Лот – измеритель глубины
Лот — гидрографический и навигационный прибор для измерения глубины.
Первоначально (во времена парусного флота) в качестве лота использовалась гиря, обычно свинцовая, с тонкой веревкой (лотлинем) для измерения глубины. Лот опускался с носовых русленей судна. Иногда на нижней части гири формировалось углубление, которое смазывали салом, чтобы к нему прилипали частицы грунта для определения характера дна.
Лоты по принципу измерения глубины делятся на ручные, механические и гидроакустические (эхолоты).
Ручной лот представляет собой конический или пирамидальный груз массой 3.5-5 кг, с закреплённым тросом-лотлинем, на который нанесены метровые или футовые метки (марки). Существует разновидность лота — диплот (нидерл. dieplood), который используется для измерения больших глубин, и отличается особо тяжелым грузом в 20-30 кг. Измерение идёт по отсчёту длины лотлиня при ослаблении натяжения в момент касания дна. Недостатком лотов этого типа является необходимость проведения измерений на малой скорости (до 3-5 узлов, т.е. 5-9 км/ч на глубинах до 50 м) или при остановке судна и трудность определения момента касания дна на больших глубинах.
Механический лот представляет собой прибор для измерения гидростатического давления воды у дна, простейший вариант механического лота - вертикальная заполненная воздухом трубка, запаянная с верхней стороны и погружённая нижним открытым концом в воду. Глубина определяется по высоте подъёма воды (например, по смыву или изменению цвета краски, нанесённой на внутренние стенки трубки). Так как вертикальность лотлиня в случае измерений механическим лотом значения не имеет, механический лот может использоваться для измерений глубин до 200 м на ходу (до 16 узлов, т.е. 28 км/ч). Механические лоты для измерения больших глубин называют глубомерными машинами.
Эхолот измеряет глубины по времени прохождения акустического импульса, отражённого от дна.
В настоящее время лоты в качестве навигационных приборов практически повсеместно вытеснены эхолотами, однако при океанографических исследованиях используются лоты-батометры, снабжённые устройствами для измерения температуры, отбора проб воды на глубине и грунтозахватами для отбора проб донного грунта.
Корабельный лаг
Лаг — прибор, предназначенный для измерения скорости движения судна.
В древности в качестве лага использовался (и используется по сей день на небольших судах) ручной, или секторный лаг. Он представляет собой доску треугольной формы (сектор) с привязанной к ней верёвкой (линем, лаглинем) и грузом. На лине на определённом расстоянии друг от друга завязываются узлы. Доска выбрасывается за корму и пересчитывается количество узлов, ушедших за борт за определенное время (обычно 15 секунд или 1 минуту). Отсюда пошло измерение скорости судна в узлах, 1 узел численно равен 1 морской миле в час.
Принцип работы современных приборов основан на измерении напора воды, или гидролокации морского дна. Самый распространенный лаг представляет собой вертушку, вращающуюся под напором воды. Число оборотов вертушки за единицу времени определяется с помощью электронного или механического устройства. Обычно вертушка лага закрепляется на корпусе судна, но на небольших судах используют портативный вариант лага, в котором вертушка выбрасывается за корму на тросе, а измерительный механизм находится в руках у матроса.
Навигационный прибор для измерения, скорости и пройденного судном расстояния относительно воды или грунта. Первый называется относительным лагом, а второй — абсолютным. По принципу действия относительные лаги подразделяют на гидродинамические и индукционные (электродинамические или электромагнитные). Гидродинамические лаги работают по принципу измерения и компенсации гидродинамического давления, возникающего в морской среде при движении судна. Гидравлическое устройство передает полное и статическое давление воды к чувствительному элементу. Последний представляет собой механический дифманометр, который регистрирует гидродинамическое давление (разность полного и статического) и преобразует его в механическое усилие, воздействующее на электромеханическое вычислительное устройство, в котором оно преобразуется в скорость, пропорциональную измеряемому давлению. После введения поправки получается истинная скорость относительно воды, преобразующаяся в вычислительном устройстве в пройденное судном расстояние. Через датчики данные скорости и расстояния подаются на репитеры. В зависимости от чувствительности элемента гидродинамические лаги бывают вертушечные и с механическими и жидкостным (ртутным) дифманометрами. Вертушечные Л. измеряют частоту вращения вертушки в воде при движении судна. По этой частоте определяют пройденное судном расстояние, которое затем пересчитывают в скорость. Механические лаги измеряют скорость судна по величине гидродинамического давления, жидкостные — по высоте столба ртути, пропорциональной давлению. Гидродинамические лаги измеряют скорость судна относительно воды в пределах 2—50 уз (погрешность не более 0,5 уз) и пройденное расстояние (погрешность не более 0,02 мили). Индукционные или электромагнитные лаги измеряют электродвижущую силу, индуцируемую в проводнике, находящемся под воздействием магнитного поля (закон Фарадея). В подводной части судна в герметичном обтекателе установлен электромагнитный (датчик). При движении судна магнитные силовые линии индуцируют в слое морской воды, являющейся хорошим проводником, ЭДС, величина которой пропорциональна скорости судна относительно воды и снимается с помощью установленных по обеим сторонам датчика электродов. Напряжение сигналов, поступающих от датчика, преобразуется и усиливается. Оно может быть подано на специальное устройство, которое вырабатывает импульсы напряжения с частотой, пропорциональной пройденному расстоянию (до 200 на каждую милю). Индукционные лаги имеют более высокую чувствительность (работают при скорости судна от 0,1 до 25—70 уз); могут измерять скорость на переднем и заднем ходу; более просты и надежны в эксплуатации. Точность измерения расстояния составляет 1—2 % пройденного судном пути.
Для измерения скорости относительно дна моря (абсолютный лаг) применяют гидроакустические лаги (как правило, на крупнотоннажных судах для безопасного плавания в открытом море, постановки, съемки с якоря, безопасного подхода судна к причалу при швартовке и др.).
3. Современные навигационные системы
Радионавигация и радиомаяки
Радионавигация - раздел навигации и аэронавигации, изучающий и разрабатывающий теоретические вопросы и практические приемы вождения судов и летательных аппаратов с помощью радиотехнических средств и устройств.
Основными задачами радионавигации являются определение:
- координат судна или летательного аппарата, а также их взаимного положения; и
- направления выхода в заданные районы (точки) и др.
Для решения задач радионавигации используют радиокомпасы радиодальномеры, радиомаяки и радионавигационные системы.
Радиомаяк аэронавигационной системы VORTAC, Германия
Радиомая́к — передающая радиостанция, излучающая радиосигналы, используемые для определения координат и направления движения различных объектов, в основном, самолётов и судов. Параметры сигнала радиомаяка зависят от направления излучения: например, его интенсивность или момент времени пеленгации.
Радиомаяки относят к угломерным (азимутальным) радионавигационным устройствам, так как они предназначены только для определения направления, а нахождение координат становится возможным после специальных вычислений на основе информации о направлении не менее чем на два радиомаяка.
В качестве радиомаяков также используются объекты, специально не предназначенные для целей радионавигации, но имеющие отличительные параметры радиосигнала (например, частоту) и, возможно, известные постоянные координаты — вещательные радиостанции, радиоакустические маяки, радиобуи, радиолокационные маяки, аварийные радиомаяки.
Классы радиомаяков по методу измерения
Радиомаяки делят на классы, в соответствии с параметром радиосигнала, меняющимся по направлению, и соответствующим методом радиотехнических измерений:
· Амплитудные маяки, направление на которые определяется измерением интенсивности принятого сигнала;
· Фазовые маяки — для определения направления измеряется фаза сигнала;
· Частотные маяки — для определения направления измеряется частота сигнала;
· Временны́е маяки — для определения направления засекается момент приёма сигнала;
наиболее распространены амплитудные радиомаяки.
Виды радиомаяков по назначению
- Курсовые маяки, створные радиомаяки — предназначены для задания курсов в горизонтальной или вертикальной плоскости, используются в курсоглиссадных системах;
- Пеленговые радиомаяки. Предназначены для определения пеленга путём сравнения момента времени приёма сигнала вращающейся диаграммы направленности маяка с моментом времени, когда положение диаграммы направленности известно. Для такого измерения вращение диаграммы направленности должно быть строго синхронизировано, либо маяк должен излучать короткий всенаправленный сигнал при проходе ДН через нулевую отметку;
- Маркерные радиомаяки. Имеют узкую постоянную ДН, ориентированную вертикально вверх, и используются для маркировки пунктов, важных в навигационном отношении (например, контрольных пунктов при заходе самолётов на посадку и при подходе судов к порту, пунктов излома маршрутов или фарватеров и т. д.).
- Приводные радиостанции — радиостанции с ненаправленным излучением и с отличительными для каждой из станций сигналами (позывными). Определение направления возможно только с помощью специального радиопеленгатора.
Дальность и точность
Радиомаяки, работающие в диапазонах длинных волн (километровые и более), имеют дальность действия до 500 км. Они обеспечивают точность пеленгации с борта объекта ~1-3° (по азимуту). Всенаправленные радиомаяки, работающие в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн, имеют дальность действия, ограниченную прямой видимостью, и обеспечивают точность определения азимута до 0,1-0,25°.
Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Основные элементы
Основные элементы спутниковой системы навигации:
· Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;
· Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;
· Приёмное клиентское оборудование ("спутниковых навигаторов"), используемое для определения координат;
· Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.
Принцип работы
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приёмников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.
В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:
· Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
· Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
· Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в определённых пределах;
· Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
· Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.
Современное состояние
В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:
NAVSTAR (GPS)
Принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.
ГЛОНАСС
Находится на этапе развёртывания спутниковой группировки. Принадлежит министерству обороны России. Обладает, по заявлениям разработчиков, некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR, однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования.
Бэйдоу
Развёртываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS, предназначенная для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.
Galileo
Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки.
GPS – навигация
Современные технологии спутниковой связи нашли свое применение практически во всех сферах жизни и деятельности человека. Сегодня невозможно представить современный офис или дом без интернета, спутникового телевидения или других, не менее значительных достижений "спутникового века". Спутниковые системы навигации и GPS навигаторы прочно заняли свою нишу среди необходимых в нашей жизни электронных устройств. GPS навигатор и эхолот успешно применяется в судоходстве и рыболовецком промысле, не менее популярны GPS навигаторы и у рыбаков любителей. Сегодня многие автоконцерны в качестве опций оборудования машин предлагают большой выбор GPS навигаторов различного класса. Некоторые автомобили комплектуются GPS навигатором в "базе". GPS приемники нашли свое применение в туристической сфере, сегодня на прилавках магазинов электроники нередко можно увидеть КПК с GPS и оборудованные навигационными системами мобильные телефоны. GPS навигатор за последние несколько лет из профессионального дорогостоящего оборудования превратился в доступный бытовой прибор, а карты GPS можно купить даже в интернете.
Вопреки расхожему мнению о том, что GPS приемник служит только лишь для определения месторасположения объекта на местности и соотносит его координаты с электронной картой, GPS навигаторы выполняют ряд других полезных функций. Среди них - выбор оптимального направления, определение скорости и расстояния до объекта и многое другое. Современные GSM карты позволяют с точностью до метров определить местонахождение того или иного объекта, найти нужный город, дом или улицу. Стоит отметить, что современный GPS навигатор может освоить каждый, кто хотя бы раз сталкивался с компьютером или другой электроникой. В его настройках и пользовании нет ничего сложного, а удобный логический интерфейс сможет освоить даже новичок.
4. Использованные источники
1. [сс1] - ссылка №1 на www. wikipedia.org Материал из Википедии
2. [сс2] - Большая советская энциклопедия (БСЭ) Выдержала три издания:
3. 1-е издание, 65 томов и дополнительный том без номера — "СССР", 1926—1947
4. 2-е издание, 49 томов, том № 50 — "СССР", дополнительный том № 51, том № 52 (в двух книгах) "Алфавитный указатель", 1949—1960
5. 3-е издание, 30 томов. Том № 24 в двух книгах (кн. 2: "СССР"), 1969—1978. В 1981 году был выпущен
Страницы: 1, 2, 3
