Thiết bị dẫn đường có nhiều loại và sửa đổi. Có những hệ thống được thiết kế để sử dụng ngoài biển khơi, những hệ thống khác được điều chỉnh cho phù hợp với công chúng, sử dụng hoa tiêu theo nhiều khía cạnh cho mục đích giải trí. Hệ thống định vị là gì?
Điều hướng là gì?
Thuật ngữ "điều hướng" có nguồn gốc từ tiếng Latinh. Từ Navigo có nghĩa là "Tôi đang đi trên một con tàu". Đó là, ban đầu nó thực sự là một từ đồng nghĩa với vận chuyển hoặc điều hướng. Nhưng với sự phát triển của công nghệ giúp tàu di chuyển dễ dàng hơn trên các đại dương, cùng với sự ra đời của công nghệ hàng không, vũ trụ, thuật ngữ này đã mở rộng đáng kể phạm vi giải thích có thể có.
Ngày nay, điều hướng có nghĩa là một quá trình trong đó một người điều khiển một đối tượng dựa trên tọa độ không gian của nó. Nghĩa là, điều hướng bao gồm hai quy trình - đây là quy trình kiểm soát trực tiếp, cũng như tính toán sai đường đi tối ưu của đối tượng.
Các loại điều hướng
Việc phân loại các loại điều hướng rất rộng rãi. Các chuyên gia hiện đại phân biệt các giống chính sau:
- ô tô;
- thiên văn;
- phân hướng sinh học;
- không khí;
- dấu cách;
- hàng hải;
- điều hướng vô tuyến;
- vệ tinh;
- ngầm;
- thông tin;
- quán tính.
Một số loại điều hướng ở trên có liên quan chặt chẽ với nhau - chủ yếu là do tính phổ biến của các công nghệ liên quan. Ví dụ: điều hướng trên ô tô thường sử dụng các công cụ dành riêng cho vệ tinh.
Có nhiều loại hỗn hợp, trong đó một số tài nguyên công nghệ được sử dụng đồng thời, chẳng hạn như hệ thống định vị và thông tin. Như vậy, các nguồn thông tin liên lạc vệ tinh có thể là chìa khóa trong đó. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của sự tham gia của họ sẽ là cung cấp thông tin cần thiết cho các nhóm người dùng mục tiêu.
Hệ thống định vị
Loại biểu mẫu điều hướng tương ứng, như một quy luật, một hệ thống cùng tên. Do đó, có một hệ thống định vị ô tô, hàng hải, vũ trụ, v.v. Định nghĩa của thuật ngữ này cũng có mặt trong cộng đồng chuyên gia. Hệ thống định vị, theo cách hiểu thông thường, là sự kết hợp của nhiều loại thiết bị khác nhau (và nếu có, phần mềm) cho phép bạn xác định vị trí của một vật thể, cũng như tính toán lộ trình của nó. Bộ công cụ ở đây có thể khác. Nhưng trong hầu hết các trường hợp, hệ thống được đặc trưng bởi sự hiện diện của các thành phần cơ bản sau, chẳng hạn như:
- thẻ (thường ở dạng điện tử);
- cảm biến, vệ tinh vàcác tổng hợp khác để tính toán tọa độ;
- các đối tượng không thuộc hệ thống cung cấp thông tin về vị trí địa lý của mục tiêu;
- đơn vị phân tích phần cứng-phần mềm cung cấp đầu vào và đầu ra dữ liệu, cũng như liên kết ba thành phần đầu tiên.
Theo quy luật, cấu trúc của một số hệ thống nhất định được điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu của người dùng cuối. Một số loại giải pháp nhất định có thể được nhấn mạnh vào phần phần mềm, hoặc ngược lại, phần cứng. Ví dụ, hệ thống định vị Navitel, vốn phổ biến ở Nga, hầu hết là phần mềm. Nó được thiết kế để sử dụng cho nhiều công dân sở hữu nhiều 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 trước hết đều liên quan đến việc xác định tọa độ của một đối tượng - thường là vị trí địa lý. Trong lịch sử, các công cụ của con người trong lĩnh vực này không ngừng được cải tiến. Ngày nay, các hệ thống định vị tiên tiến nhất là vệ tinh. Cấu trúc của chúng được thể hiện bằng một tập hợp các thiết bị có độ chính xác cao, một phần nằm trên Trái đất, phần còn lại quay trên quỹ đạo. Các hệ thống định vị vệ tinh hiện đại không chỉ có thể tính toán tọa độ địa lý mà còn cả tốc độ của một vật thể, cũng như hướng chuyển động của nó.
Yếu tố điều hướng vệ tinh
Các hệ thống tương ứng bao gồm các yếu tố chính sau: chòm sao vệ tinh, các đơn vị trên mặt đất để đo sự phối hợp của các vật thể trên quỹ đạo và trao đổi thông tin với chúng, thiết bị cho người dùng cuối(người điều hướng) được trang bị phần mềm cần thiết, trong một số trường hợp - thiết bị bổ sung để xác định tọa độ địa lý (tháp GSM, kênh Internet, đèn hiệu vô tuyến, v.v.).
Cách thức hoạt động của định vị vệ tinh
Hệ thống định vị vệ tinh hoạt động như thế nào? Trọng tâm của công việc của nó là một thuật toán để đo khoảng cách từ một vật thể đến vệ tinh. Các vật thể sau nằm trên quỹ đạo thực tế mà không thay đổi vị trí của chúng, và do đó tọa độ của chúng so với Trái đất luôn không đổi. Trong bộ điều hướng, các con số tương ứng được trình bày. Tìm một vệ tinh và kết nối với nó (hoặc với nhiều vệ tinh cùng một lúc), thiết bị sẽ lần lượt xác định vị trí địa lý của nó. Phương pháp chính ở đây là tính toán khoảng cách tới các vệ tinh dựa trên tốc độ của sóng vô tuyến. Một vật thể quay quanh quỹ đạo gửi yêu cầu đến Trái đất với độ chính xác thời gian đặc biệt - đồng hồ nguyên tử được sử dụng cho việc này. Sau khi nhận được phản hồi từ hoa tiêu, vệ tinh (hoặc một nhóm trong số họ) sẽ xác định xem sóng vô tuyến đã truyền đi bao xa trong khoảng thời gian như vậy và như vậy. Tốc độ chuyển động của một vật thể cũng được đo theo cách tương tự - chỉ có điều phép đo ở đây hơi phức tạp hơn.
Khó khăn về kỹ thuật
Chúng tôi đã xác định rằng định vị vệ tinh là phương pháp xác định tọa độ địa lý tiên tiến nhất hiện nay. Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ này trong thực tế đi kèm với một số khó khăn kỹ thuật. Ví dụ như cái gì? Trước hết, đây là sự không đồng nhất của sự phân bố trường hấp dẫn của hành tinh - điều này ảnh hưởng đến vị trí của vệ tinh so với Trái đất. Thuộc tính tương tự cũng được đặc trưng bởikhí quyển. Tính không đồng nhất của nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ của sóng vô tuyến, do đó có thể có độ chính xác trong các phép đo tương ứng.
Một khó khăn kỹ thuật khác - tín hiệu được gửi từ vệ tinh đến bộ 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 các tòa nhà cao rất khó khăn.
Sử dụng vệ tinh trong thực tế
Hệ thống định vị vệ tinh tìm thấy phạm vi ứng dụng rộng nhất. Theo nhiều cách - như một yếu tố của các giải pháp thương mại khác nhau theo định hướng dân sự. Nó có thể là cả thiết bị gia dụng và, ví dụ, một hệ thống phương tiện định vị đa chức năng. Ngoài việc sử dụng cho mục đích dân sự, các nguồn tài nguyên vệ tinh còn được sử dụng bởi các nhà khảo sát, nhà vẽ bản đồ, các công ty vận tải và các dịch vụ chính phủ khác nhau. Các vệ tinh được sử dụng tích cực bởi các nhà địa chất. Đặc biệt, chúng có thể được sử dụng để tính toán động lực chuyển động của các mảng kiến tạo trái đất. Công cụ điều hướng vệ tinh cũng được sử dụng như một công cụ tiếp thị - với sự trợ giúp của phân tích, bao gồm các phương pháp định vị địa lý, các công ty tiến hành nghiên cứu cơ sở khách hàng của họ và cũng có thể gửi quảng cáo được nhắm mục tiêu. Tất nhiên, các công trình quân sự cũng sử dụng thiết bị định vị - trên thực tế, chính họ đã phát triển các hệ thống định vị lớn nhất hiện nay, GPS và GLONASS - tương ứng cho nhu cầu của Quân đội Mỹ và Nga. Và đây không phải là danh sách đầy đủ các khu vực có thể sử dụng vệ tinh.
Điều hướng hiện đạihệ thống
Hệ thống định vị nào hiện đang hoạt động hoặc đang được triển khai? Hãy bắt đầu với cái đã xuất hiện trên thị trường công cộng toàn cầu trước 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 liên lạc qua vệ tinh GPS là thiết bị phổ biến nhất trên thế giới. Chủ yếu là vì, như chúng tôi đã nói ở trên, hệ thống định vị của Mỹ này đã được giới thiệu ra thị trường trước các đối thủ cạnh tranh hiện đại của nó.
GLONASS đang tích cực phổ biến. Đây là một hệ thống định vị của Nga. Nó thuộc về Bộ Quốc phòng Liên bang Nga. Nó được phát triển, theo một phiên bản, vào khoảng cùng năm với GPS - vào cuối những năm 80 - đầu những năm 90. Tuy nhiên, nó chỉ mới được giới thiệu ra thị trường gần đây, vào năm 2011. Ngày càng nhiều nhà sản xuất giải pháp phần cứng cho điều hướng triển khai hỗ trợ GLONASS trong thiết bị của họ.
Người ta cho rằng hệ thống định vị toàn cầu "Beidou", được phát triển ở Trung Quốc, có thể cạnh tranh nghiêm túc với GLONASS và GPS. Đúng, hiện tại nó chỉ hoạt động như một quốc gia. Theo một số nhà phân tích, nó có thể nhận được trạng thái toàn cầu vào năm 2020, khi đủ số lượng vệ tinh sẽ được phóng lên quỹ đạo - khoảng 35. Chương trình phát triển hệ thống Beidou còn tương đối non trẻ - nó chỉ bắt đầu vào năm 2000, và vệ tinh đầu tiên được phát triển bởi Nhà phát triển Trung Quốcra mắt vào năm 2007.
Âu cũng đang cố gắng theo kịp. Hệ thống định vị GLONASS và đối tác của Mỹ có thể cạnh tranh tốt với GALILEO trong tương lai gần. Người châu Âu có kế hoạch triển khai một chòm sao vệ tinh với số lượng đơn vị vật thể quỹ đạo cần thiết vào năm 2020.
Trong số các dự án đầy hứa hẹn khác để phát triển hệ thống định vị, có thể kể đến IRNSS của Ấn Độ, cũng như QZSS của Nhật Bản. Liên quan đến thông tin công khai đầu tiên được quảng cáo rộng rãi về ý định của các nhà phát triển để tạo ra một hệ thống toàn cầu vẫn chưa có sẵn. Người ta cho rằng IRNSS sẽ chỉ phục vụ lãnh thổ của Ấn Độ. Chương trình cũng khá non trẻ - vệ tinh đầu tiên được đưa vào quỹ đạo vào năm 2008. Hệ thống vệ tinh của Nhật Bản cũng được cho là sẽ được sử dụng chủ yếu trong hoặc tiếp giáp với các lãnh thổ quốc gia của quốc gia đang phát triển.
Định vị chính xác
Trên đây, chúng tôi đã lưu ý một số khó khăn liên quan đến hoạt động của hệ thống định vị vệ tinh. Trong số những cái chính mà chúng tôi đã đặt tên - vị trí của các vệ tinh trên quỹ đạo, hoặc chuyển động của chúng dọc theo một quỹ đạo nhất định, không phải lúc nào cũng có đặc điểm là ổn định tuyệt đối do một số lý do. Điều này xác định trước sự thiếu chính xác trong việc tính toán tọa độ địa lý trong bộ điều hướng. Tuy nhiên, đây không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến tính chính xác của việc định vị bằng vệ tinh. Điều gì khác ảnh hưởng đến độ chính xác của các phép tính tọa độ?
Trước hết, cần lưu ý rằng đồng hồ nguyên tử được lắp trên vệ tinh không phải lúc nào cũng chính xác tuyệt đối. Họ có thể, mặc dù khánhỏ, nhưng vẫn ảnh hưởng đến chất lượng của các lỗi hệ thống định vị. Ví dụ, nếu một sai số được thực hiện ở mức hàng chục nano giây khi tính toán thời gian sóng vô tuyến di chuyển, thì độ chính xác trong việc xác định tọa độ của một vật thể trên mặt đất có thể là vài mét. Đồng thời, các vệ tinh hiện đại có thiết bị giúp chúng ta có thể thực hiện các phép tính, thậm chí tính đến các lỗi có thể xảy ra trong hoạt động của đồng hồ nguyên tử.
Chúng tôi đã lưu ý ở trên rằng trong số các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống định vị là tính không đồng nhất của bầu khí quyển Trái đất. Sẽ rất hữu ích nếu bổ sung thực tế này với các thông tin khác liên quan đến ảnh hưởng của các vùng gần Trái đất đối với hoạt động của các vệ tinh. Thực tế là bầu khí quyển của hành tinh chúng ta được chia thành nhiều vùng. Tầng thực sự nằm trên biên giới với không gian mở - tầng điện ly - bao gồm một lớp các hạt có điện tích nhất định. Chúng va chạm với sóng vô tuyến do vệ tinh gửi đi, có thể làm giảm tốc độ của chúng, do đó khoảng cách đến vật thể có thể được tính toán với một sai số. Lưu ý rằng các nhà phát triển điều hướng vệ tinh cũng đang làm việc với loại nguồn của các vấn đề liên lạc: các thuật toán cho hoạt động của thiết bị quỹ đạo, như một quy luật, bao gồm các loại kịch bản khắc phục khác nhau có tính đến các đặc thù của việc truyền sóng vô tuyến qua tầng điện ly trong các tính toán.
Mây và các hiện tượng khí quyển khác cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống định vị. Hơi nước hiện diện trong các lớp tương ứng của khí quyển Trái đất, giống như các hạt trong tầng điện ly, ảnh hưởng đến tốc độsóng vô tuyến.
Tất nhiên, liên quan đến việc sử dụng trong nước của GLONASS hoặc GPS như một phần của các đơn vị như, ví dụ, hệ thống phương tiện định vị, các chức năng của chúng chủ yếu mang tính giải trí, thì sự thiếu chính xác nhỏ trong việc tính toán tọa độ là không quan trọng. Nhưng trong việc sử dụng vệ tinh trong quân sự, các tính toán tương ứng lý tưởng là phải tương ứng với vị trí địa lý thực của các vật thể.
Tính năng của hàng hải
Sau khi nói về loại điều hướng hiện đại nhất, chúng ta hãy tìm hiểu kỹ về lịch sử. Như bạn đã biết, chính thuật ngữ được đề cập lần đầu tiên xuất hiện trong giới hàng hải. Đặc điểm của hệ thống định vị hàng hải là gì?
Nói đến khía cạnh lịch sử, người ta có thể ghi nhận sự phát triển của các công cụ theo ý muốn của những người đi biển. Một trong những "giải pháp phần cứng" đầu tiên là la bàn, theo một số chuyên gia, được phát minh vào thế kỷ 11. 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 sử dụng phép chiếu hình trụ với các góc bằng nhau. Vào thế kỷ 19, một khúc gỗ được phát minh - một đơn vị cơ học có khả năng đo tốc độ của tàu. Trong thế kỷ 20, radar đã xuất hiện trong kho vũ khí của các thủy thủ, và sau đó là các vệ tinh liên lạc không gian. Các hệ thống định vị hàng hải tiên tiến nhất hoạt động ngày nay, do đó gặt hái được nhiều lợi ích từ việc khám phá không gian của con người. Bản chất công việc của họ là gì?
Một số chuyên gia tin rằngĐặc điểm chính đặc trưng của hệ thống định vị hàng hải hiện đại là các thiết bị tiêu chuẩn lắp đặt trên tàu có khả năng chống mài mòn và chống thấm nước rất cao. Điều này khá dễ hiểu - không thể nào một con tàu đang trên hành trình cách đất liền hàng nghìn km lại rơi vào tình huống thiết bị đột ngột bị hỏng. Trên cạn, nơi có sẵn tài nguyên của nền văn minh, mọi thứ đều có thể sửa chữa được, nhưng trên biển thì có vấn đề.
Hệ thống định vị hàng hải có những tính năng đáng chú ý nào khác? Theo quy định, thiết bị tiêu chuẩn, ngoài yêu cầu bắt buộc - khả năng chống mài mòn, còn chứa các mô-đun thích ứng để cố định các thông số môi trường nhất định (độ sâu, nhiệt độ nước, v.v.). Ngoài ra, tốc độ của tàu trong các hệ thống định vị hàng hải trong nhiều trường hợp vẫn không được tính bằng vệ tinh mà bằng các phương pháp tiêu chuẩn.
