Навигация: определение, виды и принципы¶

Навигация — это совокупность методов, средств и процессов определения положения объекта в пространстве (или во времени), а также построения и прокладки маршрутов движения от одной точки к другой. Термин происходит от латинского navigare («плавать по морю», «плавать») и изначально относился к мореплаванию, но в XX—XXI веках охватывает авиацию, космос, автомобильный транспорт, пешеходное перемещение, а также информационные системы и интерфейсы.

¶История

¶Доиндустриальная эпоха

Первые навигационные приёмы возникли в древности. Мореплаватели ориентировались по положению Солнца и звёзд, ориентируясь на Полярную звезду в северном полушарии. Древние египтяне и финикийцы использовали береговые ориентиры и знание течений. В I веке до н. э. в Средиземноморье появился морской компас, ставший массовым в XII веке. Арабские и китайские моряки применяли астролябию — прибор для измерения высоты светил над горизонтом. В XVI веке Жак Картье и другие исследователи использовали карты и таблицы солнечных высот.

¶Эпоха великих географических открытий

В XVI—XVII веках навигация стала научной дисциплиной. Появились таблицы лунных расстояний, хронометры (хронометр Джона Гаррисона, 1761 год), улучшились картографические проекции. К концу XVIII века определение долготы в море стало достаточно точным, что позволило безопасно пересекать океаны.

¶XX век

Радионавигация появилась в 1920-х годах: первыми стали наземные радиомаяки и система «Лоран». В 1940-х годах немецкая система «Гирка» и британская «Декка» использовались для бомбардировок. После войны развивались спутниковые системы: советская «Цикада» (1967), американская GPS (полная работоспособность — 1995), российская ГЛОНАСС (полная развёрнутая группировка — 2011), китайская BeiDou (2020), европейская Galileo.

¶Виды навигации

¶Принципы и методы

¶Астрономическая навигация

Метод основан на измерении высоты светил над горизонтом и сравнении с расчётными данными. Позволяет определить широту и долготу с точностью до десятков километров. Требует ясного неба и специальных таблиц.

¶Радионавигация

Определяет положение по сигналам наземных или спутниковых радиостанций. Основные принципы:

• Пеленгование — определение направления на источник сигнала;
• Дальность — по времени задержки сигнала;
• Доплеровский эффект — по изменению частоты сигнала.

¶Инерциальная навигация (ИНС)

Использует акселерометры и гироскопы для интегрирования ускорений и угловых скоростей. Не требует внешних сигналов, но накапливает ошибку со временем. Применяется в авиации и подводных лодках, часто комбинируется с GPS.

¶Спутниковая навигация

Основной принцип — триангуляция по сигналам от 4 и более спутников. Спутник передаёт информацию о своём положении и времени, приёмник вычисляет расстояние до каждого спутника и определяет координаты. Точность гражданских приёмников — единицы метров, с дифференциальными коррекциями — сантиметры.

¶Навигация в информационных системах

В веб-дизайне и информационной архитектуре навигация — это система средств, позволяющих пользователю перемещаться по структуре сайта или приложения. Основные элементы:

• главное меню;
• хлебные крошки (breadcrumbs);
• поиск;
• боковые панели и теги;
• постраничная навигация.

Хорошая информационная навигация снижает когнитивную нагрузку и повышает доступность интерфейса.

¶Навигация в биологии

У многих животных есть врождённые навигационные способности. Птицы мигрируют по магнитному полю Земли, используя магниторецепторы в клюве. Пчёлы ориентируются по солнцу и запахам. Морские черепахи находят родной пляж по магнитному полю. Эти явления изучаются в области поведенческой экологии и нейробиологии.

¶Применение

Навигационные системы используются в:

• морском и речном транспорте;
• гражданской и военной авиации;
• космических полётах;
• автомобильном транспорте (системы ADAS, автономные автомобили);
• сельском хозяйстве (точное земледелие);
• геодезии и картографии;
• спортивном ориентировании;
• поисково-спасательных операциях.

В России развитие спутниковой навигации обеспечивается ГЛОНАСС — единственной национальной системой, созданной параллельно GPS и обеспечивающей покрытие всей территории страны.

Источники:

• «Навигация» // Большая советская энциклопедия.
• Соколов В. А. «Навигационные приборы и системы». — М.: Транспорт.
• Коссов М. М. «Курс навигации». — М.: Морской транспорт.
• Системы спутниковой навигации: GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou — обзорные материалы.