ระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) สำหรับนักบิน

ระบบกำหนดตำแหน่งทั่วโลกหรือ GPS ซึ่งเป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไปเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการนำทางอากาศที่ทันสมัยและเป็นองค์ประกอบที่มีค่าของโปรแกรม NextGen ของ FAA

ข้อมูล GPS ช่วยให้นักบินได้รับข้อมูลตำแหน่งสามมิติหรือสี่มิติที่แม่นยำ ระบบ GPS ใช้การวิเคราะห์ตำแหน่งเพื่อกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องบินรวมถึงความเร็วติดตามระยะทางไปหรือกลับจากจุดตรวจและเวลา

ประวัติความเป็นมาของ GPS

กองทัพสหรัฐอเมริกาใช้ GPS เป็นเครื่องมือนำทางในยุค 70 เป็นครั้งแรก ในปี 1980 รัฐบาลสหรัฐอเมริกาได้จัดทำ GPS ให้กับประชาชนทั่วไปโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายด้วยการจับเพียงครั้งเดียว: โหมดพิเศษที่เรียกว่า Selective Availability จะเปิดใช้งานเพื่อลดความแม่นยำของ GPS สำหรับผู้ใช้สาธารณะโดยตั้งใจเท่านั้น เวอร์ชั่นของ GPS สำหรับทหาร

ในปีพ. ศ. 2543 ภายใต้การบริหารของคลินตันความพร้อมในการคัดเลือกถูกปิดลงและความถูกต้องแบบเดียวกับที่กองทัพได้รับประโยชน์จากการเปิดเผยต่อสาธารณชน

ส่วนประกอบ GPS

ระบบ GPS มีสามองค์ประกอบ: ส่วนพื้นที่ส่วนควบคุมและกลุ่มผู้ใช้

องค์ประกอบพื้นที่ประกอบด้วยดาวเทียม GPS ประมาณ 31 ดวง กองทัพอากาศสหรัฐดำเนินการดาวเทียม 31 ดวงเหล่านี้รวมถึงดาวเทียมที่ถูกรื้อถอนสามถึงสี่ดวงที่สามารถเปิดใช้งานได้หากจำเป็น ณ เวลาใดก็ตามจะมีดาวเทียมอย่างน้อย 24 ดวงที่ทำงานอยู่ในวงโคจรที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่ามีดาวเทียมอย่างน้อยสี่ดวงในมุมมองในเวลาเดียวกันจากเกือบทุกจุดบนโลก การครอบคลุมอย่างสมบูรณ์ที่ดาวเทียมนำเสนอทำให้ระบบ GPS เป็นระบบนำทางที่น่าเชื่อถือที่สุดในการบินยุคใหม่

ส่วนควบคุมประกอบด้วยชุดของสถานีภาคพื้นดินที่ใช้ในการตีความและถ่ายทอดสัญญาณดาวเทียมไปยังเครื่องรับต่างๆ สถานีภาคพื้นดินประกอบด้วยสถานีควบคุมหลักสถานีควบคุมหลักสำรอง 12 เสาอากาศภาคพื้นดินและสถานีตรวจสอบ 16 สถานี

ส่วนผู้ใช้ของระบบ GPS นั้นเกี่ยวข้องกับตัวรับสัญญาณที่หลากหลายจากอุตสาหกรรมทุกประเภท ความปลอดภัยระดับชาติการเกษตรพื้นที่การสำรวจและการทำแผนที่เป็นตัวอย่างทั้งหมดของผู้ใช้ปลายทางในระบบ GPS ในการบินผู้ใช้มักเป็นนักบินที่ดูข้อมูล GPS บนจอแสดงผลในห้องนักบินของเครื่องบิน

มันทำงานอย่างไร

ดาวเทียม GPS โคจรรอบ 12,000 ไมล์เหนือเราและโคจรหนึ่งรอบทุก 12 ชั่วโมง พวกมันเป็นพลังงานแสงอาทิตย์บินไปในวงโคจรของโลกกลางและส่งสัญญาณวิทยุไปยังผู้รับบนพื้นดิน

สถานีภาคพื้นดินใช้สัญญาณในการติดตามและตรวจสอบดาวเทียมและสถานีเหล่านี้จะให้ข้อมูลกับสถานีควบคุมหลัก (MCS) จากนั้น MCS จะให้ข้อมูลตำแหน่งที่แม่นยำไปยังดาวเทียม

เครื่องรับในเครื่องบินได้รับข้อมูลเวลาจากนาฬิกาอะตอมของดาวเทียม มันเปรียบเทียบเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมไปยังเครื่องรับและคำนวณระยะทางตามเวลาที่แม่นยำและเฉพาะเจาะจงมาก ตัวรับสัญญาณ GPS ใช้การวิเคราะห์ตำแหน่ง - วันที่จากดาวเทียมสามดวง - เพื่อกำหนดตำแหน่งสองมิติที่แม่นยำ ด้วยดาวเทียมอย่างน้อยสี่ดวงในมุมมองและการปฏิบัติงานสามารถรับข้อมูลตำแหน่งสามมิติได้

ข้อผิดพลาดของ GPS

การรบกวนของบรรยากาศรอบนอก: สัญญาณจากดาวเทียมนั้นช้าลงจริง ๆ เมื่อมันผ่านชั้นบรรยากาศของโลก เทคโนโลยี GPS บัญชีสำหรับข้อผิดพลาดนี้โดยใช้เวลาเฉลี่ยซึ่งหมายความว่าข้อผิดพลาดยังคงมีอยู่ แต่มี จำกัด

• ข้อผิดพลาดของนาฬิกา: นาฬิกาในตัวรับสัญญาณ GPS อาจไม่แม่นยำเท่ากับนาฬิกาอะตอมบนดาวเทียม GPS ซึ่งทำให้เกิดปัญหาความแม่นยำเล็กน้อย
• ข้อผิดพลาดของวงโคจร: การคำนวณวงโคจรอาจไม่ถูกต้องทำให้เกิดความกำกวมในการกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของดาวเทียม
• ข้อผิดพลาดของตำแหน่ง: สัญญาณ GPS สามารถกระเด็นออกมาจากอาคารภูมิประเทศและแม้แต่การรบกวนทางไฟฟ้าก็สามารถเกิดขึ้นได้ สัญญาณ GPS มีให้เฉพาะเมื่อผู้รับสามารถ "ดู" ดาวเทียมซึ่งหมายความว่าข้อมูลจะหายไปหรือไม่ถูกต้องในอาคารสูงภูมิประเทศที่หนาแน่นและใต้ดิน

การใช้งานจริงของ GPS

GPS มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินในปัจจุบันเป็นที่มาของการนำทางในพื้นที่ เครื่องบินเกือบทุกลำที่สร้างขึ้นในวันนี้มีหน่วย GPS ติดตั้งเป็นอุปกรณ์มาตรฐาน การบินทั่วไปการบินเพื่อธุรกิจและการบินเชิงพาณิชย์ล้วนมีประโยชน์สำหรับ GPS

จากการนำทางพื้นฐานและข้อมูลตำแหน่งไปยังเครื่องบินความเร็วการติดตามและตำแหน่งสนามบิน GPS เป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับนักบิน

หน่วย GPS ที่ติดตั้งสามารถได้รับการอนุมัติให้ใช้ใน IMC และเที่ยวบิน IFR อื่น ๆ นักบินเครื่องมือหาจีพีเอสที่จะเป็นประโยชน์อย่างมากในการรักษาความตระหนักในสถานการณ์และขั้นตอนวิธีการบินเครื่องมือ หน่วยมือถือในขณะที่ไม่ได้รับการอนุมัติสำหรับการใช้ IFR อาจเป็นประโยชน์ในการสำรองข้อมูลสำหรับความล้มเหลวของเครื่องมือรวมถึงเครื่องมือที่มีค่าสำหรับการบำรุงรักษาการรับรู้สถานการณ์ในทุกสถานการณ์

นักบินที่บิน VFR ยังใช้ GPS เป็นเครื่องมือนำทางและสำรองไปยังนักบินดั้งเดิมและเทคนิคการคำนวณที่ตายแล้ว

นักบินทุกคนสามารถชื่นชมข้อมูล GPS ในสถานการณ์ฉุกเฉินเนื่องจากฐานข้อมูลจะช่วยให้พวกเขาสามารถค้นหาสนามบินที่ใกล้ที่สุดคำนวณเวลาบนเส้นทางเติมเชื้อเพลิงบนเรือเวลาพระอาทิตย์ตกและพระอาทิตย์ขึ้นและอื่น ๆ อีกมากมาย

เมื่อเร็ว ๆ นี้ FAA ได้เปิดใช้งานขั้นตอน WAAS GPS สำหรับวิธีการแนะนำวิธีการที่แม่นยำใหม่ให้กับนักบินในรูปแบบของประสิทธิภาพ Localizer ด้วยแนวทางแนวตั้ง (LPV) นี่เป็นวิธีที่แม่นยำที่จะช่วยให้ระบบน่านฟ้าแห่งชาติมีประสิทธิภาพมากขึ้นและช่วยตอบสนองความต้องการของระบบน่านฟ้าแห่งชาติในอนาคต