تجهیزات ناوبری انواع و تغییرات مختلفی دارند. سیستم‌هایی وجود دارند که برای استفاده در دریای آزاد طراحی شده‌اند، برخی دیگر برای عموم مردم سازگار شده‌اند و از ناوبرها در بسیاری از موارد برای مقاصد سرگرمی استفاده می‌کنند. سیستم های ناوبری چیست؟
ناوبری چیست؟
اصطلاح "ناوبری" منشا لاتینی دارد. کلمه ناویگو به معنای "من در کشتی در حال حرکت هستم". یعنی در ابتدا در واقع مترادف حمل و نقل یا ناوبری بود. اما با توسعه فناوری‌هایی که کشتی‌ها را برای حرکت در اقیانوس‌ها آسان‌تر می‌کنند، با ظهور هوانوردی، فناوری فضایی، این اصطلاح به طور قابل توجهی دامنه تفسیرهای ممکن را گسترش داده است.
امروزه ناوبری به معنای فرآیندی است که در آن فرد یک شی را بر اساس مختصات مکانی آن کنترل می کند. یعنی ناوبری از دو رویه تشکیل شده است - این کنترل مستقیم و همچنین محاسبه اشتباه مسیر بهینه شی است.
انواع پیمایش
طبقه بندی انواع ناوبری بسیار گسترده است. کارشناسان مدرن انواع اصلی زیر را تشخیص می دهند:
- خودرو؛
- نجومی؛
- ناوبری زیستی؛
- هوا؛
- فضا؛
- دریایی;
- ناوبری رادیویی؛
- ماهواره؛
- زیرزمینی؛
- اطلاعاتی؛
- اینرسی.
برخی از انواع ناوبری بالا با هم مرتبط هستند - عمدتاً به دلیل مشترک بودن فن آوری های درگیر. برای مثال، ناوبری خودرو اغلب از ابزارهای خاص ماهواره استفاده می‌کند.
انواع ترکیبی وجود دارد که در آن چندین منبع تکنولوژیک به طور همزمان استفاده می شود، مانند، برای مثال، سیستم های ناوبری و اطلاعات. به این ترتیب، منابع ارتباطات ماهواره ای می توانند در آنها کلیدی باشند. با این حال، هدف نهایی از مشارکت آنها ارائه اطلاعات لازم به گروه های کاربر هدف خواهد بود.
سیستم های ناوبری
نوع ناوبری مربوطه، معمولاً سیستمی به همین نام را تشکیل می دهد. بنابراین، یک سیستم ناوبری اتومبیل، دریایی، فضایی و غیره وجود دارد. تعریف این اصطلاح در جامعه کارشناسی نیز وجود دارد. سیستم ناوبری، مطابق با تفسیر رایج، ترکیبی از انواع مختلف تجهیزات (و در صورت وجود، نرم افزار) است که به شما امکان می دهد موقعیت یک شی را تعیین کنید و همچنین مسیر آن را محاسبه کنید. جعبه ابزار در اینجا ممکن است متفاوت باشد. اما در بیشتر موارد، سیستم ها با وجود اجزای اساسی زیر مشخص می شوند، مانند:
- کارت (معمولاً به شکل الکترونیکی)؛
- حسگرها، ماهواره ها وسایر مصالح برای محاسبه مختصات؛
- اشیاء غیر سیستمی که اطلاعاتی در مورد موقعیت جغرافیایی هدف ارائه می دهند؛
- واحد تحلیلی سخت‌افزار-نرم‌افزاری که ورودی و خروجی داده‌ها را فراهم می‌کند، و همچنین سه مؤلفه اول را به هم پیوند می‌دهد.
به عنوان یک قاعده، ساختار سیستم های خاص با نیازهای کاربران نهایی سازگار است. انواع خاصی از راه حل ها را می توان به بخش نرم افزار یا برعکس بخش سخت افزار برجسته کرد. به عنوان مثال، سیستم ناوبری Navitel که در روسیه محبوب است، بیشتر نرم افزاری است. این برای استفاده طیف گسترده ای از شهروندانی است که انواع مختلف دستگاه های تلفن همراه دارند - لپ تاپ، تبلت، تلفن های هوشمند.
ناوبری از طریق ماهواره
هر سیستم ناوبری، اول از همه، شامل تعیین مختصات یک شی است - معمولاً جغرافیایی. از لحاظ تاریخی، ابزارهای بشر در این زمینه دائماً بهبود یافته است. امروزه پیشرفته ترین سیستم های ناوبری ماهواره ای هستند. ساختار آنها با مجموعه ای از تجهیزات با دقت بالا نشان داده می شود که بخشی از آن روی زمین قرار دارد، در حالی که قسمت دیگر در مدار می چرخد. سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای مدرن می‌توانند نه تنها مختصات جغرافیایی، بلکه سرعت یک جسم و همچنین جهت حرکت آن را محاسبه کنند.
عناصر ناوبری ماهواره ای
سیستم های مربوطه شامل عناصر اصلی زیر است: صورت فلکی ماهواره ها، واحدهای زمینی برای اندازه گیری هماهنگی اجرام مداری و تبادل اطلاعات با آنها، دستگاه هایی برای کاربر نهایی.(ناوبر) مجهز به نرم افزار لازم، در برخی موارد - تجهیزات اضافی برای تعیین مختصات جغرافیایی (برج های GSM، کانال های اینترنتی، چراغ های رادیویی و غیره).
نحوه عملکرد ناوبری ماهواره ای
سیستم ناوبری ماهواره ای چگونه کار می کند؟ در قلب کار آن الگوریتمی برای اندازه گیری فاصله یک شی تا ماهواره است. دومی عملاً بدون تغییر موقعیت خود در مدار قرار دارند و بنابراین مختصات آنها نسبت به زمین همیشه ثابت است. در ناوبرها اعداد مربوطه درج شده است. با پیدا کردن یک ماهواره و اتصال به آن (یا به چندین در یک زمان)، دستگاه به نوبه خود موقعیت جغرافیایی آن را تعیین می کند. روش اصلی در اینجا محاسبه فاصله تا ماهواره بر اساس سرعت امواج رادیویی است. یک جسم در مدار با دقت زمانی استثنایی درخواستی را به زمین ارسال می کند - برای این کار از ساعت های اتمی استفاده می شود. پس از دریافت پاسخ از ناوبر، ماهواره (یا گروهی از آنها) تعیین می کند که موج رادیویی برای فلان دوره زمانی چقدر مسافت را طی کرده است. سرعت حرکت یک جسم به روشی مشابه اندازه گیری می شود - فقط اندازه گیری در اینجا تا حدودی پیچیده تر است.
مشکلات فنی
ما تشخیص داده ایم که ناوبری ماهواره ای پیشرفته ترین روش برای تعیین مختصات جغرافیایی امروزه است. با این حال، استفاده عملی از این فناوری با تعدادی از مشکلات فنی همراه است. برای مثال چی؟ اول از همه، این ناهمگنی توزیع میدان گرانشی سیاره است - این بر موقعیت ماهواره نسبت به زمین تأثیر می گذارد. ویژگی مشابه نیز مشخص می شودجو ناهمگنی آن ممکن است بر سرعت امواج رادیویی تأثیر بگذارد، به همین دلیل ممکن است در اندازه‌گیری‌های مربوطه نادرستی وجود داشته باشد.
یک مشکل فنی دیگر - سیگنال ارسال شده از ماهواره به ناوبر اغلب توسط سایر اشیاء زمینی مسدود می شود. در نتیجه، استفاده کامل از این سیستم در شهرهایی با ساختمان های مرتفع دشوار است.
استفاده عملی از ماهواره
سیستم های ناوبری ماهواره ای وسیع ترین طیف کاربردی را پیدا می کنند. از بسیاری جهات - به عنوان عنصری از راه حل های مختلف تجاری یک گرایش مدنی. این می تواند هم دستگاه های خانگی باشد و هم، به عنوان مثال، یک سیستم رسانه ناوبری چند منظوره. جدا از استفاده غیرنظامی، منابع ماهواره ای توسط نقشه برداران، نقشه نگاران، شرکت های حمل و نقل و خدمات مختلف دولتی استفاده می شود. زمین شناسان به طور فعال از ماهواره ها استفاده می کنند. به طور خاص، می توان از آنها برای محاسبه دینامیک حرکت صفحات زمین ساختی استفاده کرد. ناوبرهای ماهواره ای نیز به عنوان یک ابزار بازاریابی استفاده می شوند - با کمک تجزیه و تحلیل، که شامل روش های موقعیت جغرافیایی است، شرکت ها تحقیقاتی را در مورد پایگاه مشتریان خود انجام می دهند و همچنین، به عنوان مثال، تبلیغات هدفمند را ارسال می کنند. البته، سازه های نظامی از ناوبرها نیز استفاده می کنند - این آنها بودند که در واقع بزرگترین سیستم های ناوبری امروز، GPS و GLONASS را توسعه دادند - به ترتیب برای نیازهای ارتش ایالات متحده و روسیه. و این فهرست کاملی از مناطقی نیست که می توان از ماهواره ها استفاده کرد.
ناوبری مدرنسیستم
کدام سیستم های ناوبری در حال حاضر در حال کار یا در حال استقرار هستند؟ بیایید با چیزی که قبل از سایر سیستم های ناوبری در بازار عمومی جهانی ظاهر شد - GPS شروع کنیم. توسعه دهنده و مالک آن وزارت دفاع ایالات متحده است. دستگاه هایی که از طریق ماهواره های جی پی اس ارتباط برقرار می کنند رایج ترین دستگاه هایی در جهان هستند. عمدتاً به این دلیل که همانطور که در بالا گفتیم، این سیستم ناوبری آمریکایی قبل از رقبای مدرن خود به بازار معرفی شد.
GLONASS به طور فعال در حال افزایش محبوبیت است. این یک سیستم ناوبری روسی است. این به نوبه خود به وزارت دفاع فدراسیون روسیه تعلق دارد. طبق یک نسخه، تقریباً در همان سالهای GPS - در اواخر دهه 80 - اوایل دهه 90 توسعه یافت. با این حال، اخیراً در سال 2011 به بازار عمومی معرفی شد. بیشتر و بیشتر تولید کنندگان راه حل های سخت افزاری برای ناوبری پشتیبانی GLONASS را در دستگاه های خود اجرا می کنند.
فرض بر این است که سیستم ناوبری جهانی "Beidou" که در چین توسعه یافته است، می تواند به طور جدی با GLONASS و GPS رقابت کند. درست است، در حال حاضر فقط به عنوان یک ملی عمل می کند. به گفته برخی از تحلیلگران، می تواند تا سال 2020، زمانی که تعداد کافی ماهواره به مدار پرتاب می شود - حدود 35 ماهواره، وضعیت جهانی را دریافت کند. برنامه توسعه سیستم Beidou نسبتاً جوان است - فقط در سال 2000 شروع شد و اولین ماهواره توسط توسعه داده شد. توسعه دهندگان چینیدر سال 2007 راه اندازی شد.
اروپایی ها نیز در تلاش هستند تا این روند را حفظ کنند. سیستم ناوبری GLONASS و همتای آمریکایی آن ممکن است در آینده قابل پیش بینی با GALILEO رقابت کنند. اروپایی ها قصد دارند تا سال 2020 مجموعه ای از ماهواره ها را در تعداد واحدهای مورد نیاز اجرام مداری مستقر کنند.
از دیگر پروژه های امیدوارکننده برای توسعه سیستم های ناوبری، می توان به IRNSS هند و همچنین QZSS ژاپن اشاره کرد. با توجه به اولین تبلیغات گسترده، اطلاعات عمومی در مورد نیات توسعه دهندگان برای ایجاد یک سیستم جهانی هنوز در دسترس نیست. فرض بر این است که IRNSS فقط به قلمرو هند خدمت خواهد کرد. این برنامه همچنین بسیار جوان است - اولین ماهواره در سال 2008 در مدار قرار گرفت. همچنین انتظار می‌رود که سیستم ماهواره‌ای ژاپنی عمدتاً در داخل یا در مجاورت سرزمین‌های ملی کشور در حال توسعه استفاده شود.
دقت موقعیت‌یابی
در بالا، ما به تعدادی از مشکلات مربوط به عملکرد سیستم های ناوبری ماهواره ای اشاره کردیم. از جمله موارد اصلی که نام بردیم - مکان ماهواره ها در مدار، یا حرکت آنها در طول یک مسیر معین، به دلایلی همیشه با ثبات مطلق مشخص نمی شود. این امر عدم دقت در محاسبه مختصات جغرافیایی در ناوبرها را از پیش تعیین می کند. با این حال، این تنها عامل موثر بر صحت موقعیت یابی با استفاده از ماهواره نیست. چه چیز دیگری بر دقت محاسبات مختصات تأثیر می گذارد؟
اول از همه، شایان ذکر است که ساعت های اتمی نصب شده بر روی ماهواره ها همیشه دقیق نیستند. آنها ممکن است، هر چند کاملاکوچک، اما همچنان بر کیفیت خطاهای سیستم های ناوبری تاثیر می گذارد. به عنوان مثال، اگر در محاسبه زمان حرکت یک موج رادیویی در سطح ده ها نانوثانیه خطایی رخ دهد، آنگاه عدم دقت در تعیین مختصات یک جسم زمینی می تواند چندین متر باشد. در عین حال، ماهواره‌های مدرن دارای تجهیزاتی هستند که انجام محاسبات را حتی با در نظر گرفتن خطاهای احتمالی در عملکرد ساعت‌های اتمی ممکن می‌سازد.
در بالا اشاره کردیم که از جمله عوامل مؤثر بر دقت سیستم های ناوبری، ناهمگونی جو زمین است. تکمیل این واقعیت با اطلاعات دیگری در مورد تأثیر مناطق نزدیک به زمین بر عملکرد ماهواره ها مفید خواهد بود. واقعیت این است که جو سیاره ما به چندین منطقه تقسیم شده است. یونوسفر که در واقع در مرز فضای باز قرار دارد از لایه ای از ذرات تشکیل شده است که بار مشخصی دارند. آنها با برخورد با امواج رادیویی ارسال شده توسط ماهواره می توانند سرعت خود را کاهش دهند که در نتیجه می توان فاصله تا جسم را با خطا محاسبه کرد. توجه داشته باشید که توسعه دهندگان ناوبری ماهواره ای نیز با این نوع منبع مشکلات ارتباطی کار می کنند: الگوریتم های عملکرد تجهیزات مداری، به عنوان یک قاعده، شامل انواع مختلفی از سناریوهای اصلاحی است که ویژگی های عبور امواج رادیویی را در نظر می گیرد. یونوسفر در محاسبات.
ابرها و سایر پدیده های جوی نیز می توانند بر دقت سیستم های ناوبری تأثیر بگذارند. بخار آب موجود در لایه های مربوط به پوشش هوای زمین، درست مانند ذرات موجود در یونوسفر، بر سرعت تأثیر می گذارد.امواج رادیویی.
البته، با توجه به استفاده داخلی از GLONASS یا GPS به عنوان بخشی از واحدهایی مانند، برای مثال، یک سیستم رسانه ناوبری، که عملکرد آن تا حد زیادی سرگرم کننده است، پس اشتباهات کوچک در محاسبه مختصات وجود دارد. انتقادی نیست اما در استفاده نظامی از ماهواره ها، محاسبات مربوطه باید به طور ایده آل با موقعیت جغرافیایی واقعی اشیا مطابقت داشته باشد.
ویژگی های ناوبری دریایی
بعد از صحبت در مورد مدرن ترین نوع ناوبری، بیایید یک سیر کوتاه به تاریخ داشته باشیم. همانطور که می دانید، همان اصطلاح مورد بحث برای اولین بار در بین ناوبرها ظاهر شد. ویژگی های سیستم های ناوبری دریایی چیست؟
وقتی از جنبه تاریخی صحبت می کنیم، می توان به تکامل ابزارهایی که در اختیار دریانوردان است اشاره کرد. یکی از اولین "راه حل های سخت افزاری" قطب نما بود که به گفته برخی کارشناسان در قرن یازدهم اختراع شد. نقشه برداری، به عنوان یک ابزار ناوبری کلیدی، نیز بهبود یافته است. در قرن شانزدهم، جرارد مرکاتور شروع به ترسیم نقشه ها بر اساس اصل استفاده از طرح ریزی استوانه ای با زوایای مساوی کرد. در قرن نوزدهم، یک سیاهه درخت اختراع شد - یک واحد مکانیکی که قادر به اندازه گیری سرعت کشتی ها بود. در قرن بیستم، رادارها در زرادخانه ملوانان و سپس ماهواره های ارتباطات فضایی ظاهر شدند. پیشرفته ترین سیستم های ناوبری دریایی امروزه کار می کنند، بنابراین از مزایای اکتشاف فضایی انسانی بهره می برند. ماهیت کار آنها چیست؟
برخی از کارشناسان بر این باورندویژگی اصلی که یک سیستم ناوبری دریایی مدرن را مشخص می کند این است که تجهیزات استاندارد نصب شده روی کشتی مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و آب دارند. این کاملاً قابل درک است - غیرممکن است که کشتی‌ای که هزاران کیلومتر از خشکی به سفری باز رفته است در موقعیتی قرار گیرد که تجهیزات ناگهان از کار بیفتد. در خشکی، جایی که منابع تمدن در دسترس است، همه چیز قابل تعمیر است، اما در دریا مشکل است.
سیستم ناوبری دریایی چه ویژگی های قابل توجه دیگری دارد؟ تجهیزات استاندارد، علاوه بر الزام اجباری - مقاومت در برابر سایش، به عنوان یک قاعده، شامل ماژول هایی است که برای تثبیت برخی پارامترهای محیطی (عمق، دمای آب و غیره) سازگار هستند. همچنین سرعت کشتی در سیستم های ناوبری دریایی در بسیاری از موارد هنوز نه توسط ماهواره ها، بلکه با روش های استاندارد محاسبه می شود.
