GPS

Úvodem je nutno připomenout, že zkratka GPS (Global Positioning System) je vlastně jiný název pro systém NAVSTAR (Navigation System using Time And Range - navigační systém používající čas a vzdálenost), což je družicový navigační systém provozovaný ministerstvem obrany USA. Mnohdy se označení GPS bere jako obecné označení pro systémy družicové navigace, což není správné, byť jde o systém nejrozšířenější.

Družicová navigace obecně

Pozemní navigační majáky trpí řadou nedostatků, z nich nejnepříjemnější je malý dosah a závislost na okolním terénu (ten formuje jejich vyzařovací charakteristiku). S rozvojem kosmonautiky se přímo nabízela myšlenka využití družic jako kosmických majáků sloužících k určení polohy na Zemi. Existují různé druhy satelitní navigace. Zmiňme se o několika nejpoužívanějších metodách určení polohy pomocí družic

metoda úhloměrná

analogicky jako v astronomické navigaci změříme elevační úhel minimálně dvou nebeských těles (družic) nebo provedemem opakované měření stejné družice (vzhledem k rychlému pohybu družic po nebeské sféře, a tím i rychlé změně azimutu a výšky družice, je možné provést opakované měření zhruba po dvou minutách). Tato metoda je však technicky velmi náročná a na palubě letadel by vyžadovala složité anténní systémy pro přesné směrové zaměření družic. I pro svoji malou přesnost není v praxi používána.

metoda dopplerovská

jejím základem je skutečnost, že pohybují-li se vůči sobě zdroj a přijímač signálu, pak se liší kmitočet vyslaný od kmitočtu přijatého (důkaz - míjí-li vás automobil, pozorujete změnu zvuku motoru, přestože motor bude pracovat ve stejných otáčkách). Tato vlastnost se nazývá Dopplerův jev. Družice, jterá se pohybuje po oběžné dráze vysílá kromě stabilního kmitočtu časové značky a údaje o parametrech své dráhy, ze kterých je počítač přijímače schopen vypočítat polohu družice. Přijímač dále obsahuje přesný oscilátor pracujícím na stejném kmitočtu jako vysílač družice. Jeho signál je směšován se signálem přijatým. Časové značky slouží k ovládání čítače, který počítá periody rozdílového (Dopplerova) kmitočtu. Z uvedených údajů můžeme po provedení alespoň tří měření vypočítat polohu přijímače. Ve službách amerického námořnictva je od poloviny šedesátých let zasazen systém Transit, který pracuje na bázi dopplerovské metody. Jeho hlavní nevýhodou je, že signál družic není nepřetržitě dostupný. Systém Transit je již zastaralý a dožívá.

metoda dálkoměrná

je založena na měření vzdálenosti příjemce od jednotlivých družic. Známe-li vzdálenost (respektive čas, který potřebuje signál, aby překonal vzdálenost družice - přijímač) alespoň od tří družic, je možno, známe-li polohu družic, vypočítat polohu přijímače. aktivní dálkoměrný systém

pozemní řídící stanice pomocí družic adresněvyšle dotaz. Adresát rovněž prostřednictvím družic odpoví stanici, která vyhodnotí zpoždění odpovědi od jednotlivých družic systému a vypočítá z nich polohu adresáta. Opět je samozřejmě nutná znalost polohy družic v daném okamžiku

GPS a RNAV problematika

praktický důvod, proč nené možné samotnou GPS certifikovat pro RNAV je ten, že u GPS není ničím laicky zaručeno, že ten signál bude a že bude správný. Pomineme-li to že pořád ještě "někdo může zmáčknout tlačítko a GPS se pro civilní provoz náhle vytratí" jde o hodnoty dostupnosti navigačních signálů, nepřetržitosti provozu a integrity. Poslední jmenovaná znamená pravděpodobnost že bude vyslán chybný navigační signál, který dorazí k letadlu a nebude identifikován jako chybný. GPS má totiž několik málo kontrolních stanic, které nepokrývají 24hodin úplně všechny satelity. Může se tak stát, že satelit začne vysílat chybná navigační data, ať už vychýlením z nominální dráhy nebo jakýmkoliv jiným důvodem a může trvat i několik hodin, než se na toto přijde! Až pak se vyšlou potřebné informace do systému, které varují přijímač (uživatele) o problému na satelitu a vyřadí jej z výpočtů polohy.

Právě proto se pro RNAV používá GPS, GLONASS ("ruská GPS") a v budoucnu GALILEO (evropská satelitní navigace), které jsou ale takzvaně augmentovány určitým způsobem (obecně známější jako diferenciální GPS). V principu jde o to, že se kontrolují signály družic, propočítávají korekce, výpadky jsou okamžitě detekovány apod. To se dělá buď přímo na palubě (ABAS) tak že se chytá signál více družic najednou než je nutné pro výpočet polohy a signály se vzájemně kontrolují, nebo se to řeší sítí pozemních stanic (např EGNOS) které kontrolují družice a korekce, výstrahy atd. vysílají na geostacionární družice (ty se nehýbou-neobíhají) a ty pak vysílají korekce koncovým uživatelům (SBAS). Třetím způsobem je to že se korekce řeší jen pro relativně malé území (např. nějaké TMA) a vysílají se přímo ze země letadlu (GBAS). Výsledkem jsou zaručené hodnoty integrity, dostupnosti a nepřetržitosti provozu, které je potřeba pro to, aby mohl být systém použit tam, kde je velmi důležité udržet požadovanou navigační přesnost.

Z těchto důvodů a z mnohých dalších je prostorová navigace (RNAV) v Evropském prostoru založena nikoliv na GPS ale především na DME/DME a VOR/DME. To že letadlo má FMS nemusí a mnohdy ani neznamená, že má vůbec nějaký GPS přijímač!!! Dále se postupně zavádí vzdušné prostory a tratě s velmi vysokou požadovanou navigační výkonností a použití samotné GPS (bez augmentace a kombinace s dalšími navigačními systémy, především DME a INS) rozhodně nestačí a to ani nemluvím o RNAV přiblížení na přistání.

Závěr: !FMS NErovná se GPS! To, že to vypadá podobně neznamená, že to bere polohu jen ze satelitních systémů, což je mýtus který si mnoho lidí myslí. RNAV se letí s FMS, ale GPSka s tím nemusí vůbec souviset.