Informationen zum Global Positioning System (GPS) für Piloten

Das Global Positioning System oder GPS, wie es allgemein genannt wird, ist eine wichtige Komponente für die moderne Flugnavigation und eine unschätzbare Komponente des NextGen-Programms der FAA.

GPS-Daten ermöglichen es Piloten, genaue dreidimensionale oder vierdimensionale Ortsdaten zu erhalten. Das GPS-System verwendet Triangulation, um den genauen Standort eines Flugzeugs sowie Geschwindigkeit, Strecke, Entfernung zu oder von Kontrollpunkten und Zeit zu bestimmen.

Geschichte des GPS

Das Militär der Vereinigten Staaten benutzte in den 1970er Jahren zum ersten Mal GPS als Navigationsinstrument. In den 1980er Jahren stellte die US-Regierung GPS mit einem Haken kostenlos für die breite Öffentlichkeit zur Verfügung: Ein spezieller Modus, Selective Availability genannt, wurde aktiviert, um die Genauigkeit von GPS für öffentliche Nutzer gezielt zu reduzieren und nur die genauesten zu reservieren. Version von GPS für das Militär.

Im Jahr 2000 wurde unter der Clinton-Regierung die selektive Verfügbarkeit abgeschaltet, und die gleiche Genauigkeit, von der das Militär profitiert hatte, wurde der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

GPS-Komponenten

Das GPS-System besteht aus drei Komponenten: dem Raumsegment, dem Kontrollsegment und den Benutzersegmenten.

Die Raumkomponente besteht aus etwa 31 GPS-Satelliten. Die United States Air Force betreibt diese 31 Satelliten sowie drei bis vier außer Dienst gestellte Satelliten, die bei Bedarf reaktiviert werden können. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt sind mindestens 24 Satelliten in einer speziell entworfenen Umlaufbahn in Betrieb, um sicherzustellen, dass mindestens vier Satelliten gleichzeitig von fast jedem Punkt der Erde aus in Sicht sind.

Die vollständige Abdeckung, die Satelliten bieten, macht das GPS-System zum zuverlässigsten Navigationssystem in der modernen Luftfahrt.

Das Steuersegment besteht aus einer Reihe von Bodenstationen, die verwendet werden, um Satellitensignale zu interpretieren und an verschiedene Empfänger weiterzuleiten. Bodenstationen umfassen eine Hauptsteuerstation, eine alternative Hauptsteuerstation, 12 Bodenantennen und 16 Überwachungsstationen.

Das Benutzersegment des GPS-Systems umfasst verschiedene Empfänger aus allen Branchen. Nationale Sicherheit, Landwirtschaft, Raumfahrt, Vermessung und Kartierung sind Beispiele für Endbenutzer im GPS-System. In der Luftfahrt ist der Benutzer typischerweise der Pilot, der GPS-Daten im Cockpit des Flugzeugs anzeigt.

Wie es funktioniert

GPS-Satelliten kreisen etwa 12 000 Meilen über uns und führen alle 12 Stunden einen Orbit aus. Sie sind solarbetrieben, fliegen in mittlerer Erdumlaufbahn und senden Funksignale an Empfänger am Boden.

Bodenstationen verwenden die Signale zum Verfolgen und Überwachen von Satelliten, und diese Stationen versorgen die Hauptsteuerstation (MCS) mit Daten. Der MCS liefert dann präzise Positionsdaten an die Satelliten.

Der Empfänger in einem Flugzeug empfängt Zeitdaten von den Atomuhren der Satelliten.Es vergleicht die Zeit, die das Signal benötigt, um vom Satelliten zum Empfänger zu gelangen, und berechnet die Entfernung basierend auf dieser sehr genauen und spezifischen Zeit. GPS-Empfänger verwenden Triangulation - Datum von drei Satelliten - um eine präzise zweidimensionale Position zu bestimmen. Mit mindestens vier sichtbaren und funktionsfähigen Satelliten können dreidimensionale Ortsdaten erhalten werden.

GPS-Fehler

Ionosphären-Interferenz: Das Signal der Satelliten verlangsamt sich tatsächlich, wenn es durch die Erdatmosphäre läuft.

Die GPS-Technologie berücksichtigt diesen Fehler, indem sie eine durchschnittliche Zeit verwendet, was bedeutet, dass der Fehler immer noch existiert, aber begrenzt ist.

• Uhrenfehler: Die Uhr des GPS-Empfängers ist möglicherweise nicht so genau wie die Atomuhr des GPS-Satelliten, wodurch ein sehr geringes Genauigkeitsproblem entsteht.
• Orbitalfehler: Orbitberechnungen können ungenau sein und zu Zweideutigkeiten bei der Bestimmung der genauen Position des Satelliten führen.
• Positionsfehler: GPS-Signale können von Gebäuden und Gelände abprallen und sogar elektrische Störungen können auftreten. GPS-Signale sind nur verfügbar, wenn der Empfänger den Satelliten "sehen" kann, was bedeutet, dass die Daten zwischen hohen Gebäuden, dichtem Gelände und unterirdischen Gebäuden fehlen oder ungenau sind.

Praktische Verwendung von GPS

GPS wird in der Luftfahrt heute häufig als Quelle für die Flächennavigation verwendet. Fast jedes Flugzeug, das heute gebaut wird, ist serienmäßig mit einem GPS-Gerät ausgestattet.

Die allgemeine Luftfahrt, die Geschäftsluftfahrt und die kommerzielle Luftfahrt haben alle wertvolle Anwendungen für GPS gefunden.

Von grundlegenden Navigations- und Positionsdaten bis hin zu Fluggeschwindigkeit, Ortung und Flughafenstandorten ist GPS ein wertvolles Werkzeug für Piloten.

Installierte GPS-Einheiten können für IMC und andere IFR-Flüge zugelassen werden. Instrumentalpiloten empfinden GPS als äußerst hilfreich bei der Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins und der Vorgehensweise beim Fliegen von Instrumenten. Handheld-Geräte, die nicht für IFR-Anwendungen zugelassen sind, können eine hilfreiche Unterstützung für Instrumentenausfälle sein und ein wertvolles Werkzeug zur Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins in jeder Situation sein.

Piloten, die VFR fliegen, verwenden auch GPS als Navigationsinstrument und als Back-up für traditionelle Lotsen- und Koppelnavigationstechniken.

Alle Piloten können GPS-Daten in Notfallsituationen schätzen, da die Datenbank ihnen erlaubt, den nächstgelegenen Flughafen zu suchen, die Zeit auf der Route zu berechnen, Treibstoff an Bord, Zeit des Sonnenuntergangs und des Sonnenaufgangs und vieles mehr.

Jüngst hat die FAA WAAS-GPS-Verfahren für Annäherungen ermöglicht, indem sie einen neuen Präzisionsansatz für Piloten in Form einer Localizer-Leistung mit vertikaler Lenkung (LPV) eingeführt hat. Dies ist ein Präzisionsansatz, der es dem nationalen Luftraumsystem ermöglichen wird, effizienter zu werden und in Zukunft die Bedürfnisse des nationalen Luftraumsystems zu erfüllen.