Как определить свое местонахождения. История навигации 🔵

Для того чтобы грамотно водить различные виды транспорта, вроде кораблей, самолетов и даже в некоторых случаях автомобилей в современном мире используют навигационные системы. Ведь в случае исчезновения из виду знакомых ориентиров, таких как дома, улицы, береговые линии местоположение движущегося объекта определяется по сигналам GPS, радаров, маяков, а также звездам и Солнцу.

Содержание

История

Древние путешественники при пересечении морей или пустынь вычисляли направление движения по расположению звезд и Солнца. Официально принято считать, что впервые звездную карту составили вавилоняне, заметив, что звезды, находящиеся рядом с осью вращения Земли на Севере практически не двигаются. Именно поэтому одну из таких ярких звезд назвали Полярной и используют для ориентира.

Ориентировочно в 11-12 веках европейцами стал применяться в качестве определителя направления магнитный компас. Постоянный магнит, свободно вращающийся, под влиянием магнитного поля нашей планеты показывает направление на Север или Юг.

С течением времени был создан гирокомпас. Специальный диск в его составе свободно вращается, из-за чего сохраняет неизменным направление оси вращения. В отличие от магнитного, гирокомпас не зависит от возмущения магнитного поля.

Широта и долгота

Астрономы веками составляли таблицы с данными звездных координат. Эти записи позволяли навигаторам определять измеряемое в градусах географическое положение относительно экватора. Наиболее простым методом определения широты является измерение угла между горизонтом и Полярной звездой. Данный угол примерно равен широте местонахождения наблюдателя. В случае отсутствия Полярной звезды в поле зрения измерялась высота другой звезды, и широта бралась из записей в таблицах. Высоту звезд над горизонтом определяли с помощью особого дискообразного прибора — астролябии.

Долгота

Довольно верным, но долгим и неудобным способом было двигаться к цели в поиске широты в северном или южном направлении. Вычисления направления по звездам, компасу и Солнцу были несложными, однако зачастую этому мешали природные явления, такие как течения, приливы и ветер. Необходимо было точно измерить долготу — местонахождение в градусах к западу или востоку от начального меридиана.

Данная проблема была решена с помощью изобретения хронометра — точных часов, которые использовались в навигации.

Современная навигация

На сегодняшний день высоту звезд и Солнца над горизонтом многие штурманы определяют с помощью секстанта — точного визирного прибора. Также, пользуясь радиосигналами точного времени определяется положение судна.

Вблизи берега современные радиостанции и маяки сообщают местоположение судам с помощью радиосигналов.

Определители координат:

Магнитный компас с плавающим кольцевым магнитом;
Гирокомпас;
Секстант;
Судовые навигационные системы;
Навигационные буи, оснащенные автономным питанием (солнечная батарея), фонарями, отражателем радарного излучения и др;
Карта глобального позиционирования;
Компьютерная навигационная система для автотранспорта;
Авиационная навигационная система и многое другое.

Также для этого в космос запущены спутники навигации, которые в состоянии определить местонахождение объекта с погрешностью до 10 метров. Военные спутники способны определять местоположение с более высокой точностью.

Инерциальные системы и счисление пути

Как быть, если сигнал со спутника экранирован или подавлен средствами РЭБ? В таких условиях в дело вступает инерциальная навигация, работающая по принципу «автономного счисления». Система непрерывно суммирует данные прецизионных акселерометров и лазерных гироскопов, вычисляя вектор перемещения относительно точки старта. Такой метод критически важен для подводного флота и глубоководных аппаратов, лишенных прямой связи с внешней средой.

Любая инерциалка имеет свойство «накапливать ошибку» со временем. Поэтому для уточнения координат профессионалы используют редкие моменты всплытия или прохождения над известными донными ориентирами.

Интеграция данных в комплексах ЭКНИС

Современный мостик судна — это не набор разрозненных приборов, а единая информационная среда ЭКНИС (ECDIS). Она в реальном времени накладывает цели АИС и радарную картинку на векторные карты, минимизируя риск столкновения. Штурман больше не чертит линии карандашом, но обязан анализировать входящий поток данных на предмет системных сбоев.

Приемники дифференциальных поправок (DGPS) для ювелирной точности при швартовке;
Доплеровские лаги, измеряющие скорость относительно грунта, а не воды;
Эхолоты для непрерывного контроля подкилевого клиренса;
Датчики угловых скоростей для контроля рыскания объекта.

Автоматизация не отменяет классическую прокладку курса. Грамотный навигатор всегда держит наготове бумажные карты на случай полного обесточивания судна или кибернетической атаки.

Поиск «невязки» и визуальный контроль

Почему опытные профи не доверяют слепо «красной точке» на мониторе? В навигации существует понятие «невязки» — разницы между обсервованными (подтвержденными) и счислимыми координатами. Течения, боковой дрейф и магнитные бури вносят свои коррективы, которые алгоритмы не всегда интерпретируют верно.

Пеленг на маяк или береговую черту, взятый с помощью простого оптического пеленгатора, остается самым надежным способом проверки электроники.

Вы когда-нибудь задумывались, что произойдет, если вся группировка GPS выйдет из строя? Именно поэтому в училищах до сих пор преподают мореходную астрономию, заставляя кадетов ловить Солнце в зеркало секстанта.