GPS Operation

The receiver calculates its own location using data it receives from satellites. To maximize its accuracy, an IFR-certified GPS unit:（計器飛行に認められているGPS装置）は：

• Connects with at least four satellites to receive a position with altitude. 最低でも４つのGPS衛星からの信号が必要。
• Tries to identify a minimum of five satellites to achieve redundancy that ensures better integrity.　精度を上げる為に最低でも５つ信号を受信し、位置計算をしようとします。
• Five to eight satellites are visible at any one time from any point on earth. 地球上では何処に居ても、最低で８つの人工衛星から信号を受ける事が出来ます。（ただ場所によっては精度が落ちます。）

Whereas triangulation（単語の中の-angula-に注目） uses distance or angles to calculate location, trilateration（こちらは-latera-） uses only distance: 測量とかでは距離と角度を使いますが、GPSは距離のみで場所の特定をします。GPSは距離だけを使うTrilaterationを使います。

• Distance = Speed of Light x Time (D = C x T). 　この式が基本です。　距離＝電波・光の速度　ｘ　時間
• The receiver uses the timing code sent from the satellite to calculate the travel time. GPSは衛星からのタイミングのデータも受信し、距離を測定します。
• The system continually solves the equation for distance. GPSは常時、距離を計算しています。
• The interception of the satellite signals is the present 3D position.　通常のVORとかでは２次元的ですが、GPSは３次元です。

RAIM (receiver autonomous integrity monitoring)

RAIM evaluates the integrity of GPS signals using extra satellites beyond the minimum required to provide a three dimensional position fix. RAIM requires signals from five satellites or four satellites plus input from a barometric altimeter (baro-aiding).

RAIMはGPSからの信号の精度を上げる為の仕組みです。RAIMでは精度の高い５つの衛星からの信号か、４つの衛星に気圧高度計の情報が必要となります。（高度計からの情報をBaroと言います。）

• GPSは最低でも４つの衛星からの信号が必要です。
• それだけでは精度が、低いのでRAIM機能として５つ目の人工衛星からの信号を受信するか、高度計からの補佐が必要になります。
  • RAIM　５つ目か高度計の補佐（Baro-Aidingが必要）
• RAIMの機能が働かないと、Approach Modeには入りません。
• Non-GPS Appraochでないと着陸できません

RAIM Availability RAIM使用の可能性

Unless you have the Wide Area Augmentation System (WAAS), RAIM is required for a pilot to conduct a GPS approach safely and legally. If you intend to conduct a GPS approach, you must determine whether enough satellites will be visible and functional to ensure RAIM. To determine this:　WAASが無い場合、GPS　Approachを行うのにRAIMが必要となります。　その為にGPS　アプローチを行うには十分な信号を得る事が可能かを飛行前に調べないと行けません。

• Check GPS NOTAMS regarding RAIM availability before flight. GPS NOTAMを飛行前に確認する
• Use the GPS receiver's RAIM prediction to ensure that RAIM is available at your destination at the ETA. GPSに付いているRAIM　Prediction(予測）で到着予定時間（ETA)にRAIMが有るかを確認する。
• The GPS will not go into approach mode if RAIM is unavailable. If this occurs, and your destination airport does not have a non-GPS approach, proceed to your alternate airport.　もしRAIMが無ければ、GPSはApproachモードに入りません。他のアプローチを行うか、代替空港に行く必要があります。

Understanding WAAS and LAAS

GPSは精密に見えますが、それでもエラー・誤差はあります。　それの理由は、、、

• Orbital errors 　衛星軌道の誤差
• Ionosphere and troposphere delays　電離層による影響
• Signal multipath errors
• Receiver clock errors 受信機内部の時計の誤差
• Number and geometry of satellites visible 　安定している衛星の数が不足している。衛星の位置や角度が悪い。
• Selective Availability (SA)と言うのが以前にありましたが、２０００年５月以降の現在ではありません。アメリカ軍が出すGPSの精度を落とす信号でした。

Differential GPS (DGPS) systems, such as WAAS and LAAS, negate these intrinsic errors.　WAASやLAASを含むDifferential GPS　（DGPS）はそれらの誤差を抑え、GPSの精度を高めます。

Differential GPS　（WAAS, GBASやLAASなど）

Differential GPS improves the accuracy of GPS, to within 10 feet vertically and 6 feet horizontally, by handling most GPS errors.
これは縦のエラーを１０フィートに、水平のエラーを６フィートにします。

WAAS

• WAAS, online in the United States since 2003, incorporates a network of precisely surveyed wide-area ground reference stations.
  ２００３年から使われ、精密に測量されたWide-Area Ground Reference Stationsのネットワークがあります。
• These ground reference stations link to master stations, which compose correction messages that satellites then broadcast.
  それらからのデータをはMaster Stationに送り、修正データを発信します。
• WAAS improves the GPS accuracy (horizontal and vertical) from 65 feet to better than 7 feet about 95 percent of the time.
  ６５フィートぐらい有るエラーを、 95％の割合でエラーを７フィート以下に抑えます。
• WAAS also improves the integrity of the GPS signal by detecting problems more quickly than RAIM.
  RAIMより早く修正を行います。
• RAIM is not required for a GPS approach when using WAAS. WAAS also removes the need for ground-based navigation systems for approaches to alternate airports.　
  WAASを使っている場合、アプローチではRAIMの必要がなくなります。LPA Appraochも可能になります。（Precision Approac)
• 人工衛星から、修正データを送ります。
• non-WAAS　GPSの場合は、予備のNavigation Systemが必要

non-WAAS GPS is used, you maust have approave and operational means of navigation
WAAS機能の無いGPSを使う時は、必ず予備のNavigation Sysytemが必要

GBAS, Ground Based Augmentation System

• GBAS offers a GPS position correction even more precise than WAAS.
  GBASはWAASよりも精密です。 (範囲は狭いですが）
• 以前はLAASと呼ばれていました。　（その為、一部ではGBASの代わりにLAASと表記されている場合があります）
• Local receivers send corrections to an airport ground facility, which then sends the corrections to GBAS-compatible GPS receivers over a VHF radio data link.
  地上の受信機が、空港にある施設に修正データを送ります。そしてその信号をGBAS対応GPSにVHF信号を使って修正データ送ります。
• The aircraft GPS unit then uses this information to correct GPS signals. その情報を元にGPSの信号を修正します。
• Unlike WAAS correction signals, which are broadcast over a wide area, each LAAS ground facility would cover a localized area, generally 20 to 30 miles.　WAASは広範囲用ですが、GBASは２０〜３０マイルの比較的狭い範囲で信号を送ります。
• LAASの段階では無理でしたが、GBASになって　CAT 1,2,3レベルのアップローチが可能になりました。
  そして、前方が見えない程の濃霧でもTaxiを可能にします。　（両方ともGBASが有る事が前提です。）

Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) is a GPS-supported system expected to replace most ATC radar. ADS-B is already in operation in Alaska. If the FAA adopts ADS-B for the rest of the United States, you can expect:

• A phased approach taking several years to fully implement.
• The likely need to equip aircraft with ADS-B systems for any operations in which a Mode C transponder is now required.

これは、ATCレーダー（Transponder)の変わりにGPSのデータをATCに送信システムです。実はアラスカでは既に使われています。　これでGPSのデータが地上施設やATCに送られて、他の飛行機（ADS-B)にも情報が送られます。　これで飛行機の中でも他の飛行機の事が分かります。このADS-Bの時代になると、Mode-Cの変わりにADS-Bが使われる様になります。

You should ensure that your students are familiar with these three primary characteristics of ADS-B:　３つの特徴は

• ADS-B-equipped aircraft transmit their GPS-positions to ATC, which results in much better accuracy and coverage than current ATC radar. ADS-Bを搭載している航空機はATCにGPSデータを送ります。これは現在のレーダーより正確で広範囲です
• ADS-B provides real time traffic information that includes speed, direction, relative altitude, and an identifier.
  飛行機の速度、方向、高度差、そして機体番号などのIdentiferをリアルタイムに送信し、確認が出来ます。
• ADS-B, through its associated datalink, provides weather radar and textual flight information.
  データリンクを使って気象レーダーや飛行情報をも提供されます。

2010年の６月に調べた段階では、２０２０年の８月１１日より、ADS-Bが義務化されるそうです。　途中で変わるかも知れないので、実際の日付はご自身で確認して下さい。　これが日本に住んでいる所の弱みです。　すいません。。。。そのかわり2010年の夏に作ったADS-Bのページ。

 

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