GPS系統(tǒng)在飛機上的應(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導航的實時位置和觸環(huán)境信息的系統(tǒng)，并按照需要有效地引導飛機的設(shè)備安全順利地完成飛行任務(wù)。本文淺要介紹了GPS飛機導航系統(tǒng)的特點以及一般運行方式

【關(guān)鍵詞】 GPS GIS 導航 特點

一、GPS飛機導航系統(tǒng)概述

1、GPS飛機導航系統(tǒng)構(gòu)成。GPS飛機導航系統(tǒng)主要由地面、空間以及機載三個部分組成，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，機載主要包括了飛機上的導航接收器、以及各種通信數(shù)據(jù)設(shè)備。

2、GPS飛機導航系統(tǒng)工作原理。利用GPS飛機導航系統(tǒng)為飛機航行過程中提供位置服務(wù)、時間、速度、航向等導航信息。由于全球衛(wèi)星系統(tǒng)具有全球覆蓋性，兼?zhèn)淙旌蛲ㄐ?、監(jiān)視能力，利用GPS飛機導航系統(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導航系統(tǒng)通過采用GNSS衛(wèi)星和地面雷達的相互組合，并且向所管制的飛機提供可靠、安傘的飛行信息。GPS飛機導航系統(tǒng)的工作流程如下：通過衛(wèi)星獲取飛機初始位置——地面管制獲得數(shù)據(jù)信息——通過空地通信進行數(shù)據(jù)傳輸——飛機獲取航行信息。

二、GPS飛機導航的特點分析

1、提高飛行自由度。GPS導航系統(tǒng)是以GNSS衛(wèi)星為核心，可以在為飛機提供航路、天氣、時間與位置的基礎(chǔ)導航服務(wù)至上，同時通過與地理信息系統(tǒng)GIS的聯(lián)合，實現(xiàn)精密定位能力，實現(xiàn)了四維導航，這種多維度的導航能力能夠有助于飛機在航行過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、通信更準確。GPS導航系統(tǒng)中，通過采用數(shù)字式數(shù)據(jù)交換，有效提高了地面系統(tǒng)與機載系統(tǒng)的實時數(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)的精準度，提升飛機航行的安全性。

3、有效提升自動化程度。GPS飛行導航系統(tǒng)的高精度監(jiān)視能力不僅可以進一步擴展對飛機航行過程中的監(jiān)視能力，縮短飛機間隔，同時還能夠更準確的掌握空情，提升了飛機導航的自動化程度，因而可以相對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)維護費用。

4、可視化導航。GPS飛機導航系統(tǒng)通過與地理信息系統(tǒng)（GIS）進行綜合運用，地理信息系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、管理和輸出地理空間數(shù)據(jù)等能力，具有效實現(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的互補性，因此，在飛機導航過程中，通過集成GPS和GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)飛機導航可視化，不僅使兩者的功能都得到了充分發(fā)揮，而且還產(chǎn)生了更高級的功能，這將使得飛機導航更精確迅速。導航可視化是飛機導航的重要內(nèi)容。

三、GPS飛機導航系統(tǒng)的工作方式簡述

1、截獲方式。GPS在開始計算數(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)量超過四顆的時候才能夠進行精準計算。GPS在截獲方式時，需要首先利用到飛機信息管理系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)例如速度、時間、日期來計算利用哪一個衛(wèi)星定位飛機位置是最有效的，這個過程一般反應(yīng)時間較短，但如果DMS上的數(shù)據(jù)無效，則會出現(xiàn)GPS接收器需要花相對長一點的時間才能夠接受衛(wèi)星信號。

2、導航方式。GPS接收機首先鎖定并且截獲4顆及以上衛(wèi)星后，才會進入導航方式。在導航模式運行過程中，GPS導航系統(tǒng)能夠為飛行員提供飛機的實時信息，包括飛機的經(jīng)緯度、高度、航向、精確時間等導航信息。

3、輔助方式。輔助方式主要應(yīng)用于一小段時間（30s內(nèi)）衛(wèi)星覆蓋不良時，GPS接收器進入輔助模式。衛(wèi)星覆蓋監(jiān)控雖然能夠看到4顆衛(wèi)星，但衛(wèi)星的輻射強度不能夠保證GPS接收器達成精確定位，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，只有當衛(wèi)星覆蓋狀態(tài)良好的時候，GPS接收器才能夠重新切換至導航方式：

4、高度輔助方式。當GPS系統(tǒng)處于導航方式時，但所接受到的4顆衛(wèi)星的位置信息時，存在一顆衛(wèi)星的位置不具有一定的精確性，GPS接收器自動轉(zhuǎn)入高度輔助方式。此時，GPS接收器會通過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，利用這個高度差值來建立GPS高度，根據(jù)GPS高度、飛機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)，飛行導航仍舊能精確進行。一旦再次收到第4顆衛(wèi)星信號，飛機導航將會重新轉(zhuǎn)入導航方式：

四、結(jié)束語

GPS飛機導航系統(tǒng)以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點提供位置、速度及時間等信息，從而安全高效地完成對各種高速運行目標的定位、導航、監(jiān)測和管理。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等先進科技的進一步發(fā)展.GPS飛機導航系統(tǒng)也將得到更廣闊的發(fā)展前景。