Jak działa lotnictwo GPS?

Tajemnice satelitów

Kiedy Związek Radziecki wprowadził Sputnika w 1957 roku, amerykańscy naukowcy odkryli, że mogą zlokalizować swoją pozycję poprzez monitorowanie zmian częstotliwości radiowej podczas ruchu. Wojsko zdało sobie sprawę, że okręty podwodne mogą również śledzić sygnały satelitarne, aby zorientować się po miesiącach pod wodą. W 1973 r. Armia pojawiła się z alternatywnym systemem nawigacji, tym samym systemem Global Positioning, który jest obecnie używany. Każda jednostka GPS odbiera cyfrowe transmisje satelitarne, które wykorzystuje do określenia swojej lokalizacji, w oparciu o odległość od satelitów.

Triangulacja

Transmisje satelitarne obejmują pozycję satelity i dokładny czas transmisji. Czas potrzebny na dotarcie do GPS pokazuje, jak daleko znajduje się samolot od satelitów. Aby zapewnić dokładność zegara, każdy satelita GPS przenosi cztery zegary atomowe. Znajomość lokalizacji czasu i źródła trzech sygnałów satelitarnych daje jednostce wystarczającą ilość informacji do ustalenia położenia samolotu, ale tylko wtedy, gdy GPS ma porównywalny precyzyjny zegar atomowy. Dodanie sygnału z czwartego satelity pozwala jednostce pracować ze wspólnym zegarem.

Zegary atomowe

Kluczem do dokładności GPS jest ogromna dokładność zegarów atomowych. Technologia zegarów atomowych umieszcza atomy w polu oscylującym, powodując rezonans pola z częstotliwością odpowiadającą rezonansowi magnetycznemu atomów. Wykorzystując rezonans jako podstawę ruchu zegara, zamiast kryształu kwarcu lub zestawu kół zębatych, zegary osiągają niespotykaną precyzję. Naukowcy opracowali kilka technologii zegarów atomowych, ale większość elementów zegarów GPS pracuje nad atomami cezu.

Błędy

Chociaż wojsko już nie degraduje sygnałów GPS dla cywilów, zastrzega sobie prawo do tego w dowolnym momencie. Nawet bez tego czynnika sygnały GPS czasami mają niewielkie błędy z powodu sygnałów odbijających się od przeszkód lub opóźniających atmosferę. W 2003 r. Rząd wprowadził system rozszerzania powierzchni (WAAS), aby zapewnić większą dokładność lotnictwa GPS. Informacje dodane przez satelity WAAS i stacje naziemne sprawiają, że jednostki GPS lotnictwa są dokładne w zakresie od 1 do 2 metrów w poziomie i od 2 do 3 metrów w pionie.