GPS系統(tǒng)在飛機(jī)上的應(yīng)用

王宇

【摘要】 GPS系統(tǒng)是利用全球定位系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字地圖顯示能能提供飛機(jī)導(dǎo)航的實(shí)時(shí)位置和觸環(huán)境信息的系統(tǒng)，并按照需要有效地引導(dǎo)飛機(jī)的設(shè)備安全順利地完成飛行任務(wù)。本文淺要介紹了GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)以及一般運(yùn)行方式

【關(guān)鍵詞】 GPS GIS 導(dǎo)航 特點(diǎn)

一、GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)概述

1、GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成。GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)主要由地面、空間以及機(jī)載三個(gè)部分組成，其中地面部分主要包含了通信設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及ATM工作站、監(jiān)測(cè)站等，空間部分主要包含全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中所有用于衛(wèi)星通信的衛(wèi)星，機(jī)載主要包括了飛機(jī)上的導(dǎo)航接收器、以及各種通信數(shù)據(jù)設(shè)備。

2、GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理。利用GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)為飛機(jī)航行過(guò)程中提供位置服務(wù)、時(shí)間、速度、航向等導(dǎo)航信息。由于全球衛(wèi)星系統(tǒng)具有全球覆蓋性，兼?zhèn)淙旌蛲ㄐ拧⒈O(jiān)視能力，利用GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的監(jiān)視、通信管理。以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)采用GNSS衛(wèi)星和地面雷達(dá)的相互組合，并且向所管制的飛機(jī)提供可靠、安傘的飛行信息。GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的工作流程如下：通過(guò)衛(wèi)星獲取飛機(jī)初始位置——地面管制獲得數(shù)據(jù)信息——通過(guò)空地通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸——飛機(jī)獲取航行信息。

二、GPS飛機(jī)導(dǎo)航的特點(diǎn)分析

1、提高飛行自由度。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以GNSS衛(wèi)星為核心，可以在為飛機(jī)提供航路、天氣、時(shí)間與位置的基礎(chǔ)導(dǎo)航服務(wù)至上，同時(shí)通過(guò)與地理信息系統(tǒng)GIS的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)精密定位能力，實(shí)現(xiàn)了四維導(dǎo)航，這種多維度的導(dǎo)航能力能夠有助于飛機(jī)在航行過(guò)程中找到最便捷的直飛航線，有效的提升了飛行航路選擇的自由度。

2、通信更準(zhǔn)確。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)采用數(shù)字式數(shù)據(jù)交換，有效提高了地面系統(tǒng)與機(jī)載系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸效率，提供了更加清晰化的空中交通管理自動(dòng)化，有效避免了由于信息擁堵產(chǎn)生的通信誤差，有力的提高了航行信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，提升飛機(jī)航行的安全性。

3、有效提升自動(dòng)化程度。GPS飛行導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度監(jiān)視能力不僅可以進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)飛機(jī)航行過(guò)程中的監(jiān)視能力，縮短飛機(jī)間隔，同時(shí)還能夠更準(zhǔn)確的掌握空情，提升了飛機(jī)導(dǎo)航的自動(dòng)化程度，因而可以相對(duì)減少一部分地面基礎(chǔ)設(shè)備，可以有效的降低地面基建建設(shè)維護(hù)費(fèi)用。

4、可視化導(dǎo)航。GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)與地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行綜合運(yùn)用，地理信息系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、管理和輸出地理空間數(shù)據(jù)等能力，具有效實(shí)現(xiàn)空間分析、查詢功能。GPS與GIS在數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控的能力上存在很強(qiáng)的互補(bǔ)性，因此，在飛機(jī)導(dǎo)航過(guò)程中，通過(guò)集成GPS和GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)航可視化，不僅使兩者的功能都得到了充分發(fā)揮，而且還產(chǎn)生了更高級(jí)的功能，這將使得飛機(jī)導(dǎo)航更精確迅速。導(dǎo)航可視化是飛機(jī)導(dǎo)航的重要內(nèi)容。

三、GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的工作方式簡(jiǎn)述

1、截獲方式。GPS在開(kāi)始計(jì)算數(shù)據(jù)之前，首先需要尋找并且鎖定衛(wèi)星，并且保證鎖定衛(wèi)星的數(shù)量超過(guò)四顆的時(shí)候才能夠進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。GPS在截獲方式時(shí)，需要首先利用到飛機(jī)信息管理系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)例如速度、時(shí)間、日期來(lái)計(jì)算利用哪一個(gè)衛(wèi)星定位飛機(jī)位置是最有效的，這個(gè)過(guò)程一般反應(yīng)時(shí)間較短，但如果DMS上的數(shù)據(jù)無(wú)效，則會(huì)出現(xiàn)GPS接收器需要花相對(duì)長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間才能夠接受衛(wèi)星信號(hào)。

2、導(dǎo)航方式。GPS接收機(jī)首先鎖定并且截獲4顆及以上衛(wèi)星后，才會(huì)進(jìn)入導(dǎo)航方式。在導(dǎo)航模式運(yùn)行過(guò)程中，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)轱w行員提供飛機(jī)的實(shí)時(shí)信息，包括飛機(jī)的經(jīng)緯度、高度、航向、精確時(shí)間等導(dǎo)航信息。

3、輔助方式。輔助方式主要應(yīng)用于一小段時(shí)間（30s內(nèi)）衛(wèi)星覆蓋不良時(shí)，GPS接收器進(jìn)入輔助模式。衛(wèi)星覆蓋監(jiān)控雖然能夠看到4顆衛(wèi)星，但衛(wèi)星的輻射強(qiáng)度不能夠保證GPS接收器達(dá)成精確定位，輔助模式下，GPS接收器只能夠接收幾種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如高度、航速和航向，只有當(dāng)衛(wèi)星覆蓋狀態(tài)良好的時(shí)候，GPS接收器才能夠重新切換至導(dǎo)航方式：

4、高度輔助方式。當(dāng)GPS系統(tǒng)處于導(dǎo)航方式時(shí)，但所接受到的4顆衛(wèi)星的位置信息時(shí)，存在一顆衛(wèi)星的位置不具有一定的精確性，GPS接收器自動(dòng)轉(zhuǎn)入高度輔助方式。此時(shí)，GPS接收器會(huì)通過(guò)GPS接收器保存的在4顆衛(wèi)星均有效的情況下的慣性高度與GPS高度差值，利用這個(gè)高度差值來(lái)建立GPS高度，根據(jù)GPS高度、飛機(jī)高度以及地球半徑能夠算出第四顆衛(wèi)星的定位距離方程，從而即使GPS接收器智能夠接受到3顆衛(wèi)星的有效數(shù)據(jù)，飛行導(dǎo)航仍舊能精確進(jìn)行。一旦再次收到第4顆衛(wèi)星信號(hào)，飛機(jī)導(dǎo)航將會(huì)重新轉(zhuǎn)入導(dǎo)航方式：

四、結(jié)束語(yǔ)

GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)提供位置、速度及時(shí)間等信息，從而安全高效地完成對(duì)各種高速運(yùn)行目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和管理。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等先進(jìn)科技的進(jìn)一步發(fā)展.GPS飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)也將得到更廣闊的發(fā)展前景。