Système de positionnement global (GPS) pour les pilotes

Le système de positionnement global, ou GPS, est un élément essentiel de la navigation aérienne moderne et un élément précieux du programme NextGen de la FAA.

Les données GPS permettent aux pilotes d’obtenir des données de localisation précises en trois ou quatre dimensions. Le système GPS utilise la triangulation pour déterminer la position exacte d'un avion, ainsi que sa vitesse, sa route, sa distance par rapport aux points de contrôle et l'heure.

Histoire du GPS

L’armée américaine a d’abord utilisé le GPS comme outil de navigation dans les années 1970. Dans les années 1980, le gouvernement américain a mis le GPS à la disposition du grand public, gratuitement, avec une seule capture: un mode spécial, appelé Disponibilité sélective, permettrait de réduire délibérément la précision du GPS pour les utilisateurs publics, en ne réservant que le plus précis. version du GPS pour les militaires.

En 2000, sous l’administration Clinton, la disponibilité sélective a été désactivée et la même précision que celle dont bénéficiaient les militaires a été mise à la disposition du grand public.

Composants GPS

Le système GPS comporte trois composants: le segment spatial, le segment de contrôle et les segments d'utilisateur.

La composante spatiale comprend environ 31 satellites GPS. L’armée de l’air américaine exploite ces 31 satellites, auxquels s’ajoutent trois à quatre satellites déclassés qui peuvent être réactivés si nécessaire. À tout moment, au moins 24 satellites sont opérationnels sur une orbite spécialement conçue, ce qui permet de voir au moins quatre satellites en même temps, depuis presque n'importe quel point de la Terre. La couverture complète offerte par les satellites fait du système GPS le système de navigation le plus fiable de l’aviation moderne.

Le segment de commande est constitué d’une série de stations au sol utilisées pour interpréter et relayer les signaux de satellite vers divers récepteurs. Les stations au sol comprennent un poste de commande principal, un poste de commande principal alternatif, 12 antennes au sol et 16 stations de surveillance.

Le segment utilisateur du système GPS implique différents récepteurs de tous les types d’industries. La sécurité nationale, l'agriculture, l'espace, l'arpentage et la cartographie sont tous des exemples d'utilisateurs finaux dans le système GPS. En aviation, l'utilisateur est généralement le pilote qui visualise les données GPS affichées dans le cockpit de l'avion.

Comment ça marche

Les satellites GPS gravitent autour de 12 000 milles au-dessus de nous et effectuent une orbite toutes les 12 heures. Ils sont alimentés à l'énergie solaire, volent en orbite terrestre moyenne et transmettent des signaux radio aux récepteurs au sol.

Les stations au sol utilisent les signaux pour suivre et surveiller les satellites et ces stations fournissent des données à la station de contrôle principale (MCS). Le MCS fournit ensuite des données de position précises aux satellites.

Le récepteur dans un avion reçoit les données temporelles des horloges atomiques des satellites. Il compare le temps nécessaire pour que le signal passe du satellite au récepteur et calcule la distance sur la base de cette heure très précise et spécifique. Les récepteurs GPS utilisent la triangulation - la date de trois satellites - pour déterminer une position précise en deux dimensions. Avec au moins quatre satellites en vue et opérationnels, des données de localisation tridimensionnelles peuvent être obtenues.

Erreurs GPS

Interférences ionosphériques: le signal des satellites ralentit en réalité lorsqu'il traverse l'atmosphère terrestre. La technologie GPS explique cette erreur en prenant un temps moyen, ce qui signifie que l'erreur existe toujours mais qu'elle est limitée.

• Erreur d'horloge: l'horloge du récepteur GPS peut ne pas être aussi précise que l'horloge atomique du satellite GPS, ce qui crée un très léger problème de précision.
• Erreur d’orbite: les calculs d’orbite peuvent être inexacts, ce qui crée une ambiguïté dans la détermination de la position exacte du satellite.
• Erreur de position: les signaux GPS peuvent rebondir sur les bâtiments, le terrain et même des interférences électriques peuvent se produire. Les signaux GPS ne sont disponibles que lorsque le récepteur peut "voir" le satellite, ce qui signifie que les données seront manquantes ou inexactes dans les immeubles de grande hauteur, les terrains denses et les espaces souterrains.

Utilisation pratique du GPS

Le GPS est aujourd'hui largement utilisé dans l'aviation en tant que source de navigation de surface. Presque tous les avions construits aujourd'hui sont équipés d'un GPS installé en équipement standard. L’aviation générale, l’aviation d’affaires et l’aviation commerciale ont toutes trouvé des utilisations intéressantes pour le GPS.

Des données de navigation et de position de base aux données de vitesse, suivi et localisation des aéroports, le GPS est un outil précieux pour les aviateurs.

Les unités GPS installées peuvent être approuvées pour une utilisation en IMC et pour d'autres vols IFR. Les pilotes aux instruments trouvent que le GPS est extrêmement utile pour maintenir la conscience de la situation et les procédures d’approche aux instruments en vol. Les unités portables, bien que non approuvées pour une utilisation IFR, peuvent constituer une sauvegarde utile en cas de défaillance d'instruments, ainsi qu'un outil précieux pour le maintien de la connaissance de la situation quelle que soit la situation.

Les pilotes pilotant le vol VFR utilisent également le GPS comme outil de navigation et de secours aux techniques de pilotage traditionnelles et de calcul à l'état mort.

Tous les pilotes peuvent apprécier les données GPS en cas d’urgence, car la base de données leur permettra de rechercher l’aéroport le plus proche, de calculer l’heure en route, le carburant à bord, l’heure du coucher et du lever du soleil, etc.

Plus récemment, la FAA a activé les procédures GPS WAAS pour les approches, en introduisant une nouvelle approche de précision pour les pilotes sous la forme d'une approche de performance de localisateur avec guidage vertical (LPV). Il s’agit d’une approche de précision qui permettra au système de l’espace aérien national d’être beaucoup plus efficace et d’aider à répondre à ses besoins futurs.