Hệ thống định vị toàn cầu, hoặc GPS như nó thường được biết đến, là một thành phần quan trọng để điều hướng hàng không hiện đại, và là một thành phần vô giá của chương trình NextGen của FAA.
Dữ liệu GPS cho phép các phi công có được dữ liệu vị trí ba chiều hoặc bốn chiều chính xác. Hệ thống GPS sử dụng triangulation để xác định vị trí chính xác của một máy bay, cũng như tốc độ, theo dõi, khoảng cách đến hoặc từ các trạm kiểm soát và thời gian.
Lịch sử GPS
Quân đội Hoa Kỳ đầu tiên sử dụng GPS như một công cụ điều hướng trong những năm 1970. Vào những năm 1980, chính phủ Mỹ đã cung cấp GPS cho công chúng, miễn phí, với một chế độ: Một chế độ đặc biệt, được gọi là Selective Availability, sẽ được kích hoạt nhằm mục đích giảm độ chính xác của GPS cho người dùng công cộng. phiên bản GPS cho quân đội.
Vào năm 2000, dưới thời chính quyền Clinton, sự sẵn có chọn lọc đã bị tắt đi, và chính xác như vậy mà quân đội đã được hưởng lợi từ đã được cung cấp cho công chúng.
Thành phần GPS
Hệ thống GPS có ba thành phần: Phân khúc không gian, phân khúc kiểm soát và phân khúc người dùng.
Thành phần không gian bao gồm khoảng 31 vệ tinh GPS. Không quân Hoa Kỳ điều hành 31 vệ tinh này, cộng với 3-4 vệ tinh ngừng hoạt động có thể được kích hoạt lại nếu cần. Tại bất kỳ thời điểm nào, tối thiểu 24 vệ tinh đang hoạt động trong một quỹ đạo được thiết kế đặc biệt, đảm bảo rằng ít nhất bốn vệ tinh được xem cùng lúc từ hầu hết mọi điểm trên trái đất.
Phạm vi phủ sóng hoàn chỉnh mà vệ tinh cung cấp khiến cho hệ thống GPS trở thành hệ thống định vị đáng tin cậy nhất trong ngành hàng không hiện đại.
Phân đoạn điều khiển được tạo thành từ một loạt các trạm mặt đất được sử dụng để diễn giải và chuyển tiếp tín hiệu vệ tinh đến các máy thu khác nhau. Trạm mặt đất bao gồm một trạm điều khiển chính, một trạm điều khiển chính thay thế, 12 ăng-ten mặt đất và 16 trạm giám sát.
Phân khúc người dùng của hệ thống GPS liên quan đến nhiều thiết bị thu khác nhau từ tất cả các loại ngành khác nhau. An ninh quốc gia, nông nghiệp, không gian, khảo sát và lập bản đồ là tất cả các ví dụ về người dùng cuối trong hệ thống GPS. Trong ngành hàng không, người dùng thường là phi công, người xem dữ liệu GPS được hiển thị trong buồng lái của máy bay.
Làm thế nào nó hoạt động
vệ tinh GPS quay quanh khoảng 12.000 dặm trên chúng ta, và hoàn thành một quỹ đạo mỗi 12 giờ. Chúng được cung cấp năng lượng mặt trời, bay trong quỹ đạo Trái đất trung bình và truyền các tín hiệu vô tuyến đến các máy thu trên mặt đất.
Trạm mặt đất sử dụng tín hiệu để theo dõi và giám sát vệ tinh, và các trạm này cung cấp trạm điều khiển chính (MCS) với dữ liệu. MCS sau đó cung cấp dữ liệu vị trí chính xác cho các vệ tinh.
Người nhận trong máy bay nhận dữ liệu thời gian từ đồng hồ nguyên tử của vệ tinh. Nó so sánh thời gian để tín hiệu đi từ vệ tinh đến người nhận và tính toán khoảng cách dựa trên thời gian rất chính xác và cụ thể đó. Máy thu GPS sử dụng triangulation - ngày từ tại ba vệ tinh - để xác định một vị trí hai chiều chính xác. Với ít nhất bốn vệ tinh trong tầm nhìn và hoạt động, dữ liệu vị trí ba chiều có thể thu được.
Lỗi GPS
Sự can thiệp của tầng điện ly: tín hiệu từ các vệ tinh thực sự chậm lại khi nó đi qua bầu khí quyển của Trái Đất.
Công nghệ GPS chiếm lỗi này bằng cách lấy thời gian trung bình, có nghĩa là lỗi vẫn tồn tại nhưng bị giới hạn.
- Lỗi đồng hồ: Đồng hồ trên bộ nhận GPS có thể không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh GPS, tạo ra sự cố độ chính xác rất nhỏ.
- Lỗi quỹ đạo: Phép tính quỹ đạo có thể không chính xác, gây ra sự mơ hồ trong việc xác định vị trí chính xác của vệ tinh.
- Lỗi vị trí: Tín hiệu GPS có thể thoát ra khỏi các tòa nhà, địa hình và thậm chí có thể xảy ra nhiễu điện. Tín hiệu GPS chỉ khả dụng khi người nhận có thể "xem" vệ tinh, nghĩa là dữ liệu sẽ bị thiếu hoặc không chính xác trong các tòa nhà cao tầng, địa hình dày đặc và ngầm.
Sử dụng GPS thực tế
GPS được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không ngày nay như một nguồn điều hướng khu vực . Hầu như tất cả các máy bay được xây dựng ngày nay đều có một thiết bị GPS được lắp đặt làm thiết bị tiêu chuẩn.
Hàng không chung, hàng không kinh doanh và hàng không thương mại đều tìm thấy các ứng dụng có giá trị cho GPS.
Từ điều hướng cơ bản và dữ liệu vị trí đến tốc độ không gian, theo dõi và vị trí sân bay, GPS là một công cụ quý giá cho người vận hành.
Các đơn vị GPS được cài đặt có thể được chấp thuận để sử dụng trong IMC và cho các chuyến bay IFR khác. Dụng cụ thí điểm tìm GPS là cực kỳ hữu ích trong việc duy trì nhận thức tình huống và các thủ tục tiếp cận phương tiện bay. Các thiết bị cầm tay, trong khi không được chấp thuận cho sử dụng IFR, có thể là một sự hỗ trợ hữu ích cho các lỗi thiết bị, cũng như một công cụ có giá trị để duy trì nhận thức tình huống trong mọi tình huống.
Phi công bay VFR cũng sử dụng GPS như một công cụ điều hướng và một back-up để thí điểm truyền thống và kỹ thuật reckoning chết.
Tất cả các phi công đều có thể đánh giá dữ liệu GPS trong các tình huống khẩn cấp, vì cơ sở dữ liệu sẽ cho phép họ tìm kiếm sân bay gần nhất, tính thời gian trên đường, nhiên liệu trên tàu, thời gian hoàng hôn và bình minh, và nhiều hơn thế nữa.
Gần đây nhất, FAA đã kích hoạt các thủ tục GPS WAAS cho các phương pháp tiếp cận, giới thiệu một phương pháp tiếp cận chính xác mới cho các phi công dưới hình thức một cách tiếp cận Localizer Performance với Vertical Guidance (LPV) . Đây là một cách tiếp cận chính xác sẽ cho phép hệ thống không phận quốc gia trở nên hiệu quả hơn và hỗ trợ trong việc đáp ứng nhu cầu của hệ thống không phận quốc gia trong tương lai.