نظام تحديد المواقع العالمي ، أو GPS كما هو معروف ، هو مكون حيوي للملاحة الجوية الحديثة ، ومكون لا يقدر بثمن في برنامج NextGen FAA.
تسمح بيانات GPS للطيارين بالحصول على بيانات موقع دقيقة ثلاثية الأبعاد أو رباعية الأبعاد. يستخدم نظام GPS عملية التثليث لتحديد الموقع الدقيق للطائرة ، وكذلك السرعة ، أو التعقب ، أو المسافة من نقاط التفتيش ، والوقت.
تاريخ GPS
استخدم الجيش الأمريكي أولاً نظام تحديد المواقع كأداة ملاحة في السبعينيات. في الثمانينيات من القرن الماضي ، أتاحت الحكومة الأمريكية نظام تحديد المواقع العالمي للجمهور ، مجاناً ، بمصيدة واحدة: سيتم تمكين وضع خاص يسمى التوافر الانتقائي من أجل تقليل دقة نظام تحديد المواقع للمستخدمين العموميين ، مع الاحتفاظ فقط بأكثر دقة نسخة من نظام تحديد المواقع للجيش.
في عام 2000 ، وفي ظل إدارة كلينتون ، تم إيقاف التوافر الانتقائي ، وتمت إتاحة نفس الدقة التي استفاد منها الجيش لعامة الناس.
مكونات GPS
يحتوي نظام GPS على ثلاثة مكونات: الجزء الفضائي ، ومقطع التحكم ، وشرائح المستخدم.
يتكون مكوّن الفضاء من حوالي 31 ساتلي GPS. وتقوم القوات الجوية للولايات المتحدة بتشغيل هذه الأقمار الصناعية البالغ عددها 31 ، بالإضافة إلى ثلاثة إلى أربعة أقمار صناعية تم استبعادها من الخدمة ويمكن إعادة تنشيطها إذا لزم الأمر. في أي لحظة ، يعمل ما لا يقل عن 24 قمرا صناعيا في مدار مصمم خصيصًا ، مما يضمن مشاهدة أربعة أقمار صناعية على الأقل في نفس الوقت من أي نقطة على وجه الأرض تقريبًا.
التغطية الكاملة التي تقدمها الأقمار الصناعية تجعل نظام GPS نظام الملاحة الأكثر موثوقية في الطيران الحديث.
يتكون جزء التحكم من سلسلة من المحطات الأرضية المستخدمة لتفسير وإرسال إشارات الأقمار الصناعية إلى أجهزة استقبال مختلفة. وتشمل المحطات الأرضية محطة تحكم رئيسية ، ومحطة تحكم رئيسية بديلة ، و 12 هوائيًا أرضيًا ، و 16 محطة مراقبة.
تتضمن شريحة المستخدم في نظام GPS أجهزة استقبال مختلفة من جميع أنواع الصناعات المختلفة. الأمن القومي والزراعة والفضاء والمسح ورسم الخرائط كلها أمثلة على المستخدمين النهائيين في نظام GPS. في مجال الطيران ، عادة ما يكون المستخدم هو الطيار ، الذي يعرض بيانات GPS المعروضة في قمرة القيادة للطائرة.
كيف تعمل
تدور الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع على مسافة 12،000 ميل فوقنا ، وتكمل مدارًا واحدًا كل 12 ساعة. فهي تعمل بالطاقة الشمسية ، وتحلق في مدار أرضي متوسط وترسل إشارات لاسلكية إلى أجهزة الاستقبال على الأرض.
وتستخدم المحطات الأرضية الإشارات لتتبع ومراقبة السواتل ، وتوفر هذه المحطات محطة التحكم الرئيسية (MCS) بالبيانات. بعد ذلك توفر MCS بيانات موقع محددة للأقمار الصناعية.
المتلقي في طائرة يتلقى بيانات الوقت من الساعات الذرية للأقمار الصناعية. يقارن الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال من القمر الصناعي إلى المستقبل ، ويحسب المسافة بناءً على ذلك الوقت الدقيق والمحدّد. تستعمل أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التثليث - التاريخ من ثلاثة أقمار صناعية - لتحديد موقع ثنائي الأبعاد دقيق. مع ما لا يقل عن أربعة أقمار صناعية في العرض والتشغيل ، يمكن الحصول على بيانات الموقع ثلاثية الأبعاد.
أخطاء GPS
تدخل Ionosphere: تتباطأ الإشارة الصادرة عن السواتل في الواقع عندما تمر عبر الغلاف الجوي للأرض.
تقوم تقنية GPS بحساب هذا الخطأ عن طريق أخذ متوسط الوقت ، 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 جدًا.
- الخطأ المداري: يمكن أن تكون حسابات Orbit غير دقيقة ، مما يتسبب في غموض في تحديد موقع القمر الصناعي بالضبط.
- خطأ في الموقع: يمكن أن تنتعش إشارات GPS خارج المباني والتضاريس وحتى يمكن أن يحدث تداخل كهربائي. لا تتوفر إشارات GPS إلا عندما يتمكن جهاز الاستقبال من "رؤية" القمر الصناعي ، مما يعني أن البيانات ستكون مفقودة أو غير دقيقة بين المباني العالية ، والتضاريس الكثيفة ، وتحت الأرض.
الاستخدام العملي لنظام تحديد المواقع
يستخدم GPS على نطاق واسع في مجال الطيران اليوم كمصدر للتنقل في المنطقة . تقريبا كل الطائرات التي بنيت اليوم تأتي مع وحدة GPS المثبتة كمعدات قياسية.
وقد وجد كل من الطيران العام ، وقطاع الطيران التجاري ، والطيران التجاري استخدامات قيّمة لنظام تحديد المواقع العالمي.
من نظام الملاحة الأساسي وبيانات الموقع إلى المواقع الجوية والتتبع ومواقع المطار ، يعد نظام تحديد المواقع أداة ثمينة للطيارين.
يمكن الموافقة على وحدات GPS المثبتة للاستخدام في IMC ولغيرها من رحلات IFR . يجد الطيارون الآليون نظام GPS مفيدًا للغاية في الحفاظ على الوعي بالأوضاع وإجراءات مقاربة أجهزة الطيران. يمكن للوحدات المحمولة باليد ، رغم عدم اعتمادها لاستخدام IFR ، أن تكون أداة مساعدة مفيدة لأعطال الأجهزة ، بالإضافة إلى أداة قيمة للحفاظ على الوعي بالأوضاع في أي موقف.
كما يستخدم الطيارون الذين يحلقون VFR النظام العالمي لتحديد المواقع كأداة للملاحة ونسخة احتياطية عن تقنيات التوجيه التقليدي وتقدير الحسابات الميتة.
يمكن لجميع الطيارين تقدير بيانات GPS في حالات الطوارئ ، حيث ستسمح لهم قاعدة البيانات بالبحث عن أقرب مطار ، وحساب الوقت في الطريق ، والوقود على متن السفينة ، ووقت غروب الشمس وشروق الشمس ، وأكثر من ذلك بكثير.
ومؤخراً ، قامت إدارة الطيران الفيدرالية بتمكين إجراءات نظام تحديد المواقع العالمي لنظام تحديد المواقع العالمي ( WAAS) الخاصة بالنُهج ، حيث استحدثت منهجًا جديدًا دقيقًا للطيارين في شكل نهج Localizer Performance مع التوجيه العمودي (LPV) . وهذا نهج دقيق يمكّن النظام الجوي الوطني من أن يصبح أكثر كفاءة ويساعد في تلبية احتياجات نظام المجال الجوي الوطني في المستقبل.