Глобална система за позициониране (GPS) за пилоти

Глобалната система за позициониране или GPS, както е общоизвестно, е жизненоважен компонент за съвременната аеронавигация и е безценен компонент на програмата на NextaGen на FAA.

GPS данните позволяват на пилотите да получават точни триизмерни или четириизмерни данни за местоположението. GPS системата използва триангулация, за да определи точното местоположение на самолета, както и скоростта, трасето, разстоянието до или от контролните точки и времето.

История на GPS

Военните от Съединените щати използваха GPS за навигация през 70-те години. През 80-те години правителството на САЩ направи GPS на разположение на широката общественост, безплатно, с един улов: специален режим, наречен Селективна наличност, щеше да даде възможност за целенасочено намаляване на точността на GPS за публичните потребители, запазвайки само най-точните версия на GPS за военните.

През 2000 г., при администрацията на Клинтън, избирателната наличност беше изключена и същата точност, от която се възползваха военните, беше предоставена на широката общественост.

GPS компоненти

Системата GPS има три компонента: сегменти на космическия сегмент, контролен сегмент и потребителски сегменти.

Космическият компонент се състои от около 31 GPS сателита. ВВС на Съединените щати експлоатират тези 31 спътника плюс три до четири изведени от експлоатация спътници, които могат да бъдат активирани, ако е необходимо. Във всеки един момент минимум 24 спътника функционират в специално проектирана орбита, като се гарантира, че най-малко четири спътника са в едно и също време от почти всяка точка на земята. Пълното покритие, което предлагат спътниците, правят GPS системата най-надеждната навигационна система в съвременната авиация.

Контролният сегмент се състои от поредица от наземни станции, използвани за интерпретиране и предаване на сателитни сигнали към различни приемници. Наземните станции включват главна контролна станция, алтернативна главна контролна станция, 12 наземни антени и 16 мониторингови станции.

Потребителският сегмент на GPS системата включва различни приемници от различни видове индустрии. Националната сигурност, земеделието, пространството, геодезията и картографирането са примери за крайни потребители в GPS системата. В авиацията, потребителят обикновено е пилотът, който разглежда GPS данните на дисплея в кабината на самолета.

Как работи

GPS сателитите обикалят около 12 000 мили над нас и завършват една орбита на всеки 12 часа. Те са захранвани със слънчева енергия, летят в средна орбита на Земята и предават радиосигнали към приемниците на земята.

Наземните станции използват сигналите за проследяване и наблюдение на спътници и тези станции предоставят на главната контролна станция (MCS) данни. След това MCS предоставя точни данни за местоположението на спътниците.

Приемникът във въздухоплавателното средство получава данни за времето от атомните часовници на спътниците. Той сравнява времето, необходимо на сигнала да премине от сателита към приемника, и изчислява разстоянието въз основа на това много точно и точно време. GPS приемниците използват триангулация - дата от три сателита - за определяне на точното двумерно местоположение. С най-малко четири спътника и оперативните триизмерни данни за местоположението могат да бъдат получени.

GPS грешки

Йоносферна интерференция: сигналът от спътниците всъщност се забавя, докато преминава през земната атмосфера. Технологията GPS отчита тази грешка, като взема средно време, което означава, че грешката все още съществува, но е ограничена.

• Грешка в часовника: Часовникът на GPS приемника може да не е толкова точен, колкото атомния часовник на GPS спътника, което създава много малък проблем с точността.
• Орбитална грешка: Изчисленията в орбита могат да бъдат неточни, което води до неяснота при определянето на точното местоположение на спътника.
• Грешка в позицията: GPS сигналите могат да отскачат от сгради, терен и дори да възникнат електрически смущения. GPS сигналите са налични само когато приемникът може да "види" сателита, което означава, че данните ще липсват или са неточни сред високи сгради, гъст терен и подземни.

Практическо използване на GPS

GPS е широко използван днес в авиацията като източник на навигация в района. Почти всеки построен днес самолет има GPS устройство, инсталирано като стандартно оборудване. Общата авиация, бизнес авиацията и търговската авиация намират ценна употреба на GPS.

От основната навигация и данните за позицията до въздушната скорост, проследяването и летището, GPS е ценен инструмент за авиаторите.

Инсталираните GPS устройства могат да бъдат одобрени за използване в IMC и за други IFR полети. Пилотите за инструменти откриват, че GPS е изключително полезен за поддържане на ситуационната осведоменост и летателните процедури за подход на инструмента. Ръчните устройства, макар и да не са одобрени за използване по IFR, могат да бъдат полезна подкрепа за повреди на инструментите, както и ценен инструмент за поддържане на ситуационната осведоменост във всяка ситуация.

Пилотите, летящи с VFR, също използват GPS като навигационен инструмент и поддържат традиционните пилотажни и мъртви техники.

Всички пилоти могат да оценят GPS данните в извънредни ситуации, тъй като базата данни ще им позволи да търсят най-близкото летище, да изчислят времето по маршрута, горивото на борда, времето на залеза и изгрева, и много, много повече.

Съвсем наскоро FAA е позволила процедурите на WAAS GPS за подходи, въвеждайки нов подход за прецизност на пилотите под формата на подход на локализатора с вертикално ориентиране (LPV). Това е прецизен подход, който ще даде възможност на националната система за въздушно пространство да стане много по-ефективна и да подпомогне удовлетворяването на нуждите на националната система на въздушното пространство в бъдеще.