Tìm hiểu Giới thiệu về Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cho Phi công

Hệ thống định vị toàn cầu, hoặc GPS như nó thường được biết đến, là một thành phần quan trọng trong việc điều hướng không khí hiện đại, và là một thành phần vô giá của chương trình NextGen của FAA.

Dữ liệu GPS cho phép các phi công để có được dữ liệu vị trí ba chiều hoặc bốn chiều chính xác. Hệ thống GPS sử dụng tam giác để xác định vị trí chính xác của máy bay, cũng như tốc độ, đường ray, khoảng cách tới hoặc từ các trạm kiểm soát và thời gian.

Lịch sử GPS

Quân đội Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng GPS làm công cụ điều hướng vào những năm 1970. Trong những năm 1980, Chính phủ Hoa Kỳ đã đưa GPS sẵn có cho công chúng, miễn phí, với một điểm bắt đầu: Một chế độ đặc biệt, được gọi là Selective Availability, sẽ cho phép giảm độ chính xác của GPS cho người dùng công cộng, chỉ dành riêng cho chính xác nhất phiên bản GPS cho quân đội.

Năm 2000, dưới quyền của chính quyền Clinton, sự sẵn có có tính chọn lọc đã bị tắt, và sự chính xác như quân đội đã được hưởng lợi đã được cung cấp cho công chúng.

Các thành phần GPS

Hệ thống GPS có ba thành phần: Phân đoạn không gian, phân đoạn điều khiển và phân đoạn người dùng.

Thành phần không gian bao gồm khoảng 31 vệ tinh GPS. Không quân Hoa Kỳ sử dụng 31 vệ tinh, cộng với ba đến bốn vệ tinh ngừng hoạt động có thể được kích hoạt lại nếu cần. Trong bất kỳ thời điểm nào, tối thiểu là 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 trong cùng một thời điểm từ hầu như bất kỳ điểm trên trái đất.

Độ phủ sóng hoàn chỉnh mà vệ tinh cung cấp làm cho hệ thống GPS trở thành hệ thống định vị đáng tin cậy nhất trong ngành hàng không hiện đại.

Đoạn điều khiển được tạo thành từ một loạt các trạm mặt đất được sử dụng để giải thích và chuyển tiếp các tín hiệu vệ tinh tới các máy thu khác nhau. Trạm mặt đất bao gồm một trạm điều khiển tổng thể, trạm điều khiển tổng thể thay thế, 12 anten mặt đất và 16 trạm giám sát.

Đoạn người sử dụng của hệ thống GPS liên quan đến nhiều máy 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 của 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.

Phương thức hoạt động

vệ tinh GPS trên quỹ đạo khoảng 12, 000 dặm phía 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 tín hiệu radio tới các máy thu trên mặt đất.

Trạm mặt đất sử dụng các tín hiệu để theo dõi và giám sát vệ tinh, và các trạm này cung cấp trạm điều khiển tổng thể (MCS) với dữ liệu. MCS sau đó cung cấp dữ liệu vị trí chính xác cho các vệ tinh.

Máy thu trên máy bay nhận được dữ liệu thời gian từ đồng hồ nguyên tử của vệ tinh.Nó so sánh thời gian cần thiết để tín hiệu đi từ vệ tinh tới máy thu và tính khoảng cách dựa trên thời gian rất chính xác và cụ thể. Máy thu GPS sử dụng tam giác - ngày từ ba vệ tinh - để xác định vị trí hai chiều chính xác. Với ít nhất bốn vệ tinh được xem và vận hành, có thể thu thập dữ liệu vị trí ba chiều.

Sự cố GPS

Sự can nhiễu Ionosphere: 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 dành thời gian trung bình, có nghĩa là lỗi vẫn tồn tại nhưng có giới hạn.

Lỗi đồng hồ: Đồng hồ trên bộ tiếp nhận GPS có thể không chính xác như đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh GPS, tạo ra một vấn đề rất chính xác.

Lỗ hổng quỹ đạo: phép tính quỹ đạo có thể không chính xác, gây mơ hồ trong việc xác định vị trí chính xác của vệ tinh.

• Vị trí lỗi: tín hiệu GPS có thể thoát khỏi tòa nhà, địa hình, và thậm chí nhiễu điện có thể xảy ra. Các tín hiệu GPS chỉ có sẵn khi người nhận có thể "nhìn thấy" vệ tinh, nghĩa là dữ liệu sẽ bị thiếu hoặc không chính xác giữa các tòa nhà cao tầng, địa hình dày đặc và ngầm.
• Thực tế sử dụng GPS
• GPS được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không ngày nay như một nguồn điều hướng trong khu vực. Hầu như mọi máy bay được chế tạo ngày nay đều có bộ GPS được lắp đặt như một thiết bị tiêu chuẩn.

Hàng không tổng hợp, hàng không kinh doanh và hàng không thương mại đều có những ứng dụng có giá trị cho GPS.

Từ dữ liệu định vị cơ bản và vị trí đến các chuyến bay, theo dõi và vị trí sân bay, GPS là một công cụ quý giá cho các phi công.

Các đơn vị GPS được cài đặt có thể được chấp thuận để sử dụng trong IMC và cho các chuyến bay IFR khác. Các công cụ thí điểm tìm GPS để giúp rất nhiều trong việc duy trì nhận thức tình huống và các thủ tục tiếp cận thiết bị bay. Các thiết bị cầm tay, trong khi không được chấp nhận sử dụng IFR, có thể là một sự trợ giúp hữu ích cho các lỗi của thiết bị, cũng như một công cụ có giá trị để duy trì nhận thức tình huống trong mọi tình huống.

Các phi công bay VFR cũng sử dụng GPS làm công cụ định vị và hậu thuẫn cho cách thức hoa tiêu truyền thống và các kỹ thuật tính toán chết.

Tất cả các phi công có thể đánh giá dữ liệu GPS trong tình huống khẩn cấp, vì cơ sở dữ liệu sẽ cho phép họ tìm kiếm sân bay gần nhất, tính toán thời gian trên đường, nhiên liệu trên tàu, thời gian hoàng hôn và mặt trời mọc, và nhiều hơn nữa.

Gần đây nhất, FAA đã cho phép các thủ tục WAAS GPS tiếp cận, giới thiệu một phương pháp tiếp cận chính xác mới cho phi công dưới hình thức Hoạt động của Localizer với phương pháp Hướng Dẫn (Vertical Guidance - LPV). Đây là một cách tiếp cận chính xác giúp hệ thống không phận quốc gia trở nên hiệu quả hơn và giúp đáp ứng nhu cầu của hệ thống không phận quốc gia trong tương lai.