Global Positioning System (GPS) för piloter

Det globala positioneringssystemet, eller GPS som det är allmänt känt, är en viktig komponent för modern flygnavigering och en ovärderlig del av FAA: s NextGen-program.

GPS-data gör att piloter kan få exakta tredimensionella eller fyrdimensionella platsdata. GPS-systemet använder triangulering för att bestämma flygplanets exakta position, liksom hastighet, spår, avstånd till eller från kontrollpunkter och tid.

GPS-historia

Förenta staternas militär använde först GPS som ett navigationsverktyg på 1970-talet. På 1980-talet gjorde den amerikanska regeringen GPS tillgänglig för allmänheten kostnadsfritt med en fångst: Ett speciellt läge, kallat Selective Availability, skulle kunna göra det möjligt att avsiktligt minska GPS-noggrannheten för offentliga användare, och reserverade endast de mest exakta version av GPS för militären.

Under Clinton-administrationen stängdes selektiv tillgänglighet under 2000, och samma noggrannhet som militären hade gynnat blev tillgänglig för allmänheten.

GPS-komponenter

GPS-systemet har tre komponenter: Mellansegmentet, kontrollsegmentet och användarsegmenten.

Rumskomponenten består av cirka 31 GPS-satelliter. Förenta staterna flygvapnet driver dessa 31 satelliter plus tre till fyra avvecklade satelliter som kan reaktiveras vid behov. Vid ett visst tillfälle är minst 24 satelliter operativa i en speciellt utformad bana, vilket säkerställer att minst fyra satelliter är synliga samtidigt från nästan vilken punkt på jorden som helst. Den fullständiga täckningen som satelliter erbjuder ger GPS-systemet det mest pålitliga navigationssystemet i modern luftfart.

Kontrollsegmentet består av en serie jordstationer som används för att tolka och relä satellitsignaler till olika mottagare. Markstationerna inkluderar en master kontrollstation, en alternativ masterstyrstation, 12 markant antenner och 16 övervakningsstationer.

Användarsegmentet i GPS-systemet omfattar olika mottagare från alla olika typer av industrier. Nationell säkerhet, jordbruk, rymd, kartläggning och kartläggning är alla exempel på slutanvändare i GPS-systemet. I luftfarten är användaren vanligtvis piloten som visar GPS-data på skärmen i flygplanets cockpit.

Hur det fungerar

GPS-satelliterna cirklar runt 12 000 miles ovanför oss och slutar en omlopp varje 12 timmar. De är soldrivna, flyger i medellång jordbana och sänder radiosignaler till mottagare på marken.

Markstationer använder signalerna för att spåra och övervaka satelliter, och dessa stationer tillhandahåller masterkontrollstationen (MCS) med data. MCS tillhandahåller då exakt positionsdata till satelliterna.

Mottagaren i ett flygplan tar emot tidsdata från satellits atomklockor. Den jämför den tid det tar för signalen att gå från satelliten till mottagaren och beräknar avståndet baserat på den mycket exakta och specifika tiden. GPS-mottagare använder triangulering - datum från vid tre satelliter - för att bestämma en exakt tvådimensionell plats. Med minst fyra satelliter i sikte och operation kan tredimensionella platsdata erhållas.

GPS fel

Ionosfärstörningar: Signalen från satelliterna saktar sakta ner när den passerar genom jordens atmosfär. GPS-tekniken står för det här felet genom att ta en genomsnittlig tid, vilket innebär att felet fortfarande existerar men är begränsat.

• Klockfel: Klockan på GPS-mottagaren kanske inte är lika exakt som atomuret på GPS-satelliten, vilket skapar ett mycket litet noggrannhetsproblem.
• Orbitalt fel: Orbitberäkningar kan vara felaktiga, vilket orsakar tvetydighet vid bestämning av satellits exakta position.
• Positionsfel: GPS-signaler kan studsa av byggnader, terräng och även elektriska störningar kan uppstå. GPS-signaler är endast tillgängliga när mottagaren kan "se" satelliten, vilket betyder att data kommer att saknas eller felaktigt bland höga byggnader, tät terräng och tunnelbana.

Praktisk användning av GPS

GPS används ofta i luftfart idag som en källa till områdesnavigering. Nästan varje flygplan som byggts idag levereras med en GPS-enhet installerad som standardutrustning. Allmän luftfart, affärsflyg och kommersiell luftfart har alla funnit värdefulla användningsområden för GPS.

Från grundläggande navigations- och positionsdata till flyghastighet, spårning och flygplatser är GPS ett värdefullt verktyg för flygare.

Installerade GPS-enheter kan godkännas för användning i IMC och för andra IFR-flygningar. Instrumentpiloter tycker att GPS är extremt användbar för att upprätthålla situationsmedvetenhet och flyga instrumentinflygningsprocedurer. Handhållna enheter, som inte är godkända för IFR-användning, kan vara en bra säkerhetskopia för instrumentfel, samt ett värdefullt verktyg för att upprätthålla situationsmedvetenhet i alla situationer.

Piloter som flyger VFR använder även GPS som navigationsverktyg och backar upp till traditionella pilot- och dödräkningstekniker.

Alla piloter kan uppskatta GPS-data i nödsituationer, eftersom databasen tillåter dem att söka efter närmaste flygplats, beräkna tid på väg, bränsle ombord, tid på solnedgång och soluppgång och mycket, mycket mer.

Senast har FAA aktiverat WAAS GPS-procedurer för tillvägagångssätt, och introducerar ett nytt precisionsförfarande för piloter i form av en Localizer Performance med vertikal vägledning (LPV). Detta är ett precisionsförfarande som gör att det nationella luftrumssystemet blir mycket effektivare och hjälper till att möta behoven hos det nationella luftrumssystemet i framtiden.