Globālā pozicionēšanas sistēma (GPS) pilotiem

Globālā pozicionēšanas sistēma vai GPS, kā tas ir vispārzināms, ir būtiska mūsdienu aeronavigācijas sastāvdaļa un nenovērtējama FAA NextGen programmas sastāvdaļa.

GPS dati ļauj pilotiem iegūt precīzus trīsdimensiju vai četru dimensiju atrašanās vietas datus. GPS sistēma izmanto trijstūri, lai noteiktu gaisa kuģa precīzu atrašanās vietu, kā arī ātrumu, sliežu ceļu, attālumu līdz vai no kontrolpunktiem un laiku.

GPS vēsture

ASV militārais karalisks 1970. gados pirmo reizi izmantoja GPS kā navigācijas rīku. Deviņdesmitajos gados ASV valdība bez maksas darīja GPS pieejamu plašai sabiedrībai, izmantojot vienu nozveju: īpašs režīms, ko sauc par selektīvo pieejamību, ļautu mērķtiecīgi samazināt publisko lietotāju GPS precizitāti, rezervējot tikai visprecīzāko GPS versija militārpersonām.

2000. gadā saskaņā ar Clinton administrāciju selektīvā pieejamība tika izslēgta, un tā pati precizitāte, kādu militārie bija guvuši, bija pieejama plašai sabiedrībai.

GPS komponenti

GPS sistēmai ir trīs komponenti: kosmosa segments, vadības segments un lietotāju segmenti.

Kosmosa komponents sastāv no aptuveni 31 GPS satelītiem. Amerikas Savienoto Valstu Gaisa spēki izmanto šos 31 satelītu, kā arī trīs līdz četrus ekspluatācijas pārtraukšanas satelītus, kurus vajadzības gadījumā var atkārtoti aktivizēt. Jebkurā brīdī vismaz 24 satelīti darbojas speciāli izstrādātā orbītā, nodrošinot, ka vismaz četri satelīti vienlaicīgi skatās no gandrīz jebkura punkta uz zemes. Pilns satelītu piedāvājums padara GPS sistēmu par visdrošāko navigācijas sistēmu mūsdienu aviācijā.

Kontroles segmentu veido virkne zemes staciju, ko izmanto, lai interpretētu un pārraidītu satelīta signālus dažādiem uztvērējiem. Zemes stacijas ietver galveno vadības staciju, alternatīvu galveno vadības staciju, 12 zemes antenas un 16 monitoringa stacijas.

GPS sistēmas lietotāju segments ietver dažādus uztvērējus no visiem dažādiem nozares veidiem. Nacionālā drošība, lauksaimniecība, kosmoss, mērniecība un kartēšana ir visi gala lietotāju piemēri GPS sistēmā. Aviācijā lietotājs parasti ir pilots, kurš GPS datus redz gaisa kuģa pilota kabīnē.

Kā tas strādā

GPS satelīti orbītā ap 12 000 jūdzēm virs mums un viena orbīta pabeigšana ik pēc 12 stundām. Tie ir saules enerģija, lido vidējā Zemes orbītā un pārraida radio signālus uztvērējiem uz zemes.

Zemes stacijas izmanto signālus, lai izsekotu un uzraudzītu satelītus, un šīs stacijas nodrošina galveno vadības staciju (MCS) ar datiem. Pēc tam MCS sniedz precīzus atrašanās vietas datus satelītiem.

Lidmašīnas uztvērējs saņem laika datus no satelītu atomu pulksteņiem. Tas salīdzina laiku, kas nepieciešams, lai signāls pārietu no satelīta uz uztvērēju, un aprēķina attālumu, pamatojoties uz šo ļoti precīzu un konkrētu laiku. GPS uztvērēji izmanto trijstūri - datumu no trim satelītiem - lai noteiktu precīzu divdimensiju atrašanās vietu. Ņemot vērā vismaz četrus satelītus un tos var izmantot, var iegūt trīsdimensiju atrašanās vietas datus.

GPS kļūdas

Jonosfēras iejaukšanās: signāls no satelītiem palēninās, jo tas iet caur Zemes atmosfēru. GPS tehnoloģija veido šo kļūdu, ņemot vidējo laiku, kas nozīmē, ka kļūda joprojām pastāv, bet ir ierobežota.

• Pulksteņa kļūda: GPS uztvērēja pulkstenis, iespējams, nav tik precīzs kā GPS satelīta atomu pulkstenis, radot ļoti nelielu precizitātes problēmu.
• Orbitālā kļūda: orbītas aprēķini var būt neprecīzi, radot neskaidrību, nosakot satelīta precīzu atrašanās vietu.
• Pozīcijas kļūda: GPS signāli var atteikties no ēkām, reljefa un pat elektriskiem traucējumiem. GPS signāli ir pieejami tikai tad, ja uztvērējs var "redzēt" satelītu, kas nozīmē, ka dati būs pazuduši vai neprecīzi starp augstām ēkām, blīvu reljefu un pazemes.

GPS praktiska izmantošana

GPS ir plaši izmantots aviācijā šodien kā teritorijas navigācijas avots. Gandrīz katrs lidaparāts, kas uzbūvēts šodien, ir aprīkots ar standarta GPS aprīkojumu. Vispārējā aviācija, darījumu aviācija un komerciālā aviācija ir atraduši vērtīgus GPS izmantošanas veidus.

No pamata navigācijas un atrašanās vietas datiem uz gaisa ātrumu, uzskaiti un lidostu atrašanās vietām, GPS ir vērtīgs līdzeklis aviatoriem.

Instalētās GPS ierīces var apstiprināt lietošanai IMC un citos IFR lidojumos. Instrumentu pilotiem GPS ir ārkārtīgi noderīga situācijas izpratnes un lidojošu instrumentu pieejas procedūru uzturēšanā. Rokas ierīces, kas nav apstiprinātas IFR izmantošanai, var būt noderīgs instruments instrumentu kļūmēm, kā arī vērtīgs instruments situācijas izpratnes saglabāšanai jebkurā situācijā.

Piloti, kas peld ar VFR, izmanto arī GPS kā navigācijas rīku un papildinājumu tradicionālajām loču un mirušo aprēķinu metodēm.

Visi piloti var novērtēt GPS datus ārkārtas situācijās, jo datu bāze ļaus viņiem meklēt tuvāko lidostu, aprēķināt ceļā pavadīto laiku, degvielu uz kuģa, saulrieta laiku un saullēktu, un daudz vairāk.

Visbeidzot, FAA ir ļāvusi WAAS GPS procedūrām izmantot pieejas, ieviešot jaunu precizitātes pieeju pilotiem, izmantojot lokalizatora veiktspēju ar vertikālās orientācijas (LPV) pieeju. Tā ir precīza pieeja, kas ļaus valsts gaisa telpas sistēmai kļūt daudz efektīvākai un palīdzēt nākotnē apmierināt valsts gaisa telpas sistēmas vajadzības.