Что точнее для измерения высоты: GPS или барометр?

Прямое сравнение точности GPS, барометрического альтиметра и радиовысотомера не имеет большого смысла, потому что каждый из них измеряет разные величины .

• GPS измеряет «геометрическую высоту». Это фактическая высота над опорным эллипсоидом в единицах длины. Это довольно точно, но есть внешние причины, по которым он может быть недоступен.

• Барометрический высотомер измеряет барометрическую высоту. Ему даны единицы длины, но на самом деле это всего лишь барометрическое давление, выраженное в забавной шкале. Это соответствует высоте только тогда, когда атмосферные условия соответствуют «Международной стандартной атмосфере», что, конечно, обычно не соответствует.

  Самая большая ошибка связана с давлением, которое можно исправить с помощью настройки высотомера. При этом показание альтиметра является лучшим приближением к фактической высоте, но, поскольку температура также изменяет скорость изменения давления с высотой, оно по-прежнему точно соответствует геометрической высоте только на земле в аэропорту, для которого установлена ​​настройка альтиметра.

• Радиовысотомер измеряет «высоту» над уровнем земли.

Теперь в самолетах каждая из этих величин используется по-разному:

• Геометрическая высота от GPS вместе с топографической картой используется в EGPWS для предупреждения пилотов о том, что они летят слишком низко. По сравнению со старыми GPWS, в которых использовался только радиовысотомер, это имеет то преимущество, что предупреждение может быть подано, когда самолет находится достаточно высоко над землей прямо под ним, но приближается к возвышенности, где его не будет.

  GPS хорош для этого, потому что когда он работает, он всегда дает геометрическую высоту без необходимости настройки, которая может быть неправильной. Однако это новая технология, которой обладают не все самолеты, и она может быть недоступна по внешним причинам (эти проблемы нельзя устранить путем добавления избыточности).

• Барометрический высотомер используется для разделения самолетов. Здесь точная высота не имеет значения, важно, находятся ли самолеты на одной высоте или нет. Барометрический высотомер отлично подходит для этого, потому что это старая технология, поэтому она есть на всех самолетах с первых дней, и это простая технология, поэтому она надежна.

  Выше определенной высоты («переходная высота», 18 000 футов в США, но варьируется в других частях мира) на всех самолетах высотомер установлен на стандартное значение 29,92 дюйма ртутного столба / 1013 гПа. На таком высоком уровне нет проблем с отделением от местности, поэтому все используют одни и те же настройки, чтобы все было проще, а ошибки были менее вероятными. Барометрическая высота может легко отличаться от геометрической на пару тысяч футов, но это никого не волнует, потому что важно только знать, находится ли другая плоскость выше, ниже или на той же высоте, и это хорошо служит этой цели.

  Ниже высоты перехода используется установка высотомера из ближайшего аэропорта, поэтому показания высотомера лучше приближаются к геометрической высоте с целью отделения от местности. Однако высоты по-прежнему совпадают только на высоте аэропорта, из которого выполняется настройка. Выше (и ниже) ошибка увеличивается. В холодную погоду вы легко можете быть на 10% ниже высоты (над землей), чем говорит альтиметр. Это просто решается путем добавления достаточных запасов к опубликованным минимальным высотам.

• Высота, измеренная радиовысотомером, используется в системах GPWS и EGPWS для предупреждения пилота о том, что он летит слишком близко к земле, и для объявления высоты во время окончательного захода на посадку, чтобы пилот мог лучше оценить посадку, не глядя на прибор. Однако из-за неровностей рельефа радиовысота не очень полезна за пределами этих двух конкретных случаев. Кроме того, радиовысотомеры обычно показывают только до 1500–2500 футов, если они вообще установлены (они есть на всех авиалайнерах, но не на большинстве самолетов общего назначения).

Радиовысотомер имеет точность до нескольких футов. Барометрический высотомер должен быть точным IIRC до 75 футов. Даже простой GPS-приемник тоже должен быть в состоянии сделать это, но, поскольку значения могут легко отличаться на несколько тысяч футов на больших высотах, их нельзя смешивать. Таким образом, барометрическая высота всегда используется для управления движением.

Для наблюдения за движением ледников или ростом/распадом горного хребта GPS является более точным.

Для самолетов важнее частота обновления, надежность и простота. Когда дело доходит до точности, наземная система GPS обеспечивает точность ILS CAT I с использованием LPV . Таким образом, наряду с частотой обновления и точностью возникает вопрос о применении. Для самолетов в крейсерском режиме, где важно разделение, лучше всего подходят надежные устройства.

Сигналы GPS могут быть заглушены. Как можно видеть в новостях в последнее время в Калифорнии и Египте . И сигнал GPS может быть потерян из-за ионосферных помех. Таким образом, любое оборудование, не зависящее от внешних источников, более безопасно.

По этой ссылке есть довольно подробное описание проблем .

Вкратце - преобразование давления в высоту делает определенные предположения о "стандартной атмосфере" - то есть оно работает лучше всего, когда температура и градиент (изменение температуры с высотой) точно соответствуют данным из модели. В реальном мире так почти никогда не бывает. Например, в жаркий день воздух будет менее плотным, поэтому вес столба воздуха будет меньше, и поэтому, когда давление упадет, скажем, на 200 гПа, вы недооцените свою высоту. Пример расчета по ссылке показывает, что когда температура поверхности в сухой день составляет 42°C, ошибка на высоте 10 000 футов может достигать 800 футов, что значительно больше, чем типичная ошибка в GPS (хотя GPS меньше точный в вертикальном направлении, вы должны обычно быть в состоянии получить высоту в пределах примерно 50 футов, когда у вас есть беспрепятственный обзор неба, а ионосферная активность не является необычно высокой). В принципе можно внести поправки на эти вещи, но простой механический высотомер, основанный на измерении давления, вероятно, не сделает этого.

С другой стороны, если все остальные летают по барометру, вы можете быть «правы» в отношении высоты по GPS, но «неправильно» по сравнению с другими самолетами поблизости.

Так что желательно использовать тот же метод, что и все остальные, чтобы не врезаться друг в друга. С другой стороны, когда дело доходит до вашего последнего полета, GPS, скорее всего, благополучно доставит вас домой в жаркий день.

Скорее всего GPS более точен, ведь он может вычислить ваше местоположение в трехмерном пространстве с точностью до нескольких метров. Однако на самом деле это не очень удобно, так как GPS измеряет высоту от геоида . При этом новые GPS-приемники должны уметь корректировать разницу между геоидом и реальной земной поверхностью.

Баро-альтиметры тоже достаточно точны, но только когда атмосфера находится в условиях ISA . Бароальтиметры откалиброваны по ISA-атмосфере, и при отклонении любого условия от этого выдается ошибка. Некоторые из них, например погрешность измерения температуры, можно компенсировать, но устранение всех потенциальных погрешностей является утомительной задачей.

Если бы я занимался геокэшингом и хотел получить наиболее точную информацию о высоте для своего местоположения, я бы использовал старомодную географическую карту с информацией о высоте.

Это зависит от точности барометра и погоды, поскольку погода влияет на атмосферное давление. Таким образом, даже если вы стоите на одной и той же высоте, барометр покажет вам разные показания. Вот почему пилоту постоянно приходится корректировать свой высотомер. Альтиметр предназначен для измерения высоты над фиксированным уровнем. Вот почему пилоты должны калибровать свои высотомеры перед взлетом с УВД.

Система GPS, с другой стороны, работает с точными часами и известным положением спутников. Спутник отправляет пакеты с отметкой времени. Приемник получает эти пакеты с отметками времени и использует собственные откалиброванные часы для определения последовательности. Сравнение этого с известными положениями спутника в определенных положениях позволяет использовать формулы триангуляции для определения положения приемника.

Система GPS принадлежит военным США, и у них есть этот график, показывающий улучшение точности с годами.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, это определяется используемым вами оборудованием, но с точки зрения затрат дешевле получить точные показания с помощью GPS, поскольку он также меньше зависит от погоды.

Чтобы изменить уже существующие ответы:

Очень близко к земле высота GPS непригодна для авиационных целей. Вертикальная точность положения GPS примерно в 1,5 раза выше, чем точность горизонтального положения. Неусиленный сигнал GPS может иметь положение более 10 метров, что дает еще большую вертикальную ошибку. По этой причине вертикальное положение GPS не используется для заходов на посадку, если какой-либо метод дополнения недоступен. Даже в этом случае высота GPS не используется для определения минимумов захода на посадку, которые определяются как барометрическая высота.

Существует также проблема мгновенного ухудшения точности GPS из-за созвездия спутников или помех от зданий, местности, погоды, помех и т. д., что было бы недопустимо, если бы сигнал использовался для очистки местности.

Во время взлета и посадки барометрическая высота зависит от местного атмосферного давления, что делает ее очень точной на малой высоте. Как уже упоминалось, в крейсерском режиме точность не имеет такого большого значения, поскольку самолет сохраняет соответствующий клиренс над местностью в этом районе, поэтому даже в случае боковой навигационной ошибки столкновения не произойдет.

Преимущества барометрической высоты заключаются в отделении от других самолетов, поскольку любой самолет, прибывающий из отдаленных уголков мира, использует один и тот же барометрический эталон 1013 гПа (29,92 дюйма ртутного столба) во время крейсерского полета, а также в характеристиках самолета. Летно-технические характеристики самолета зависят от местного давления и температуры воздуха, поэтому привязка высоты к барометрическому эталону сводит летно-технические характеристики самолета к задаче с одной переменной, т.е. температура.