Global Positioning System (GPS) for piloter

Det globale posisjoneringssystemet, eller GPS som det er kjent, er en viktig komponent for moderne flynavigasjon, og en uvurderlig del av FAAs NextGen-program.

GPS-data tillater piloter å oppnå nøyaktige tredimensjonale eller fire-dimensjonale plasseringsdata. GPS-systemet bruker triangulering for å bestemme et flys nøyaktige plassering, samt hastighet, spor, avstand til eller fra kontrollpunkt og tid.

Historie av GPS

USAs militær brukte først GPS som navigasjonsverktøy på 1970-tallet. På 1980-tallet gjorde den amerikanske regjeringen GPS tilgjengelig for allmennheten gratis, med en fangst: En spesiell modus, kalt Selective Availability, ville være mulig å forsiktig redusere GPS-nøyaktigheten for offentlige brukere, og reserverte bare de mest nøyaktige versjon av GPS for militæret.

I 2000, under Clinton-administrasjonen, ble selektiv tilgjengelighet slått av, og den samme nøyaktigheten som militæret hadde hatt nytte ble gjort tilgjengelig for allmennheten.

GPS-komponenter

GPS-systemet har tre komponenter: Romsegmentet, kontrollsegmentet og brukersegmentene.

Romkomponenten består av ca. 31 GPS-satellitter. USAs luftvåpen opererer disse 31 satellittene, pluss tre til fire demonterte satellitter som kan reaktiveres om nødvendig. På et hvilket som helst tidspunkt opererer minst 24 satellitter i en spesialdesignet bane, slik at minst fire satellitter er synlige samtidig fra nesten hvilket som helst punkt på jorden. Den komplette dekningen som satellitter tilbyr, gjør GPS-systemet til det mest pålitelige navigasjonssystemet i moderne luftfart.

Kontrollsegmentet består av en serie jordstasjoner som brukes til å tolke og relé satellittsignaler til forskjellige mottakere. Jordstasjonene inkluderer en hovedstyrestasjon, en alternativ hovedstyrestasjon, 12 jordantenner og 16 overvåkingsstasjoner.

Brukerens segment av GPS-systemet innebærer ulike mottakere fra alle forskjellige typer bransjer. Nasjonal sikkerhet, landbruk, rom, oppmåling og kartlegging er alle eksempler på sluttbrukerne i GPS-systemet. I luftfart er brukeren vanligvis piloten, som ser GPS-data på skjermen i flyets cockpit.

Hvordan det fungerer

GPS-satellitter bane rundt 12.000 miles over oss, og fullfør en bane hver 12. time. De er solenergi-drevne, flyver i medium jordbane og sender radiosignaler til mottakere på bakken.

Jordstasjoner bruker signalene til å spore og overvåke satellitter, og disse stasjonene gir masterkontrollstasjonen (MCS) data. MCS gir da nøyaktige stillingsdata til satellittene.

Mottakeren i et fly mottar tidsdata fra satellittens atomur. Det sammenligner tiden det tar for signalet å gå fra satellitten til mottakeren, og beregner avstand basert på den nøyaktige og spesifikke tiden. GPS-mottakere bruker triangulering - dato fra tre satellitter - for å bestemme en presis todimensjonal plassering. Med minst fire satellitter i visning og operasjon kan tredimensjonale plasseringsdata oppnås.

GPS feil

Ionosfæren forstyrrelser: signalet fra satellittene sakter seg faktisk som det passerer gjennom jordens atmosfære. GPS-teknologien står for denne feilen ved å ta en gjennomsnittlig tid, noe som betyr at feilen fortsatt eksisterer, men er begrenset.

• Klokkefeil: Klokken på GPS-mottakeren er kanskje ikke like nøyaktig som atomuren på GPS-satellitten, noe som gir et svært lite nøyaktighetsproblem.
• Orbitalfeil: Baneberegninger kan være unøyaktige, noe som forårsaker tvetydighet ved å bestemme satellitts nøyaktige plassering.
• Posisjonsfeil: GPS-signaler kan sprette av bygninger, terreng, og til og med elektrisk støt kan oppstå. GPS-signaler er bare tilgjengelige når mottakeren kan "se" satellitten, noe som betyr at dataene vil bli savnet eller unøyaktige blant høye bygninger, tett terreng og underjordisk.

Praktisk bruk av GPS

GPS er mye brukt i luftfart i dag som en kilde til områdesnavigasjon. Nesten alle fly bygget i dag kommer med en GPS-enhet installert som standardutstyr. Generell luftfart, forretningsfly og kommersiell luftfart har alle funnet verdifulle bruksområder for GPS.

Fra grunnleggende navigasjons- og stillingsdata til flyhastighet, sporings- og flyplassplassering er GPS et verdifullt verktøy for aviatorer.

Installerte GPS-enheter kan godkjennes for bruk i IMC og for andre IFR-flyreiser. Instrumentpiloter finner GPS for å være ekstremt nyttig for å opprettholde situasjonsbevissthet og flygende instrumenttilnærmingsprosedyrer. Håndholdte enheter, mens de ikke er godkjent for IFR-bruk, kan være en nyttig sikkerhetskopi for instrumentfeil, samt et verdifullt verktøy for å opprettholde situasjonell bevissthet i enhver situasjon.

Piloter som flyr VFR, bruker også GPS som navigasjonsverktøy og sikkerhetskopiering av tradisjonelle pilot- og dødsregnskapsteknikker.

Alle piloter kan sette pris på GPS-data i nødssituasjoner, da databasen vil tillate dem å søke etter nærmeste flyplass, beregne tid på vei, drivstoff om bord, tidspunkt for solnedgang og soloppgang, og mye, mye mer.

Senest har FAA aktivert WAAS GPS-prosedyrer for tilnærminger, og introduserer en ny presisjonsmetode for piloter i form av en Localizer Performance med vertikal veiledning (LPV). Dette er en presisjons tilnærming som gjør det nasjonale luftrommet mulig å bli mye mer effektivt og bidra til å møte behovene til det nasjonale luftromssystemet i fremtiden.