Globalny system pozycjonowania (GPS) dla pilotów

Globalny system pozycjonowania lub GPS, jak powszechnie wiadomo, jest istotnym elementem nowoczesnej nawigacji lotniczej i nieocenionym elementem programu NextGen FAA.

Dane GPS umożliwiają pilotom uzyskanie precyzyjnych trójwymiarowych lub czterowymiarowych danych o położeniu. System GPS wykorzystuje triangulację do określenia dokładnej lokalizacji statku powietrznego, a także prędkości, toru, odległości do lub z punktów kontrolnych i czasu.

Historia GPS

Wojsko Stanów Zjednoczonych po raz pierwszy użyło GPS jako narzędzia nawigacyjnego w latach 70-tych. W latach 80. rząd Stanów Zjednoczonych udostępnił GPS bezpłatnie opinii publicznej, za jednym zamachem: specjalny tryb, nazywany selektywną dostępnością, umożliwiłby celowe zmniejszenie dokładności GPS dla użytkowników publicznych, rezerwując tylko najdokładniejsze wersja GPS dla wojska.

W 2000 r., Pod administracją Clintona, selektywna dostępność została wyłączona, a ta sama dokładność, z której skorzystało wojsko, została udostępniona opinii publicznej.

Komponenty GPS

System GPS składa się z trzech elementów: segmentu przestrzeni, segmentu sterowania i segmentów użytkownika.

Komponent kosmiczny składa się z około 31 satelitów GPS. Siły powietrzne Stanów Zjednoczonych obsługują te 31 satelitów oraz trzy do czterech wycofanych z eksploatacji satelitów, które w razie potrzeby można reaktywować. W dowolnym momencie na specjalnie zaprojektowanej orbicie działa co najmniej 24 satelity, dzięki czemu co najmniej cztery satelity są widoczne w tym samym czasie z niemal każdego miejsca na ziemi. Całkowity zasięg oferty satelitów sprawia, że ​​system GPS jest najbardziej niezawodnym systemem nawigacji we współczesnym lotnictwie.

Segment sterowania składa się z serii stacji naziemnych używanych do interpretacji i przekazywania sygnałów satelitarnych do różnych odbiorników. Stacje naziemne obejmują główną stację kontrolną, alternatywne główne stanowisko sterowania, 12 anten naziemnych i 16 stacji monitorujących.

Segment użytkownika systemu GPS obejmuje różne odbiorniki ze wszystkich rodzajów przemysłu. Bezpieczeństwo narodowe, rolnictwo, przestrzeń kosmiczna, badania geodezyjne i mapowanie to przykłady użytkowników końcowych w systemie GPS. W lotnictwie użytkownik jest zwykle pilotem, który wyświetla dane GPS na wyświetlaczu w kokpicie samolotu.

Jak to działa

Satelity GPS orbitują około 12 000 mil nad nami i wykonują jedną orbitę co 12 godzin. Są zasilane energią słoneczną, latają na średniej orbicie Ziemi i przesyłają sygnały radiowe do odbiorników na ziemi.

Stacje naziemne wykorzystują sygnały do ​​śledzenia i monitorowania satelitów, a stacje te dostarczają dane do głównej stacji sterowania (MCS). MCS zapewnia następnie precyzyjne dane pozycji satelitom.

Odbiornik w samolocie odbiera dane czasowe z zegarów atomowych satelitów. Porównuje czas potrzebny na przejście sygnału z satelity do odbiornika i oblicza odległość na podstawie tego bardzo dokładnego i określonego czasu. Odbiorniki GPS używają triangulacji - daty z trzech satelitów - do określenia dokładnej lokalizacji dwuwymiarowej. Przy widoczności co najmniej czterech satelitów i operacyjnej można uzyskać trójwymiarowe dane o położeniu.

Błędy GPS

Zakłócenia jonosfery: sygnał z satelitów w rzeczywistości spowalnia, gdy przechodzi przez atmosferę Ziemi. Technologia GPS uwzględnia ten błąd, przyjmując średni czas, co oznacza, że ​​błąd nadal istnieje, ale jest ograniczony.

• Błąd zegara: Zegar na odbiorniku GPS może nie być tak dokładny jak zegar atomowy na satelicie GPS, co powoduje bardzo niewielki problem dokładności.
• Błąd orbity: obliczenia orbity mogą być niedokładne, powodując niejednoznaczność w określaniu dokładnej lokalizacji satelity.
• Błąd pozycji: sygnały GPS mogą odbijać się od budynków, terenu, a nawet mogą wystąpić zakłócenia elektryczne. Sygnały GPS są dostępne tylko wtedy, gdy odbiornik może „zobaczyć” satelitę, co oznacza, że ​​dane będą niedostępne lub niedokładne w wysokich budynkach, gęstym terenie i pod ziemią.

Praktyczne wykorzystanie GPS

GPS jest obecnie szeroko stosowany w lotnictwie jako źródło nawigacji w terenie. Prawie każdy zbudowany dzisiaj samolot ma urządzenie GPS zainstalowane jako standardowe wyposażenie. Lotnictwo ogólne, lotnictwo biznesowe i lotnictwo komercyjne znalazły cenne zastosowania w GPS.

Od podstawowej nawigacji i danych pozycji po prędkość lotu, śledzenie i lokalizację lotniska, GPS jest cennym narzędziem dla lotników.

Zainstalowane jednostki GPS mogą być zatwierdzone do użytku w IMC i innych lotach IFR. Piloci instrumentów odnajdują GPS, który jest niezwykle pomocny w utrzymaniu świadomości sytuacyjnej i procedurach podejścia do samolotu. Urządzenia podręczne, choć nie są zatwierdzone do użytku IFR, mogą być pomocnym wsparciem dla awarii instrumentów, a także cennym narzędziem do utrzymania świadomości sytuacyjnej w każdej sytuacji.

Piloci latający VFR wykorzystują również GPS jako narzędzie nawigacyjne i wsparcie dla tradycyjnego pilotażu i technik obliczeń martwych.

Wszyscy piloci mogą docenić dane GPS w sytuacjach awaryjnych, ponieważ baza danych umożliwi im wyszukiwanie najbliższego lotniska, obliczenie czasu na trasie, paliwa na pokładzie, czasu zachodu słońca i wschodu słońca i wiele, wiele więcej.

Ostatnio FAA umożliwiła procedury WAAS GPS dotyczące podejść, wprowadzając nowe precyzyjne podejście do pilotów w postaci podejścia Localizer Performance z pionowym prowadzeniem (LPV). Jest to precyzyjne podejście, które pozwoli na zwiększenie wydajności krajowego systemu przestrzeni powietrznej i pomoc w zaspokajaniu potrzeb krajowego systemu przestrzeni powietrznej w przyszłości.