L'équipement de navigation est de différents types et modifications. Il existe des systèmes conçus pour être utilisés en haute mer, d'autres sont adaptés au grand public, utilisant les navigateurs à bien des égards à des fins de divertissement. Que sont les systèmes de navigation ?
Qu'est-ce que la navigation ?
Le terme "navigation" est d'origine latine. Le mot navigo signifie "je navigue sur un bateau". C'est-à-dire qu'au départ, c'était en fait un synonyme d'expédition ou de navigation. Mais avec le développement de technologies qui facilitent la navigation des navires sur les océans, avec l'avènement de l'aviation, la technologie spatiale, le terme a considérablement élargi la gamme des interprétations possibles.
Aujourd'hui, la navigation désigne un processus dans lequel une personne contrôle un objet en fonction de ses coordonnées spatiales. C'est-à-dire que la navigation consiste en deux procédures - il s'agit d'un contrôle direct, ainsi que d'une erreur de calcul du chemin optimal de l'objet.
Types de navigation
La classification des types de navigation est très étendue. Les experts modernes distinguent les principales variétés suivantes:
- automobile;
- astronomique;
- bionavigation;
- air;
- espace;
- maritime;
- radionavigation;
- satellite;
- souterrain;
- informatif;
- inertiel.
Certains des types de navigation ci-dessus sont étroitement liés, principalement en raison de la similitude des technologies impliquées. Par exemple, la navigation automobile utilise souvent des outils spécifiques aux satellites.
Il existe des types mixtes, au sein desquels plusieurs ressources technologiques sont utilisées simultanément, comme, par exemple, les systèmes de navigation et d'information. En tant que telles, les ressources de communication par satellite peuvent y jouer un rôle clé. Cependant, le but ultime de leur implication sera de fournir aux groupes d'utilisateurs cibles les informations nécessaires.
Systèmes de navigation
Le type de navigation correspondant forme, en règle générale, un système du même nom. Il y a donc un système de navigation automobile, marine, spatiale, etc. La définition de ce terme est également présente dans la communauté des experts. Le système de navigation, conformément à l'interprétation commune, est une combinaison de divers types d'équipements (et, le cas échéant, de logiciels) qui vous permettent de déterminer la position d'un objet, ainsi que de calculer son itinéraire. La boîte à outils ici peut être différente. Mais dans la plupart des cas, les systèmes sont caractérisés par la présence des composants de base suivants, tels que:
- cartes (généralement sous forme électronique);
- capteurs, satellites etautres agrégats pour le calcul des coordonnées;
- objets non système qui fournissent des informations sur l'emplacement géographique de la cible;
- unité d'analyse matériel-logiciel qui fournit l'entrée et la sortie des données, ainsi que la liaison des trois premiers composants.
En règle générale, la structure de certains systèmes est adaptée aux besoins des utilisateurs finaux. Certains types de solutions peuvent être accentués vers la partie logicielle, ou, à l'inverse, vers la partie matérielle. Par exemple, le système de navigation Navitel, qui est populaire en Russie, est principalement un logiciel. Il est destiné à être utilisé par un large éventail de citoyens qui possèdent différents types d'appareils mobiles: ordinateurs portables, tablettes, smartphones.
Navigation par satellite
Tout système de navigation implique, tout d'abord, la détermination des coordonnées d'un objet - généralement géographique. Historiquement, les outils humains à cet égard ont été constamment améliorés. Aujourd'hui, les systèmes de navigation les plus avancés sont par satellite. Leur structure est représentée par un ensemble d'équipements de haute précision, dont une partie est située sur Terre, tandis que l'autre partie tourne en orbite. Les systèmes de navigation par satellite modernes sont capables de calculer non seulement les coordonnées géographiques, mais aussi la vitesse d'un objet, ainsi que la direction de son mouvement.
Éléments de navigation par satellite
Les systèmes correspondants comprennent les principaux éléments suivants: constellation de satellites, unités au sol pour mesurer la coordination des objets orbitaux et échanger des informations avec eux, dispositifs pour l'utilisateur final(navigateurs) équipés du logiciel nécessaire, dans certains cas - équipement supplémentaire pour spécifier les coordonnées géographiques (tours GSM, canaux Internet, balises radio, etc.).
Comment fonctionne la navigation par satellite
Comment fonctionne un système de navigation par satellite ? Au cœur de ses travaux se trouve un algorithme de mesure de la distance d'un objet aux satellites. Ces derniers sont situés en orbite pratiquement sans changer de position, et donc leurs coordonnées par rapport à la Terre sont toujours constantes. Dans les navigateurs, les numéros correspondants sont définis. En trouvant un satellite et en s'y connectant (ou à plusieurs à la fois), l'appareil détermine, à son tour, sa position géographique. La méthode principale ici consiste à calculer la distance aux satellites en fonction de la vitesse des ondes radio. Un objet en orbite envoie une demande à la Terre avec une précision temporelle exceptionnelle - des horloges atomiques sont utilisées pour cela. Après avoir reçu une réponse du navigateur, le satellite (ou un groupe d'entre eux) détermine la distance parcourue par l'onde radio pendant telle ou telle période de temps. La vitesse de déplacement d'un objet est mesurée de la même manière - seule la mesure ici est un peu plus compliquée.
Difficultés techniques
Nous avons déterminé que la navigation par satellite est la méthode la plus avancée pour déterminer les coordonnées géographiques aujourd'hui. Cependant, l'utilisation pratique de cette technologie s'accompagne d'un certain nombre de difficultés techniques. Quoi par exemple? Tout d'abord, il s'agit de l'inhomogénéité de la distribution du champ gravitationnel de la planète - cela affecte la position du satellite par rapport à la Terre. La même propriété est également caractérisée paratmosphère. Son inhomogénéité peut affecter la vitesse des ondes radio, ce qui peut entraîner des inexactitudes dans les mesures correspondantes.
Une autre difficulté technique - le signal envoyé du satellite au navigateur est souvent bloqué par d'autres objets au sol. En conséquence, l'utilisation complète du système dans les villes avec de hauts bâtiments est difficile.
Utilisation pratique des satellites
Les systèmes de navigation par satellite trouvent la plus large gamme d'applications. À bien des égards - en tant qu'élément de diverses solutions commerciales à orientation civile. Il peut s'agir à la fois d'appareils ménagers et, par exemple, d'un système multimédia de navigation multifonctionnel. Outre l'utilisation civile, les ressources satellitaires sont utilisées par les géomètres, les cartographes, les sociétés de transport et divers services gouvernementaux. Les satellites sont activement utilisés par les géologues. En particulier, ils peuvent être utilisés pour calculer la dynamique du mouvement des plaques terrestres tectoniques. Les navigateurs par satellite sont également utilisés comme outil de marketing - à l'aide d'analyses, qui incluent des méthodes de géopositionnement, les entreprises effectuent des recherches sur leur clientèle et, par exemple, envoient des publicités ciblées. Bien sûr, les structures militaires utilisent également des navigateurs - ce sont eux, en fait, qui ont développé les plus grands systèmes de navigation aujourd'hui, GPS et GLONASS - pour les besoins de l'armée américaine et de la Russie, respectivement. Et ce n'est pas une liste exhaustive des domaines où les satellites peuvent être utilisés.
Navigation modernesystèmes
Quels systèmes de navigation sont actuellement opérationnels ou en cours de déploiement ? Commençons par celui qui est apparu sur le marché public mondial avant les autres systèmes de navigation - le GPS. Son développeur et propriétaire est le département américain de la Défense. Les appareils qui communiquent via des satellites GPS sont les plus courants au monde. Principalement parce que, comme nous l'avons dit plus haut, ce système de navigation américain a été introduit sur le marché avant ses concurrents modernes.
GLONASS gagne activement en popularité. Il s'agit d'un système de navigation russe. Il appartient, à son tour, au ministère de la Défense de la Fédération de Russie. Il a été développé, selon une version, à peu près dans les mêmes années que le GPS - à la fin des années 80 - au début des années 90. Cependant, il n'a été introduit sur le marché public que récemment, en 2011. De plus en plus de fabricants de solutions matérielles pour la navigation implémentent la prise en charge GLONASS dans leurs appareils.
On suppose que le système de navigation mondial "Beidou", développé en Chine, peut sérieusement concurrencer GLONASS et GPS. Certes, pour le moment, il ne fonctionne que comme un national. Selon certains analystes, il peut recevoir un statut mondial d'ici 2020, lorsqu'un nombre suffisant de satellites seront lancés en orbite - environ 35. Le programme de développement du système Beidou est relativement jeune - il n'a commencé qu'en 2000, et le premier satellite a été développé par Développeurs chinoislancé en 2007.
Les Européens essaient également de suivre le rythme. Le système de navigation GLONASS et son homologue américain pourraient bien concurrencer GALILEO dans un avenir prévisible. Les Européens prévoient de déployer une constellation de satellites dans le nombre requis d'unités d'objets orbitaux d'ici 2020.
Parmi d'autres projets prometteurs pour le développement de systèmes de navigation, on peut noter l'IRNSS indien, ainsi que le QZSS japonais. En ce qui concerne la première information publique largement annoncée sur les intentions des développeurs de créer un système mondial n'est pas encore disponible. Il est supposé que l'IRNSS ne desservira que le territoire de l'Inde. Le programme est également assez jeune - le premier satellite a été mis en orbite en 2008. Le système satellitaire japonais devrait également être utilisé principalement à l'intérieur ou à proximité des territoires nationaux du pays en développement.
Précision de positionnement
Ci-dessus, nous avons noté un certain nombre de difficultés qui sont pertinentes pour le fonctionnement des systèmes de navigation par satellite. Parmi les principaux que nous avons nommés - la localisation des satellites en orbite, ou leur mouvement le long d'une trajectoire donnée, n'est pas toujours caractérisée par une stabilité absolue pour un certain nombre de raisons. Cela prédétermine les imprécisions dans le calcul des coordonnées géographiques des navigateurs. Cependant, ce n'est pas le seul facteur affectant l'exactitude du positionnement à l'aide d'un satellite. Quoi d'autre affecte la précision des calculs de coordonnées ?
Tout d'abord, il convient de noter que les horloges très atomiques qui sont installées sur les satellites ne sont pas toujours absolument exactes. Ils sont possibles, bien que tout à faitpetite, mais affectant toujours la qualité des erreurs des systèmes de navigation. Par exemple, si une erreur est commise au niveau de dizaines de nanosecondes lors du calcul du temps pendant lequel une onde radio se déplace, l'imprécision dans la détermination des coordonnées d'un objet au sol peut être de plusieurs mètres. Dans le même temps, les satellites modernes disposent d'équipements qui permettent d'effectuer des calculs même en tenant compte d'éventuelles erreurs dans le fonctionnement des horloges atomiques.
Nous avons noté plus haut que parmi les facteurs affectant la précision des systèmes de navigation figure l'hétérogénéité de l'atmosphère terrestre. Il serait utile de compléter ce fait par d'autres informations concernant l'influence des régions proches de la Terre sur le fonctionnement des satellites. Le fait est que l'atmosphère de notre planète est divisée en plusieurs zones. Celle qui se trouve en fait à la frontière avec l'espace ouvert - l'ionosphère - consiste en une couche de particules qui ont une certaine charge. Ils, entrant en collision avec les ondes radio envoyées par le satellite, peuvent réduire leur vitesse, ce qui permet de calculer la distance à l'objet avec une erreur. Notez que les développeurs de navigation par satellite travaillent également avec ce type de source de problèmes de communication: les algorithmes de fonctionnement des équipements orbitaux incluent généralement différents types de scénarios correctifs qui prennent en compte les particularités du passage des ondes radio à travers le ionosphère dans les calculs.
Les nuages et autres phénomènes atmosphériques peuvent également affecter la précision des systèmes de navigation. La vapeur d'eau présente dans les couches correspondantes de l'enveloppe d'air terrestre, tout comme les particules de l'ionosphère, affecte la vitesseondes radio.
Bien sûr, en ce qui concerne l'utilisation domestique du GLONASS ou du GPS dans le cadre d'unités telles que, par exemple, un système multimédia de navigation, dont les fonctions sont largement divertissantes, de petites inexactitudes dans le calcul des coordonnées sont pas critique. Mais dans l'utilisation militaire des satellites, les calculs correspondants devraient idéalement correspondre à la position géographique réelle des objets.
Caractéristiques de la navigation maritime
Après avoir parlé du type de navigation le plus moderne, faisons une petite digression dans l'histoire. Comme vous le savez, le terme même en question est apparu pour la première fois parmi les navigateurs. Quelles sont les caractéristiques des systèmes de navigation maritime ?
Parlant de l'aspect historique, on peut noter l'évolution des outils à la disposition des marins. L'une des premières "solutions matérielles" a été la boussole, qui, selon certains experts, a été inventée au XIe siècle. La cartographie, en tant qu'outil de navigation clé, a également été améliorée. Au XVIe siècle, Gérard Mercator commence à dessiner des cartes sur le principe de l'utilisation d'une projection cylindrique à angles égaux. Au 19ème siècle, un journal a été inventé - une unité mécanique capable de mesurer la vitesse des navires. Au XXe siècle, les radars sont apparus dans l'arsenal des marins, puis les satellites de communications spatiales. Les systèmes de navigation maritime les plus avancés fonctionnent aujourd'hui, récoltant ainsi les bénéfices de l'exploration spatiale humaine. Quelle est la nature de leur travail ?
Certains experts pensent queLa caractéristique principale qui caractérise un système de navigation maritime moderne est que l'équipement standard installé sur le navire a une très haute résistance à l'usure et à l'eau. C'est tout à fait compréhensible - il est impossible qu'un navire qui a effectué un voyage ouvert à des milliers de kilomètres de la terre se retrouve dans une situation où l'équipement tombe soudainement en panne. Sur terre, où les ressources de la civilisation sont disponibles, tout peut être réparé, mais en mer, c'est problématique.
Quelles sont les autres caractéristiques notables d'un système de navigation maritime ? L'équipement standard, en plus de l'exigence obligatoire - la résistance à l'usure, contient généralement des modules adaptés à la fixation de certains paramètres environnementaux (profondeur, température de l'eau, etc.). De plus, dans de nombreux cas, la vitesse du navire dans les systèmes de navigation maritime n'est toujours pas calculée par satellites, mais par des méthodes standard.
