Навигация - Navigation

Таблица географии, гидрографии и навигации 1728 г. Циклопедия

Навигация Это область исследования, которая фокусируется на процессе мониторинга и управления перемещением корабля или транспортного средства из одного места в другое.[1] Сфера навигации включает четыре основные категории: наземная навигация, морская навигация, воздушная навигация и космическая навигация.[2]

Это также термин искусства, используемый для обозначения специальных знаний, используемых навигаторами для выполнения задач навигации. Все методы навигации включают определение местоположения навигатора по сравнению с известными местоположениями или шаблонами.

Навигация в более широком смысле может относиться к любому навыку или обучению, которое включает определение положения и направления.[2] В этом смысле навигация включает спортивное ориентирование и пешеходную навигацию.[2]

История

Дальнейшая информация: История навигации
Смотрите также: История геодезии

В европейский средневековый период судоходство считалось частью набора семь механических искусств, ни один из которых не использовался для длительных путешествий через открытый океан. Полинезийская навигация вероятно, самая ранняя форма навигации в открытом океане, она была основана на памяти и наблюдениях, записанных с помощью таких научных инструментов, как Карты океанских волн на Маршалловых островах. Ранние тихоокеанские полинезийцы использовали движение звезд, погоду, положение определенных видов диких животных или размер волн, чтобы найти путь от одного острова к другому.

Морская навигация с использованием научных инструментов, таких как морская астролябия впервые произошло в Средиземном море в средние века. Несмотря на то что наземные астролябии были изобретены в Эллинистический период и существовал в классическая древность и Исламский золотой век, самая старая запись о морской астролябии - это Майорка астроном Рамон Лулль датируется 1295 годом.[3] Усовершенствование этого навигационного прибора связано с португальский штурманы во время раннего Португальские открытия в Эпоха открытий.[4][5] Самое раннее известное описание изготовления и использования морской астролябии принадлежит испанскому космографу. Мартин Кортес де Альбакар с Arte de Navegar (Искусство навигации) опубликовано в 1551 г.,[6] основанный на принципе архипендулум использованы при построении Египетские пирамиды.

Навигация в открытом море с помощью астролябии и компас началось в эпоху Великих географических открытий в 15 веке. Португальцы начали систематически исследовать Атлантический побережье Африка с 1418 г. при спонсорстве Принц Генрих. В 1488 г. Бартоломеу Диас достиг Индийский океан по этому маршруту. В 1492 г. Испанские монархи финансируется Христофор Колумб экспедиция плыть на запад, чтобы достичь Инди пересекая Атлантику, что привело к Открытие Америки. В 1498 году португальская экспедиция под командованием Васко да Гама достиг Индия плаванием вокруг Африки, открывая прямую торговлю с Азия. Вскоре португальцы поплыли дальше на восток, к Острова специй в 1512 г., высадка в Китай год спустя.

Первое кругосветное плавание было совершено в 1522 г. Экспедиция Магеллан-Элькано, испанское путешествие открытий под руководством португальского исследователя Фердинанд Магеллан и заполнен испанским навигатором Хуан Себастьян Элькано после смерти бывшего в Филиппины в 1521 году. Флот из семи кораблей отплыл из Санлукар-де-Баррамеда на юге Испания в 1519 г. пересек Атлантический океан и после нескольких остановок обогнул южную оконечность Южная Америка. Некоторые корабли были потеряны, но оставшийся флот продолжил движение по Тихий океан сделать ряд открытий, в том числе Гуам и Филиппины. К тому времени из первоначальных семи галеонов осталось только два. В Виктория во главе с Элькано пересек Индийский океан и на север вдоль побережья Африки, чтобы наконец прибыть в Испанию в 1522 году, через три года после своего отъезда. В Тринидад отплыл на восток от Филиппин, пытаясь найти морской путь обратно к Америка, но безуспешно. Восточный маршрут через Тихий океан, также известный как Торнавиае (обратный путь) был обнаружен только сорок лет спустя, когда испанский космограф Андрес де Урданета отплыл из Филиппин на север до параллели 39 ° и попал на восток Куросио Текущий который перевез свой галеон через Тихий океан. Он прибыл в Акапулько 8 октября 1565 г.

Этимология

Термин происходит из 1530-х годов, из латинский навигация (ном. навигация), из Navigatus, стр. из навигация "плыть, плыть, плыть по морю, управлять кораблем", из Навис "корабль" и корень Agere "водить".[7]

Базовые концепты

Карта мира longlat.svg
Долгота (λ)
Появляются линии долготы вертикальный с различной кривизной в этой проекции, но на самом деле представляют собой половинки больших эллипсов с одинаковыми радиусами на заданной широте.
Широта (φ)
Появляются линии широты горизонтальный с разной кривизной в этой проекции; но на самом деле они круглые с разными радиусами. Все местоположения с заданной широтой вместе называются круг широты.
Карта мира с equator.svg
В экватор делит планету на Северное полушарие и Южное полушарие, и имеет широту 0 °.

Широта

Дальнейшая информация: Широта

Грубо говоря, широта места на Земле - это его угловое расстояние к северу или югу от экватор.[8] Широта обычно выражается в градусы (отмечены °) в диапазоне от 0 ° на Экватор до 90 ° на Северном и Южном полюсах.[8] Широта Северный полюс составляет 90 ° с.ш., а широта Южный полюс составляет 90 ° ю.[8] Моряки вычислили широту в Северном полушарии, увидев Полярную звезду Полярная звезда с секстант и использование таблиц уменьшения зрения для корректировки высоты глаза и атмосферной рефракции. Высота Полярная звезда в градусах над горизонтом - это широта наблюдателя в пределах одного градуса или около того.

Долгота

Дальнейшая информация: Долгота

Подобно широте, долгота места на Земле - это угловое расстояние к востоку или западу от нулевой меридиан или же Гринвичский меридиан.[8] Долгота обычно выражается в градусы (отмечены °) в диапазоне от 0° на гринвичском меридиане до 180° Восток и Запад. Сидней, например, имеет долготу около 151 ° в.д.. Нью-Йорк имеет долготу 74 ° з.д.. Большую часть истории моряки изо всех сил пытались определить долготу. Долготу можно вычислить, если известно точное время обнаружения. В отсутствие этого можно использовать секстант взять лунное расстояние (также называемый лунное наблюдение, или для краткости "лунный"), что с морской альманах, можно использовать для расчета времени на нулевой долготе (см. Время по Гринвичу ).[9] Надежный морские хронометры были недоступны до конца 18 века и были недоступны до 19 века.[10][11][12] Около ста лет, с 1767 по 1850 год,[13] моряки, у которых не было хронометра, использовали метод лунных расстояний, чтобы определить время по Гринвичу, чтобы найти свою долготу. Моряк с хронометром мог проверить его показания, используя лунное определение времени по Гринвичу.[10][14]

Локсодромия

Дальнейшая информация: Линия румба

В навигации линия румба (или локсодрома) - это линия, пересекающая все меридианы долготы под одним и тем же углом, то есть путь, полученный из определенного начального пеленга. То есть, взяв начальный пеленг, следует двигаться по тому же пеленгу, не меняя направления, измеренного относительно истинного или магнитного севера.

Способы навигации

Большинство современных систем навигации основывается, прежде всего, на позициях, определяемых электронным способом приемниками, собирающими информацию со спутников. Большинство других современных методов основаны на пересечении линии позиции или LOP.[15]

Линия положения может относиться к двум разным вещам, либо к линии на графике, либо к линии между наблюдателем и объектом в реальной жизни.[16] Пеленг - это мера направления на объект.[16] Если навигатор измеряет направление в реальной жизни, угол может быть нанесен на морская карта и навигатор будет на этой линии на карте.[16]

Помимо пеленгов, навигаторы также часто измеряют расстояния до объектов.[15] На графике расстояние образует круг или дугу положения.[15] Окружности, дуги и гиперболы позиций часто называют линиями позиций.

Если навигатор рисует две линии позиций, и они пересекаются, он должен быть в этой позиции.[15] А исправить является пересечением двух или более LOP.[15]

Если доступна только одна строка позиции, это можно сравнить с счисление положение, чтобы установить предполагаемое положение.[17]

Линии (или круги) позиции могут быть получены из различных источников:

  • астрономические наблюдения (короткий отрезок круг равной высоты, но обычно отображается в виде линии),
  • земной диапазон (естественный или искусственный), когда две отмеченные точки находятся на одной линии друг с другом,[18]
  • пеленг компаса на объект на карте,
  • дальность действия радара до объекта на карте,
  • на определенных берегах зондирование глубины от эхолот или рука ведущая линия.

Есть некоторые методы, которые сегодня редко используются, такие как «погружение света» для расчета географического расстояния от наблюдателя до маяка.

Способы навигации изменились с течением времени.[19] Каждый новый метод улучшал способность моряка завершить свое путешествие.[19] Одно из самых важных суждений, которое должен сделать навигатор, - это лучший метод, который нужно использовать.[19] Некоторые типы навигации представлены в таблице.

ИллюстрацияОписаниеЗаявление
К традиционным методам навигации относятся:
Крейсерский моряк navigating.jpgВ морской навигации Счисление или DR, при котором человек продвигается на предыдущую позицию, используя курс и скорость корабля. Новая позиция называется позицией DR. Принято считать, что только курс и скорость определяют положение DR. Исправление положения DR для свобода действий, текущие эффекты и ошибка рулевого управления приводят к оценке местоположения или EP. An инерциальный навигатор развивает чрезвычайно точный EP.[19]Используется всегда.
SplitPointLighthouse.jpgВ морской навигации Пилотаж включает в себя навигацию в ограниченных / прибрежных водах с частым определением местоположения относительно географических и гидрографических особенностей.[19]Когда в пределах видимости земли.
Ориентирование map.jpgНаземная навигация это дисциплина следования по маршруту по местности пешком или на транспортном средстве с использованием карт с привязкой к местности, компаса и других основных навигационных инструментов и / или использования ориентиров и знаков. Поиск пути это более основная форма.Используется всегда.
Moon-Mdf-2005.jpgНебесная навигация включает в себя сокращение небесных измерений до линий положения с помощью таблиц, сферическая тригонометрия, и альманахи. Он в основном используется на море, но может использоваться и на суше.Используется в основном как резервная копия для спутник и другие электронные системы в открытом океане.[19]
Электронная навигация охватывает любой метод определение положения с использованием электронных средств, в том числе:
Decca Navigator Mk 12.jpgРадионавигация использует радиоволны для определения местоположения либо системы радиопеленгации или гиперболические системы, такие как Декка, Омега и ЛОРАН-С.Доступность снизилась из-за развития точной GNSS.
Экран радара.JPGРадарная навигация использует радар для определения расстояния или пеленга объектов, положение которых известно. Этот процесс отличается от использования радара в качестве системы предотвращения столкновений.[19]В первую очередь, когда находится в пределах досягаемости радара до земли.
GPS-спутник НАСА art-iif.jpgСпутниковая навигация использует глобальную навигационную спутниковую систему (GNSS) для определения местоположения.[19]Используется во всех ситуациях.

Практика навигации обычно включает комбинацию этих различных методов.[19]

Психологические проверки навигации

Путем мысленных навигационных проверок пилот или штурман оценивает траектории, расстояния и высоты, которые затем помогают пилоту избегать грубых навигационных ошибок.

Пилотирование

Дальнейшая информация: Пилотаж
Ручная навигация через воздушное пространство Нидерландов

Пилотирование (также называемое лоцманской проводкой) включает в себя управление воздушным судном путем визуального отслеживания ориентиров,[20] или водное судно в ограниченных водах и как можно более точное определение его положения через частые промежутки времени.[21] В большей степени, чем на других этапах навигации, важны правильная подготовка и внимание к деталям.[21] Процедуры различаются от судна к судну, а также между военными, коммерческими и частными судами.[21]

Военная команда штурмана почти всегда будет состоять из нескольких человек.[21] Военный штурман мог бы иметь пеленгаторов, размещенных у гироскопических ретрансляторов на крыльях мостика, для одновременного пеленгования, в то время как гражданский штурман часто должен сам определять и наносить их на карту.[21] В то время как у военного штурмана будет пеленгатор и кто-то, кто будет записывать записи для каждой точки, гражданский штурман будет просто управлять пеленгами на карте по мере их измерения и не записывать их вообще.[21]

Если судно оборудовано электронной картографической навигационной информационной системой (ECDIS), штурману целесообразно просто следить за движением судна по выбранному пути, визуально удостоверяясь, что судно движется по желаемому маршруту, проверяя компас, эхолот и другие индикаторы только изредка.[21] Если пилот находится на борту, как это часто бывает в самых ограниченных водах, на его суждение обычно можно положиться, что еще больше снизит рабочую нагрузку.[21] Но если ЭКНИС выйдет из строя, штурману придется полагаться на свое мастерство в руководстве и проверенные временем процедуры.[21]

Небесная навигация

Основная статья: Небесная навигация
Небесная точка будет на пересечении двух или более кругов.

Системы астрономической навигации основаны на наблюдении за положением солнце, Луна, Планеты и навигационные звезды. Такие системы используются как для наземной навигации, так и для межзвездной навигации. Зная, над какой точкой вращающейся Земли находится небесный объект, и измерив его высоту над горизонтом наблюдателя, навигатор может определить расстояние до этой точки. А морской альманах и морской хронометр используются для вычисления подпункта на Земле, когда небесное тело закончилось, и секстант используется для измерения угловой высоты тела над горизонтом. Затем эту высоту можно использовать для вычисления расстояния от подпункта для создания круговой линии положения. Навигатор последовательно выстреливает несколько звезд, чтобы получить серию перекрывающихся линий положения. Там, где они пересекаются, и есть небесная точка. Также можно использовать луну и солнце. Солнце также может использоваться само по себе для съемки последовательности линий положения (лучше всего делать это около полудня по местному времени) для определения положения.[22]

Морской хронометр

Основная статья: Морской хронометр

Чтобы точно измерить долготу, необходимо записать точное время появления секстанта (с точностью до секунды, если возможно). Каждая секунда ошибки эквивалентна 15 секундам ошибки долготы, которая на экваторе является ошибкой положения в 0,25 морской мили, что примерно соответствует пределу точности ручной астронавигации.

Морской хронометр с пружинным приводом - это точный хронометр, используемый на борту корабля для определения точного времени при наблюдении за небом.[22] Хронометр отличается от часов с пружинным приводом главным образом тем, что он содержит регулируемое рычажное устройство для поддержания равномерного давления на заводную пружину и специальный баланс, предназначенный для компенсации колебаний температуры.[22]

Хронометр с пружинным приводом устанавливается приблизительно на среднее время по Гринвичу (GMT) и не сбрасывается до тех пор, пока прибор не будет отремонтирован и очищен, обычно с трехлетними интервалами.[22] Разница между временем по Гринвичу и временем хронометра тщательно определяется и применяется как поправка ко всем показаниям хронометра.[22] Хронометры с пружинным приводом необходимо заводить каждый день примерно в одно и то же время.[22]

Морские хронометры с кварцевым кристаллом заменили хронометры с пружинным приводом на борту многих судов из-за их большей точности.[22] Они поддерживаются по Гринвичу непосредственно с помощью радиосигналов времени.[22] Это устраняет ошибку хронометра и исправляет ошибки часов.[22] Если секундная стрелка ошибается на считываемую величину, ее можно сбросить электрически.[22]

Основным элементом для генерации времени является кварцевый генератор.[22] Кристалл кварца имеет температурную компенсацию и герметично закрыт в вакуумированном корпусе.[22] Возможна калиброванная регулировка для корректировки старения кристалла.[22]

Хронометр рассчитан на работу минимум 1 год от одного комплекта батарей.[22] Наблюдения могут быть синхронизированы, а судовые часы установлены с часами для сравнения, которые устанавливаются на время хронометра и переносятся на крыло мостика для записи времени наблюдения.[22] На практике подойдут наручные часы, согласованные с точностью до секунды с хронометром.[22]

Секундомер, с пружинным заводом или цифровой, также может использоваться для наблюдений за небом.[22] В этом случае часы запускаются хронометром в известное время по Гринвичу, и время, прошедшее с каждого прицела, добавляется к нему, чтобы получить время по Гринвичу прицела.[22]

Все хронометры и часы следует регулярно проверять с помощью радиосигнала времени.[22] Время и частота радиосигналов времени указаны в таких публикациях, как Радионавигационные средства.[22]

Морской секстант

Морской секстант используется для измерения высоты небесных тел над горизонтом.
Дальнейшая информация: Секстант

Второй важнейший компонент астрономической навигации - это измерение угла, образующегося в глазах наблюдателя между небесным телом и видимым горизонтом. Секстант, оптический инструмент, используется для выполнения этой функции. Секстант состоит из двух основных сборок. Рама представляет собой жесткую треугольную структуру с шарниром вверху и градуированным сегментом круга, называемым «дугой», внизу. Второй компонент - это индексный рычаг, который прикреплен к шарниру в верхней части рамы. Внизу - бесконечный верньер, который зажимается зубцами на дне «дуги». Оптическая система состоит из двух зеркал и, как правило, телескопа малой мощности. Одно зеркало, называемое «индексным зеркалом», прикреплено к верхней части индексного рычага над шарниром. Когда рычаг указателя перемещается, это зеркало вращается, и градуированная шкала на дуге показывает измеренный угол («высоту»).

Второе зеркало, называемое «стекло горизонта», крепится к передней части рамы. Одна половина стекла горизонта посеребрена, а другая половина прозрачна. Свет от небесного тела попадает в индексное зеркало и отражается в посеребренную часть стекла горизонта, а затем обратно в глаз наблюдателя через телескоп. Наблюдатель манипулирует указательным рычагом, так что отраженное изображение тела в стекле горизонта просто опирается на визуальный горизонт, видимый через прозрачную сторону стекла горизонта.

Регулировка секстанта состоит из проверки и юстировки всех оптических элементов, чтобы исключить «коррекцию индекса». Коррекцию индекса следует проверять, используя горизонт или, более предпочтительно, звезду, каждый раз, когда используется секстант. Практика проведения наблюдений за небом с палубы катящегося корабля, часто через облачный покров и с туманным горизонтом, на сегодняшний день является наиболее сложной частью астрономической навигации.[нужна цитата ]

Инерциальная навигация

Дальнейшая информация: Инерциальная навигационная система

Инерциальная навигационная система (INS) - это счисление тип навигационной системы, которая вычисляет свое положение на основе датчиков движения. Перед началом навигации устанавливаются начальная широта и долгота, а также физическая ориентация ИНС относительно Земли (например, север и уровень). После юстировки ИНС получает импульсы от детекторов движения, которые измеряют (а) ускорение по трем осям (акселерометры) и (б) скорость вращения вокруг трех ортогональных осей (гироскопы). Это позволяет ИНС постоянно и точно рассчитывать свои текущие широту и долготу (и часто скорость).

Преимущества перед другими навигационными системами заключаются в том, что после согласования ИНС не требует внешней информации. На INS не влияют неблагоприятные погодные условия, и она не может быть обнаружена или заблокирована. Его недостаток заключается в том, что, поскольку текущее положение рассчитывается исключительно на основе предыдущих положений и датчиков движения, его ошибки накапливаются, увеличиваясь со скоростью, примерно пропорциональной времени, прошедшему с момента ввода исходного положения. Следовательно, инерциальные навигационные системы должны часто корректироваться с помощью «определения местоположения» от навигационной системы другого типа.

Первой инерциальной системой считается система наведения Фау-2, развернутая немцами в 1942 году. Однако инерционные датчики появились еще в начале 19 века.[23] Преимущества ИНС обусловили их использование в самолетах, ракетах, надводных кораблях и подводных лодках. Например, военно-морской флот США разработал корабельную инерциальную навигационную систему (SINS) во время Ракета Polaris программа по обеспечению надежной и точной навигационной системы для запуска ее систем наведения ракет. Инерциальные навигационные системы широко использовались до спутниковая навигация системы (GPS) стали доступны. ИНС по-прежнему широко используются на подводных лодках (поскольку прием GPS или другие источники определения местоположения невозможны в подводном состоянии) и ракетах большой дальности.

Электронная навигация

Точность навигационных систем.svg

Радионавигация

Основные статьи: Радионавигация и Радиопеленгатор

Радиопеленгатор или RDF - это устройство для определения направления на радио источник. Благодаря способности радио перемещаться на очень большие расстояния «за горизонт», оно является особенно хорошей навигационной системой для кораблей и самолетов, которые могут лететь на расстоянии от земли.

RDF работает путем вращения направленного антенна и прослушивание направления, в котором сигнал от известной станции проходит наиболее сильно. Такая система широко использовалась в 1930-х и 1940-х годах. Антенны RDF легко обнаружить Немецкий Вторая Мировая Война самолет, как петли под задней частью фюзеляжа, в то время как большинство нас Самолет заключал антенну в небольшой каплевидный обтекатель.

В навигационных приложениях RDF-сигналы предоставляются в виде радиомаяки, радиоверсия маяк. Сигнал обычно простой ЯВЛЯЮСЬ трансляция азбука Морзе серия букв, на которую RDF может настроиться, чтобы увидеть, находится ли маяк «в эфире». Большинство современных детекторов также могут настраиваться на любые коммерческие радиостанции, что особенно полезно из-за их высокой мощности и расположения вблизи крупных городов.

Декка, ОМЕГА, и ЛОРАН-С - это три похожие гиперболические навигационные системы. Декка была гиперболический Низкая частота радионавигация система (также известная как мультилатерация ), который был впервые развернут во время Вторая Мировая Война когда силам союзников потребовалась система, которая могла бы использоваться для точной высадки. Как и в случае с Лоран С, его основное использование было для судоходства в прибрежных водах. Рыболовные суда были основными послевоенными пользователями, но они также использовались на самолетах, включая очень раннее (1949 г.) применение отображения движущихся карт. Система была развернута в Северном море и использовалась вертолетами, выполнявшими рейсы нефтяные платформы.

Навигационная система OMEGA была первой по-настоящему глобальной радионавигация система для самолетов, эксплуатируемая Соединенные Штаты в сотрудничестве с шестью странами-партнерами. OMEGA была разработана ВМС США для пользователей военной авиации. Он был одобрен для разработки в 1968 году и обещал истинное всемирное покрытие океана с использованием всего восьми передатчиков и возможность достижения точности в четыре мили (6 км) при определении местоположения. Первоначально система должна была использоваться для навигации ядерных бомбардировщиков через Северный полюс в Россию. Позже его нашли пригодным для подводных лодок.[1] Благодаря успеху спутниковая система навигации Использование Omega сократилось в 1990-е годы до такой степени, что стоимость эксплуатации Omega уже не могла быть оправдана. Omega была остановлена ​​30 сентября 1997 года, и все станции прекратили работу.

ЛОРАН - земной навигация система с использованием Низкая частота радиопередатчики, которые используют временной интервал между радиосигналами, полученными от трех или более станций, для определения местоположения корабля или самолета. Текущая широко используемая версия LORAN - LORAN-C, которая работает в Низкая частота участок спектра ЭМ от 90 до 110 кГц. Многие страны являются пользователями системы, в том числе Соединенные Штаты, Япония, и несколько европейских стран. Россия использует почти точную систему в том же частотном диапазоне, называемую ЧАЙКА. Использование LORAN резко снижается, с GPS являясь основной заменой. Однако есть попытки улучшить и повторно популяризировать LORAN. Сигналы LORAN менее восприимчивы к помехам и могут лучше проникать в листву и здания, чем сигналы GPS.

Радарная навигация

Дальнейшая информация: Радарная навигация и Доплеровский радар § навигация
Радиолокационные дальности и пеленги могут использоваться для определения местоположения.

Когда судно находится в пределах досягаемости радара до суши или специальных радиолокационных средств навигации, навигатор может определять расстояния и угловые пеленги до объектов на карте и использовать их для определения дуг положения и линий положения на карте.[24] Исправление, состоящее только из радиолокационной информации, называется исправлением радиолокатора.[25]

Типы исправлений радара включают «дальность и пеленг на один объект»,[26] «два или более подшипника»,[26] "касательные подшипники",[26] и «два или более диапазонов».[26]

Параллельное индексирование - это метод, определенный Уильямом Бургером в книге 1957 года. Справочник радиолокационного наблюдателя.[27] Этот метод заключается в создании на экране линии, параллельной курсу корабля, но смещенной влево или вправо на некоторое расстояние.[27] Эта параллельная линия позволяет навигатору сохранять определенное расстояние от опасностей.[27]

Некоторые техники были разработаны для особых ситуаций. Один из них, известный как «контурный метод», включает маркировку прозрачного пластикового шаблона на экране радара и перемещение его на карту для определения местоположения.[28]

Другая особая техника, известная как метод непрерывного радиолокационного построения Франклина, включает в себя рисование пути, по которому радарный объект должен следовать на экране радара, если корабль остается на запланированном курсе.[29] Во время перехода навигатор может проверить, идет ли корабль по маршруту, проверив, что точка лежит на нарисованной линии.[29]

Спутниковая навигация

Дальнейшая информация: Спутниковая навигация

Глобальная навигационная спутниковая система или GNSS - это термин для спутниковых навигационных систем, которые обеспечивают определение местоположения с глобальным охватом. GNSS позволяет электронный приемники для определения их местоположения (долгота, широта, и высота ) с точностью до нескольких метров, используя сигналы времени передается по Поле зрения к радио из спутники. Приемники на земле с фиксированным положением также могут использоваться для расчета точного времени в качестве ориентира для научных экспериментов.

По состоянию на октябрь 2011 г. Соединенные Штаты НАВСТАР спутниковая система навигации (GPS) и русский ГЛОНАСС являются глобально работающими GNSS. В Евросоюз с Система позиционирования Galileo представляет собой GNSS следующего поколения, находящуюся на заключительном этапе развертывания и введенную в эксплуатацию в 2016 году. Китай указал, что может расширить свой региональный Система навигации Beidou в глобальную систему.

Более двух десятков спутников GPS находятся в средняя околоземная орбита, передача сигналов, позволяющих приемникам GPS определять место расположения, скорость и направление.

С тех пор, как в 1978 году был запущен первый экспериментальный спутник, GPS стал незаменимым помощником для навигации по всему миру и важным инструментом для картографирование и землеустройство. GPS также обеспечивает точное ссылка времени используется во многих приложениях, включая научные исследования землетрясения, и синхронизация телекоммуникационных сетей.

Разработано Министерство обороны США, GPS официально называется NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System). В спутниковая группировка управляется ВВС США 50-е космическое крыло. Стоимость обслуживания системы составляет примерно АМЕРИКАНСКИЙ ДОЛЛАР$ 750 миллионов в год,[30] включая замену устаревших спутников и исследования и разработки. Несмотря на это, GPS бесплатен для гражданского использования в качестве общественное благо.

Современное смартфоны действовать как личные GPS навигаторы для мирных жителей, которым они принадлежат. Чрезмерное использование этих устройств, будь то в автомобиле или пешком, может привести к относительной неспособности узнать о навигационной среде, что приведет к неоптимальным навигационным возможностям, когда и если эти устройства станут недоступны [31][32][33]. Обычно компас также предоставляется для определения направления в неподвижном состоянии.

Акустическая навигация

Основные статьи: Сонар и Акустическая локация

Процессы навигации

Суда и аналогичные суда

Однодневная работа в навигации

Ежедневная работа в навигации - это минимальный набор задач, соответствующий разумной навигации. Определение будет отличаться для военных и гражданских судов и от корабля к кораблю, но традиционный метод принимает форму, напоминающую:[34]

  1. Поддерживайте непрерывный заговор с расчетом.
  2. Наблюдайте за двумя или более звездами в утренних сумерках, чтобы зафиксировать положение неба (целесообразно наблюдать за 6 звездами).
  3. Утреннее наблюдение за солнцем. Можно взять с собой или рядом основная вертикаль по долготе или в любое время по линии позиции.
  4. Определите погрешность компаса, наблюдая за солнцем по азимуту.
  5. Вычисление интервала до полудня, времени наблюдения местного кажущегося полудня и констант для меридиональных или экс-меридиональных достопримечательностей.
  6. Наблюдение за полуденным меридианом или экс-меридианом солнца по линии полуденной широты. Бегущая фиксация или пересечение с линией Венеры для фиксации полудня.
  7. Определение дневного времени пробега, захода и дрейфа дня.
  8. По крайней мере, одна линия полуденного солнца, если звезды не видны в сумерках.
  9. Определите погрешность компаса, наблюдая за солнцем по азимуту.
  10. Сделайте наблюдения за двумя или более звездами в вечерних сумерках для определения небесного положения (разумно наблюдать за 6 звездами).

Навигация на судах обычно всегда ведется по мост. Это также может происходить в соседнем помещении, где доступны диаграммы и публикации.

Планирование проезда

Основная статья: Планирование проезда
Плохое планирование перехода и отклонение от плана могут привести к посадке на мель, повреждению корабля и потере груза.

Планирование перехода или планирование рейса - это процедура для разработки полного описания рейса судна от начала до конца. План включает в себя выход из дока и гавани, часть рейса по маршруту, приближение к месту назначения и швартовка. Согласно международному праву, судовая капитан несет юридическую ответственность за планирование проезда,[35] однако на более крупных судах задача будет делегирована судовой штурман.[36]

Исследования показывают, что человеческая ошибка является фактором 80% навигационных аварий, и во многих случаях человек, совершивший ошибку, имел доступ к информации, которая могла бы предотвратить аварию.[36] Практика планирования рейса эволюционировала от карандашных линий на морские карты к процессу управление рисками.[36]

Планирование перехода состоит из четырех этапов: оценка, планирование, исполнение и мониторинг.[36] которые указаны в Международная морская организация Резолюция A.893 (21), Руководство по планированию рейса,[37] и эти руководящие принципы отражены в местных законах стран, подписавших ИМО (например, Раздел 33 Закона США Свод федеральных правил ), а также ряд профессиональных книг или публикаций. Полный план перехода состоит из пятидесяти элементов, в зависимости от размера и типа судна.

Этап оценки связан со сбором информации, относящейся к предлагаемому рейсу, а также установлением рисков и оценкой ключевых характеристик рейса. Это будет включать рассмотрение типа необходимой навигации, например Ледовая навигация, регион, через который будет проходить корабль, и гидрографический информация о маршруте. На следующем этапе создается письменный план. Третий этап - выполнение окончательного плана рейса с учетом любых особых обстоятельств, которые могут возникнуть, таких как изменения погоды, которые могут потребовать пересмотра или изменения плана. Заключительный этап планирования перехода состоит из отслеживания движения судна по отношению к плану и реагирования на отклонения и непредвиденные обстоятельства.

Интегрированные мостовые системы

Интегрированная мостовая система, интегрированная на морское служебное судно

Электронные интегрированные мосты определяют будущее навигационных систем.[19] Интегрированные системы принимают входные данные от различных судовых датчиков, в электронном виде отображают информацию о местоположении и выдают управляющие сигналы, необходимые для поддержания судна на заданном курсе.[19] Навигатор становится системным менеджером, выбирая предварительные настройки системы, интерпретируя выходные данные системы и отслеживая реакцию судна.[19]

Наземная навигация

Основная статья: Наземная навигация

Навигация для автомобилей и других наземных транспортных средств обычно использует карты, ориентиры, а в последнее время компьютерная навигация ("спутниковая навигация ", сокращение от спутниковой навигации), а также любые средства, доступные на воде.

Компьютеризированная навигация обычно основана на GPS для информации о текущем местоположении база данных навигационных карт дорог и судоходных маршрутов, а также алгоритмы связанный с проблема кратчайшего пути для определения оптимальных маршрутов.

Подводная навигация

Основные статьи: Дайвер навигация и Подводная навигация

Стандарты, обучение и организации

Профессиональные стандарты навигации зависят от типа навигации и зависят от страны. Для морского судоходства, Торговый флот палубные офицеры прошли обучение и международную сертификацию в соответствии с Конвенция ПДНВ.[38] Моряки-любители и отдыхающие могут брать уроки навигации в местных / региональных учебных заведениях. Военно-морской Офицеры получают навигационную подготовку в рамках своей военно-морской подготовки.

В области наземной навигации курсы и подготовка часто предоставляются молодежи в рамках общего или внешкольного образования. Сухопутная навигация также является важной частью армейской подготовки. Кроме того, такие организации, как Скауты и Программа DoE научить своих студентов навигации. Спортивное ориентирование организации - это вид спорта, требующий навыков навигации с использованием карты и компаса для навигации от точки к точке в разнообразной и обычно незнакомой местности при быстром движении.[39]

В авиации пилоты берутся за аэронавигация обучение как часть обучения полетам.

Профессиональные организации также помогают поощрять улучшения в навигации или объединять навигаторов в изученной среде. В Королевский институт навигации (RIN) - это научное общество с благотворительным статусом, направленным на содействие развитию судоходства на суше и на море, в воздухе и в космосе. Он был основан в 1947 году как форум моряков, пилотов, инженеров и ученых для сравнения своего опыта и обмена информацией.[40] В США Институт навигации (ION) - некоммерческая профессиональная организация, развивающая искусство и науку позиционирования, навигации и времени.[41]

Публикации

Многочисленные морские публикации доступны в навигации, которые публикуются профессиональными источниками по всему миру. В Великобритании Гидрографическое управление Соединенного Королевства, то Издательская группа Witherby и Морской институт предоставить многочисленные навигационные публикации, в том числе полное Адмиралтейское руководство по навигации.[42][43]

В США, Американский практический навигатор Боудитча - это бесплатная энциклопедия навигации, выпущенная правительством США.[44]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Боудич, 2003: 799.
  2. ^ а б c Релл Прос-Велленхоф, Бернхард (2007). Навигация: принципы позиционирования и руководства. Springer. С. 5–6. ISBN  978-3-211-00828-7.
  3. ^ Ty Pros - спутник кораблей и моря, Изд. Питера Кемпа, 1976 г. ISBN  0-586-08308-1
  4. ^ Comandante Estácio dos Reis (2002 год). Astrolábios Náuticos. ИНАПА. ISBN  978-972-797-037-7.
  5. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-11-22. Получено 2013-04-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Суаник, Лоис Энн. Анализ навигационных инструментов в эпоху исследований: с 15 века до середины 17 века, Диплом магистра, Техасский университет A&M, декабрь 2005 г.
  7. ^ Интернет-словарь этимологии
  8. ^ а б c d Боудич, 2003: 4.
  9. ^ Norie, J.W. (1828). Новое и полное воплощение практической навигации. Лондон. п. 222. Архивировано с оригинал на 2007-09-27. Получено 2007-08-02.
  10. ^ а б Norie, J.W. (1828). Новое и полное воплощение практической навигации. Лондон. п. 221. Архивировано с оригинал на 2007-09-27. Получено 2007-08-02.
  11. ^ Тейлор, Джанет (1851). Образец навигации и морской астрономии (Девятое изд.). Тейлор. п. 295f. Получено 2007-08-02. Морской альманах 1849-1851 гг.
  12. ^ Бриттен, Фредерик Джеймс (1894). Бывшие часовщики и их работа. Нью-Йорк: Спон и Чемберлен. п.230. Получено 2007-08-08. Хронометры не поставлялись в Королевский флот регулярно до 1825 года.
  13. ^ Леки, сквайр, Морщины в практической навигации
  14. ^ Робертс, Эдмунд (1837). «Глава XXIV: отбытие из Мозамбика». Посольство при восточных дворах Кочинского Китая, Сиама и Маската: на военном шлюпе США «Павлин» ... в 1832–3–184 годах. (Цифровое издание). Харпер и братья. п. 373. Получено 25 апреля, 2012. ... то, что я сказал, будет служить, чтобы показать абсолютную необходимость иметь первоклассные хронометры или лунные наблюдения, к которым нужно внимательно относиться; и никогда не пропускать прием, когда это практически возможно.
  15. ^ а б c d е Мэлони, 2003: 615.
  16. ^ а б c Мэлони, 2003: 614
  17. ^ Мэлони, 2003: 618.
  18. ^ Мэлони, 2003: 622.
  19. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Боудич, 2002: 1.
  20. ^ Федеральные авиационные правила, часть 1 §1.1
  21. ^ а б c d е ж грамм час я Боудич, 2002: 105.
  22. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Боудич, 2002: 269.
  23. ^ «Исторический взгляд на инерциальные навигационные системы», Даниэль Тазартес, 2014 Международный симпозиум по инерционным датчикам и системам (ISISS), Лагуна-Бич, Калифорния, США
  24. ^ Мэлони, 2003: 744.
  25. ^ Боудич, 2002: 816.
  26. ^ а б c d Национальное агентство изображений и картографии, 2001: 163.
  27. ^ а б c Национальное агентство изображений и картографии, 2001: 169.
  28. ^ Национальное агентство изображений и картографии, 2001: 164.
  29. ^ а б Национальное агентство изображений и картографии, 2001: 182.
  30. ^ Обзор GPS от Объединенного программного офиса NAVSTAR В архиве 2006-09-28 на Wayback Machine. По состоянию на 15 декабря 2006 г.
  31. ^ Гардони, Аарон Л. (апрель 2013 г.). «Как навигационные средства ухудшают пространственную память: свидетельства разделенного внимания». Пространственное познание и вычисления. 13 (4): 319–350. Дои:10.1080/13875868.2013.792821. S2CID  7905481.
  32. ^ Гардони, Аарон Л. (июнь 2015 г.). «Навигационные средства и нарушение пространственной памяти: роль разделенного внимания». Пространственное познание и вычисления. 15 (4): 246–284. Дои:10.1080/13875868.2015.1059432. S2CID  42070277.
  33. ^ Зима, Стивен (2007). Теория пространственной информации. Гейдельберг, Германия: Springer Berlin. С. 238–254. ISBN  978-3-540-74788-8.
  34. ^ Терпин и МакИвен, 1980: 6–18.
  35. ^ «Правило 34 - Безопасное плавание». РЕЗОЛЮЦИЯ ИМО A.893 (21) принята 25 ноября 1999 г.. Получено 26 марта, 2007.
  36. ^ а б c d «ПРИЛОЖЕНИЕ 24 - Указания MCA по планированию рейса». РЕЗОЛЮЦИЯ ИМО A.893 (21) принята 25 ноября 1999 г.. Получено 26 марта, 2007.
  37. ^ «ПРИЛОЖЕНИЕ 25 - Рекомендации MCA по планированию рейса». РЕЗОЛЮЦИЯ ИМО A.893 (21) принята 25 ноября 1999 г.. Получено 28 января, 2011.
  38. ^ Конвенция о стандартах обучения и сертификации несущих вахту (STCW). Международная морская организация. 2010.
  39. ^ "О спортивном ориентировании". Канадская федерация спортивного ориентирования. Архивировано из оригинал на 2008-10-02. Получено 2008-08-11.
  40. ^ «Королевский институт навигации - цели и задачи». Журнал навигации. 69 (66): b1 – b2. 2016 г.
  41. ^ «Институт навигации». Получено 6 февраля, 2020.
  42. ^ «Адмиралтейское руководство по навигации». Морской институт. Получено 6 февраля, 2020.
  43. ^ «Публикации по навигации». Издательская группа Witherby. Получено 6 февраля, 2020.
  44. ^ «Американский практический навигатор». Получено 6 февраля, 2020.

Рекомендации

внешняя ссылка