Sistema de posicionamiento global (GPS) - Global Positioning System (GPS)
El sistema de posicionamiento global (GPS) es el tipo de navegación de más rápido crecimiento en la aviación. Se lleva a cabo mediante el uso de satélites NAVSTAR puestos y mantenidos en órbita alrededor de la tierra por el Gobierno de Estados Unidos.
Las transmisiones codificadas continuas de los satélites facilitan la localización de la posición de una aeronave equipada con un receptor GPS con extrema precisión. El GPS puede utilizarse por sí solo para la navegación en ruta, o puede integrarse en otros sistemas de navegación, como el VOR/RNAV, la referencia inercial o los sistemas de gestión de vuelo.
Hay tres segmentos del GPS: el segmento espacial, el segmento de control y el segmento de usuario. Los técnicos de las aeronaves sólo se ocupan de los equipos del segmento de usuario, como los receptores GPS, las pantallas y las antenas.
Veinticuatro satélites (21 activos, 3 de repuesto) en seis planos separados de la órbita a 12.625 millas sobre el planeta comprenden lo que se conoce como el segmento espacial del sistema GPS. Los satélites están colocados de tal manera que en cualquier lugar de la Tierra, en un momento dado, al menos cuatro estarán a un mínimo de 15º sobre el horizonte. Normalmente, hay entre 5 y 8 satélites a la vista.
Desde cada satélite se transmiten dos señales cargadas de información codificada digitalmente. La transmisión del canal L1 en una frecuencia portadora de 1575,42 MHz se utiliza en la aviación civil. La identificación del satélite, la posición y la hora se transmiten al receptor GPS de la aeronave en esta señal modulada digitalmente junto con información de estado y de otro tipo. Los militares utilizan un canal L2 de 1227,60 MHz.
La cantidad de tiempo que tardan las señales en llegar al receptor GPS de la aeronave desde los satélites transmisores se combina con la ubicación exacta de cada satélite para calcular la posición de una aeronave. El segmento de control del GPS supervisa cada satélite para garantizar que su ubicación y su hora sean precisas.
Este control se realiza con cinco estaciones de recepción en tierra, una estación de control principal y tres antenas de transmisión. Las estaciones receptoras envían la información de estado recibida de los satélites a la estación de control principal. Se realizan cálculos y se envían instrucciones de corrección a los satélites a través de los transmisores.
El segmento de usuarios del GPS está compuesto por los miles de receptores instalados en los aviones, así como por cualquier otro receptor que utilice las transmisiones del GPS. En concreto, para el técnico de aeronaves, la sección de usuario consiste en un panel de control/pantalla, los circuitos del receptor GPS y una antena.
El control, la pantalla y el receptor suelen estar ubicados en una sola unidad que también puede incluir circuitos VOR/ILS y un transceptor de comunicaciones VHF. La inteligencia del GPS está integrada en las pantallas multifuncionales de los aviones con cabina de cristal.
El receptor GPS mide el tiempo que tarda en llegar una señal procedente de tres satélites transmisores. Como las ondas de radio viajan a 186.000 millas por segundo, se puede calcular la distancia a cada satélite. La intersección de estos rangos proporciona una posición bidimensional de la aeronave.
Se expresa en coordenadas de latitud/longitud. Al incorporar la distancia a un cuarto satélite, se puede calcular también la altitud sobre la superficie de la tierra. El resultado es una posición tridimensional. Las entradas adicionales de los satélites afinan la precisión de la posición.
Una vez descifrada la posición de la aeronave, la unidad GPS procesa muchos resultados útiles para la navegación, como la velocidad, la dirección, el rumbo hacia un waypoint, la distancia recorrida, la hora de llegada, etc. Estos datos pueden ser seleccionados para ser mostrados.
Los waypoints se pueden introducir y almacenar en la memoria de la unidad. Las características del terreno, los datos del aeropuerto, la información VOR/RNAV y de aproximación, las frecuencias de comunicación, etc., también pueden cargarse en una unidad GPS. La mayoría de las unidades modernas vienen con capacidad de visualización de mapas en movimiento.
Una de las principales ventajas del uso del GPS es la inmunidad a las interrupciones del servicio debidas a las condiciones meteorológicas. Se introducen errores mientras las ondas portadoras viajan a través de la ionosfera; sin embargo, éstos se corrigen y se mantienen al mínimo. Además, el GPS es relativamente barato.
Los receptores GPS para la navegación IFR en aviones deben ser construidos según la norma TSO-129A. Esto eleva el precio por encima del de las unidades de mano utilizadas para ir de excursión o en un automóvil. Pero el coste global del GPS es bajo debido a su pequeña infraestructura. La mayor parte de la precisión inherente está integrada en los segmentos de espacio y control, lo que permite un posicionamiento fiable con equipos de usuario poco costosos.
La precisión del GPS actual es de 20 metros en horizontal y un poco más en vertical. Esto es suficiente para la navegación en ruta con una precisión superior a la requerida. Sin embargo, las salidas y las aproximaciones requieren una precisión más estricta. La integración del sistema de aumento de área amplia (WAAS) mejora la precisión del GPS hasta los 7,6 metros y se discute más adelante.
El futuro del GPS exige una mayor precisión al añadir dos nuevas transmisiones desde cada satélite. Un canal L2C será para uso general en aplicaciones no críticas para la seguridad. Un canal L5 dedicado a la aviación proporcionará la precisión necesaria para los aterrizajes de categoría I, II y III.
Permitirá el plan NEXTGEN NAS junto con ADS-B. Ya se han lanzado los primeros satélites NAVSTAR de sustitución con capacidad L2C y L5. La implantación completa está prevista para 2015.
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