Сегодня изобретено много устройств для поиска объектов в пространстве. Большая часть представляет собой высокотехнологичные приборы, задействующие сигналы с орбиты.
Техническое оборудование для определения координат
Для установления местоположения объектов в пространстве была принята система координат. Земной шар условно разделяют на горизонтальные и вертикальные секторы. В записи используют две координаты:
- Широта – угол между зенитом и плоскостью экватора. Отсчитывается в Северном и Южном полушарии. Самые высокие точки широт – Южный и Северный полюса – находятся под углом в 90º по отношению к плоскости экватора.
- Долгота – угол между плоскостью нулевого меридиана и меридиана, проходящего через точку нахождения объекта. Отсчитывается в Восточном и Западном полушарии, максимальное значение – 180º. Точкой отсчета считают меридиан, проходящий рядом с Гринвичской обсерваторией.
При обозначении географических координат обычно не упоминается высота расположения объекта. Тем не менее это важный параметр, особенно при отслеживании воздушных судов. Как правило, высота отсчитывается от усредненного уровня моря.
На заметку. Не каждый прибор для определения координат на местности предоставляет информацию сразу по трем параметрам. Многие из инструментов нужно использовать в комплексе друг с другом, чтобы получить наиболее полную информацию.
Геодезические приборы
Такие аппараты используются для изучения форм и размеров Земли. Среди устройств можно выделить несколько групп.
GPS/GNSS-приемник
Многие приборы для определения координаты точки в пространстве задействуют работу орбитальных группировок. Буквы в аббревиатуре GNSS можно перевести на русский язык как ГНСС – глобальные навигационные спутниковые системы.
Повсеместно используются только две группировки: GPS и ГЛОНАСС. Остальные (Galileo, BeiDou, IRNSS) применяются локально, в пределах стран их создания.
Работа любой орбитальной группировки выглядит следующим образом:
- Спутник отправляет сигнал на наземные станции, чтобы по их координатам высчитать свое положение в пространстве.
- Космический аппарат направляет сообщение с информацией о собственном местонахождении на Землю.
- Приемники получают сигналы и используют спутники как ориентиры для расчета своих координат.
Таким образом, каждый космический аппарат «рисует» вокруг себя сферу, радиус которой равен расстоянию до ресивера. Чтобы получить точные данные о положении объекта по трем параметрам – долгота, широта, высота над уровнем моря – надо, чтобы пересеклись четыре таких сферы. Следовательно, нужен сигнал с четырех спутников.
Приемники устанавливаются в любой инструмент для определения координат: планшет, смартфон, компьютер и навигатор.
Лазерный дальномер
Существует два основных вида дальномеров. Их особенности описаны в таблице.
| Название показателя | Фазовый метод | Импульсный метод |
| Принцип работы | Прибор излучает сигнал заданной частоты. Когда он отражается от препятствия, фаза (траектория излучаемой волны) сдвигается. По размеру сдвига рассчитывается расстояние. | Устройство отправляет излучение и фиксирует его возвращение. Так как скорость импульса заведомо известна, и время его отраженного возвращения замерено, то аппарат может высчитать расстояние до объекта. |
| Погрешность измерения | Около 0,5 мм | До 5 метров |
| Особенности | Мощность излучения невелика, поэтому фазовые лазерные дальномеры можно использовать только на небольших расстояниях – до 1 км | Мощность и длительность импульса изменяемы, из-за чего дальномер можно использовать на дальних расстояниях |
| Применение | Топографические цели, лазерные рулетки | Обсерватории, военные прицелы |
Такое техническое средство для определения координат, как лазерный дальномер, применяется во многих сферах жизни человека. С его помощью можно определить расстояние до объекта по горизонтали или вертикали.
Электронный тахеометр
Прибор служит для топографической съемки местности, измерения углов, координат и расстояния. В своей работе инструмент задействует те же принципы, что и лазерный дальномер, то есть фазовый и импульсный метод.
Электронные устройства удобны в обращении – они сохраняют во внутреннюю память данные измерений.
Морские навигационные приборы
Мореплаватели всегда искали новые способы ориентации в пространстве. Неудивительно, ведь в открытом море нет привычных ориентиров – только звезды, луна и солнце. В качестве устройств для определения координат веками использовались компас, секстант и астролябия. Чтобы узнать глубину моря, использовали лаглинь, а для замера скорости – лотлинь. В обоих случаях это была веревка с привязанной дощечкой или грузом.
Сейчас корабли используют сложные технические средства для навигации в море:
- Эхолот. Применяется как для замера глубины, так и для поиска возможных препятствий на дне. Прибор отправляет звуковые волны и фиксирует время их возврата. Исходя из полученной информации можно судить, как далеко находится объект.
- Системы радиолокационных данных, например, ARPA или ATA. Позволяют проложить маршрут по воде и рассчитать ближайшую точку сближения объекта – расстояние, на которое судно может безопасно приблизиться к другому судну или другой крупной преграде. Установки используются для предотвращения столкновений судов друг с другом и прочими крупными объектами.
- Пеленгатор или морской компас. Применяются для определения направления движения.
- Оптический дальномер. Позволяет установить расстояние до объекта (например, до земли).
Авиационные приборы для навигации
Летательные аппараты появились относительно недавно. Первые пилоты были вынуждены использовать морские наработки для навигации в пространстве. Сегодня бортовая система совмещает несколько устройств:
- Высотометр. Представляет собой барометр. Определяет высоту над уровнем моря по показателю давления.
- Вариометр. Измеряет постоянную скорость подъема либо снижения. Все расчеты проводятся на основании статического давления.
- Электронные навигационные системы. Используются для слепой посадки самолета на трассу. Система считывает информацию с радиомаяков, радиус действия которых достигает 150 км.
- Указатель воздушной скорости. Измеряет разность между динамическим и статическим давлением в трубке, закрепленной на крыле.
- Указатель пространственного положения. Это экран, на котором показано положение самолета относительно горизонта.
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)
Автономные летательные приборы используются для определения точных координат места. Устройство может патрулировать земельный или водный участок, а потом указать на видеозаписи точные показатели местности. Такие аппараты используются в различных целях:
- раскрытие преступлений;
- предупреждение пожаров;
- наблюдение за обширной территорией;
- проверка расположения объектов на определенных местах;
- видео- и фотосъемка.
На заметку. Приспособления даже планируется использовать для доставки еды и небольших грузов – об этом не раз сообщали фирмы Amazon и Яндекс.
О применении дронов в жизни рассказывает видео в конце статьи.
Навигация устройства проводится как вручную, человеком, так и при помощи заранее запрограммированного маршрута.
Где приобрести прибор
Единственные устройства из списка, которые покупают люди в личных целях – GPS-приемник и беспилотные аппараты. Первые часто встроены в технику по умолчанию, вторые повсеместно используются для фото- и видеосъемки. Стоимость приемников (например, на сайте Garmin) начинается от 500 рублей, БПЛА – от 7 000 рублей.
Остальные же устройства относятся к узкоспециальной технике, что подразумевает следующие особенности:
- приборы не используются в повседневной жизни большинства людей;
- купить аппараты можно только в специализированных магазинах;
- цена устройств довольно высока.
Например, средняя стоимость тахеометра составляет порядка 200 000 рублей, авиационного навигатора от фирмы Гармин – 150 000 рублей, эхолота – около 15 000 рублей.
Человечество шагнуло в эру цифровой навигации, оставив в прошлом карты звездного неба и компасы. Тем не менее разработки прошлого помогли людям прийти к прогрессу.
