Navegación GPS

Aplicación del GPS en navegación y navegación aérea

1. Aplicación de navegación GPS

La aplicación de la tecnología satelital en la navegación marítima se remonta al sistema de navegación por satélite de primera generación en la década de 1960. TRÁNSITO. Sin embargo, este sistema de navegación por satélite está diseñado originalmente para dar servicio a las regiones polares, por lo que no puede navegar de forma continua y el intervalo de tiempo de posicionamiento cambia con la latitud. Por encima de los 70 grados de latitud norte y sur, el intervalo de posicionamiento promedio no supera los 30 minutos, pero tarda 90 minutos cerca del ecuador. Los satélites de tránsito de segunda y tercera generación NAVARS y OSCARS lanzados en la década de 1980 compensaron esta deficiencia, pero aun así tardaron entre 10 y 15 minutos. Además, la tecnología de medición de velocidad Doppler es difícil de mejorar la precisión del posicionamiento (requiere un conocimiento preciso de la velocidad del barco) y se utiliza principalmente para la navegación bidimensional. La aparición del sistema GPS ha superado las limitaciones del sistema de transporte público. No sólo tiene una alta precisión, navegación continua y una gran capacidad antiinterferencias, sino que también puede proporcionar información de posición y velocidad en el espacio-tiempo en siete dimensiones. En la prueba inicial de equipos de navegación experimentales, el GPS demostró que puede sustituir a los sistemas de radionavegación de autobuses y carreteras y que puede marcar una época en la navegación. Hoy en día, es difícil imaginar un barco sin sistemas y equipos de navegación GPS. Las aplicaciones de navegación se han convertido en los mayores usuarios de aplicaciones de navegación GPS, lo que no tiene comparación con los usuarios de ningún otro campo. Hay muchos usuarios de navegación GPS y los estándares de clasificación también son diferentes. Según el tipo de ruta, la navegación GPS se puede dividir en cinco categorías: navegación marítima, navegación portuaria y navegación lacustre; En diferentes etapas o regiones, los requisitos para la seguridad de la navegación también varían debido a los diferentes entornos, pero todos se basan en garantizar conflictos mínimos de tráfico de navegación, hacer el uso más efectivo de rutas cada vez más concurridas, garantizar la seguridad de la navegación, mejorar la eficiencia del transporte y ahorrar. objetivo. Según las funciones del sistema de navegación, existen aproximadamente las siguientes categorías:

1.1 Navegación autónoma

El sistema de navegación autónoma es adecuado para cualquiera de las cinco rutas anteriores. Es básicamente un sistema de navegación simple. Su característica principal es que solo proporciona a los usuarios información como posición, velocidad, rumbo, tiempo, etc. También puede incluir visualización de cartas y rutas sin necesidad de un sistema de comunicación. Adecuado para cualquier barco que navegue por mar, lagos y ríos interiores, desde grandes buques de carga oceánicos hasta yates privados.

1.2 Gestión portuaria y guía portuaria

Este sistema se utiliza principalmente para la gestión de programación de barcos y guía de barcos en puertos/terminales para garantizar la seguridad de la navegación y el orden en los puertos/terminales. El sistema requiere comunicaciones bidireccionales de datos/voz para permitir que el navegante guíe el barco. Situación portuaria/visualización de cartas para mostrar los buques anclados y las rutas de aproximación para evitar colisiones. Este tipo de sistema tiene altos requisitos de precisión del sistema de navegación y debe utilizar tecnologías de mejora como el GPS diferencial.

1.3 Sistema de Gestión del Tráfico de Rutas

Este sistema es similar al 2, pero se utiliza principalmente para la navegación de barcos y la gestión de rutas marítimas e interiores, y normalmente requiere el apoyo de sistemas de comunicación por satélite. , como INMARSAT .

1.4 Sistema de Seguimiento y Monitoreo

Este sistema se utiliza principalmente en patrulleras marítimas, embarcaciones anticontrabando y diversos yates, especialmente privados, para evitar robos. Dependiendo del usuario específico, algunos sistemas requieren parámetros de navegación y comunicaciones bidireccionales de datos/voz, como los barcos anticontrabando. A veces no es necesario proporcionar parámetros de navegación. Por ejemplo, para el antirrobo de yates privados, solo se requiere una comunicación de datos unidireccional. En caso de robo, el sistema de navegación del yate enviará continuamente su posición y dirección al centro correspondiente para su seguimiento.

1.5 Sistema de Rescate de Emergencia

Este sistema incluye aviones anfibios, helicópteros y vehículos terrestres. Aplicable a las cinco categorías de vías navegables, utilizadas para la búsqueda y salvamento de diversos tipos de buques y personal en peligro en el mar, lagos y ríos interiores. Este sistema requiere comunicación bidireccional de datos/voz, tiempo de respuesta rápido y alta precisión de posicionamiento.

1.6 Aplicación de la combinación GPS/sonar en la navegación robótica submarina

Este sistema combinado se puede utilizar para el tendido y mantenimiento de tuberías submarinas (que requieren un sistema de visión), estudios hidrológicos y otras aplicaciones acuáticas. Se puede utilizar para operaciones fuera de línea, como estudios submarinos de puertos/muelles, para eliminar bloqueos en los canales de acceso y garantizar canales fluidos. También se puede utilizar para pesca en alta mar, guía de operaciones de barcos pesqueros, etc.

1.7 Otras aplicaciones

Las tecnologías de navegación utilizadas incluyen: GPS (GNSS); tecnologías de navegación por radio;

Las tecnologías de comunicación utilizadas incluyen principalmente: FM, comunicación de voz/datos unidireccional de subportadora de TV; comunicación de datos bidireccional de red de balizas: comunicación celular digital terrestre; comunicación; comunicación de trayectoria de tráfico, etc.

Las cinco primeras tecnologías de la comunicación se utilizan principalmente en zonas marinas, interiores y lacustres.

2. Aplicación de navegación por satélite GPS

Aunque en el sentido de pura innovación y progreso tecnológico, el sistema de navegación por satélite Zhongtian de primera generación creó una nueva era en la tecnología de navegación. Si bien Zhongtian aún no se ha aplicado en el campo de la navegación aérea, se puede decir que la aplicación real de la tecnología de navegación por satélite en la navegación aérea comenzó con el sistema GPS. A principios de la década de 1970, cuando el proyecto GPS se encontraba en las etapas de planificación y demostración del programa, alguien propuso utilizar una combinación limitada de satélites GPS y altímetros para lograr la navegación, la aproximación y el despegue de las aeronaves, y se realizaron una gran cantidad de estudios de simulación.

A principios de los años 80, en 1983, cuando sólo había cinco satélites GPS, el avión comercial SABRELINER de Rockwell llevó a los observadores imparciales de Aviation Week y Space Technology y a varios invitados de Estados Unidos al viaje inaugural de Love a París, Francia. Su sistema de navegación utiliza un receptor GPS militar de un solo canal y doble frecuencia y un receptor GPS civil de un solo canal y una sola frecuencia para una navegación GPS completa, con cuatro tiempos intermedios. Esta vez la navegación GPS fue exitosa, pero los funcionarios de la FAA todavía tienen reservas y dudas sobre el uso del GPS para la navegación aérea. Estas dudas se reflejan principalmente en los siguientes aspectos: disponibilidad de opciones; continuidad y disponibilidad de la cobertura de cinco satélites; costos de perfección (incluidos los precios del sistema de usuario y las tarifas de GPS que afectan la precisión, la integridad y la disponibilidad de los sistemas de navegación); continuidad del servicio, afectando la confiabilidad y seguridad de la navegación del GPS para la navegación aérea. El precio del sistema y equipo de navegación GPS del usuario y el estándar de carga del GPS están directamente relacionados con la asequibilidad del usuario. A finales de los 80 y principios de los 90, el precio de los equipos de usuario de GPS bajó año tras año y el tamaño se hizo cada vez más pequeño. Varias tecnologías de mejora, tecnologías diferenciales y tecnologías combinadas están cada vez más maduras, y GLONASS ha sido completamente instalado y puesto en uso, lo que brinda amplias perspectivas para la aplicación del GPS en la navegación aérea. Es previsible que el GPS haga posible la navegación y la vigilancia global sin interrupciones, lo que supondrá una revolución que hará época en la historia de la navegación aérea. Hoy en día, se puede decir que la aplicación del GPS en la navegación aérea es generalizada. Si se divide por tipo de ruta o etapa de aeronave, involucra: rutas del espacio aéreo extranjero; rutas del espacio aéreo interior; aproximación/aterrizaje del área terminal; monitoreo y navegación en el sitio del aeropuerto en áreas especiales, como la agricultura y la silvicultura; En diferentes tramos de vuelo y diferentes escenarios de aplicación, los requisitos de precisión, integridad, disponibilidad y continuidad del servicio del sistema de navegación son diferentes, pero es necesario garantizar la seguridad del vuelo de las aeronaves y el uso eficaz del espacio aéreo. Según la división funcional de los sistemas de navegación aérea, la aplicación del GPS en la navegación aérea es la siguiente:

2.1 Navegación en ruta

Las rutas se refieren principalmente a rutas en áreas oceánicas y espacio aéreo continental. Varios estudios y experimentos han demostrado que el GPS y una tecnología llamada Monitoreo de Integridad Autónoma del Receptor (RAIM) pueden cumplir con los requisitos del GPS para la precisión, integridad y disponibilidad de la navegación en rutas oceánicas, y la precisión también puede cumplir con los requisitos para las rutas del espacio aéreo continental. El GPS y los sistemas de aumentación de área amplia también pueden cumplir con los requisitos de precisión, integridad y disponibilidad de las rutas del espacio aéreo continental. La precisión del GPS es muy superior a la de cualquier sistema de navegación de rutas existente. Esta mejora en la precisión y el servicio continuo ayudará a utilizar eficazmente el espacio aéreo, lograr una división y gestión óptimas del espacio aéreo, la gestión del flujo del tráfico aéreo y la gestión de las rutas de vuelo, abrir amplias perspectivas de aplicación para los servicios de transporte aéreo, reducir los costos operativos y garantizar la flexibilidad del control del tráfico aéreo. El GPS es global, para todo clima y sin errores. Es actualmente el mejor sistema de navegación para rutas de media y larga distancia. Según el despliegue de la OACI, el GPS sustituirá gradualmente a otros sistemas de radionavegación existentes. El GPS no depende de equipos terrestres y puede usarse con computadoras a bordo y otros equipos para la planificación y penetración de rutas, lo que agrega mucha flexibilidad a la navegación de aviones militares.

2.2 Aproximación/Aterrizaje

Incluye aproximación/aterrizaje de no precisión, aproximación/aterrizaje de precisión CAT-1, 2 y 3. El GPS y su sistema de mejora de área amplia cumplen plenamente los requisitos de claridad, integridad y disponibilidad de aproximación/aterrizaje sin precisión/la mejora del sistema/tecnología diferencial de pseudorango local puede cumplir los requisitos de aproximación de precisión CAT-1 y 2. En la actualidad, los experimentos muestran que utilizando la tecnología de diferencia de fase de la portadora, la precisión puede cumplir con los requisitos del nivel CAI-3b. Lo que es seguro es que varios sistemas combinados mejorados (como LAAS, WAAS, INS, etc.) y GPS se convertirán en el principal medio de aproximación/aterrizaje, y el aterrizaje por instrumentos eventualmente será reemplazado. Dado que el sistema de aterrizaje GPS tiene un equipamiento sencillo y no requiere complejos sistemas de apoyo en tierra, será adecuado para cualquier aeropuerto, incluidos los privados y los de montaña. En teoría, el sistema de aterrizaje GPS puede guiar a la aeronave para que aterrice a lo largo de cualquier perfil de vuelo y ruta de aproximación, mejorando la flexibilidad y las capacidades de aterrizaje ciego de varios aeropuertos.

2.3 Monitoreo y gestión en sitio

Incluyendo la gestión de vuelos de la terminal y el monitoreo/gestión del escenario del aeropuerto. El propósito de la gestión de monitoreo de escena es reducir el tiempo de detención de despegue y aproximación, monitorear y despachar aeronaves, vehículos y personal en el aeropuerto, hacer el uso más eficiente del espacio terminal y del aeropuerto, y garantizar la seguridad de los vuelos. El GPS, los mapas digitales y los enlaces de comunicación digitales proporcionan nuevas tecnologías para el desarrollo de sistemas avanzados de navegación, comunicación y monitoreo en el sitio. Se cree que el monitoreo y la gestión en el sitio basados ​​en GPS/mapas digitales traerán enormes beneficios al aeropuerto.

2.4 Monitoreo de ruta

Actualmente, la vigilancia es un sistema de vigilancia no relacionado que utiliza principalmente varios sistemas de radar y puede usarse como respaldo con el sistema de navegación aérea. Sin embargo, los equipos terrestres y aéreos de este sistema de monitoreo son complejos y costosos. La precisión del monitoreo cambia con la distancia y el alcance es limitado. No puede lograr una cobertura global y un monitoreo global sin interrupciones. La aparición del GPS y de los sistemas móviles aeronáuticos por satélite cambiará este método de seguimiento tradicional. El sistema de navegación GPS a bordo informa automáticamente su posición a través de comunicaciones. Se ha propuesto esta "correlación automática con la publicidad del sistema de vigilancia". Las demostraciones y experimentos actuales demuestran que el ADS aportará beneficios al seguimiento de todas las etapas del vuelo, especialmente para lograr servicios de seguimiento automático en zonas oceánicas y en el espacio aéreo en zonas interiores remotas.

Esto reducirá efectivamente la carga de trabajo del piloto/controlador y aumentará la flexibilidad del control del tráfico aéreo.

2.5 Pruebas y pruebas en vuelo

En el diseño, finalización y prueba de nuevas aeronaves, nuevos equipos aerotransportados, sistemas de armas aerotransportadas o sistemas de servicio en tierra, parámetros de estado de vuelo basados ​​en GPS La medición El sistema puede servir como punto de referencia, y un equipo auxiliar comparable hará que las pruebas de vuelo, el procesamiento de datos y las pruebas de vuelo sean simples y rentables.

2.6 Aplicación de aeronaves especiales

Sistema de guía de despegue y aterrizaje de aeronaves en portaaviones, guía temporal de despegue y aterrizaje de helicópteros, formación de aviones militares, penetración, reabastecimiento aéreo, vuelo búsqueda y rescate, etc.

2.7 Reconocimiento aéreo

Además de las funciones de navegación y despegue y aterrizaje requeridas por las aeronaves ordinarias, las aeronaves utilizadas para el reconocimiento aéreo también deben proporcionar información oportuna, enlace cruzado, datos Grabación y posprocesamiento, utilizado para registrar la ubicación de equipos de medición o fotografía.

2.8 Otras aplicaciones

Como entrenamiento de vuelo, comprobación de sistemas ILS, etc. Aunque en los vuelos de demostración de aproximación/aterrizaje DGPS actuales, el ITS se utiliza principalmente como sistema de referencia para evaluar las capacidades del sistema de aterrizaje DGPS, de hecho la precisión del DGPS es mejor que la del sistema ILS. Antes de cerrar un ILS, realice inspecciones utilizando DGPS, un sistema de referencia económico y totalmente preciso para inspeccionar ILS. Actualmente, la medición óptica y el radar son costosos y los equipos son grandes y complejos. Por supuesto, lo anterior no incluye todos los aspectos de la aplicación del GPS en la aviación, y todavía se están probando y desarrollando nuevos métodos de aplicación.