יסודות ניווט

השדה המגנטי של כדור הארץ הוא תכונה פיסיקלית של הכדור. על כל נקודה על פני הכדור מופעל שדה מגנטי, וחיבור של כלל הנקודות מהווה את השדה המגנטי של כדור הארץ.

השדה המגנטי אינו אחיד ואינו מקביל לצפון המדויק (שהוא נקודת ציר הסיבוב של הכדור), במקומות שונים על פני כדור הארץ יש הבדל בין הכיוון אליו יצביע המצפן (כיוון מצפני מגנטי) לכיוון אל נקודת הסיבוב (כיוון מצפני אמיתי).

את השדה המגנטי בכל נקודה על פני כדור הארץ ניתן להפריד לרכיב אופקי ורכיב אנכי ומפה של שני אלו מהווה את היסוד למערכות הניווט אותם אנחנו מכירים.

​

שרטוט 51: עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ (2014)

בכל נקודה על כדור הארץ קיים הבדל זוויתי בין הצפון האמיתי לצפון המגנטי.
להבדל זה קוראים נטייה/סטייה מגנטית (Magnetic Declination).

נקודות ציון (או קואורדינטות) הן שיטה לזיהוי מיקום על גבי כדור הארץ (אנו נשתמש בשתיים המקובלות אצלנו, נקודת ציון גיאוגרפית (GEO) ו-UTM).

דאטום הוא סדרה של מדידות קרקעיות הבונות מודל מתמטי שביחס אליו מציינים את נקודת הציון. כל נקודת ציון היא תמיד ביחס לדאטום, כלומר, למערכת ייחוס על פני כדור הארץ.

כדי למנוע בלבול, כאשר מציינים נקודת ציון צריך לציין את הקואורדינטות ואת הדאטום. בין דאטומים שונים המקובלים בישראל (כמו WGS84 או ED50) יכול להיות הבדל של יותר מ200 מטרים כאשר מחליפים דאטום לאותה נקודת ציון.

מערכת נקודות הציון הגיאוגרפית מורכבת מקווי אורך וקווי רוחב, ומשלושה קווי ייחוס (קו המשווה, קו גריניץ' וקו התאריך).

קווי רוחב (Latitude) הם קווים המקבילים לקו המשווה, מצפון ומדרום לו. קו המשווה הוא הקו המקיף את כדור הארץ באמצע הדרך בין הקוטב הצפוני לדרומי. קווי הרוחב מצוינים ביחס לקו המשווה, והמדידה מתבצעת במעלות ממישור קו המשווה. קו שנמצא 30 מעלות צפונית לקו המשווה ייקרא N30° וקו שנמצא 40 מעלות מתחת לקו המשווה ייקרא S40°. קו הרוחב הצפוני ביותר (המציין את הקוטב הצפוני) יהיה N90° והדרומי ביותר (המציין את הקוטב הדרומי) S90°.

קווי אורך (Longitude) הם קוים על פני הכדור המהווים את הקו הקצר ביותר בין הקוטב הצפוני והדרומי.
קווי האורך מצוינים ביחס לקו גריניץ', שהוא קו האורך העובר דרך מצפה הכוכבים המלכותי של העיירה גריניץ' באנגליה. קוי האורך נמדדים במעלות ממזרח ומערב לגריניץ'. לדוגמא, קו שנמצא 70 מעלות ממזרח לגריניץ' ייקרא E70°, וקו שנמצא 50 מעלות מערבית לגריניץ' ייקרא E50°. מייל ימי (Nautical Mile או NM) הוא דקת אורך על קו המשווה, ושווה ל1.852 ק"מ.

קו התאריך הוא הקו האורך שנמצא בE180° וגם בW180° ומהווה את הנקודה בה מתחלף התאריך.

שרטוט 52: מערכת נקודות ציון גיאוגרפית

את נקודות הציון הגיאוגרפיות מציינים במבנה של צמד מספרים באופן הבא: (קוי אורך, קוי רוחב).

כל מעלת אורך או רוחב מחולקת ל60 דקות , כאשר דקת אורך מסומנת בגרש (').
כל דקת אורך או רוחב מחולקת ל60 שניות, כאשר כל שניית אורך מסומנת בגרשיים (").
לעיתים לכל שניית אורך תהיה תוספת של מאיות שנייה, ואז ההפרדה תתבצע בעזרת נקודה עשרונית.

כך, נקודת הציון של הארובה של תחנת הכוח רוטנברג בנמל תל אביב תהיה:

N32° 6’ 19.39’’, E34° 46’ 45.32’’

או במילים:
צפון – 32 מעלות, 6 דקות, 19.39 שניות (או 19 שניות ו39 מאיות השניה).
מזרח – 34 מעלות, 46 דקות, 45.32 שניות (או 45 שניות ו32 מאיות השניה).

ניתן לבטא את נקודת הציון גם בצורה עשרונית (לפי מליונית המעלה), ואז נקודת הציון תהיה:

N 32.105386° E 34.779256°

בישראל מקובל לציין נקודת ציון גיאוגרפית ביחס לדאטום WGS84.

​

שרטוט 53: מערכת נקודות ציון גיאוגרפיות

רשת UTM היא רשת קואורדינטות למיפוי כדור הארץ המחולקת ל60 פלחים רוחביים (ברוחב 6 מעלות) בין קו רוחב 80° דרום לקו רוחב 84° צפון.

כל נקודת ציון UTM בנויה באופן הבא (נקודת הציון היא של תחנת הכוח רוטנברג, והומרה לUTM):

​

קוד Q הוא קוד בינלאומי המורכב מכינויים באנגלית, בני שלוש אותיות המתחילים באות Q. הקוד נוצר לשימוש בשנת 1909 ע"י הממשלה הבריטית כדי לפשט את תקשורת בעזרת טלגרף ושפת מורס, ונותר בשימוש עד היום (באופן חלקי מאוד) באוויר, בים ובשידורי רדיו.

בתעופה עלינו להכיר שלושה מושגים הנוגעים ללחץ ברומטרי ורלוונטים לפעילות שלנו:

QNH – הלחץ הברומטרי בשדה התעופה, מתוקן לגובה פני הים לפי תנאי אטמוספירה סטנדרטית.
QNE – הלחץ הברומטרי בגובה פני הים, לפי אטמוספירה סטנדרטית.

QFE – הלחץ הברומטרי השורר בשדה התעופה.

GPS (Global Positioning System) היא מערכת איכון שנבנתה ע"י משרד ההגנה האמריקאי וכוללת עשרות לווינים הסובבים סביב כדור הארץ.

בכל לווין קיים שעון אטומי ומשדר. הלווין שולח את המיקום שלו ואת זמן יציאת השידור בתדירות קבועה.

מקלט הGPS מחזיק ברשותו את מודל האלמנך (מפת מסלול הלווינים), וקולט את שידורי הלווינים בתדירות קבועה. משום שהזמן בין מקלט הGPS והלווין מסונכרנים, לפי הזמן שעבר משידור לקליטה המקלט יכול לחשב המרחק שלו מאותו לווין. על פי החישוב:

מהירות X זמן= דרך.

כאשר המקלט קולט יותר מלווין אחד, אפשר באופן מתמטי לפתור את המיקום האפשרי, וזה מה שמקלט GPS עושה. באופן אינטואיטיבי, נניח שהנתון היחיד שאנו עובדים איתו הוא הוא מרחק X מכל הלווינים.
אם מדובר בלווין יחיד, המיקום האפשרי הוא כל הנקודות שהן במרחק X, שזה בעצם הכדור המקיף אותו במרחק X. אם הנתונים הם משני לווינים, המיקום האפשרי הוא מעגל המשיק בין שני הכדורים. אם מדובר בשלושה לווינים, ישנן שתי נקודות חיתוך אפשריות, ואם מדובר בארבעה – אפשר לפתור את נקודת הציון.

כלומר, מינימום הלווינים הדרושים על מנת לחשב מיקום הוא ארבעה, והמספר איתו המקלט מחשב את המיקום יכול להגיע גם לכמה עשרות.

​

שרטוט 54: GPS

כאשר מחושבת נקודת הציון במקלט ישנן סטיות במיקום שנובעת מסיבות רבות. סיבה ראשונה ומשמעותית היא התנאים האטמוספריים המשפיעים על הקליטה וזמן העברת ההודעה, כמות הלווינים הנראית ועוד.

ולעיתים המיקום המחושב יכול להשתנות באופן מיידי בגלל שפיזור הלווינים היה כך שרוב הלווינים היו במערב, ואחד במזרח ששקע ו"הקפיץ" את הערך המחושב.

התופעה שמפורטת כאן נפתרת ע"י מכשיר DGPS (Differential GPS), שהוא בעצם תחנה קרקעית עם מיקום קבוע וידוע, שנמצאת בקרבת אזור הטיסה של כלי הטיס ומחשבת את הסטייה הממוצעת בין נקודת הציון האמיתית לזו המחושבת בGPS.

התחנה משדרת את הסטייה לכלי הטיס עשרות פעמים בשנייה, וכך המקלט בכלי הטיס מפחית או מוסיף את הסטייה בכל חישוב ומדייק את הנקודה המחושבת. עם DGPS דיוק נקודת הציון יכול להגיע עד לסנטימטרים בודדים.

• מהו הצפון האמיתי והמגנטי?
• באיזה סוג נקודות ציון מקובל להשתמש בישראל?
• מהו דאטום? מתי חשוב לציין אותו?
• כיצד כותבים נקודת ציון גיאוגרפית?
• כיצד כותבים נקודת ציון UTM?
• מהו NM?
• כיצד פועל GPS?
• מהי כמות הלווינים המינימלית לחישוב מיקום GPS?
• מדוע משתמשים בDGPS?