Узнать о глобальной системе позиционирования (GPS) для пилотов

Глобальная система позиционирования или GPS, как она широко известна, является жизненно важным компонентом современной аэронавигации и бесценным компонентом программы FAA NextGen.

Данные GPS позволяют пилотам получать точные трехмерные или четырехмерные данные о местоположении. Система GPS использует триангуляцию для определения точного местоположения воздушного судна, скорости, пути, расстояния до контрольных точек и от времени.

История GPS

Военные США впервые использовали GPS в качестве навигационного инструмента в 1970-х годах. В 1980-х годах правительство США сделало GPS доступным для широкой общественности, бесплатно, с одним уловом: специальный режим, называемый выборочной доступностью, позволил бы целенаправленно снизить точность GPS для публичных пользователей, оставив только самые точные версия GPS для военных.

В 2000 году при администрации Клинтона выборочная доступность была отключена, и та же точность, что и военные, была предоставлена ​​широкой общественности.

Компоненты GPS

Система GPS состоит из трех компонентов: космического сегмента, сегмента управления и пользовательских сегментов.

Космическая составляющая состоит из 31 спутника GPS. Военно-воздушные силы Соединенных Штатов эксплуатируют эти 31 спутник плюс три-четыре выведенных из эксплуатации спутников, которые могут быть активированы, если необходимо. В любой момент времени на специально разработанной орбите функционируют как минимум 24 спутника, обеспечивая одновременное наблюдение как минимум четырех спутников практически с любой точки Земли.

Полное покрытие, которое предлагает спутник, делает систему GPS самой надежной навигационной системой в современной авиации.

Контрольный сегмент состоит из серии наземных станций, используемых для интерпретации и передачи спутниковых сигналов различным приемникам. Наземные станции включают в себя главную управляющую станцию, альтернативную мастер-станцию ​​управления, 12 наземных антенн и 16 станций мониторинга.

Пользовательский сегмент системы GPS включает в себя различные приемники из разных отраслей. Национальная безопасность, сельское хозяйство, космос, геодезия и картография - все это примеры конечных пользователей системы GPS. В авиации пользователь обычно является пилотом, который просматривает данные GPS на дисплее в кабине самолета.

Как работает

Спутники GPS на орбите примерно на 12 000 миль выше нас и завершают одну орбиту каждые 12 часов. Они работают на солнечной энергии, летают на средней околоземной орбите и передают радиосигналы получателям на земле.

Наземные станции используют сигналы для отслеживания и мониторинга спутников, и эти станции предоставляют станцию ​​управления (MCS) данными. Затем MCS предоставляет точные данные о местоположении спутникам.

Приемник в самолете получает данные о времени от атомных часов спутников.Он сравнивает время, необходимое для перехода сигнала со спутника на приемник, и вычисляет расстояние, основанное на этом очень точном и конкретном времени. GPS-приемники используют триангуляцию - дату с трех спутников - для определения точного двумерного местоположения. Имея по меньшей мере четыре спутника в поле зрения и работоспособность, можно получить трехмерные данные о местоположении.

Ошибки GPS

Ионосферные помехи: сигнал от спутников на самом деле замедляется, когда он проходит через атмосферу Земли.

Технология GPS учитывает эту ошибку, принимая среднее время, что означает, что ошибка все еще существует, но ограничена.

• Ошибка синхронизации: часы на приемнике GPS могут быть не такими точными, как атомные часы на спутнике GPS, что создает очень небольшую проблему с точностью.
• Орбитальная ошибка: расчеты на орбите могут быть неточными, что вызывает неоднозначность определения точного местоположения спутника.
• Ошибка положения: сигналы GPS могут отскакивать от зданий, местности и даже электрических помех. Сигналы GPS доступны только в том случае, если приемник может «видеть» спутник, то есть данные будут отсутствовать или неточные среди высоких зданий, плотной местности и под землей.

Практическое использование GPS

GPS широко используется в авиации сегодня как источник зоновой навигации. Почти каждый самолет, построенный сегодня, оснащен устройством GPS, установленным в качестве стандартного оборудования.

Общая авиация, деловая авиация и коммерческая авиация нашли все для использования GPS.

От базовой навигации и данных о местоположении до авиаперевозок, слежения и местоположений в аэропортах GPS - это ценный инструмент для авиаторов.

Установленные GPS-модули могут быть одобрены для использования в IMC и для других полетов IFR. Инструментальные пилоты считают GPS чрезвычайно полезным для поддержания ситуационной осведомленности и процедур подхода к летному прибору. Портативные устройства, хотя и не одобрены для использования IFR, могут быть полезными для отказов приборов, а также ценным инструментом для поддержания ситуационной осведомленности в любой ситуации.

Летчики, летающие на VFR, также используют GPS в качестве навигационного инструмента и поддерживают традиционные методы лоцманской проводки и мертвых расчетов.

Все пилоты могут оценить данные GPS в чрезвычайных ситуациях, так как база данных позволит им искать ближайший аэропорт, рассчитать время в пути, топливо на борту, время захода солнца и рассвет, и многое, многое другое.

Совсем недавно FAA разрешила процедуры WAAS GPS для подходов, внедряя новый точный подход к пилотам в виде подхода Localizer Performance с вертикальным руководством (LPV). Это точный подход, который позволит национальной системе воздушного пространства стать намного более эффективной и помочь в удовлетворении потребностей национальной системы воздушного пространства в будущем.