Globalny system pozycjonowania, czyli powszechnie znany GPS, jest istotnym elementem nowoczesnej nawigacji lotniczej i nieocenionym składnikiem programu NextGen FAA.
Dane GPS umożliwiają pilotom uzyskanie precyzyjnych trójwymiarowych lub czterowymiarowych danych lokalizacji. System GPS wykorzystuje triangulację do określenia dokładnej lokalizacji statku powietrznego, a także prędkości, toru, odległości do punktów kontrolnych i z punktów kontrolnych oraz czasu.
Historia GPS
Wojsko Stanów Zjednoczonych po raz pierwszy zastosowało GPS jako narzędzie nawigacyjne w latach 70. XX wieku. W latach osiemdziesiątych rząd Stanów Zjednoczonych udostępnił GPS bezpłatnie, za darmo, za pomocą jednego haka: specjalny tryb o nazwie Selective Availability pozwoliłby celowo zmniejszyć dokładność GPS dla użytkowników publicznych, zastrzegając tylko najdokładniejsze wersja GPS dla wojska.
W 2000 r., Pod administracją Clintona, selektywna dostępność została wyłączona, a ta sama dokładność, z której wojskowi skorzystali, została udostępniona ogółowi społeczeństwa.
Komponenty GPS
System GPS składa się z trzech komponentów: segmentu przestrzeni, segmentu kontrolnego i segmentów użytkowników.
Komponent kosmiczny składa się z około 31 satelitów GPS. Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych obsługują 31 satelitów oraz trzy do czterech zlikwidowanych satelitów, które można ponownie aktywować w razie potrzeby. W każdej chwili co najmniej 24 satelity działają na specjalnie zaprojektowanej orbicie, zapewniając co najmniej cztery satelity w tym samym czasie z niemal dowolnego punktu na Ziemi.
Pełne pokrycie oferty satelitów sprawia, że system GPS jest najbardziej niezawodnym systemem nawigacji w nowoczesnym lotnictwie.
Segment kontrolny składa się z szeregu stacji naziemnych używanych do interpretowania i przekazywania sygnałów satelitarnych do różnych odbiorników. Stacje naziemne obejmują główną stację sterowania, alternatywną główną stację kontrolną, 12 anten naziemnych i 16 stacji monitorujących.
Segment użytkowników systemu GPS obejmuje różne odbiorniki z różnych gałęzi przemysłu. Bezpieczeństwo użytkowników, rolnictwo, przestrzeń kosmiczna, geodezja 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 krążą około 12 000 mil nad nami i kończą jedną orbitę co 12 godzin. Są zasilane energią słoneczną, latają na średniej orbicie okołoziemskiej i przekazują sygnały radiowe do odbiorników na ziemi.
Stacje naziemne wykorzystują sygnały do śledzenia i monitorowania satelitów, a stacje te zapewniają głównej stacji kontrolnej (MCS) dane. MCS zapewnia następnie dokładne dane o pozycji do satelitów.
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 wykorzystują triangulację - data z trzech satelitów - w celu określenia dokładnej dwuwymiarowej lokalizacji. Przyglądając się co najmniej czterem satelitom i operacyjnym, można uzyskać trójwymiarowe dane lokalizacji.
Błędy GPS
Interferencja jonosfery: sygnał z satelitów faktycznie zwalnia, gdy przechodzi przez atmosferę ziemską.
Technologia GPS uwzględnia ten błąd, przyjmując średni czas, co oznacza, że błąd nadal istnieje, ale jest ograniczony.
- Błąd zegara: zegar w odbiorniku GPS może nie być tak dokładny, jak zegar atomowy na satelicie GPS, co powoduje bardzo niewielki problem z dokładnością.
- Błąd orbitalny: obliczenia orbity mogą być niedokładne, co powoduje niejednoznaczność w określeniu dokładnej lokalizacji satelity.
- Błąd pozycji: sygnały GPS mogą odbijać się od budynków, terenu, a nawet wystąpić zakłócenia elektryczne. Sygnały GPS są dostępne tylko wtedy, gdy odbiornik może "zobaczyć" satelitę, co oznacza, że dane będą nieobecne lub niedokładne wśród wysokich budynków, gęstego terenu i pod ziemią.
Praktyczne wykorzystanie GPS
GPS jest obecnie szeroko stosowany w lotnictwie jako źródło nawigacji obszarowej . Prawie każdy wyprodukowany samolot jest wyposażony w moduł GPS zainstalowany jako standardowe wyposażenie.
Lotnictwo ogólne, lotnictwo biznesowe i lotnictwo komercyjne znalazły cenne zastosowanie w GPS.
Od podstawowych danych nawigacyjnych i pozycji do prędkości, lokalizacji i lokalizacji na lotniskach GPS jest cennym narzędziem dla lotników.
Zainstalowane urządzenia GPS mogą być zatwierdzone do użytku w IMC i innych lotach IFR . Piloci instrumentów uważają, że GPS jest niezwykle pomocny w utrzymywaniu świadomości sytuacyjnej i procedur podejścia do instrumentów latających. Jednostki podręczne, choć nie są zatwierdzone do użytku IFR, mogą być przydatnym wsparciem dla awarii urządzeń, a także cennym narzędziem do utrzymywania świadomości sytuacyjnej w każdej sytuacji.
Piloci latający VFR również wykorzystują GPS jako narzędzie nawigacyjne i wsparcie dla tradycyjnych technik pilotowania i martwych rachunków.
Wszyscy piloci mogą docenić dane GPS w sytuacjach awaryjnych, ponieważ baza danych pozwoli im wyszukać najbliższe lotnisko, obliczyć czas na trasie, paliwo na pokładzie, czas zachodu i wschodu słońca i wiele, wiele więcej.
Ostatnio FAA umożliwiła stosowanie technik WAAS GPS w podejściach, wprowadzając nowe, precyzyjne podejście do pilotów w postaci podejścia Localizer Performance with Vertical Guidance (LPV) . Jest to podejście precyzyjne, które pozwoli, aby krajowy system przestrzeni powietrznej stał się znacznie bardziej wydajny i pomagał w zaspokojeniu potrzeb krajowego systemu przestrzeni powietrznej w przyszłości.