GPS系统在飞机上的应用
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作者: 王宇
【摘要】 GPS系统是利用全球定位系统，结合数字地图显示能能提供飞机导航的实时位置和触环境信息的系统，并按照需要有效地引导飞机的设备安全顺利地完成飞行任务。本文浅要介绍了GPS飞机导航系统的特点以及一般运行方式
【关键词】 GPS GIS 导航 特点
一、GPS飞机导航系统概述
1、GPS飞机导航系统构成。GPS飞机导航系统主要由地面、空间以及机载三个部分组成，其中地面部分主要包含了通信设备、数据传输设备以及ATM工作站、监测站等，空间部分主要包含全球导航卫星系统中所有用于卫星通信的卫星，机载主要包括了飞机上的导航接收器、以及各种通信数据设备。
2、GPS飞机导航系统工作原理。利用GPS飞机导航系统为飞机航行过程中提供位置服务、时间、速度、航向等导航信息。由于全球卫星系统具有全球覆盖性，兼备全天候通信、监视能力，利用GPS飞机导航系统能够实现全天候的监视、通信管理。以卫星为基础的GPS导航系统通过采用GNSS卫星和地面雷达的相互组合，并且向所管制的飞机提供可靠、安伞的飞行信息。GPS飞机导航系统的工作流程如下：通过卫星获取飞机初始位置――地面管制获得数据信息――通过空地通信进行数据传输――飞机获取航行信息。
二、GPS飞机导航的特点分析
1、提高飞行自由度。GPS导航系统是以GNSS卫星为核心，可以在为飞机提供航路、天气、时间与位置的基础导航服务至上，同时通过与地理信息系统GIS的联合，实现精密定位能力，实现了四维导航，这种多维度的导航能力能够有助于飞机在航行过程中找到最便捷的直飞航线，有效的提升了飞行航路选择的自由度。
2、通信更准确。GPS导航系统中，通过采用数字式数据交换，有效提高了地面系统与机载系统的实时数据传输效率，提供了更加清晰化的空中交通管理自动化，有效避免了由于信息拥堵产生的通信误差，有力的提高了航行信息数据的精准度，提升飞机航行的安全性。
3、有效提升自动化程度。GPS飞行导航系统的高精度监视能力不仅可以进一步扩展对飞机航行过程中的监视能力，缩短飞机间隔，同时还能够更准确的掌握空情，提升了飞机导航的自动化程度，因而可以相对减少一部分地面基础设备，可以有效的降低地面基建建设维护费用。
4、可视化导航。GPS飞机导航系统通过与地理信息系统（GIS）进行综合运用，地理信息系统具有数据采集、存储、分析、管理和输出地理空间数据等能力，具有效实现空间分析、查询功能。GPS与GIS在数据管理、监控的能力上存在很强的互补性，因此，在飞机导航过程中，通过集成GPS和GIS系统，实现飞机导航可视化，不仅使两者的功能都得到了充分发挥，而且还产生了更高级的功能，这将使得飞机导航更精确迅速。导航可视化是飞机导航的重要内容。
三、GPS飞机导航系统的工作方式简述
1、截获方式。GPS在开始计算数据之前，首先需要寻找并且锁定卫星，并且保证锁定卫星的数量超过四颗的时候才能够进行精准计算。GPS在截获方式时，需要首先利用到飞机信息管理系统的一些基础数据例如速度、时间、日期来计算利用哪一个卫星定位飞机位置是最有效的，这个过程一般反应时间较短，但如果DMS上的数据无效，则会出现GPS接收器需要花相对长一点的时间才能够接受卫星信号。
2、导航方式。GPS接收机首先锁定并且截获4颗及以上卫星后，才会进入导航方式。在导航模式运行过程中，GPS导航系统能够为飞行员提供飞机的实时信息，包括飞机的经纬度、高度、航向、精确时间等导航信息。
3、辅助方式。辅助方式主要应用于一小段时间（30s内）卫星覆盖不良时，GPS接收器进入辅助模式。卫星覆盖监控虽然能够看到4颗卫星，但卫星的辐射强度不能够保证GPS接收器达成精确定位，辅助模式下，GPS接收器只能够接收几种基础数据，如高度、航速和航向，只有当卫星覆盖状态良好的时候，GPS接收器才能够重新切换至导航方式：
4、高度辅助方式。当GPS系统处于导航方式时，但所接受到的4颗卫星的位置信息时，存在一颗卫星的位置不具有一定的精确性，GPS接收器自动转入高度辅助方式。此时，GPS接收器会通过GPS接收器保存的在4颗卫星均有效的情况下的惯性高度与GPS高度差值，利用这个高度差值来建立GPS高度，根据GPS高度、飞机高度以及地球半径能够算出第四颗卫星的定位距离方程，从而即使GPS接收器智能够接受到3颗卫星的有效数据，飞行导航仍旧能精确进行。一旦再次收到第4颗卫星信号，飞机导航将会重新转入导航方式：
四、结束语
GPS飞机导航系统以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点提供位置、速度及时间等信息，从而安全高效地完成对各种高速运行目标的定位、导航、监测和管理。随着信息网络技术、卫星通信技术等先进科技的进一步发展.GPS飞机导航系统也将得到更广阔的发展前景。
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