Система глобального позиціонування (GPS) для пілотів

Глобальна система позиціонування, або GPS, як це загальновідомо, є життєво важливим компонентом сучасної аеронавігації і є безцінною складовою програми NextGen.

Дані GPS дозволяють пілотам отримувати точні тривимірні або чотиривимірні дані про місцезнаходження. Система GPS використовує тріангуляцію для визначення точного місцезнаходження літака, а також швидкості, доріжки, відстані до контрольних точок або від них, а також часу.

Історія GPS

У 1970-х роках військові Сполучених Штатів вперше використовували GPS як інструмент навігації. У 1980-х роках уряд США зробив GPS доступним для широкої громадськості, безкоштовно, з одним вилученням: спеціальний режим, який називається вибірковою доступністю, дозволить цілеспрямовано знизити точність GPS для публічних користувачів, залишаючи лише найточніші версія GPS для військових.

У 2000 році, за адміністрації Клінтона, вибіркову доступність була відключена, і така точність, яку отримали військові, стала доступною для широкої громадськості.

Компоненти GPS

Система GPS має три компоненти: сегмент простору, сегмент управління та сегменти користувача.

Космічний компонент складається з близько 31 супутників GPS. Військово-повітряні сили Сполучених Штатів оперують цими 31 супутниками плюс три до чотирьох списаних супутників, які можуть бути відновлені у разі потреби. У будь-який даний момент на спеціально розробленій орбіті функціонують щонайменше 24 супутника, що забезпечує принаймні чотири супутника одночасно з будь-якої точки земної кулі. Повне покриття, яке пропонують супутники, робить систему GPS найнадійнішою навігаційною системою в сучасній авіації.

Сегмент управління складається з серії наземних станцій, які використовуються для інтерпретації і передачі супутникових сигналів різним приймачам. Наземні станції включають головну станцію управління, альтернативну головну станцію управління, 12 наземних антен і 16 станцій моніторингу.

Користувальницький сегмент системи GPS включає в себе різні приймачі з різних типів галузей. Національна безпека, сільське господарство, космос, геодезія та картографування є прикладами кінцевих користувачів системи GPS. У авіації користувач, як правило, є пілотом, який переглядає дані GPS на дисплеї в кабіні літака.

Як це працює

Супутники GPS обертаються близько 12 000 миль над нами і виконують одну орбіту кожні 12 годин. Вони працюють від сонячної енергії, літають на середній орбіті Землі і передають радіосигнали приймачам на землі.

Наземні станції використовують сигнали для відстеження і моніторингу супутників, і ці станції забезпечують головну станцію управління (MCS) даними. MCS потім надає точні дані про стан супутникам.

Приймач у літаку отримує дані часу з атомних годинників супутників. Він порівнює час, необхідний для переходу сигналу від супутника до приймача, і обчислює відстань, засноване на цьому дуже точному і конкретному часу. GPS приймачі використовують тріангуляцію - дату від трьох супутників - для визначення точного двовимірного розташування. При наявності щонайменше чотирьох супутників, які є в оперативному режимі, можна отримати тривимірні дані про місцезнаходження.

Помилки GPS

Інтерференція з іоносферою: сигнал від супутників фактично уповільнюється при проходженні через атмосферу Землі. Технологія GPS враховує цю помилку, приймаючи середній час, тобто помилка все ще існує, але обмежена.

• Помилка годинника: годинник на GPS-приймачі може бути не таким точним, як атомний годинник на супутнику GPS, що створює дуже незначну проблему з точністю.
• Орбітальна помилка: Обчислення орбіти можуть бути неточними, що призводить до неоднозначності у визначенні точного розташування супутника.
• Помилка позиції: сигнали GPS можуть відскакувати будівлі, місцевість і навіть електричні перешкоди. Сигнали GPS доступні тільки тоді, коли приймач може "бачити" супутник, тобто дані будуть відсутні або неточні серед високих будівель, щільного рельєфу та під землею.

Практичне використання GPS

GPS широко використовується в авіації сьогодні як джерело зони навігації. Майже кожен з сьогодні побудованих літаків поставляється з блоком GPS, встановленим у якості стандартного обладнання. Загальна авіація, бізнес-авіація та комерційна авіація знайшли цінні засоби використання GPS.

Від базової навігації та даних про стан до швидкості, відстеження та розташування аеропортів, GPS є цінним інструментом для авіаторів.

Встановлені GPS-пристрої можуть бути схвалені для використання в IMC і для інших IFR-рейсів. Пілоти приладів знаходять GPS, що є надзвичайно корисним у підтримці ситуативної обізнаності та процедур підходу до приладів. Портативні пристрої, хоча і не схвалені для використання IFR, можуть бути корисним резервом для збоїв інструменту, а також цінним інструментом для підтримки ситуаційної обізнаності в будь-якій ситуації.

Пілоти, що летять з ПВП, також використовують GPS як інструмент навігації та доповнення до традиційних пілотажних і мертвих методів розрахунку.

Всі пілоти можуть оцінити дані GPS в надзвичайних ситуаціях, оскільки база даних дозволить їм шукати найближчий аеропорт, обчислювати час на шляху, паливо на борту, час заходу і сходу сонця, і багато, багато іншого.

Зовсім недавно, FAA включила процедури WAAS GPS для підходів, запровадивши новий підхід до пілотів у вигляді підходу Localizer Performance with Vertical Guidance (LPV). Це точний підхід, який дозволить національній системі повітряного простору стати набагато ефективнішою та допомогти у майбутньому задовольнити потреби національної системи повітряного простору.