Наука та технiка для астрономii

Краща книга з морськоi навiгацii, орiентуванню на мiсцевостi - iнструкцiя для GPS.

Система GPS (Global Positioning System) розроблена американськими фахiвцями i на початку використовувалася винятково для вiйськових потреб. Пiзнiше вiйськовi одержали у свое розпорядження iншi системи, бiльш точнi i дорогi, а система GPS була передана для використання в цивiльних цiлях.

Система являе собою цiлий комплекс, основою якого е 24 навiгацiйних супутника рiвномiрно розмiщенних на навколоземних орбiтах. Вони постiйно передають спецiальнi сигнали на Землю. Цi сигнали здатнi приймати GPS-приймачi, обробляти iх i видавати координати точок в якiй знаходиться приймач, з досить високою точнiстю. Точнiсть ця залежить вiд рiзних факторiв i може коливатися вiд 4...7 метрiв до 100 метрiв. Як правило, якщо приймач упевнено "бачить" 5-6 супутникiв (для роботи необхiдно щоб приймач "бачив" мiнiмум 3 супутники), то точнiсть складе 8-20 метрiв. Однак у мiстах, у мiсцях з високою i щiльною забудовою, а також у мокрому лiсi сигнали вiд супутникiв можуть екрануватися, i точнiсть може упасти до 100 метрiв. Це не дуже позначаеться на роботi навiгацiйноi системи, тому що вiдбуваеться досить рiдко. Проте, цю особливiсть потрiбно враховувати. Таким чином приймач щоекунди знае, у якому мiсцi планети вiн знаходиться. Виходячи з цього, може розраховувати Вашу поточну швидкiсть, маршрут, запам'ятовувати точки, розраховувати час прибуття в потрiбне мiсце i т.п. При цьому абсолютно не важливо, у якiй частинi Земноi кулi Ви знаходитеся в даний момент часу - приймач сам визначить мiсце розташування i скаже, як далеко Ви вiдiхали вiд свого будинку.

Що вiн може?

• Визначати географiчнi координати мiсця (широта i довгота) з точнiстю до 10-15 метрiв. На водi, по сутi в iдеальних умовах прийому сигналiв вiд супутникiв, до 3-5 метрiв. Частота вiдновлення даних - 1 секунда.
• Виходячи з того, що вiн знае де знаходиться щосекунди, GPS обчислюе пройдену вiдстань, швидкiсть поточну i середню, розраховуе час прибуття в потрiбне мiсце виходячи з поточноi швидкостi.
• Малюе на вмонтованому екранi маршрут руху - трасу. Потiм може вивести "назад по слiду".
• Може вести Вас по маршруту, переходячи вiд точки до точки. Рiзнi моделi мають рiзну кiлькiсть маршрутiв, що запам'ятовуються.
• Обчислюе вiдстань мiж двома довiльними пунктами й азимут мiж ними.
• Обчислюе схiд/захiд сонця в будь-якому мiсцi свiту в будь-яку довiльну дату.
• Мае у своему складi електронний компас, що визначае поточний азимут руху i показуе який азимут повинний бути при русi на мiсце. Бiльшiсть приймачiв як правило мають також сторiнку типу "шосе", на якiй виводиться iнформацiя що i на електронному компасi, тiльки в iншому виглядi. Сам електронний компас працюе за своiми внутрiшнiми обчисленнями координат, а не по магнiтному полю Землi, що робить його абсолютно точним i не залежним вiд магнiтного схилення або iнших магнiтних аномалiй. Деякi сучаснi моделi мають у своему складi ще i звичайний магнiтний компас, що дае можливiсть порiвняти показання. Насправдi, як показуе практика, наявнiсть GPS i умiння з ним користуватися, цiлком змiнюе всю психологiю навiгацii й орiентування на мiсцевостi - звичайний компас як правило вже не потрiбний.
• Герметичний, водонепроникний, добре захищений вiд струсiв, малих розмiрiв i ваги. Самий маленький GPS-приймач, переносний, E-Trex по розмiрах менше нiж стiльниковий телефон SIEMENS C-25. До речi E-Trex не тоне у водi. Крiм батарейного вiдсiку - у нього водонепроникнiсть 30 хвилин на глибинi до 1 метра (по паспорту).
• Практично всi сучаснi моделi мають можливiсть пiдключення до комп'ютера - як до настiльного, так i до кишенькового.
• В останньому випадку можна побудувати повноцiнну картографiчну систему, де Ваше перемiщення на мiсцевостi буде вiдображатися на картi курсором.
• Iснують GPS-приймачi з запрограмованою географiчною картою.
  
  

  Garmin-12

• Garmin-12. Базова модель 12-канальних приймачiв фiрми GARMIN. Одна iз самих "" моделей, що не б"ються, чия надiйнiсть перевiрена роками експлуатацii. Повний набiр функцiй для навiгацii й обробки даних (точок, трас i маршрутiв). Мае зручний iнтерфейс (на мiй суб'ективний погляд бiльш зручний чим у E-Trex). Вибiр мiж цими двома моделями - питання особистих уподобань. Вартiсть у найдешевших магазинах вiд 200$.
• Garmin-12XL. Просунутий варiант, що мае ряд переваг над базовою моделлю.
  • Наявнiсть виходу на зовнiшню антену. Дозволяе тримати сам приймач у серединi примiщення, наприклад у рубцi катера або яхти, у той час як антена знаходиться на даху. Кабель штатноi виносноi антены - 15 метрiв.
  • Звук. Усi системнi повiдомлення на екранi дублюються звуковим сигналом (пищалка). Зручна i корисна послуга, особливо у випадку застосування в темрявi.
  • База мiст свiту. Мае запрограмовану базу з координатами багатьох великих i не дуже мiст свiту. Мiста вiдображаються на сторiнцi карти разом з поточним мiсцезнаходженням, маршрутами i трасою.
  • Розширений дiапазон напруг живлення. IMHO найголовнiша послуга цiеi моделi !!! Напруга живлення може коливатися вiд 5 до 32 В, що дозволяе пiдключитися практично до будь-якого акумулятора без побоювання спалити прилад. На вiдмiну вiд базовоi моделi, у якоi напруга повинна лежати в межах вiд 5 до 8 В, i яку можна пiдключати наприклад до автомобiльного акумулятора тiльки через спецiальний перехiдник.
  В iншому, по функцiях i можливостям цiлком повторюе базову модель Garmin-12.
• Garmin-12CX. Теж що i G-12XL, тiльки з кольоровим екраном пiдвищеноi чiткостi.
• Garmin-II+. По функцiональним можливостям практично iдентичний Garmin-12. Мае можливiсть трансформувати зображення на екранi на 90 градусiв, розташовуючи сам приймач горизонтально, що може виявитися зручним наприклад у машинi. Можна легко розмiстити перед лобовим склом на штатних липучках прикладених у комплектi з приймачем. Мае поворотну антену, що може бути вiдстебнута i через кабель виведена назовнi.
  

  Garmin III+Garmin E-Map. Один з найдешевших приймачiв з сканованою картою. Великий екран високоi чiткостi приемного синюватого кольору.

• Garmin-III+. Аналогiчний Garmin-II+, однак мае функцiю географiчноi карти.
• Garmin 12-Map. Аналогiчний Garmin 12XL, але мае функцiю вивод на екран географiчноi карти. Екран пiдвищеноi чiткостi з декiлькома градацiями сiрого кольору.

Вибiр тiеi або iншоi моделi залежить вiд розв'язуваних задач i фiнансових можливостей покупця. 99% усiх задач орiентування на мiсцевостi i на водi може бути вирiшена за допомогою звичайних найпростiших приймачiв.

Garmin GPS-12 i E-Trex. Для потреб вiтрильного туризму на розбiрних катамаранах цi моделi е найоптимальнiшими практично за всiма показниками - точнiсть, надiйнiсть, компактнiсть, вага, споживання енергii i т.д.

ПЗЗ-камери (ССD-camera).

Сучаснi астрономiчнi спостереження вже неможливi без системи, яка включае в себе персональний комп"ютер, ПЗЗ-камеру ,GPS-приймач точного часу. Система повинна забезпечувати запис вiдеоiнформацii, часову прив"язку, та можливiсть цифровоi обробки результатiв спостережень. Головними критерiями для вибору компонентiв системи повинна бути надiйнiсть та ефективнiсть роботи. Всi елементи комплексу повиннi бути стандартними. Структурна схема комплексу показана на рис 01.

Вона складаеться з живлячоi оптичноi системи, вiдеокамери, комп"ютера з захоплювачем кадрiв, мережi Iнтернет або GPS-приймача Web-камери. В якостi оптичноi системи може бути використаний телескоп або телеоб"ектив. Але бажано використовувати дзеркальнi телескопи, оскiльки вiдеокамера мае високу чутливiстьу червонiй та iнфрачервонiй областях спектру, де лiнзовi об"активи мають значнi аберацii. . Основним приймачем у комплексi е чутлива ПЗЗ-камера "Sanyo - 1/2". Технiчнi характеристики ПЗЗ камери: - спектральний клас IR, 625 телевiзiйних лiнiй, 25 кадрiв за секунду, ефективна кiлькiсть пiкселей 752х582, мiнiмальна освiтленiсть 0,02 люксiв з об'ективом свiтлосилою 1,2 або 0,03 люксiв з об'ективом свiтлосилою 1,4. ПЗЗ камера була обрана серед аналогiчних за критерiями найвищоi чутливостi та якостi зображення. Вiдеокамера видае готовий сигнал у телевiзiйному стандартi. Для реестрацii використовуеться цифровий метод запису. Для захвату вiдеосигналу використовуеться вiдеоплата ASUS VideoSuite, яка мае вiдеовхiд. Як додаткова вiдеокамера, яку можна використовувати для допомiжних цiлей, або для реестрацii яскравих об'ектiв, в системi е веб-камера WebCam Pro фiрми Creative. Веб-камера пiдключаеться до комп'ютера через USB - порт. Розроблене програмне забезпечення дозволяе проводити спостереження з будь яким iз вказаних джерелом вiдеоiнформацii. Для вiдеокамери можна вибрати роздiльну здатнiсть записаних кадрiв 640х480 та 320х240 пiкселiв. Всi кадри записуються в один AVI-файл без втрати якостi (без стискування). Паралельно запам'ятовуеться, а далi записуеться у окремий текстовий файл системний час комп'ютера для кожного вiдеокадру. Системний час комп'ютера прив'язуеться до UTC за допомогою програми синхронiзацii AboutTime 4.8 по протоколу SNTP через Iнтернет. Така синхронiзацiя виконуеться кожну хвилину.

Рис. 1 Структурна схема телевiзiйного астрономiчного комплексу "Спалах"

Загальна точнiсть системи часу комплексу, яка включае тривалiсть експозицii одного кадру складае 50 мс.

Комплекс використовувався для спостереження проходження Меркурiя та Венери по диску Сонця 7 травня 2003р. та 8 червня 2004 р. вiдповiдно, покриттiв зiр Мiсяцем, покриттiв зiр малими планетами. На рис. 2 показаний фрагмент диску Сонця iз Меркурiем поблизу 2 контакту, який отримано на телевiзiйному комплексi.

Рис. 2. Спостереження проходження Меркурiя по диску Сонця 7 травня 2003 р. Фрагмент зображення бiля 2 контакту.

Аматорськi спостереження з ПЗЗ-камерами можуть зробити свiй внесок у спостереження комет, метеорiв, покрить зiр та планет Мiсяцем (звичайнi та дотичнi), спостереження покрить зiр малими планетами (астероiдами), взаемних явищ у системi Юпiтера i т.п. Астрономiчна обсерваторiя може надати електронну версiю ефемерид.