อุปกรณ์นำทางมีหลายประเภทและดัดแปลง มีระบบที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานในทะเลเปิด ส่วนระบบอื่นๆ ถูกดัดแปลงสำหรับบุคคลทั่วไป โดยใช้เครื่องนำทางเพื่อความบันเทิงหลายประการ ระบบนำทางคืออะไร
การนำทางคืออะไร
คำว่า "navigation" มาจากภาษาละติน คำว่า navigo หมายถึง "ฉันกำลังแล่นอยู่บนเรือ" นั่นคือในตอนแรกมันเป็นคำพ้องความหมายสำหรับการขนส่งหรือการนำทาง แต่ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่ช่วยให้เรือสามารถเดินทางในมหาสมุทรได้ง่ายขึ้น ด้วยการถือกำเนิดของการบิน เทคโนโลยีอวกาศ คำนี้จึงขยายขอบเขตการตีความที่เป็นไปได้อย่างมาก
วันนี้การนำทางหมายถึงกระบวนการที่บุคคลควบคุมวัตถุตามพิกัดเชิงพื้นที่ นั่นคือ การนำทางประกอบด้วยสองขั้นตอน - นี่คือการควบคุมโดยตรง เช่นเดียวกับการคำนวณเส้นทางที่ดีที่สุดของวัตถุผิด
ประเภทการนำทาง
การจำแนกประเภทการนำทางนั้นกว้างขวางมาก ผู้เชี่ยวชาญสมัยใหม่แยกแยะสายพันธุ์หลักดังต่อไปนี้:
- ยานยนต์;
- ดาราศาสตร์
- ไบโอเนวิเกชั่น;
- อากาศ;
- ช่องว่าง;
- การเดินเรือ;
- การนำทางวิทยุ
- ดาวเทียม;
- ใต้ดิน;
- ข้อมูล;
- เฉื่อย
การนำทางบางประเภทข้างต้นมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด สาเหตุหลักมาจากความคล้ายคลึงกันของเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น ระบบนำทางรถยนต์มักใช้เครื่องมือเฉพาะดาวเทียม
มีหลายประเภทซึ่งใช้ทรัพยากรทางเทคโนโลยีหลายอย่างพร้อมกัน เช่น ระบบนำทางและระบบสารสนเทศ เป็นต้น ด้วยเหตุนี้ ทรัพยากรการสื่อสารผ่านดาวเทียมจึงสามารถเป็นกุญแจสำคัญได้ อย่างไรก็ตาม เป้าหมายสูงสุดของการมีส่วนร่วมของพวกเขาคือการให้ข้อมูลที่จำเป็นแก่กลุ่มผู้ใช้เป้าหมาย
ระบบนำทาง
ระบบนำทางประเภทเดียวกันตามกฎแล้ว จึงมีระบบนำทางรถยนต์ ทางทะเล อวกาศ ฯลฯ คำจำกัดความของคำนี้มีอยู่ในชุมชนผู้เชี่ยวชาญด้วย ระบบนำทางตามการตีความทั่วไปคือการรวมกันของอุปกรณ์ประเภทต่างๆ (และซอฟต์แวร์ถ้ามี) ซึ่งช่วยให้คุณกำหนดตำแหน่งของวัตถุและคำนวณเส้นทางของวัตถุได้ ชุดเครื่องมือที่นี่อาจแตกต่างกัน แต่ในกรณีส่วนใหญ่ ระบบมีลักษณะเฉพาะโดยมีองค์ประกอบพื้นฐานดังต่อไปนี้ เช่น:
- การ์ด (ปกติจะอยู่ในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์);
- เซ็นเซอร์ ดาวเทียม และผลรวมอื่นๆ สำหรับคำนวณพิกัด
- อ็อบเจ็กต์ที่ไม่ใช่ระบบที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของเป้าหมาย
- หน่วยวิเคราะห์ฮาร์ดแวร์-ซอฟต์แวร์ที่ให้อินพุตและเอาต์พุต ตลอดจนการเชื่อมโยงส่วนประกอบสามตัวแรก
ตามกฎแล้ว โครงสร้างของระบบบางระบบจะปรับให้เข้ากับความต้องการของผู้ใช้ปลายทาง โซลูชันบางประเภทสามารถเน้นไปที่ส่วนซอฟต์แวร์ หรือในทางกลับกัน ส่วนฮาร์ดแวร์ ตัวอย่างเช่น ระบบนำทาง Navitel ซึ่งเป็นที่นิยมในรัสเซีย ส่วนใหญ่เป็นซอฟต์แวร์ มีไว้สำหรับการใช้งานโดยประชาชนจำนวนมากที่มีอุปกรณ์พกพาประเภทต่างๆ - แล็ปท็อป แท็บเล็ต สมาร์ทโฟน
การนำทางผ่านดาวเทียม
ระบบนำทางใดๆ ก็ตาม อย่างแรกเลย การกำหนดพิกัดของวัตถุ - โดยทั่วไปแล้วจะเป็นทางภูมิศาสตร์ ในอดีต เครื่องมือของมนุษย์ในเรื่องนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันระบบนำทางที่ทันสมัยที่สุดคือดาวเทียม โครงสร้างของพวกเขาแสดงด้วยชุดอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งส่วนหนึ่งตั้งอยู่บนโลก ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งหมุนเป็นวงโคจร ระบบนำทางด้วยดาวเทียมสมัยใหม่ไม่เพียงแต่คำนวณพิกัดทางภูมิศาสตร์เท่านั้น แต่ยังคำนวณความเร็วของวัตถุและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุด้วย
องค์ประกอบการนำทางด้วยดาวเทียม
ระบบที่เกี่ยวข้องประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้: กลุ่มดาวดาวเทียม หน่วยภาคพื้นดินสำหรับวัดการประสานงานของวัตถุในวงโคจรและแลกเปลี่ยนข้อมูลกับพวกมัน อุปกรณ์สำหรับผู้ใช้ปลายทาง(เนวิเกเตอร์) ติดตั้งซอฟต์แวร์ที่จำเป็นในบางกรณี - อุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการระบุพิกัดทางภูมิศาสตร์ (เสา GSM, ช่องอินเทอร์เน็ต, บีคอนวิทยุ ฯลฯ)
ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทำงานอย่างไร
ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทำงานอย่างไร? หัวใจสำคัญของงานคืออัลกอริธึมสำหรับวัดระยะทางจากวัตถุไปยังดาวเทียม หลังตั้งอยู่ในวงโคจรในทางปฏิบัติโดยไม่ต้องเปลี่ยนตำแหน่งดังนั้นพิกัดที่สัมพันธ์กับโลกจะคงที่เสมอ ในเนวิเกเตอร์ ตัวเลขที่เกี่ยวข้องจะถูกวางลง ค้นหาดาวเทียมและเชื่อมต่อกับมัน (หรือหลาย ๆ อันพร้อมกัน) อุปกรณ์จะกำหนดตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ในทางกลับกัน วิธีหลักในที่นี้คือการคำนวณระยะทางไปยังดาวเทียมตามความเร็วของคลื่นวิทยุ วัตถุที่โคจรส่งคำขอไปยังโลกด้วยความแม่นยำของเวลาเป็นพิเศษ - นาฬิกาอะตอมใช้สำหรับสิ่งนี้ เมื่อได้รับการตอบกลับจากนักเดินเรือแล้ว ดาวเทียม (หรือกลุ่มของพวกเขา) จะกำหนดว่าคลื่นวิทยุเดินทางเป็นระยะทางเท่าใดในระยะเวลาดังกล่าวและในช่วงเวลาดังกล่าว ความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุวัดในลักษณะเดียวกัน - เฉพาะการวัดที่นี่ค่อนข้างซับซ้อนกว่าเล็กน้อย
ปัญหาทางเทคนิค
เราได้พิจารณาแล้วว่าการนำทางด้วยดาวเทียมเป็นวิธีที่ล้ำหน้าที่สุดในการกำหนดพิกัดทางภูมิศาสตร์ในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงของเทคโนโลยีนี้มาพร้อมกับปัญหาทางเทคนิคหลายประการ อะไรตัวอย่างเช่น? ประการแรกนี่คือความไม่เท่าเทียมกันของการกระจายสนามโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ - ซึ่งส่งผลต่อตำแหน่งของดาวเทียมที่สัมพันธ์กับโลก คุณสมบัติเดียวกันนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยบรรยากาศ. ความไม่สม่ำเสมอของมันอาจส่งผลต่อความเร็วของคลื่นวิทยุ เนื่องจากอาจมีความคลาดเคลื่อนในการวัดที่สอดคล้องกัน
ปัญหาทางเทคนิคอีกอย่างหนึ่ง - สัญญาณที่ส่งจากดาวเทียมไปยังเนวิเกเตอร์มักถูกวัตถุพื้นอื่นๆ ขวางกั้น ส่งผลให้การใช้ระบบอย่างเต็มรูปแบบในเมืองที่มีอาคารสูงเป็นเรื่องยาก
การใช้ดาวเทียมจริง
ระบบนำทางด้วยดาวเทียมพบแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายที่สุด ในหลาย ๆ ด้าน - เป็นองค์ประกอบของการแก้ปัญหาเชิงพาณิชย์ต่างๆ ของการปฐมนิเทศทางแพ่ง สามารถเป็นได้ทั้งอุปกรณ์ในครัวเรือนและตัวอย่างเช่นระบบสื่อนำทางมัลติฟังก์ชั่น นอกจากการใช้พลเรือนแล้ว นักสำรวจ นักทำแผนที่ บริษัทขนส่ง และบริการต่างๆ ของรัฐยังใช้ทรัพยากรดาวเทียมอีกด้วย นักธรณีวิทยาใช้ดาวเทียมอย่างแข็งขัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถใช้ในการคำนวณไดนามิกของการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกแปรสัณฐาน เครื่องนำทางผ่านดาวเทียมยังถูกใช้เป็นเครื่องมือทางการตลาด ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์ ซึ่งรวมถึงวิธีการระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ บริษัทต่างๆ ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับฐานลูกค้าของตน และเช่น ส่งโฆษณาที่ตรงเป้าหมาย เป็นต้น แน่นอน โครงสร้างทางการทหารก็ใช้เครื่องนำทางเช่นกัน ซึ่งอันที่จริงแล้วพวกเขาคือผู้พัฒนาระบบนำทางที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน คือ GPS และ GLONASS ตามความต้องการของกองทัพสหรัฐฯ และรัสเซีย ตามลำดับ และนี่ไม่ใช่รายการพื้นที่ทั้งหมดที่สามารถใช้ดาวเทียมได้
การนำทางที่ทันสมัยระบบ
ระบบนำทางใดที่กำลังทำงานหรือกำลังใช้งานอยู่? มาเริ่มกันที่ตัวที่ปรากฏในตลาดสาธารณะทั่วโลกก่อนระบบนำทางอื่นๆ - GPS ผู้พัฒนาและเจ้าของคือกระทรวงกลาโหมสหรัฐ อุปกรณ์ที่สื่อสารผ่านดาวเทียม GPS มีมากที่สุดในโลก สาเหตุหลักมาจากที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น ระบบนำทางแบบอเมริกันนี้ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับตลาดก่อนคู่แข่งยุคใหม่
GLONASS กำลังได้รับความนิยมอย่างมาก นี่คือระบบนำทางของรัสเซีย ในทางกลับกันกระทรวงกลาโหมของสหพันธรัฐรัสเซีย ตามเวอร์ชันหนึ่ง ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปีเดียวกับ GPS ในช่วงปลายยุค 80 - ต้นทศวรรษ 90 อย่างไรก็ตาม ได้มีการเปิดตัวสู่ตลาดสาธารณะเมื่อไม่นานนี้เองในปี 2011 ผู้ผลิตโซลูชันฮาร์ดแวร์สำหรับการนำทางจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ใช้การรองรับ GLONASS ในอุปกรณ์ของตน
สันนิษฐานว่าระบบนำทางทั่วโลก "เป่ยโต่ว" ที่พัฒนาในประเทศจีน สามารถแข่งขันกับ GLONASS และ GPS ได้อย่างจริงจัง จริงอยู่ในขณะนี้มันทำหน้าที่เป็นชาติเท่านั้น นักวิเคราะห์บางคนกล่าวว่าสามารถรับสถานะโลกได้ภายในปี 2020 เมื่อดาวเทียมจำนวนเพียงพอจะถูกปล่อยสู่วงโคจร - ประมาณ 35 ปี โครงการพัฒนาระบบ Beidou ค่อนข้างใหม่ - เริ่มในปี 2543 เท่านั้นและดาวเทียมดวงแรกได้รับการพัฒนาโดย นักพัฒนาชาวจีนเปิดตัวในปี 2550
ชาวยุโรปก็พยายามตามให้ทันเช่นกัน ระบบนำทาง GLONASS และคู่หูในอเมริกาอาจแข่งขันกับ GALILEO ในอนาคตอันใกล้ ชาวยุโรปวางแผนที่จะปรับใช้กลุ่มดาวดาวเทียมในจำนวนหน่วยของวัตถุในวงโคจรที่ต้องการภายในปี 2020
ในบรรดาโครงการอื่นๆ ที่มีแนวโน้มว่าจะพัฒนาระบบนำทาง เราสามารถสังเกต IRNSS ของอินเดียและ QZSS ของญี่ปุ่นได้ ยังไม่มีข้อมูลสาธารณะแรกที่โฆษณาอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับความตั้งใจของนักพัฒนาในการสร้างระบบระดับโลก สันนิษฐานว่า IRNSS จะให้บริการเฉพาะดินแดนของอินเดีย โปรแกรมนี้ยังค่อนข้างเล็ก - ดาวเทียมดวงแรกถูกนำเข้าสู่วงโคจรในปี 2551 ระบบดาวเทียมของญี่ปุ่นคาดว่าจะใช้ภายในหรือติดกับดินแดนของประเทศกำลังพัฒนาเป็นหลัก
ความแม่นยำในการวางตำแหน่ง
ด้านบน เราสังเกตเห็นปัญหาจำนวนหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของระบบนำทางด้วยดาวเทียม ในบรรดารายการหลักที่เราได้ตั้งชื่อไว้ - ตำแหน่งของดาวเทียมในวงโคจรหรือการเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรนั้น ไม่ได้มีลักษณะเด่นที่ความเสถียรแน่นอนเสมอไปเนื่องจากสาเหตุหลายประการ สิ่งนี้กำหนดไว้ล่วงหน้าความไม่ถูกต้องในการคำนวณพิกัดทางภูมิศาสตร์ในตัวนำทาง อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ส่งผลต่อความถูกต้องของตำแหน่งโดยใช้ดาวเทียม มีอะไรอีกบ้างที่ส่งผลต่อความแม่นยำของการคำนวณพิกัด
อย่างแรกเลย เป็นที่น่าสังเกตว่านาฬิกาอะตอมที่ติดตั้งบนดาวเทียมนั้นไม่ได้แม่นยำเสมอไป เป็นไปได้แม้ว่าจะค่อนข้างมากเล็กแต่ยังส่งผลต่อคุณภาพของระบบนำทางผิดพลาด ตัวอย่างเช่น หากมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นที่ระดับสิบนาโนวินาทีเมื่อคำนวณเวลาที่คลื่นวิทยุเคลื่อนที่ ความคลาดเคลื่อนในการกำหนดพิกัดของวัตถุพื้นอาจเป็นหลายเมตร ในขณะเดียวกัน ดาวเทียมสมัยใหม่ก็มีอุปกรณ์ที่ช่วยให้สามารถคำนวณได้ แม้จะคำนึงถึงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นในการทำงานของนาฬิกาอะตอมด้วย
เราตั้งข้อสังเกตไว้ข้างต้นว่าปัจจัยที่ส่งผลต่อความแม่นยำของระบบนำทางคือความแตกต่างของชั้นบรรยากาศของโลก การเสริมข้อเท็จจริงนี้ด้วยข้อมูลอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลของพื้นที่ใกล้โลกที่มีต่อการทำงานของดาวเทียมจะเป็นประโยชน์ ความจริงก็คือชั้นบรรยากาศของโลกของเราแบ่งออกเป็นหลายโซน อันที่อยู่จริงบนเส้นขอบที่มีพื้นที่เปิดโล่ง - ไอโอสเฟียร์ - ประกอบด้วยชั้นของอนุภาคที่มีประจุบางอย่าง การชนกันของคลื่นวิทยุที่ส่งมาจากดาวเทียมสามารถลดความเร็วได้ อันเป็นผลให้สามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้โดยมีข้อผิดพลาด โปรดทราบว่านักพัฒนาระบบนำทางด้วยดาวเทียมกำลังทำงานกับแหล่งที่มาของปัญหาการสื่อสารประเภทนี้: อัลกอริทึมสำหรับการทำงานของอุปกรณ์วงโคจรตามกฎแล้วรวมถึงสถานการณ์การแก้ไขประเภทต่างๆที่คำนึงถึงลักษณะเฉพาะของการส่งผ่านคลื่นวิทยุผ่าน ไอโอสเฟียร์ในการคำนวณ
เมฆและปรากฏการณ์ทางบรรยากาศอื่นๆ อาจส่งผลต่อความแม่นยำของระบบนำทางได้เช่นกัน ไอน้ำมีอยู่ในชั้นเปลือกอากาศของโลกที่สัมพันธ์กัน เช่นเดียวกับอนุภาคในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ที่ส่งผลต่อความเร็วคลื่นวิทยุ
แน่นอนเกี่ยวกับการใช้ GLONASS หรือ GPS ในประเทศโดยเป็นส่วนหนึ่งของหน่วยเช่น ระบบสื่อนำทาง ฟังก์ชันที่ให้ความบันเทิงเป็นส่วนใหญ่ ความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในการคำนวณพิกัดคือ ไม่สำคัญ แต่ในการใช้ดาวเทียมในกองทัพ การคำนวณที่เกี่ยวข้องควรสอดคล้องกับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ที่แท้จริงของวัตถุ
คุณสมบัติของการนำทางทางทะเล
หลังจากพูดถึงระบบนำทางที่ทันสมัยที่สุดแล้ว เรามาพูดถึงประวัติศาสตร์กันซักหน่อยดีกว่า อย่างที่คุณทราบ คำที่เป็นปัญหานั้นปรากฏขึ้นครั้งแรกในหมู่นักเดินเรือ ลักษณะของระบบนำทางทางทะเลคืออะไร
เมื่อพูดถึงแง่มุมทางประวัติศาสตร์ เราสามารถสังเกตวิวัฒนาการของเครื่องมือในการกำจัดคนเดินเรือได้ หนึ่งใน "โซลูชันฮาร์ดแวร์" แรกคือเข็มทิศซึ่งตามที่ผู้เชี่ยวชาญบางคนคิดค้นขึ้นในศตวรรษที่ 11 การทำแผนที่เป็นเครื่องมือนำทางที่สำคัญได้รับการปรับปรุงเช่นกัน ในศตวรรษที่ 16 Gerard Mercator เริ่มวาดแผนที่โดยใช้หลักการฉายภาพทรงกระบอกที่มีมุมเท่ากัน ในศตวรรษที่ 19 มีการประดิษฐ์ท่อนซุงซึ่งเป็นหน่วยกลไกที่สามารถวัดความเร็วของเรือได้ ในศตวรรษที่ 20 เรดาร์ปรากฏในคลังแสงของลูกเรือ และดาวเทียมสื่อสารในอวกาศ ระบบนำทางทางทะเลที่ล้ำหน้าที่สุดทำงานในปัจจุบัน จึงเก็บเกี่ยวผลประโยชน์จากการสำรวจอวกาศของมนุษย์ ลักษณะงานของพวกเขาเป็นอย่างไร
ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าลักษณะเด่นของระบบนำทางทางทะเลที่ทันสมัยคืออุปกรณ์มาตรฐานที่ติดตั้งบนเรือมีความทนทานต่อการสึกหรอและน้ำสูงมาก เป็นเรื่องที่เข้าใจได้ค่อนข้างดี - เป็นไปไม่ได้ที่เรือที่ออกเดินทางจากพื้นดินหลายพันกิโลเมตรพบว่าตัวเองอยู่ในสถานการณ์ที่อุปกรณ์ล้มเหลวกะทันหัน บนบก ที่มีทรัพยากรของอารยธรรม ทุกสิ่งสามารถซ่อมแซมได้ แต่ในทะเล มันคือปัญหา
ระบบนำทางทางทะเลมีคุณสมบัติเด่นอะไรอีกบ้าง? อุปกรณ์มาตรฐาน นอกเหนือจากข้อกำหนดบังคับ - ความต้านทานการสึกหรอ ตามกฎแล้ว ประกอบด้วยโมดูลที่ปรับให้เข้ากับการแก้ไขพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อมบางอย่าง (ความลึก อุณหภูมิของน้ำ ฯลฯ) นอกจากนี้ ความเร็วของเรือในระบบนำทางทางทะเลในหลายกรณียังคำนวณไม่ได้โดยดาวเทียม แต่ใช้วิธีมาตรฐาน