Глобальная система позиционирования (GPS) для пилотов

Глобальная система позиционирования, или GPS, как ее обычно называют, 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 самолета, а также скорости, пути, расстояния до и от контрольных точек и времени.

История GPS

Военные США впервые использовали GPS в качестве навигационного инструмента в 1970-х годах. В 1980-х годах правительство США предоставило GPS бесплатно для широкой публики с одним уловом: специальный режим, называемый Выборочная доступность, позволил бы целенаправленно снизить точность GPS для публичных пользователей, оставляя только самые точные данные. версия GPS для военных.

В 2000 году при администрации Клинтона выборочная доступность была отключена, и та же самая точность, которой воспользовались военные, стала доступной широкой публике.

Компоненты GPS

Система GPS состоит из трех компонентов: космический сегмент, управляющий сегмент и пользовательский сегмент.

Космическая составляющая состоит из около 31 спутника GPS. ВВС США эксплуатируют эти 31 спутник, а также три-четыре выведенных из эксплуатации спутника, которые при необходимости могут быть возобновлены. В любой данный момент на специально спроектированной орбите работают как минимум 24 спутника, обеспечивающие, чтобы по крайней мере четыре спутника были видны одновременно практически из любой точки Земли. Полный охват, который предлагают спутники, делает систему GPS самой надежной навигационной системой в современной авиации.

Сегмент управления состоит из серии наземных станций, используемых для интерпретации и ретрансляции спутниковых сигналов на различные приемники. Наземные станции включают в себя главную станцию ​​управления, альтернативную главную станцию ​​управления, 12 наземных антенн и 16 станций мониторинга.

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

Как это устроено

Спутники GPS находятся на орбите около 12 000 миль над нами и выходят на орбиту каждые 12 часов. Они работают на солнечной энергии, летают на средней околоземной орбите и передают радиосигналы на наземные приемники.

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

Приемник в самолете получает данные о времени от атомных часов спутников. Он сравнивает время, необходимое для прохождения сигнала от спутника к приемнику, и вычисляет расстояние на основе этого очень точного и определенного времени. Приемники GPS используют триангуляцию - дату от трех спутников - для определения точного двумерного местоположения. При наличии по меньшей мере четырех спутников в поле зрения и в рабочем состоянии могут быть получены трехмерные данные о местоположении.

Ошибки GPS

Ионосферные помехи: сигнал от спутников фактически 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 часов: 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 орбиты могут быть неточными, вызывая неоднозначность в определении точного местоположения спутника.
• Ошибка позиционирования: сигналы GPS могут отражаться от зданий, местности и даже могут возникать электрические помехи. Сигналы GPS доступны только тогда, когда приемник может «видеть» спутник, что означает, что данные будут отсутствовать или будут неточными среди высоких зданий, густой местности и под землей.

Практическое использование GPS

В настоящее время GPS широко используется в авиации как источник зональной навигации. Почти каждый самолет, построенный сегодня, поставляется с блоком GPS, установленным в качестве стандартного оборудования. Авиация общего назначения, бизнес-авиация и коммерческая авиация нашли ценное применение для GPS.

От базовой навигации и данных о местоположении до скорости полета, отслеживания и местоположения в аэропортах, GPS является ценным инструментом для авиаторов.

Установленные устройства GPS могут быть одобрены для использования в IMC и для других рейсов IFR. Пилоты приборов считают, что GPS чрезвычайно полезен для поддержания ситуационной осведомленности и процедур захода на посадку по приборам. Портативные устройства, хотя и не одобренные для использования с IFR, могут быть полезной резервной копией при сбоях приборов, а также ценным инструментом для поддержания ситуационной осведомленности в любой ситуации.

Пилоты, управляющие VFR, также используют GPS в качестве навигационного инструмента и в качестве поддержки традиционных методов пилотажа и расплаты.

Все пилоты могут оценить данные GPS в чрезвычайных ситуациях, поскольку база данных позволит им искать ближайший аэропорт, рассчитывать время в пути, количество топлива на борту, время заката и восхода солнца и многое, многое другое.

Совсем недавно FAA включило процедуры WAAS GPS для заходов на посадку, внедрив новый прецизионный заход на посадку для пилотов в форме подхода «Локализатор с вертикальным наведением» (LPV). Это точный подход, который позволит национальной системе воздушного пространства стать гораздо более эффективной и поможет в будущем удовлетворить потребности национальной системы воздушного пространства.