飞行员全球定位系统（GPS）

全球定位系统，或众所周知的GPS，是现代空中航行的重要组成部分，也是FAA NextGen计划的宝贵组成部分。

GPS数据允许飞行员获得精确的三维或四维位置数据。 GPS系统使用三角测量来确定飞机的确切位置，以及速度，航迹，往返检查站的距离以及时间。

GPS的历史

20世纪70年代，美国军方首次使用GPS作为导航工具。在20世纪80年代，美国政府免费向公众提供GPS，只有一个问题：一种称为选择性可用性的特殊模式，可以有目的地降低公共用户的GPS准确性，只保留最准确的用于军事的GPS版本。

2000年，在克林顿政府执政期间，选择性供应被取消，并且向公众提供了与军方相同的准确性。

GPS组件

GPS系统有三个组成部分：空间段，控制段和用户段。

空间部分由大约31颗GPS卫星组成。美国空军运行这31颗卫星，加上三到四颗退役卫星，如果需要可以重新激活。在任何特定时刻，至少有24颗卫星在特殊设计的轨道上运行，确保从地球上几乎任何一点同时至少可以看到四颗卫星。卫星提供的完整覆盖使GPS系统成为现代航空中最可靠的导航系统。

控制段由一系列地面站组成，用于解释卫星信号并将其转发给各种接收机。地面站包括主控制站，备用主控制站，12个地面天线和16个监测站。

GPS系统的用户段涉及来自所有不同类型行业的各种接收器。国家安全，农业，空间，测量和测绘都是GPS系统中最终用户的例子。在航空中，用户通常是飞行员，其在飞机的驾驶舱中显示GPS数据。

这个怎么运作

GPS卫星绕我们大约12,000英里的轨道运行，每12小时完成一次轨道运行。它们是太阳能供电，在中地球轨道上飞行，并向地面上的接收器发射无线电信号。

地面站使用这些信号来跟踪和监视卫星，这些站为主控制站（MCS）提供数据。然后，MCS向卫星提供精确的位置数据。

飞机上的接收器接收来自卫星原子钟的时间数据。它比较了信号从卫星到接收器所需的时间，并根据非常准确和特定的时间计算距离。 GPS接收器使用三角测量 - 来自三颗卫星的日期 - 来确定精确的二维位置。在视野和操作中至少有四颗卫星可以获得三维位置数据。

GPS错误

电离层干扰：来自卫星的信号在通过地球大气层时实际上会减速。 GPS技术通过取平均时间来解决这个错误，这意味着错误仍然存​​在但是有限。

• 时钟错误：GPS接收器上的时钟可能不如GPS卫星上的原子钟精确，从而产生非常轻微的精度问题。
• 轨道误差：轨道计算可能不准确，导致确定卫星精确位置的模糊性。
• 位置误差：GPS信号可能会从建筑物，地形反弹，甚至可能发生电气干扰。 GPS信号仅在接收器可以“看到”卫星时才可用，这意味着高层建筑，密集地形和地下数据将丢失或不准确。

GPS的实际应用

如今，GPS被广泛用于航空领域作为区域导航的来源。今天建造的几乎所有飞机都配备了作为标准设备安装的GPS装置。通用航空，公务航空和商业航空都发现了GPS的有价值的用途。

从基本的导航和位置数据到空速，跟踪和机场位置，GPS是飞行员的宝贵工具。

安装的GPS装置可以批准用于IMC和其他IFR飞行。仪器飞行员发现GPS对于维持态势感知和飞行仪器进近程序非常有帮助。手持设备虽然未获准用于IFR，但可以作为仪器故障的有用备份，也是在任何情况下保持态势感知的有用工具。

飞行VFR的飞行员也使用GPS作为导航工具，并支持传统的引航和航位推算技术。

所有飞行员都可以在紧急情况下欣赏GPS数据，因为数据库将允许他们搜索最近的机场，计算航路时间，船上燃料，日落和日出时间等等。

最近，美国联邦航空局启用了WAAS GPS程序，为飞行员引入了一种新的精确方法，采用垂直制导（LPV）方法的定位器性能。这是一种精确的方法，将使国家空域系统变得更加有效，并有助于满足未来国家空域系统的需要。