Исправление нескорректированной барометрической высоты по записанным данным

Проблема кадра: когда самолет работает ниже высоты перехода (которая в США составляет 18 000 футов над уровнем моря), радарные прицелы УВД исправят сообщаемую барометрическую высоту и отобразят правильное значение MSL (округленное до ближайших 100 футов). Если вы имеете дело только с небольшим количеством рейсов, вы можете отправить запрос FOIA в FAA и получить сохраненные данные отслеживания. Я не думаю, что эта информация хранится долго, возможно, всего 45 дней или около того.

Некоторая предыстория: транспондеры всегда сообщают высоту в эшелонах полета, то есть они сообщают свою высоту, предполагая, что местное давление на уровне моря составляет 29,92 дюйма ртутного столба (1013 гПа). Приемная станция должна скорректировать эту высоту в соответствии с истинным местным атмосферным давлением и, таким образом, определить высоту самолета над уровнем моря. Для получения дополнительной информации см. Википедия: Эшелон полета , PPRuNe: Преобразование эшелона полета в режиме C в высоту (и связанный с ним сайт авиационного формуляра ) и Av.SE: Как рассчитать истинную высоту? .

Вам нужно уравнение из Формуляра:

• Найти барометрическую высоту (высоту)$H_\text{P}$(в футах) с учетом указанной высоты (высоты)$H_\text{I}$и настройка альтиметра$A$(в дюймах ртутного столба):
  $$H_\text{P} = H_\text{I} + 145442.2 \left(1- \left[ \frac{A}{29.92126} \right] ^ {0.190261} \right)$$ или наоборот, чтобы быть более актуальным для вашего вопроса, то есть найти указанную высоту с учетом барометрической высоты: $$H_\text{I} = H_\text{P} - 145442.2 \left(1- \left[ \frac{A}{29.92126} \right] ^ {0.190261} \right)$$

Обратите внимание, что это даст вам только указанную высоту MSL; эта высота все еще не будет действительно точной из-за других факторов, в основном из-за того, что скорость изменения атмосферного давления также зависит от температуры. Итак, есть еще одно уравнение:

• Найти истинную высоту (высоту)$H_\text{T}$(в футах) самолета с учетом указанной калиброванной высоты$H_\text{C}$, высота поля (возвышение)$H_\text{F}$станции, обеспечивающей установку высотомера, среднего отклонения$D$(в градусах Цельсия) от стандартной температуры в столбе воздуха между самолетом и станцией донесения и температуры воздуха$T$вне самолета: $$H_\text{T} = H_\text{C} + D \left(\frac{ H_\text{C} - H_\text{F} }{ 273 + T } \right)$$

Я не уверен, какая связь между указанной высотой$H_\text{I}$и калиброванная высота$H_\text{C}$, кроме того, что "откалибровано" означает, что значение скорректировано с учетом несоответствия оборудования в самом блоке высотомера (по сравнению с несоответствием метеорологических условий). Может быть, мы предполагаем$H_\text{C} = H_\text{I}$. Но в любом случае ваши данные не включают$D$или$T$так что второе уравнение малопригодно, и вам придется довольствоваться лишь знанием указанной высоты.

Чтобы выполнить эту коррекцию постфактум, вам нужно будет найти близлежащие настройки высотомера, которые были текущими, когда самолет пролетал, для каждой точки данных в вашем наборе.

Поиск в Google по запросу «заархивированные METAR» привел к этому ответу Av.SE , который предлагает OGIMET . Вам придется искать по идентификатору станции, а не по широте/долготе, поэтому, боюсь, процесс будет довольно трудным. ( Подсказки о том, какую станцию ​​искать, см. в skyvector ; цветные точки обозначают местоположения станций, передающих отчеты.)

Часть информации, которую вы ищете, — это настройка альтиметра, которая представляет собой букву, Aза которой следуют четыре цифры. В США это число представляет собой сотые доли дюйма ртутного столба, например, A2992указывает на настройку 29,92 дюйма ртутного столба.

Что касается преобразования между высотами MSL и WGS84, у меня нет никаких предложений, кроме другого поиска в Google, который привел к этому вопросу GIS.SE.

Лучший способ получить точную оценку высоты с помощью GPS — это измерение статического давления на борту самолета и точная модель атмосферы, действующая на момент измерения.

Давление измеряется на борту, но часто преобразуется в барометрическую высоту. Если в вашем наборе данных есть статическое давление, используйте его. Если у вас есть барометрическая высота, преобразуйте ее в давление, используя модель стандартной атмосферы (см. документ ИКАО 7488).

Теперь, когда у нас есть давление, мы берем модель атмосферы, действующую на момент измерения. Это можно получить, например, от NOAA или ECMWF . В модели атмосферы, обычно в файле сетки GRIB2, вы интерполируете положение, время и уровень давления и получаете геопотенциальную высоту.

Интерполяция требует некоторых размышлений. Линейная интерполяция даст неточные результаты для геопотенциальной высоты, поскольку изменение геопотенциальной высоты в зависимости от давления является нелинейным, а логарифмическим.

Если вы не можете получить доступ к точной модели или можете смириться с ошибкой в ​​несколько сотен футов в своей оценке, вы можете вместо этого использовать нестандартную гидростатическую модель, которая корректирует температуру и давление на уровне моря, как это делается в этом ответе .

Теперь, когда у нас есть геопотенциальная высота, мы можем преобразовать ее в геометрическую, используя формулы из документа ICAO DOC 7488.

Результирующая геометрическая высота измеряется над средним уровнем моря (AMSL). Выходные данные GPS обычно имеют высоту над эллипсоидом WGS84 (HAE). Для преобразования между AMSL и HAE вы можете использовать EGM2008 .