sich der andere Teil im Orbit dreht. Moderne Satellitennavigationssysteme können nicht nur geografische Koordinaten, sondern auch die Geschwindigkeit eines Objekts sowie seine Bewegungsrichtung berechnen.
Satellitennavigationselemente
Die entsprechenden Systeme umfassen die folgenden Hauptelemente: Konstellation von Satelliten, bodengestützte Einheiten zur Messung der Koordination von Orbitalobjekten und zum Austausch von Informationen mit ihnen, Geräte für den Endbenutzer(Navigatoren) ausgestattet mit der erforderlichen Software, in einigen Fällen - zusätzliche Ausrüstung zur Angabe von geografischen Koordinaten (GSM-Türme, Internetkanäle, Funkfeuer usw.).
So funktioniert die Satellitennavigation
Wie funktioniert ein Satellitennavigationssystem? Im Mittelpunkt seiner Arbeit steht ein Algorithmus zur Messung der Entfernung eines Objekts zu Satelliten. Letztere befinden sich praktisch ohne Positionsänderung im Orbit, und daher sind ihre Koordinaten relativ zur Erde immer konstant. In den Navigatoren sind die entsprechenden Nummern hinterlegt. Durch das Auffinden eines Satelliten und die Verbindung zu ihm (oder zu mehreren gleichzeitig) bestimmt das Gerät wiederum seine geografische Position. Die Hauptmethode besteht hier darin, die Entfernung zu den Satelliten anhand der Geschwindigkeit der Funkwellen zu berechnen. Ein umlaufendes Objekt sendet mit außergewöhnlicher Zeitgenauigkeit eine Anfrage an die Erde – dafür werden Atomuhren verwendet. Nachdem der Satellit (oder eine Gruppe von ihnen) eine Antwort vom Navigator erh alten hat, bestimmt er, wie weit die Funkwelle für diesen und jenen Zeitraum gereist ist. Die Bewegungsgeschwindigkeit eines Objekts wird auf ähnliche Weise gemessen - nur ist die Messung hier etwas komplizierter.
Technische Schwierigkeiten
Wir haben festgestellt, dass die Satellitennavigation heute die fortschrittlichste Methode zur Bestimmung geografischer Koordinaten ist. Der praktische Einsatz dieser Technologie ist jedoch mit einer Reihe technischer Schwierigkeiten verbunden. Was zum Beispiel? Dies ist vor allem die Inhomogenität der Verteilung des Gravitationsfeldes des Planeten - dies beeinflusst die Position des Satelliten relativ zur Erde. Die gleiche Eigenschaft zeichnet sich auch durch ausAtmosphäre. Seine Inhomogenität kann die Geschwindigkeit von Funkwellen beeinflussen, wodurch es zu Ungenauigkeiten bei den entsprechenden Messungen kommen kann.
Ein weiteres technisches Problem - das vom Satelliten an den Navigator gesendete Signal wird oft von anderen Bodenobjekten blockiert. Dadurch ist die volle Nutzung des Systems in Städten mit hohen Gebäuden schwierig.
Praktischer Einsatz von Satelliten
Satellitennavigationssysteme finden die unterschiedlichsten Anwendungen. In vielerlei Hinsicht - als Element verschiedener kommerzieller Lösungen ziviler Ausrichtung. Das können sowohl Haush altsgeräte als auch beispielsweise ein multifunktionales Navigationssystem sein. Abgesehen von der zivilen Nutzung werden Satellitenressourcen von Vermessungsingenieuren, Kartografen, Transportunternehmen und verschiedenen Regierungsdiensten genutzt. Satelliten werden von Geologen aktiv genutzt. Insbesondere kann mit ihnen die Dynamik der Bewegung tektonischer Erdplatten berechnet werden. Satellitennavigatoren werden auch als Marketinginstrument eingesetzt - mit Hilfe von Analytics, zu denen auch Geopositionierungsmethoden gehören, recherchieren Unternehmen ihren Kundenstamm und versenden beispielsweise auch gezielte Werbung. Natürlich verwenden auch militärische Strukturen Navigatoren - sie haben tatsächlich die größten Navigationssysteme von heute entwickelt, GPS und GLONASS - für die Bedürfnisse der US-Armee bzw. Russlands. Und dies ist keine vollständige Liste der Bereiche, in denen Satelliten verwendet werden können.
Moderne NavigationSysteme
Welche Navigationssysteme sind derzeit in Betrieb oder im Einsatz? Beginnen wir mit dem, das vor anderen Navigationssystemen auf dem globalen öffentlichen Markt erschien - GPS. Entwickler und Eigentümer ist das US-Verteidigungsministerium. Geräte, die über GPS-Satelliten kommunizieren, sind weltweit am weitesten verbreitet. Hauptsächlich, weil, wie oben erwähnt, dieses amerikanische Navigationssystem vor seinen modernen Konkurrenten auf den Markt kam.
GLONASS gewinnt aktiv an Popularität. Dies ist ein russisches Navigationssystem. Es gehört wiederum dem Verteidigungsministerium der Russischen Föderation. Laut einer Version wurde es ungefähr in den gleichen Jahren wie GPS entwickelt - Ende der 80er bis Anfang der 90er Jahre. Es wurde jedoch erst 2011 auf dem öffentlichen Markt eingeführt. Immer mehr Hersteller von Hardwarelösungen für die Navigation implementieren GLONASS-Unterstützung in ihren Geräten.
Es wird davon ausgegangen, dass das in China entwickelte globale Navigationssystem „Beidou“GLONASS und GPS ernsthaft Konkurrenz machen kann. Es stimmt, im Moment funktioniert es nur als nationales. Laut einigen Analysten kann es bis 2020 einen globalen Status erh alten, wenn eine ausreichende Anzahl von Satelliten in die Umlaufbahn gebracht wird - etwa 35. Das Beidou-Systementwicklungsprogramm ist relativ jung - es begann erst im Jahr 2000 und der erste Satellit wurde von entwickelt Chinesische Entwickler2007 gestartet.
Auch die Europäer versuchen mitzuh alten. Das Navigationssystem GLONASS und sein amerikanisches Pendant könnten GALILEO in absehbarer Zeit Konkurrenz machen. Die Europäer planen, bis 2020 eine Konstellation von Satelliten in der erforderlichen Anzahl von Einheiten von Orbitalobjekten zu stationieren.
Unter anderen vielversprechenden Projekten für die Entwicklung von Navigationssystemen sind das indische IRNSS sowie das japanische QZSS zu nennen. Hinsichtlich der ersten weithin öffentlich beworbenen Informationen über die Absichten der Entwickler, ein globales System zu schaffen, liegen noch keine Informationen vor. Es wird davon ausgegangen, dass IRNSS nur das Territorium Indiens bedienen wird. Das Programm ist auch noch recht jung – der erste Satellit wurde 2008 in die Umlaufbahn gebracht. Es wird auch erwartet, dass das japanische Satellitensystem hauptsächlich innerhalb oder angrenzend an die nationalen Territorien des Entwicklungslandes verwendet wird.
Positioniergenauigkeit
Oben haben wir eine Reihe von Schwierigkeiten festgestellt, die für das Funktionieren von Satellitennavigationssystemen relevant sind. Unter den wichtigsten, die wir genannt haben, ist die Position von Satelliten im Orbit oder ihre Bewegung entlang einer bestimmten Flugbahn aus einer Reihe von Gründen nicht immer durch absolute Stabilität gekennzeichnet. Dadurch werden Ungenauigkeiten bei der Berechnung geografischer Koordinaten in Navigatoren vorbestimmt. Dies ist jedoch nicht der einzige Faktor, der die Korrektheit der Positionsbestimmung mit einem Satelliten beeinflusst. Was beeinflusst die Genauigkeit von Koordinatenberechnungen noch?
Zunächst ist anzumerken, dass gerade die Atomuhren, die auf Satelliten installiert sind, nicht immer absolut genau sind. Sie sind möglich, wenn auch durchauskleine, aber dennoch die Qualität der Navigationssysteme beeinträchtigende Fehler. Wenn beispielsweise bei der Berechnung der Zeit, in der sich eine Funkwelle bewegt, ein Fehler in Höhe von mehreren zehn Nanosekunden gemacht wird, kann die Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten eines Bodenobjekts mehrere Meter betragen. Gleichzeitig verfügen moderne Satelliten über eine Ausrüstung, die es ermöglicht, Berechnungen auch unter Berücksichtigung möglicher Fehler beim Betrieb von Atomuhren durchzuführen.
Wir haben oben angemerkt, dass einer der Faktoren, die die Genauigkeit von Navigationssystemen beeinflussen, die Heterogenität der Erdatmosphäre ist. Es wäre sinnvoll, diese Tatsache durch weitere Informationen zum Einfluss erdnaher Regionen auf den Betrieb von Satelliten zu ergänzen. Tatsache ist, dass die Atmosphäre unseres Planeten in mehrere Zonen unterteilt ist. Diejenige, die eigentlich an der Grenze zum offenen Weltraum liegt – die Ionosphäre – besteht aus einer Schicht von Teilchen, die eine bestimmte Ladung haben. Sie können, wenn sie mit vom Satelliten gesendeten Funkwellen kollidieren, ihre Geschwindigkeit verringern, wodurch die Entfernung zum Objekt mit einem Fehler berechnet werden kann. Beachten Sie, dass Entwickler von Satellitennavigationen auch mit dieser Art von Kommunikationsproblemen arbeiten: Die Algorithmen für den Betrieb von Orbitalgeräten enth alten in der Regel verschiedene Arten von Korrekturszenarien, die die Besonderheiten des Durchgangs von Funkwellen durch die berücksichtigen Ionosphäre in den Berechnungen.
Wolken und andere atmosphärische Phänomene können die Genauigkeit von Navigationssystemen ebenfalls beeinträchtigen. Wasserdampf, der in den entsprechenden Schichten der Lufthülle der Erde vorhanden ist, beeinflusst ebenso wie Partikel in der Ionosphäre die GeschwindigkeitFunkwellen.
Im Hinblick auf den heimischen Einsatz von GLONASS oder GPS als Teil solcher Geräte wie beispielsweise eines Navigationssystems, dessen Funktionen weitgehend unterh altsam sind, sind dann natürlich kleine Ungenauigkeiten bei der Koordinatenberechnung vorhanden nicht kritisch. Aber bei der militärischen Nutzung von Satelliten sollten die entsprechenden Berechnungen idealerweise der realen geografischen Lage von Objekten entsprechen.
Merkmale der Seenavigation
Nachdem wir über die modernste Art der Navigation gesprochen haben, machen wir einen kleinen Exkurs in die Geschichte. Wie Sie wissen, tauchte der fragliche Begriff zuerst unter Navigatoren auf. Was sind die Merkmale von maritimen Navigationssystemen?
Apropos historischer Aspekt, man kann die Entwicklung der Werkzeuge beobachten, die den Seeleuten zur Verfügung stehen. Eine der ersten „Hardware-Lösungen“war der Kompass, der einigen Experten zufolge im 11. Jahrhundert erfunden wurde. Die Kartierung als wichtiges Navigationsinstrument wurde ebenfalls verbessert. Im 16. Jahrhundert begann Gerard Mercator, Karten nach dem Prinzip einer zylindrischen Projektion mit gleichen Winkeln zu zeichnen. Im 19. Jahrhundert wurde ein Logbuch erfunden - eine mechanische Einheit, mit der die Geschwindigkeit von Schiffen gemessen werden kann. Im zwanzigsten Jahrhundert erschienen Radargeräte im Arsenal der Seefahrer und dann Weltraumkommunikationssatelliten. Die fortschrittlichsten maritimen Navigationssysteme funktionieren heute und profitieren so von den Vorteilen der bemannten Weltraumforschung. Was ist die Art ihrer Arbeit?
Einige Experten glauben dasDas Hauptmerkmal, das ein modernes Schiffsnavigationssystem auszeichnet, ist, dass die auf dem Schiff installierte Standardausrüstung eine sehr hohe Verschleiß- und Wasserbeständigkeit aufweist. Das ist durchaus verständlich - es ist unmöglich, dass ein Schiff, das Tausende von Kilometern vom Land entfernt auf offener Fahrt war, in eine Situation gerät, in der die Ausrüstung plötzlich ausfällt. An Land, wo die Ressourcen der Zivilisation vorhanden sind, kann alles repariert werden, aber auf See ist es problematisch.
Welche anderen bemerkenswerten Eigenschaften hat ein maritimes Navigationssystem? Die Standardausrüstung enthält neben der obligatorischen Anforderung - Verschleißfestigkeit - in der Regel Module, die an die Festlegung bestimmter Umgebungsparameter (Tiefe, Wassertemperatur usw.) angepasst sind. Auch wird die Schiffsgeschwindigkeit in Schiffsnavigationssystemen in vielen Fällen immer noch nicht durch Satelliten, sondern durch Standardmethoden berechnet.
