Global Positioning System (GPS) voor piloten

Het Global Positioning System, of GPS zoals het algemeen bekend is, is een vitaal onderdeel van moderne luchtvaartnavigatie en een onmisbaar onderdeel van het NextGen-programma van de FAA.

Met GPS-gegevens kunnen piloten nauwkeurige driedimensionale of vierdimensionale locatiegegevens verkrijgen. Het GPS-systeem maakt gebruik van triangulatie om de exacte locatie van een vliegtuig te bepalen, evenals snelheid, spoor, afstand tot of van controlepunten en tijd.

Geschiedenis van GPS

Het Amerikaanse leger gebruikte GPS voor het eerst als navigatietool in de jaren zeventig. In de jaren tachtig stelde de Amerikaanse overheid GPS beschikbaar voor het grote publiek, kosteloos, met één vangst: een speciale modus, Selective Availability genaamd, zou in staat worden gesteld doelgericht de nauwkeurigheid van GPS voor openbare gebruikers te verminderen door alleen de meest accurate te reserveren versie van GPS voor het leger.

In 2000, onder de regering-Clinton, werd selectieve beschikbaarheid uitgeschakeld, en dezelfde nauwkeurigheid die het leger had geprofiteerd, werd beschikbaar gesteld aan het grote publiek.

GPS-componenten

Het GPS-systeem bestaat uit drie componenten: het ruimtesegment, het besturingssegment en gebruikerssegmenten.

De ruimtecomponent bestaat uit ongeveer 31 GPS-satellieten. De luchtmacht van de Verenigde Staten beheert deze 31 satellieten plus drie tot vier uit bedrijf genomen satellieten die indien nodig kunnen worden gereactiveerd. Op elk gegeven moment zijn minimaal 24 satellieten operationeel in een speciaal ontworpen baan, zodat ten minste vier satellieten tegelijkertijd vanuit bijna elk punt op aarde in zicht zijn. De volledige dekking die satellieten bieden, maakt het GPS-systeem het meest betrouwbare navigatiesysteem in de moderne luchtvaart.

Het controlesegment bestaat uit een reeks grondstations die worden gebruikt voor het interpreteren en doorgeven van satellietsignalen aan verschillende ontvangers. Grondstations omvatten een masterbesturingsstation, een alternatief meesterbesturingsstation, 12 grondantennes en 16 bewakingsstations.

Het gebruikerssegment van het GPS-systeem omvat verschillende ontvangers uit alle verschillende soorten industrieën. Nationale veiligheid, landbouw, ruimte, landmeten en kaarten zijn allemaal voorbeelden van eindgebruikers in het GPS-systeem. In de luchtvaart is de gebruiker meestal de piloot, die GPS-gegevens in de cockpit van het vliegtuig bekijkt.

Hoe het werkt

GPS-satellieten draaien rond de 12.000 kilometer boven ons en voltooien elke 12 uur een baan. Ze worden op zonne-energie gevoed, vliegen in een middelgrote baan om de aarde en zenden radiosignalen uit naar ontvangers op de grond.

Grondstations gebruiken de signalen om satellieten te volgen en te bewaken, en deze stations leveren het masterbesturingsstation (MCS) gegevens. De MCS levert dan nauwkeurige positiegegevens aan de satellieten.

De ontvanger in een vliegtuig ontvangt tijdgegevens van de atoomklokken van de satellieten. Het vergelijkt de tijd die het duurt voordat het signaal van de satelliet naar de ontvanger gaat en berekent de afstand op basis van die zeer nauwkeurige en specifieke tijd. GPS-ontvangers gebruiken triangulatie - dateren van drie satellieten - om een ​​precieze tweedimensionale locatie te bepalen. Met ten minste vier satellieten in zicht en operationeel, kunnen driedimensionale locatiegegevens worden verkregen.

GPS-fouten

Ionosfeerinterferentie: het signaal van de satellieten vertraagt ​​eigenlijk terwijl het door de atmosfeer van de aarde gaat. GPS-technologie houdt rekening met deze fout door een gemiddelde tijd te nemen, wat betekent dat de fout nog steeds bestaat maar beperkt is.

• Klokfout: de klok op de GPS-ontvanger is mogelijk niet zo nauwkeurig als de atoomklok op de GPS-satelliet, waardoor er een zeer klein nauwkeurigheidsprobleem ontstaat.
• Orbitale fout: Orbitberekeningen kunnen onnauwkeurig zijn, waardoor er onduidelijkheid ontstaat bij het bepalen van de exacte locatie van de satelliet.
• Positiefout: GPS-signalen kunnen afketsen op gebouwen, terrein en zelfs elektrische interferentie kan optreden. GPS-signalen zijn alleen beschikbaar als de ontvanger de satelliet kan "zien", wat betekent dat de gegevens ontbreken of onnauwkeurig zijn tussen hoge gebouwen, dicht terrein en ondergronds.

Praktisch gebruik van GPS

GPS wordt tegenwoordig veel gebruikt in de luchtvaart als bron van gebiedsnavigatie. Bijna elk vandaag gebouwd vliegtuig wordt geleverd met een GPS-eenheid die als standaarduitrusting is geïnstalleerd. Algemene luchtvaart, zakelijke luchtvaart en commerciële luchtvaart hebben allemaal waardevolle toepassingen gevonden voor GPS.

Van basisnavigatie en positiegegevens tot vliegsnelheid, tracking en luchthavenlocaties, GPS is een kostbaar hulpmiddel voor vliegeniers.

Geïnstalleerde GPS-eenheden kunnen worden goedgekeurd voor gebruik in IMC en voor andere IFR-vluchten. Instrumentpiloten vinden GPS uiterst behulpzaam bij het handhaven van situational awareness en vlieginstrumentaanpakprocedures. Handheld-eenheden, hoewel niet goedgekeurd voor IFR-gebruik, kunnen een nuttige back-up zijn voor instrumentfouten, maar ook als een waardevol hulpmiddel voor het handhaven van situationeel bewustzijn in elke situatie.

Piloten die VFR vliegen, gebruiken GPS ook als navigatiehulpmiddel en als back-up voor traditionele loods- en gestorven bestektechnieken.

Alle piloten kunnen GPS-gegevens waarderen in noodsituaties, omdat de database hen in staat zal stellen te zoeken naar de dichtstbijzijnde luchthaven, tijd onderweg, brandstof aan boord, tijdstip van zonsondergang en zonsopgang, en nog veel, veel meer te berekenen.

Onlangs heeft de FAA WAAS GPS-procedures voor naderingen mogelijk gemaakt door een nieuwe precisienadering voor piloten te introduceren in de vorm van een Localizer Performance met Vertical Guidance (LPV) -aanpak. Dit is een precisienadering die het nationale luchtruimsysteem in staat zal stellen om veel efficiënter te worden en in de toekomst tegemoet te komen aan de behoeften van het nationale luchtruimsysteem.