Παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) για πιλότους

Το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης ή το GPS, όπως είναι γνωστό, αποτελεί ζωτικό στοιχείο της σύγχρονης αεροναυτιλίας και αποτελεί ανεκτίμητο στοιχείο του προγράμματος NextGen της FAA.

Τα δεδομένα GPS επιτρέπουν στους πιλότους να αποκτούν ακριβή τρισδιάστατα ή τετραδιάστατα δεδομένα θέσης. Το σύστημα GPS χρησιμοποιεί τριγωνισμό για τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης του αεροσκάφους, καθώς και της ταχύτητας, του ίχνους, της απόστασης από και προς τα σημεία ελέγχου και του χρόνου.

Ιστορία του GPS

Ο στρατός των Ηνωμένων Πολιτειών χρησιμοποίησε για πρώτη φορά το GPS ως εργαλείο πλοήγησης στη δεκαετία του 1970. Στη δεκαετία του 1980, η αμερικανική κυβέρνηση έκανε το GPS διαθέσιμο στο ευρύ κοινό, δωρεάν, με ένα αλίευμα: Ένας ειδικός τρόπος, ονομάζεται επιλεκτική διαθεσιμότητα, θα μπορούσε να μειώσει σκόπιμα την ακρίβεια του GPS για τους δημόσιους χρήστες, διατηρώντας μόνο τα πιο ακριβή έκδοση του GPS για τους στρατιωτικούς.

Το 2000, κάτω από τη διοίκηση του Clinton, η επιλεκτική διαθεσιμότητα απενεργοποιήθηκε και η ίδια ακρίβεια με την οποία είχε επωφεληθεί ο στρατός διατέθηκε στο ευρύ κοινό.

GPS Components

Το σύστημα GPS έχει τρία στοιχεία: Το διαστημικό τμήμα, το τμήμα ελέγχου και τα τμήματα χρήστη.

Το διαστημικό στοιχείο αποτελείται από περίπου 31 δορυφόρους GPS. Η Πολεμική Αεροπορία των Ηνωμένων Πολιτειών εκμεταλλεύεται αυτούς τους 31 δορυφόρους, συν τρεις έως τέσσερις παροπλισμένους δορυφόρους που μπορούν να ενεργοποιηθούν αν χρειαστεί. Σε κάθε δεδομένη στιγμή, λειτουργούν τουλάχιστον 24 δορυφόροι σε μια ειδικά σχεδιασμένη τροχιά, εξασφαλίζοντας την ταυτόχρονη προβολή τουλάχιστον τεσσάρων δορυφόρων από σχεδόν οποιοδήποτε σημείο της γης. Η πλήρης κάλυψη που προσφέρουν οι δορυφόροι καθιστά το σύστημα GPS το πιο αξιόπιστο σύστημα πλοήγησης στη σύγχρονη αεροπορία.

Το τμήμα ελέγχου αποτελείται από μια σειρά επίγειων σταθμών που χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία και την αναμετάδοση δορυφορικών σημάτων σε διάφορους δέκτες. Οι επίγειοι σταθμοί περιλαμβάνουν έναν κύριο σταθμό ελέγχου, έναν εναλλακτικό κύριο σταθμό ελέγχου, 12 κεραίες γείωσης και 16 σταθμούς παρακολούθησης.

Το τμήμα χρήστη του συστήματος GPS περιλαμβάνει διάφορους δέκτες από όλους τους διαφορετικούς τύπους βιομηχανιών. Η εθνική ασφάλεια, η γεωργία, ο χώρος, η τοπογραφία και η χαρτογράφηση είναι όλα παραδείγματα τελικών χρηστών στο σύστημα GPS. Στην αεροπορία, ο χρήστης είναι συνήθως ο πιλότος, ο οποίος βλέπει τα δεδομένα GPS στην οθόνη του πιλοτηρίου του αεροσκάφους.

Πως δουλεύει

Οι δορυφόροι GPS περιστρέφονται γύρω από 12.000 μίλια και ολοκληρώνουν μια τροχιά κάθε 12 ώρες. Είναι ηλιακά, πετούν σε μεσαία τροχιά της Γης και μεταδίδουν ραδιοσήματα στους δέκτες στο έδαφος.

Οι επίγειοι σταθμοί χρησιμοποιούν τα σήματα για την παρακολούθηση και την παρακολούθηση των δορυφόρων και αυτοί οι σταθμοί παρέχουν στο σταθμό κύριου ελέγχου (MCS) δεδομένα. Το MCS παρέχει στη συνέχεια ακριβή δεδομένα θέσης στους δορυφόρους.

Ο δέκτης σε ένα αεροσκάφος λαμβάνει δεδομένα χρόνου από τα ατομικά ρολόγια των δορυφόρων. Συγκρίνει τον χρόνο που χρειάζεται για να μεταφερθεί το σήμα από το δορυφόρο στον δέκτη και υπολογίζει την απόσταση βάσει αυτού του πολύ ακριβούς και συγκεκριμένου χρόνου. Οι δέκτες GPS χρησιμοποιούν τριγωνισμό - ημερομηνία από τρεις δορυφόρους - για τον προσδιορισμό μιας ακριβούς δισδιάστατης θέσης. Με θέα τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους και λειτουργικά, μπορούν να ληφθούν τρισδιάστατα δεδομένα θέσης.

Σφάλματα GPS

Ισοσφαιρική παρεμβολή: το σήμα από τους δορυφόρους επιβραδύνεται στην πραγματικότητα καθώς διέρχεται από την ατμόσφαιρα της Γης. Η τεχνολογία GPS υπολογίζει αυτό το σφάλμα λαμβάνοντας ένα μέσο χρόνο, πράγμα που σημαίνει ότι το σφάλμα εξακολουθεί να υπάρχει αλλά είναι περιορισμένο.

• Σφάλμα ρολογιού: Το ρολόι στο δέκτη GPS ενδέχεται να μην είναι τόσο ακριβές όσο το ατομικό ρολόι στον δορυφόρο GPS, δημιουργώντας ένα πολύ μικρό πρόβλημα ακρίβειας.
• Τροχιακή σφάλμα: Οι υπολογισμοί της τροχιάς μπορεί να είναι ανακριβείς, προκαλώντας ασάφεια στον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης του δορυφόρου.
• Σφάλμα θέσης: Τα σήματα GPS μπορούν να αναπηδήσουν από τα κτίρια, από το έδαφος και ακόμη και από ηλεκτρικές παρεμβολές. Τα σήματα GPS είναι διαθέσιμα μόνο όταν ο δέκτης μπορεί να "δει" τον δορυφόρο, δηλαδή τα δεδομένα θα λείπουν ή θα είναι ανακριβή ανάμεσα σε ψηλά κτίρια, πυκνό έδαφος και υπόγεια.

Πρακτική χρήση του GPS

Το GPS χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα στην αεροπορία ως πηγή πλοήγησης στην περιοχή. Σχεδόν κάθε αεροσκάφος που κατασκευάστηκε σήμερα έρχεται με μια μονάδα GPS εγκατεστημένη ως βασικό εξοπλισμό. Η γενική αεροπορία, η αεροπορία επιχειρήσεων και η εμπορική αεροπορία έχουν βρει όλες τις χρήσιμες χρήσεις για το GPS.

Από τα βασικά δεδομένα πλοήγησης και θέσης σε αεροπορική ταχύτητα, εντοπισμό και θέσεις στο αεροδρόμιο, το GPS είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τους αερομεταφορείς.

Εγκατεστημένες μονάδες GPS μπορούν να εγκριθούν για χρήση σε IMC και σε άλλες πτήσεις IFR. Οι πιλότοι οργάνων βρίσκουν το GPS εξαιρετικά χρήσιμο για τη διατήρηση των διαδικασιών προσέγγισης της κατάστασης και της προσέγγισης με όργανα. Οι φορητές μονάδες, αν και δεν έχουν εγκριθεί για χρήση με IFR, μπορούν να αποτελέσουν χρήσιμο βοήθημα για αποτυχίες οργάνων, καθώς και ένα πολύτιμο εργαλείο για τη διατήρηση της επίγνωσης της κατάστασης σε κάθε περίπτωση.

Οι πιλότοι που ταξιδεύουν με VFR χρησιμοποιούν επίσης το GPS ως εργαλείο πλοήγησης και υποστηρίζουν τις παραδοσιακές τεχνικές πλοήγησης και νεκρού αναμέτρησης.

Όλοι οι πιλότοι μπορούν να εκτιμήσουν τα δεδομένα GPS σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, καθώς η βάση δεδομένων θα τους επιτρέψει να αναζητήσουν το πλησιέστερο αεροδρόμιο, να υπολογίσουν το χρόνο καθ 'οδόν, τα καύσιμα στο πλοίο, την ώρα του ηλιοβασιλέματος και της ανατολής, και πολλά άλλα.

Πρόσφατα, η FAA επέτρεψε σε WAAS διαδικασίες GPS για προσεγγίσεις, εισάγοντας μια νέα προσέγγιση ακριβείας στους πιλότους με τη μορφή προσέγγισης τοπικού προσανατολισμού με κατακόρυφη καθοδήγηση (LPV). Πρόκειται για μια προσέγγιση ακριβείας που θα επιτρέψει στο εθνικό σύστημα εναέριου χώρου να καταστεί πολύ πιο αποτελεσματικό και να βοηθήσει στην ικανοποίηση των αναγκών του εθνικού συστήματος εναέριου χώρου στο μέλλον.