El equipo de navegación es de varios tipos y modificaciones. Hay sistemas diseñados para su uso en mar abierto, otros están adaptados para el público en general, utilizando navegantes en muchos aspectos con fines de entretenimiento. ¿Qué son los sistemas de navegación?
¿Qué es la navegación?
El término "navegación" es de origen latino. La palabra navigo significa "Estoy navegando en un barco". Es decir, inicialmente era en realidad un sinónimo de envío o navegación. Pero con el desarrollo de tecnologías que facilitan que los barcos naveguen por los océanos, con el advenimiento de la aviación, la tecnología espacial, el término ha ampliado significativamente el rango de posibles interpretaciones.
Hoy en día, la navegación significa un proceso en el que una persona controla un objeto en función de sus coordenadas espaciales. Es decir, la navegación consta de dos procedimientos: este es un control directo, así como un error de cálculo de la ruta óptima del objeto.
Tipos de navegación
La clasificación de tipos de navegación es muy extensa. Los expertos modernos distinguen las siguientes variedades principales:
- automotriz;
- astronómico;
- bionavegación;
- aire;
- espacio;
- marítimo;
- radionavegación;
- satélite;
- bajo tierra;
- informativo;
- inercial.
Algunos de los tipos de navegación anteriores están estrechamente relacionados, principalmente debido a la similitud de las tecnologías involucradas. Por ejemplo, la navegación para automóviles a menudo utiliza herramientas específicas de satélite.
Existen tipos mixtos, dentro de los cuales se utilizan simultáneamente varios recursos tecnológicos, como, por ejemplo, los sistemas de navegación e información. Por tanto, los recursos de comunicaciones por satélite pueden ser clave en ellos. Sin embargo, el objetivo final de su participación será proporcionar a los grupos de usuarios objetivo la información necesaria.
Sistemas de navegación
El tipo correspondiente de formas de navegación, por regla general, un sistema del mismo nombre. Existe, por tanto, un sistema de navegación para automóviles, marinos, espaciales, etc. La definición de este término también está presente en la comunidad de expertos. El sistema de navegación, de acuerdo con la interpretación común, es una combinación de varios tipos de equipos (y, si corresponde, software) que le permiten determinar la posición de un objeto, así como calcular su ruta. El conjunto de herramientas aquí puede ser diferente. Pero en la mayoría de los casos, los sistemas se caracterizan por la presencia de los siguientes componentes básicos, tales como:
- tarjetas (normalmente en forma electrónica);
- sensores, satélites yotros agregados para calcular coordenadas;
- objetos que no pertenecen al sistema que brindan información sobre la ubicación geográfica del objetivo;
- Unidad analítica de hardware y software que proporciona entrada y salida de datos, además de vincular los primeros tres componentes.
Por regla general, la estructura de ciertos sistemas se adapta a las necesidades de los usuarios finales. Ciertos tipos de soluciones pueden acentuarse hacia la parte de software o, por el contrario, la parte de hardware. Por ejemplo, el sistema de navegación Navitel, que es popular en Rusia, es principalmente software. Está diseñado para ser utilizado por una amplia gama de ciudadanos que poseen varios tipos de dispositivos móviles: computadoras portátiles, tabletas, teléfonos inteligentes.
Navegación vía satélite
Cualquier sistema de navegación implica, en primer lugar, la determinación de las coordenadas de un objeto, generalmente geográficas. Históricamente, las herramientas humanas en este sentido se han mejorado constantemente. Hoy en día, los sistemas de navegación más avanzados son por satélite. Su estructura está representada por un conjunto de equipos de alta precisión, parte del cual se encuentra en la Tierra, mientras que la otra parte gira en órbita. Los modernos sistemas de navegación por satélite pueden calcular no solo las coordenadas geográficas, sino también la velocidad de un objeto, así como la dirección de su movimiento.
Elementos de navegación por satélite
Los sistemas correspondientes incluyen los siguientes elementos principales: constelación de satélites, unidades terrestres para medir la coordinación de objetos orbitales e intercambiar información con ellos, dispositivos para el usuario final(navegadores) equipados con el software necesario, en algunos casos - equipo adicional para especificar coordenadas geográficas (torres GSM, canales de Internet, balizas de radio, etc.).
Cómo funciona la navegación por satélite
¿Cómo funciona un sistema de navegación por satélite? En el centro de su trabajo se encuentra un algoritmo para medir la distancia de un objeto a los satélites. Estos últimos se sitúan en órbita prácticamente sin cambiar de posición, por lo que sus coordenadas relativas a la Tierra son siempre constantes. En los navegadores, se establecen los números correspondientes. Al encontrar un satélite y conectarse a él (oa varios a la vez), el dispositivo determina, a su vez, su posición geográfica. El método principal aquí es calcular la distancia a los satélites en función de la velocidad de las ondas de radio. Un objeto en órbita envía una solicitud a la Tierra con una precisión de tiempo excepcional; para esto se utilizan relojes atómicos. Habiendo recibido una respuesta del navegador, el satélite (o un grupo de ellos) determina qué tan lejos ha viajado la onda de radio durante tal o cual período de tiempo. La velocidad de movimiento de un objeto se mide de manera similar, solo que la medición aquí es un poco más complicada.
Dificultades técnicas
Hemos determinado que la navegación por satélite es el método más avanzado para determinar coordenadas geográficas en la actualidad. Sin embargo, el uso práctico de esta tecnología va acompañado de una serie de dificultades técnicas. ¿Que por ejemplo? En primer lugar, esta es la f alta de homogeneidad de la distribución del campo gravitatorio del planeta: esto afecta la posición del satélite en relación con la Tierra. La misma propiedad también se caracteriza poratmósfera. Su f alta de homogeneidad puede afectar la velocidad de las ondas de radio, por lo que puede haber imprecisiones en las mediciones correspondientes.
Otra dificultad técnica: la señal enviada desde el satélite al navegador a menudo es bloqueada por otros objetos terrestres. Como resultado, el uso completo del sistema en ciudades con edificios altos es difícil.
Uso práctico de los satélites
Los sistemas de navegación por satélite encuentran la más amplia gama de aplicaciones. En muchos sentidos, como elemento de diversas soluciones comerciales de orientación civil. Pueden ser tanto dispositivos domésticos como, por ejemplo, un sistema multimedia de navegación multifuncional. Además del uso civil, los recursos satelitales son utilizados por topógrafos, cartógrafos, empresas de transporte y diversos servicios gubernamentales. Los geólogos utilizan activamente los satélites. En particular, se pueden utilizar para calcular la dinámica del movimiento de las placas tectónicas de la tierra. Los navegadores satelitales también se utilizan como herramienta de marketing: con la ayuda de análisis, que incluye métodos de geoposicionamiento, las empresas realizan investigaciones sobre su base de clientes y también, por ejemplo, envían publicidad dirigida. Por supuesto, las estructuras militares también usan navegadores; de hecho, fueron ellos quienes desarrollaron los sistemas de navegación más grandes en la actualidad, GPS y GLONASS, para las necesidades del Ejército de los EE. UU. y Rusia, respectivamente. Y esta no es una lista exhaustiva de las áreas donde se pueden usar los satélites.
Navegación modernasistemas
¿Qué sistemas de navegación están actualmente en funcionamiento o en implementación? Comencemos con el que apareció en el mercado público mundial antes que otros sistemas de navegación: el GPS. Su desarrollador y propietario es el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Los dispositivos que se comunican a través de satélites GPS son los más comunes en el mundo. Principalmente porque, como decíamos más arriba, este sistema de navegación estadounidense se introdujo en el mercado antes que sus competidores modernos.
GLONASS está ganando popularidad activamente. Este es un sistema de navegación ruso. Pertenece, a su vez, al Ministerio de Defensa de la Federación Rusa. Fue desarrollado, según una versión, aproximadamente en los mismos años que el GPS, a finales de los 80 y principios de los 90. Sin embargo, se introdujo en el mercado público recientemente, en 2011. Cada vez más fabricantes de soluciones de hardware para navegación implementan soporte GLONASS en sus dispositivos.
Se supone que el sistema de navegación global "Beidou", desarrollado en China, puede competir seriamente con GLONASS y GPS. Es cierto que por el momento solo funciona como nacional. Según algunos analistas, puede recibir el estado global para 2020, cuando se ponga en órbita una cantidad suficiente de satélites, alrededor de 35. El programa de desarrollo del sistema Beidou es relativamente joven: comenzó solo en 2000, y el primer satélite fue desarrollado por desarrolladores chinoslanzado en 2007.
Los europeos también están tratando de mantenerse al día. El sistema de navegación GLONASS y su contraparte estadounidense bien pueden competir con GALILEO en un futuro previsible. Los europeos planean desplegar una constelación de satélites en el número requerido de unidades de objetos orbitales para 2020.
Entre otros proyectos prometedores para el desarrollo de sistemas de navegación, se puede mencionar el IRNSS indio, así como el QZSS japonés. Con respecto a la primera información pública ampliamente publicitada sobre las intenciones de los desarrolladores de crear un sistema global aún no está disponible. Se supone que el IRNSS atenderá únicamente al territorio de la India. El programa también es bastante joven: el primer satélite se puso en órbita en 2008. También se espera que el sistema satelital japonés se utilice principalmente dentro o junto a los territorios nacionales del país en desarrollo.
Precisión de posicionamiento
Anteriormente, notamos una serie de dificultades que son relevantes para el funcionamiento de los sistemas de navegación por satélite. Entre los principales que hemos nombrado, la ubicación de los satélites en órbita, o su movimiento a lo largo de una trayectoria determinada, no siempre se caracteriza por una estabilidad absoluta debido a una serie de razones. Esto predetermina imprecisiones en el cálculo de coordenadas geográficas en los navegadores. Sin embargo, este no es el único factor que afecta la corrección del posicionamiento usando un satélite. ¿Qué más afecta la precisión de los cálculos de coordenadas?
En primer lugar, vale la pena señalar que los mismos relojes atómicos que están instalados en los satélites no siempre son absolutamente precisos. Son posibles, aunque bastantepequeños, pero aún afectando la calidad de los errores de los sistemas de navegación. Por ejemplo, si se comete un error a nivel de decenas de nanosegundos al calcular el tiempo durante el cual se mueve una onda de radio, la inexactitud al determinar las coordenadas de un objeto terrestre puede ser de varios metros. Al mismo tiempo, los satélites modernos cuentan con equipos que permiten realizar cálculos incluso teniendo en cuenta posibles errores en el funcionamiento de los relojes atómicos.
Hemos señalado anteriormente que entre los factores que afectan la precisión de los sistemas de navegación está la heterogeneidad de la atmósfera terrestre. Sería útil complementar este hecho con otra información sobre la influencia de las regiones cercanas a la Tierra en el funcionamiento de los satélites. El hecho es que la atmósfera de nuestro planeta se divide en varias zonas. La que está realmente en la frontera con el espacio abierto, la ionosfera, consiste en una capa de partículas que tienen una cierta carga. Ellos, al chocar con las ondas de radio enviadas por el satélite, pueden reducir su velocidad, como resultado de lo cual la distancia al objeto se puede calcular con un error. Tenga en cuenta que los desarrolladores de navegación por satélite también están trabajando con este tipo de fuente de problemas de comunicación: los algoritmos para la operación de equipos orbitales, por regla general, incluyen varios tipos de escenarios correctivos que tienen en cuenta las peculiaridades del paso de las ondas de radio a través del ionosfera en los cálculos.
Las nubes y otros fenómenos atmosféricos también pueden afectar la precisión de los sistemas de navegación. El vapor de agua presente en las capas correspondientes de la envoltura de aire de la Tierra, al igual que las partículas en la ionosfera, afectan la velocidad.ondas de radio.
Por supuesto, con respecto al uso doméstico de GLONASS o GPS como parte de unidades tales como, por ejemplo, un sistema de medios de navegación, cuyas funciones son en gran parte entretenidas, las pequeñas imprecisiones en el cálculo de coordenadas son no crítico. Pero en el uso militar de satélites, los cálculos correspondientes deberían corresponder idealmente a la ubicación geográfica real de los objetos.
Características de la navegación marítima
Después de hablar sobre el tipo de navegación más moderno, hagamos una pequeña digresión en la historia. Como saben, el mismo término en cuestión apareció por primera vez entre los navegantes. ¿Cuáles son las características de los sistemas de navegación marítima?
Hablando del aspecto histórico, se puede observar la evolución de las herramientas a disposición de la gente de mar. Una de las primeras "soluciones de hardware" fue la brújula, que, según algunos expertos, se inventó en el siglo XI. También se ha mejorado la cartografía, como herramienta clave de navegación. En el siglo XVI, Gerard Mercator comenzó a dibujar mapas basándose en el principio de utilizar una proyección cilíndrica con ángulos iguales. En el siglo XIX, se inventó un registro, una unidad mecánica capaz de medir la velocidad de los barcos. En el siglo XX, aparecieron los radares en el arsenal de los marineros y luego los satélites de comunicaciones espaciales. Los sistemas de navegación marítima más avanzados funcionan hoy en día, cosechando así los beneficios de la exploración espacial humana. ¿Cuál es la naturaleza de su trabajo?
Algunos expertos creen queLa característica principal que caracteriza a un sistema de navegación marina moderno es que el equipo estándar instalado en el barco tiene una resistencia muy alta al desgaste y al agua. Esto es bastante comprensible: es imposible que un barco que realizó un viaje abierto a miles de kilómetros de tierra se encuentre en una situación en la que el equipo falle repentinamente. En tierra, donde están disponibles los recursos de la civilización, todo se puede reparar, pero en el mar es problemático.
¿Qué otras características notables tiene un sistema de navegación marítima? El equipo estándar, además del requisito obligatorio: la resistencia al desgaste, por regla general, contiene módulos adaptados para fijar ciertos parámetros ambientales (profundidad, temperatura del agua, etc.). Además, la velocidad del barco en los sistemas de navegación marina en muchos casos aún no se calcula mediante satélites, sino mediante métodos estándar.
