Hệ thống định vị. Hệ thống Hàng hải

Thiết bị điều hướng có thể được các loại và sửa đổi. Có các hệ thống được thiết kế để sử dụng ở các vùng biển rộng, một số khác được điều chỉnh cho nhiều người sử dụng bằng nhiều cách với mục đích giải trí. Hệ thống định vị là gì?

Điều hướng là gì?

Thuật ngữ "chuyển hướng" có nguồn gốc La tinh. Từ "navigo" có nghĩa là "nổi trên tàu". Đó là, ban đầu nó thực sự là một từ đồng nghĩa với điều hướng hay điều hướng. Nhưng với sự phát triển của các công nghệ tạo thuận lợi cho việc các tàu thuyền đi biển, với sự xuất hiện của hàng không, công nghệ vũ trụ, thuật ngữ đã mở rộng đáng kể phạm vi của các giải thích có thể xảy ra.

Ngày nay, chuyển hướng đề cập đến một quá trình trong đó một người kiểm soát một đối tượng dựa trên tọa độ không gian của nó. Tức là, chuyển hướng bao gồm hai thủ tục - đây là sự kiểm soát trực tiếp, cũng như tính toán đường dẫn tối ưu của chuyển động của đối tượng.

Các loại điều hướng

Phân loại các loại hình chuyển hướng là rất rộng. Các chuyên gia hiện đại phân biệt các giống chính sau đây:

- Ô tô;

- thiên văn;

- Nghiên cứu bản đồ;

- Không khí;

- không gian;

- biển;

- đài phát thanh chuyển hướng;

- vệ tinh;

- ngầm;

- thông tin;

- quán tính.

Một số các loại điều hướng trên có liên quan chặt chẽ - chủ yếu là do tính chất chung của các công nghệ liên quan. Ví dụ: điều hướng xe hơi thường sử dụng bộ công cụ cụ thể cho điều hướng vệ tinh.

Có nhiều loại hỗn hợp, trong đó một số tài nguyên công nghệ được sử dụng đồng thời, ví dụ như hệ thống định vị và thông tin. Trong đó, các nguồn thông tin vệ tinh có thể là chìa khóa. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của sự tham gia của họ là cung cấp cho các nhóm người sử dụng những thông tin cần thiết.

Hệ thống định vị

Các loại tương ứng của các hình thức chuyển hướng, như một quy tắc, một hệ thống có cùng tên. Có, do đó, một hệ thống dẫn đường ô tô, biển, không gian, vv Định nghĩa của thuật ngữ này cũng có trong môi trường chuyên gia. Hệ thống định vị phù hợp với cách giải thích chung là bộ sưu tập các loại thiết bị khác nhau (và, nếu có), cho phép bạn xác định vị trí của một đối tượng và cũng để tính tuyến đường của nó. Bộ công cụ ở đây có thể khác. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, các hệ thống được đặc trưng bởi sự hiện diện của các thành phần cơ bản sau đây, như:

- Bản đồ (thường dưới dạng điện tử);

- Cảm biến, vệ tinh và các cốt liệu khác để tính toạ độ;

- các đối tượng phi hệ thống cung cấp thông tin về vị trí địa lý của mục tiêu;

- đơn vị phân tích phần mềm và phần cứng cung cấp đầu vào và đầu ra của dữ liệu, và cũng liên kết ba thành phần đầu tiên.

Theo nguyên tắc, cấu trúc của một số hệ thống nhất định được điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu của người dùng. Các loại giải pháp riêng lẻ có thể được tăng cường theo hướng phần mềm, hoặc, ngược lại, phần cứng. Ví dụ, hệ thống định vị Navitel, phổ biến ở Nga, là phần mềm. Nó được dự định sử dụng bởi nhiều người dân sở hữu các loại thiết bị di động khác nhau - máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh.

Điều hướng qua vệ tinh

Bất kỳ hệ thống định vị nào cũng giả định rằng, trước hết, định nghĩa tọa độ của đối tượng - như một quy luật về địa lý. Về mặt lịch sử, bộ công cụ của con người liên tục được cải tiến về mặt này. Ngày nay, hệ thống định vị tiên tiến nhất là vệ tinh. Cấu trúc của chúng được thể hiện bằng sự kết hợp của các thiết bị có độ chính xác cao, một phần nằm trên Trái Đất, và các quỹ đạo khác. Hệ thống định vị vệ tinh hiện đại có thể tính toán không chỉ các tọa độ địa lý, mà còn tốc độ của vật thể, cũng như hướng di chuyển của nó.

Các yếu tố điều hướng vệ tinh

Các yếu tố cơ bản sau đây được bao gồm trong các hệ thống tương ứng: chòm sao vệ tinh, các đơn vị mặt đất để đo sự phối hợp của các vật thể quỹ đạo và trao đổi thông tin với chúng, các thiết bị đầu cuối (navigators) được trang bị phần mềm cần thiết, trong một số trường hợp - bổ sung các thiết bị để xác định tọa độ địa lý , Các kênh Internet, đài phát thanh, vv).

Cách hoạt động của Danh mục Hệ thống vệ tinh

Hệ thống vệ tinh hoạt động như thế nào? Trọng tâm của công việc của cô là thuật toán để đo khoảng cách từ vật tới vệ tinh. Loại thứ hai nằm trên quỹ đạo gần như không thay đổi vị trí, và do đó tọa độ của chúng tương đối với Trái Đất luôn luôn không đổi. Trong navigators các con số tương ứng được đặt. Tìm một vệ tinh và kết nối với nó (hoặc ngay lập tức tới một vài), thiết bị sẽ xác định vị trí địa lý của nó. Phương pháp chính ở đây là để tính toán khoảng cách tới vệ tinh dựa trên tốc độ của sóng vô tuyến. Vật thể quỹ đạo gửi một yêu cầu đến trái đất với độ chính xác đặc biệt trong thời gian-một đồng hồ nguyên tử được sử dụng cho việc này. Sau khi nhận được phản hồi từ người điều hướng, vệ tinh (hoặc một nhóm) xác định khoảng cách nào cho khoảng thời gian đó đã có sóng vô tuyến. Tương tự như vậy, tốc độ di chuyển một vật thể được đo - chỉ có phép đo ở đây là hơi phức tạp hơn.

Khó khăn về kỹ thuật

Chúng tôi xác định rằng điều hướng vệ tinh là phương pháp hoàn hảo nhất để xác định tọa độ địa lý. Tuy nhiên, việc sử dụng thực tế công nghệ này đi kèm với một số khó khăn kỹ thuật. Điều gì, ví dụ? Trước hết, đây là sự không đồng nhất của sự phân bố của trường hấp dẫn của hành tinh - điều này ảnh hưởng đến vị trí của vệ tinh so với Trái Đất. Một tài sản tương tự cũng được đặc trưng bởi bầu khí quyển. Tính không đồng nhất của nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ của sóng vô tuyến, có thể dẫn đến sự không chính xác trong phép đo tương ứng.

Một khó khăn kỹ thuật khác là tín hiệu gửi từ vệ tinh tới máy điều hướng thường bị chặn bởi các vật thể mặt đất khác. Do đó, việc sử dụng toàn bộ hệ thống ở các thành phố có tòa nhà cao là rất khó khăn.

Sử dụng thực tế các vệ tinh

Hệ thống định vị vệ tinh tìm ra phạm vi ứng dụng rộng nhất. Trong nhiều khía cạnh - như là một phần của các quyết định thương mại khác nhau của một định hướng dân sự. Nó có thể là cả thiết bị gia đình, và, ví dụ, một hệ thống đa phương tiện chuyển hướng phương tiện truyền thông. Ngoài các ứng dụng dân sự, các nhà đo đạc, nhà vẽ bản đồ, các công ty vận chuyển, các dịch vụ khác nhau của chính phủ sử dụng các tài nguyên vệ tinh. Các vệ tinh được các nhà địa chất sử dụng. Đặc biệt, với sự trợ giúp của chúng, có thể tính được tính năng động của sự chuyển động của các lớp đất đá kiến tạo. Các công cụ tiếp thị vệ tinh cũng được sử dụng như một công cụ tiếp thị - với sự trợ giúp của phân tích, nơi có các phương pháp địa lý, các công ty tiến hành nghiên cứu về cơ sở khách hàng của họ và, ví dụ, gửi quảng cáo nhắm mục tiêu. Tất nhiên, các điều hướng và cấu trúc quân sự cũng sử dụng các công cụ dẫn đường - trên thực tế họ đã phát triển các hệ thống định vị lớn nhất hiện nay là GPS và GLONASS cho nhu cầu của quân đội Hoa Kỳ và Nga. Và đây là một danh sách đầy đủ các khu vực có thể sử dụng vệ tinh.

Hệ thống định vị hiện đại

Hệ thống định vị nào đang hoạt động hoặc đang triển khai? Hãy bắt đầu với cái xuất hiện trên thị trường công cộng toàn cầu sớm hơn các hệ thống định vị khác - GPS. Nhà phát triển và chủ sở hữu của nó là Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Các thiết bị hỗ trợ truyền thông qua vệ tinh GPS là phổ biến nhất trên thế giới. Chủ yếu bởi vì, như chúng tôi đã nói ở trên, hệ thống định vị của Mỹ đã được đưa ra thị trường sớm hơn các đối thủ cạnh tranh hiện đại.

GLONASS đang dần trở nên phổ biến. Đây là hệ thống định vị của Nga. Trước hết, nó thuộc về Bộ Quốc phòng Liên bang Nga. Nó đã được phát triển, theo một phiên bản, về cùng một năm với GPS - vào cuối những năm 80 - đầu những năm 90. Tuy nhiên, thị trường công cộng đã bị thu hồi gần đây trong năm 2011. Ngày càng có nhiều nhà sản xuất các giải pháp điều hướng phần cứng đang thực hiện hỗ trợ GLONASS trong các thiết bị của họ.

Giả định rằng hệ thống dẫn đường toàn cầu "Beidou", đang được phát triển ở Trung Quốc, có thể nghiêm túc cạnh tranh với GLONASS và GPS. Đúng, vào thời điểm nó chỉ hoạt động như một quốc gia. Theo một số nhà phân tích, đến năm 2020, khi một lượng vệ tinh đủ lớn sẽ được đưa vào quỹ đạo - khoảng 35, tình trạng của vệ tinh toàn cầu có thể đạt được. Chương trình phát triển cho hệ thống Beidou tương đối trẻ, chỉ bắt đầu vào năm 2000 và vệ tinh đầu tiên được các nhà phát triển Trung Quốc 2007th.

Cố gắng theo kịp và châu Âu. Hệ thống dẫn đường GLONASS và thiết bị tương tự của Mỹ trong tương lai gần có thể sẽ cạnh tranh với GALILEO. Người Châu Âu dự định triển khai một nhóm các vệ tinh trong số lượng các đơn vị quỹ đạo cần thiết vào năm 2020.

Trong số các dự án hứa hẹn khác cho sự phát triển của hệ thống định vị có thể được ghi nhận IRNSS Ấn Độ, cũng như Nhật Bản QZSS. Về thông tin công bố rộng rãi đầu tiên về ý định của các nhà phát triển để tạo ra một hệ thống toàn cầu. Giả định rằng IRNSS sẽ chỉ phục vụ lãnh thổ Ấn Độ. Chương trình cũng còn khá trẻ - vệ tinh đầu tiên được đưa vào quỹ đạo trong năm 2008. Hệ thống vệ tinh của Nhật Bản cũng dự kiến sẽ được sử dụng chủ yếu trong lãnh thổ quốc gia của nước đang phát triển hoặc các nước láng giềng.

Độ chính xác định vị

Ở trên, chúng tôi ghi nhận một số phức tạp liên quan đến chức năng của các hệ thống định vị vệ tinh. Trong số những điều chính mà chúng tôi gọi là - vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo, hoặc sự di chuyển của chúng theo một quỹ đạo nhất định, không phải lúc nào cũng được đặc trưng bởi sự ổn định tuyệt đối vì một số lý do. Điều này xác định trước sự không chính xác của việc tính toạ độ địa lý trong các trình điều khiển. Tuy nhiên, đây không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến tính chính xác của vị trí với sự trợ giúp của vệ tinh. Điều gì khác ảnh hưởng đến tính chính xác của việc tính tọa độ?

Trước hết, cần lưu ý rằng các đồng hồ nguyên tử giống nhau được cài đặt trên vệ tinh không phải lúc nào cũng chính xác. Chúng có thể, mặc dù rất nhỏ, nhưng vẫn ảnh hưởng đến chất lượng của các hệ thống lỗi chuyển hướng. Ví dụ, nếu một sai lầm được thực hiện ở mức độ hàng chục nanô giây khi tính toán thời gian mà sóng vô tuyến di chuyển, sự không chính xác trong việc xác định tọa độ của đối tượng mặt đất có thể là vài mét. Đồng thời, vệ tinh hiện đại có các thiết bị cho phép tiến hành tính toán thậm chí có tính đến những sai sót có thể xảy ra trong hoạt động đồng hồ nguyên tử.

Ở trên, chúng tôi lưu ý rằng trong số các yếu tố ảnh hưởng đến tính chính xác của hệ thống định vị - sự không đồng nhất của bầu khí quyển của trái đất. Sẽ bổ ích cho sự kiện này với các thông tin khác về ảnh hưởng của các khu vực gần Trái đất đối với công việc của vệ tinh. Thực tế là bầu khí quyển của hành tinh chúng ta được chia thành nhiều vùng. Cái mà thực sự là trên biên giới với không gian mở - tầng điện ly - bao gồm một lớp các hạt có một điện tích nhất định. Họ, khi gặp sóng vô tuyến được gửi bởi vệ tinh, có thể làm giảm tốc độ, do đó khoảng cách tới đối tượng có thể được tính toán với một lỗi. Lưu ý rằng với các loại sự cố truyền thông này, các nhà phát triển công cụ điều hướng vệ tinh đang làm việc: trong các thuật toán của thiết bị quỹ đạo, theo nguyên tắc, các loại kịch bản sửa sai được xây dựng, có tính đến đặc thù của việc truyền qua sóng vô tuyến qua tầng điện ly.

Mây và các hiện tượng khí quyển khác cũng có thể ảnh hưởng đến tính chính xác của hệ thống định vị. Hơi nước có trong các lớp tương ứng của vỏ bọc khí trời, cũng như các hạt trong tầng điện ly, ảnh hưởng đến tốc độ của sóng vô tuyến.

Không nghi ngờ gì nữa, đối với việc sử dụng GLONASS hoặc GPS trong gia đình trong cấu trúc của các đơn vị như, ví dụ như một hệ thống truyền thông có chức năng phần lớn giải trí, thì không chính xác nhỏ trong tính toán tọa độ không quan trọng. Nhưng với việc sử dụng các vệ tinh của quân đội, các tính toán tương ứng nên lý tưởng tương ứng với vị trí địa lý thực sự của vật thể.

Các tính năng của điều hướng biển

Sau khi nói về loại điều hướng hiện đại nhất, chúng tôi sẽ thực hiện một đoạn văn ngắn vào lịch sử. Như bạn đã biết, thuật ngữ được đặt câu hỏi, lần đầu tiên xuất hiện trong môi trường của thuyền viên. Những đặc điểm của hệ thống định vị hàng hải là gì?

Nói về khía cạnh lịch sử, có thể lưu ý sự tiến hóa của các dụng cụ để sử dụng cho các thủy thủ. Một trong những "giải pháp phần cứng" đầu tiên là la bàn, theo một chuyên gia, đã được phát minh ra trong thế kỷ XI. Quá trình lập bản đồ như một công cụ điều hướng chính cũng đã được cải thiện. Vào thế kỷ 16, Gerard Mercator bắt đầu vẽ bản đồ dựa trên nguyên tắc áp dụng một phép chiếu hình trụ với các góc bằng nhau. Vào thế kỷ XIX, đã phát minh ra đăng nhập - một đơn vị cơ học có khả năng đo tốc độ của các tàu biển. Trong thế kỷ hai mươi, kho vũ khí của máy điều hướng xuất hiện radar, và sau đó các vệ tinh truyền thông không gian. Các hệ thống dẫn đường hiện đại nhất hiện nay hoạt động, do đó, gặt hái thành quả khám phá vũ trụ của con người. Tính cụ thể của công việc của họ là gì?

Một số chuyên gia tin rằng tính năng chính của hệ thống định vị hàng hải hiện đại là các thiết bị tiêu chuẩn được lắp đặt trên tàu có tính chịu mài mòn và nước rất cao. Điều này hoàn toàn có thể hiểu được - không thể nào một chiếc thuyền đi vào bơi lội hàng ngàn cây số từ đất liền, đang ở trong tình huống mà thiết bị bất ngờ từ chối. Trên mặt đất, nơi có nguồn tài nguyên của nền văn minh, mọi thứ có thể được sửa chữa, trên biển - đó là vấn đề.

Những đặc điểm đáng chú ý khác nào của hệ thống định vị hải quân có? Các thiết bị tiêu chuẩn, ngoài các yêu cầu bắt buộc của độ bền, thường có các mô-đun thích nghi để cố định một số thông số của môi trường (chiều sâu, nhiệt độ nước, vv). Ngoài ra, tốc độ tàu trong các hệ thống định vị hàng hải trong nhiều trường hợp được tính toán không phải bằng vệ tinh, nhưng theo các phương pháp chuẩn.