نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للطيارين

يعد نظام تحديد المواقع العالمي ، أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كما هو معروف ، مكونًا حيويًا للملاحة الجوية الحديثة ، ومكونًا لا يقدر بثمن من برنامج NextGen التابع لإدارة الطيران الفيدرالية.

تسمح بيانات GPS للطيارين بالحصول على بيانات دقيقة عن الموقع ثلاثية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد. يستخدم نظام GPS التثليث لتحديد الموقع الدقيق للطائرة ، وكذلك السرعة والمسار والمسافة من أو إلى نقاط التفتيش والوقت.

تاريخ GPS

استخدم الجيش الأمريكي لأول مرة GPS كأداة ملاحة في السبعينيات. في الثمانينيات من القرن الماضي ، أتاحت حكومة الولايات المتحدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لعامة الناس مجانًا ، مع ميزة صيد واحدة: سيتم تمكين وضع خاص ، يُدعى "الانتقاء الانتقائي" ، لتقليل دقة GPS عن قصد للمستخدمين ، مع الاحتفاظ بأكثرها دقة نسخة من GPS للجيش.

في عام 2000 ، في ظل إدارة كلينتون ، تم إيقاف التوافر الانتقائي ، وتم إتاحة نفس الدقة التي استفاد منها الجيش لعامة الناس.

مكونات GPS

يحتوي نظام GPS على ثلاثة مكونات: قطاع المساحة وقطاع التحكم وقطاعات المستخدم.

يتكون مكون الفضاء من حوالي 31 قمرا صناعيا GPS. تشغل القوات الجوية للولايات المتحدة هذه الأقمار الصناعية الـ 31 ، بالإضافة إلى ثلاثة إلى أربعة أقمار صناعية متوقفة عن العمل يمكن إعادة تنشيطها إذا لزم الأمر. في أي لحظة معينة ، يعمل ما لا يقل عن 24 قمراً صناعياً في مدار مصمم خصيصًا ، مما يضمن رؤية ما لا يقل عن أربعة أقمار صناعية في نفس الوقت من أي نقطة تقريبًا على الأرض. إن التغطية الكاملة التي تقدمها الأقمار الصناعية تجعل نظام GPS أكثر أنظمة الملاحة موثوقية في مجال الطيران الحديث.

يتكون قطاع التحكم من سلسلة من المحطات الأرضية المستخدمة في تفسير الإشارات الساتلية ونقلها إلى أجهزة استقبال مختلفة. تشمل المحطات الأرضية محطة تحكم رئيسية ومحطة تحكم رئيسية بديلة و 12 هوائيات أرضية و 16 محطة مراقبة.

يتضمن الجزء المستخدم من نظام GPS أجهزة استقبال متنوعة من جميع أنواع الصناعات المختلفة. يمثل كل من الأمن القومي والزراعة والمساحة والمسح ورسم الخرائط أمثلة للمستخدمين النهائيين في نظام GPS. في مجال الطيران ، يكون المستخدم هو الطيار الذي يشاهد بيانات GPS المعروضة في قمرة القيادة الخاصة بالطائرة.

كيف تعمل

تدور الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) حول 12000 ميلًا فوقنا ، وتكمل مدارًا واحدًا كل 12 ساعة. فهي تعمل بالطاقة الشمسية ، وتطير في مدار الأرض المتوسط ​​وتنقل إشارات الراديو إلى أجهزة الاستقبال على الأرض.

تستخدم المحطات الأرضية الإشارات لتتبع الأقمار الصناعية ومراقبتها ، وتوفر هذه المحطات لمحطة التحكم الرئيسية (MCS) البيانات. يوفر MCS بعد ذلك بيانات دقيقة عن الموقع إلى الأقمار الصناعية.

يتلقى المستقبل في طائرة بيانات الوقت من الساعات الذرية للأقمار الصناعية. فهو يقارن الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال ، ويحسب المسافة بناءً على ذلك الوقت الدقيق للغاية والمحدّد. تستخدم مستقبلات GPS التثليث - تاريخ من عند ثلاثة أقمار صناعية - لتحديد موقع دقيق ثنائي الأبعاد. مع وجود أربعة أقمار صناعية على الأقل قيد التشغيل والتشغيل ، يمكن الحصول على بيانات الموقع ثلاثية الأبعاد.

أخطاء GPS

تداخل الأيونوسفير: إشارة الأقمار الصناعية تبطئ فعليًا لأنها تمر عبر الغلاف الجوي للأرض. تحسب تقنية GPS هذا الخطأ من خلال قضاء وقت متوسط ​​، مما يعني أن الخطأ لا يزال موجودًا ولكنه محدود.

• خطأ الساعة: قد لا تكون الساعة على جهاز استقبال GPS دقيقة مثل الساعة الذرية على القمر الصناعي GPS ، مما يخلق مشكلة دقة طفيفة للغاية.
• خطأ مداري: يمكن أن تكون حسابات المدارات غير دقيقة ، مسببة غموضًا في تحديد الموقع الدقيق للقمر الصناعي.
• خطأ الموضع: يمكن أن ترتد إشارات GPS عن المباني والتضاريس ، وحتى حدوث تداخل كهربائي. لا تتوفر إشارات GPS إلا عندما يتمكن المستقبل من "رؤية" القمر الصناعي ، مما يعني أن البيانات ستكون مفقودة أو غير دقيقة بين المباني الشاهقة والتضاريس الكثيفة وتحت الأرض.

الاستخدام العملي لتحديد المواقع

يستخدم GPS على نطاق واسع في الطيران اليوم كمصدر للملاحة في المنطقة. تقريبا كل طائرة بنيت اليوم تأتي مع وحدة GPS مثبتة كمعدات قياسية. وجد كل من الطيران العام والطيران التجاري والطيران التجاري استخدامات قيمة لنظام GPS.

من نظام الملاحة وموقع البيانات الأساسي إلى السرعة الجوية ومواقع التتبع والمطار ، يعد GPS أداة ثمينة للطيارين.

يمكن اعتماد وحدات GPS المثبتة للاستخدام في IMC ولرحلات IFR الأخرى. يجد طيارو الآلات أن نظام GPS مفيد للغاية في الحفاظ على الوعي الظرفي وإجراءات نهج الأدوات. الوحدات المحمولة ، على الرغم من عدم اعتمادها لاستخدام IFR ، يمكن أن تكون بمثابة دعم مفيد لفشل الأداة ، وكذلك أداة قيمة للحفاظ على الوعي الظرفي في أي موقف.

يستخدم الطيارون الذين يطيرون نظام VFR أيضًا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كأداة تنقل ودعمًا لتقنيات التجريب والحساب الميت التقليدية.

يمكن لجميع الطيارين تقدير بيانات GPS في حالات الطوارئ ، لأن قاعدة البيانات ستسمح لهم بالبحث عن أقرب مطار ، وحساب الوقت في الطريق ، والوقود على متن الطائرة ، ووقت غروب الشمس وشروق الشمس ، وأكثر من ذلك بكثير.

في الآونة الأخيرة ، قامت إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) بتمكين إجراءات نظام تحديد المواقع العالمي (WAA) من أجل النهج ، حيث قدمت طريقة دقة جديدة للطيارين في شكل منهج محلي لأداء التوجيه العمودي (LPV). هذا نهج دقيق سيمكّن نظام المجال الجوي الوطني من أن يصبح أكثر فعالية ويساعد في تلبية احتياجات نظام المجال الجوي الوطني في المستقبل.