Il sistema di posizionamento globale, o GPS, come è comunemente noto, è una componente vitale per la moderna navigazione aerea e una componente inestimabile del programma NextGen della FAA.
I dati GPS consentono ai piloti di ottenere dati di posizione tridimensionali o quadridimensionali precisi. Il sistema GPS utilizza la triangolazione per determinare la posizione esatta di un aereo, oltre a velocità, traccia, distanza da o da punti di controllo e tempo.
Storia del GPS
I militari degli Stati Uniti hanno utilizzato per la prima volta il GPS come strumento di navigazione negli anni '70. Negli anni '80, il governo degli Stati Uniti ha reso il GPS disponibile al pubblico, gratuitamente, con una presa: una modalità speciale, chiamata Selective Availability, sarebbe stata abilitata a ridurre volutamente l'accuratezza del GPS per gli utenti pubblici, riservando solo il più preciso versione del GPS per i militari.
Nel 2000, sotto l'amministrazione Clinton, la disponibilità selettiva è stata disattivata e la stessa accuratezza di cui i militari avevano beneficiato è stata resa disponibile al grande pubblico.
Componenti GPS
Il sistema GPS ha tre componenti: il segmento spaziale, il segmento di controllo e i segmenti utente.
La componente spaziale è composta da circa 31 satelliti GPS. L'Air Force degli Stati Uniti gestisce questi 31 satelliti, più tre o quattro satelliti disattivati che possono essere riattivati se necessario. In un dato momento, un minimo di 24 satelliti sono operativi in un'orbita appositamente progettata, assicurando che almeno quattro satelliti siano in vista contemporaneamente da quasi tutti i punti del pianeta. La copertura completa offerta dai satelliti rende il sistema GPS il sistema di navigazione più affidabile nell'aviazione moderna.
Il segmento di controllo è costituito da una serie di stazioni terrestri utilizzate per interpretare e ritrasmettere i segnali satellitari a vari ricevitori. Le stazioni di terra includono una stazione di controllo principale, una stazione di controllo principale alternativa, 12 antenne di terra e 16 stazioni di monitoraggio.
Il segmento utente del sistema GPS coinvolge vari ricevitori di tutti i diversi tipi di industrie. Sicurezza nazionale, agricoltura, spazio, rilevamento e mappatura sono tutti esempi di utenti finali nel sistema GPS. In aeronautica, l'utente è in genere il pilota, che visualizza i dati GPS sul display nell'abitacolo dell'aeromobile.
Come funziona
I satelliti GPS orbitano circa 12.000 miglia sopra di noi e completano un'orbita ogni 12 ore. Sono alimentati ad energia solare, volano in orbita terrestre media e trasmettono segnali radio ai ricevitori sul terreno.
Le stazioni di terra utilizzano i segnali per tracciare e monitorare i satelliti e queste stazioni forniscono alla stazione di controllo principale (MCS) i dati. L'MCS fornisce quindi dati di posizione precisi ai satelliti.
Il ricevitore di un aereo riceve i dati temporali dagli orologi atomici dei satelliti. Confronta il tempo impiegato dal segnale per passare dal satellite al ricevitore e calcola la distanza in base a quel tempo molto preciso e specifico. I ricevitori GPS usano la triangolazione - data da tre satelliti - per determinare una precisa posizione bidimensionale. Con almeno quattro satelliti in vista e operativi, è possibile ottenere dati di localizzazione tridimensionali.
Errori GPS
Interferenza sulla ionosfera: il segnale proveniente dai satelliti rallenta effettivamente mentre attraversa l'atmosfera terrestre. La tecnologia GPS tiene conto di questo errore prendendo un tempo medio, il che significa che l'errore esiste ancora ma è limitato.
- Errore orologio: l'orologio sul ricevitore GPS potrebbe non essere preciso come l'orologio atomico sul satellite GPS, creando un problema di precisione molto piccolo.
- Errore orbitale: i calcoli di orbita possono essere inaccurati, causando ambiguità nel determinare la posizione esatta del satellite.
- Errore di posizione: i segnali GPS possono rimbalzare su edifici, terreni e persino interferenze elettriche. I segnali GPS sono disponibili solo quando il ricevitore può "vedere" il satellite, il che significa che i dati saranno mancanti o imprecisi tra edifici alti, terreno denso e metropolitana.
Uso pratico del GPS
Il GPS è oggi ampiamente utilizzato nell'aviazione come fonte di navigazione nell'area. Quasi tutti gli aeromobili costruiti oggi sono dotati di un'unità GPS installata come equipaggiamento standard. L'aviazione generale, l'aviazione commerciale e l'aviazione commerciale hanno trovato tutti gli usi importanti per il GPS.
Dalla navigazione di base e dai dati di posizione alla velocità, al tracciamento e alle posizioni aeroportuali, il GPS è uno strumento prezioso per gli aviatori.
Le unità GPS installate possono essere approvate per l'uso in IMC e per altri voli IFR. I piloti di strumenti trovano che il GPS sia estremamente utile per mantenere la consapevolezza situazionale e le procedure di avvicinamento strumentale. Le unità palmari, pur non essendo approvate per l'uso dell'IFR, possono rappresentare un utile supporto per i guasti degli strumenti, nonché un prezioso strumento per mantenere la consapevolezza della situazione in ogni situazione.
I piloti che volano su VFR usano anche il GPS come strumento di navigazione e un back-up alle tecniche tradizionali di pilotaggio e calcolo dei decessi.
Tutti i piloti possono apprezzare i dati GPS in situazioni di emergenza, in quanto il database permetterà loro di cercare l'aeroporto più vicino, calcolare il tempo trascorso, carburante a bordo, ora del tramonto e dell'alba e molto altro ancora.
Più recentemente, la FAA ha abilitato le procedure GPS WAAS per gli approcci, introducendo un nuovo approccio di precisione ai piloti sotto forma di un approccio Localizer Performance con Vertical Guidance (LPV). Si tratta di un approccio di precisione che consentirà al sistema nazionale di spazio aereo di diventare molto più efficiente e di contribuire a soddisfare le esigenze del sistema nazionale di spazio aereo in futuro.