Как работи навигационната система на самолетите

GPS е навсякъде — ще го откриете в колата си, в смартфона си, дори в часовника си. Има го и в самолетите. Той ви помага да стигнете от точка А до точка Б без усилие. Помага и да пристигнете на правилното място, посочвайки най-безопасния и лесен маршрут. 

Навигационната система на един самолет е електронна система, която отговаря за предоставянето на цялата необходима информация за полета на пилота, така че той да може да се съсредоточи върху управлението на самолета. Тя е ключов елемент по време на полета. Тя е един от инструментите, които професионалният летец трябва да познава и владее, за да гарантира, че машината ще достигне до крайната си дестинация, независимо от условията на околната среда.

Навигационна система на самолет

Навигационната система се определя като съвкупност от устройства в пилотската кабина, които подпомагат пилота при определянето на позицията на самолета. Навигационните системи включват както бордови системи на самолета, така и радионавигационни средства.

Снимка: iStock

Съществуват няколко вида бордови навигационни системи, които могат да бъдат разделени на:

► Глобална навигационна сателитна система – GNSS

► Инерциална референтна система – IRS

► Система за управление на полета – FMS

Преди полета пилотът трябва да зареди маршрута, по който ще се лети, в системата. След като е той е програмиран, пилотът ще може да го следи. Навигационната система ще открива елементи, които могат да повлияят на полета, като летища, други самолети, лошо време, планини и др.

Глобална навигационна сателитна система (GNSS)

GNSS е съвкупност от навигационни системи, които помагат на пилота да знае координатите, скоростта, височината и други параметри на самолета. Трите най-утвърдени системи в световен мащаб са:

► GPS (Глобална позиционираща система)

► GLONASS (Глобална навигационна сателитна система на Русия – Global’naya Navigatsionnaa Sputnikovaya Sistema)

► Galileo (Европейска сателитна система за позициониране и радионавигация)

Инерциална референтна система (IRS)

Инерциалната референтна система е навигационна система, която не изисква външни данни по време на полета. IRS, чрез акселерометър и жироскоп, отчита преместването по всяка ос и изчислява позицията на самолета.

Снимка: iStock

Нейната работа е напълно автономна и единственото, което се изисква, е в началото на полета, преди излитане, пилотите да въведат в системата текущото положение на самолета по географска ширина и дължина.

Система за управление на полета (FMS)

Тази навигационна система може да се счита за "мозъка" на самолета. Нейната функция, както подсказва и името ѝ, е управлението на полета. Чрез въведените данни за зададения маршрут, FMS предоставя на пилотите изчисления на параметрите на полета.

Някои функции на системата за управление на полета са:

• Конфигуриране на автопилота.

•  Задаване на маршрути за излитане и заход за кацане, както и информацията, предавана от диспечерите на въздушното движение.

•  Препоръки за намаляване на разхода на гориво.

Снимка: iStock

Произход на системата за въздушна навигация

Първоначално магнитният компас и картата са били единствените инструменти за въздушна навигация. Чрез въздушната скорост и измереното време пилотите са могли приблизително да определят позицията си и да достигнат до крайната цел.

Тази навигационна техника, известна като „мъртво пресмятане“ (dead-reckoning), е била неточен метод, при който много лесно са се натрупвали грешки поради ненадеждна информация. Подобрение на тази техника настъпва с въвеждането на радиовълните, които позволяват значително по-точна навигация.

Какво е GPS и как работи?

Глобалната позиционираща система (GPS) е навигационна система, която използва спътници, приемник и алгоритми за синхронизиране на данни за местоположение, скорост и време при пътуване по въздух, море и суша.

Спътниковата система се състои от съзвездие от поне 31 спътника, разположени в шест орбитални равнини около Земята, всяка с по четири спътника. Те обикалят на височина от 20 000 км над планетата и се движат със скорост от 14 000 км/ч.

За да се определи местоположение на повърхността на Земята, са необходими само три спътника. Четвърти спътник обаче често се използва за коригиране на грешката в часовника на приемника, което позволява по-прецизно позициониране.Той позволява и да се изчисли надморската височина на устройството, което ни дава информация в трето измерение.

Кои са трите компонента на GPS?

GPS се състои от три различни компонента, наречени сегменти, които работят заедно, за да предоставят информация за местоположението.

Трите сегмента на GPS са:

► Космос (спътници): Спътниците обикалят около Земята и предават сигнали на потребителите за географското положение и часа на деня. За превозни средства тези спътници позволяват проследяване в реално време и точно навигиране по маршрут, дори в отдалечени райони без мобилна връзка.

► Наземно управление: Контролният сегмент се състои от наземни мониторингови станции, главни контролни станции и наземни антени. Дейностите на контролния сегмент включват проследяване и управление на спътниците в космоса, както и наблюдение на предаваните сигнали. Мониторингови станции има на почти всеки континент, включително Северна и Южна Америка, Африка, Европа, Азия и Австралия.

► Потребителско оборудване: Включва GPS приемници и предаватели, като например часовници, смартфони и телематични устройства. Устройства като телематични модули или смартфони на шофьорите приемат спътниковите сигнали и изчисляват точните позиции, за да подпомогнат диспечирането и безопасността на превозното средство.

Как работи GPS технологията?

GPS работи чрез техника, наречена трилатерация. Тя се използва за изчисляване на местоположение, скорост и височина, като събира сигнали от спътници, за да предостави информация за позицията.

Ето как работи:

Спътниците, които обикалят Земята, изпращат сигнали, които се приемат и интерпретират от GPS устройство, намиращо се на или близо до повърхността на Земята. За да изчисли местоположението, GPS устройството трябва да може да приема сигнали поне от четири спътника.

Всеки спътник в мрежата обикаля Земята два пъти дневно и изпраща уникален сигнал, параметри на орбитата и време. По всяко време GPS устройството може да приема сигнали от шест или повече спътника.

Един спътник излъчва микровълнов сигнал, който се приема от GPS устройството и се използва за изчисляване на разстоянието между устройството и спътника. Тъй като GPS устройството дава информация само за разстоянието до спътника, един спътник не може да предостави точна информация за местоположението. Спътниците не излъчват информация за ъглите, затова местоположението на GPS устройството може да бъде навсякъде на повърхността на сфера с радиус равно на разстоянието до спътника.

Когато спътник изпраща сигнал, той създава окръжност с радиус, измерен от GPS устройството до спътника. След добавянето на втори спътник се създава втора окръжност и местоположението се стеснява до една от двете точки, където окръжностите се пресичат. С третия спътник местоположението на устройството може да бъде окончателно определено, тъй като то се намира в пресечната точка на трите окръжности.

Трябва да се има предвид, че живеем в триизмерен свят, което означава, че всеки спътник създава сфера, а не окръжност. Пресечната точка на три сфери са две точки, като се избира тази, която е по-близо до Земята.

Когато GPS устройствата се движат, радиусът (разстоянието до спътника) се променя. При промяна на радиуса се създават нови сфери, което ни дава нова позиция. Тези данни, комбинирани с времето от спътника, се използват за определяне на скоростта, изчисляване на разстоянието до дестинацията и очакваното време за пристигане (ETA).