Rev 0.0 2022-01-01
Satellitnavigering – är det något att lita på?
Möjligheten att noggrant bestämma sin position med hjälp av satelliter har de senaste åren revolutionerat många verksamheter, inte minst flyget, där GPS (Global Positioning System) har blivit ett välkänt begrepp.
Den korrekta benämningen på satellitnavigering i allmänhet är egentligen GNSS (Global Navigation Satellite System), varav GPS är det amerikanska GNSS-systemet och Galileo det europeiska. Dock är begreppet GPS så inarbetat att vi i detta kompendium använder förkortningen GPS även när vi avser positionsbestämning med hjälp av satelliter i allmänhet.
Detta är inte en lärobok i satellitnavigering och inte heller en instruktionsbok i handhavandet av GPS-utrustning. Sådana finns redan på marknaden.
Syftet med kompendiet, liksom med hela Flygsäkerhetsprogrammet, är att höja flygsäkerheten inom privatflyget. Användningen av GPS ökar markant och i framtiden kommer vi att se allt fler applikationer av GPS inom flyget. Samtidigt kan vi konstatera att vissa begränsningar och risker, i samband med GPS-navigering, inte är allmänt kända eller tillräckligt uppmärksammade. Med detta kompendium vill vi belysa dessa.
Funktion
Vad vi får i ett satellitnavigeringssystem är rejält ökad positionsnoggrannhet, som är avsevärt bättre än vad vi kan få med konventionella navigeringshjälpmedel. En fördel blir då att det inte fordras så många sändare för att få ett stort täckningsområde och man behöver inte så stora uteffekter. De befinner sig också i en mycket stabil miljö i rymden, fria från ”väder”, korrosion etc., vilket är gynnsamt för funktion och noggrannhet.
GPS omfattar nominellt 24 satelliter, varav tre är reserver, dock finns det i praktiken omkring 30 satelliter. De ger god täckning över större delen av jorden i stort sett dygnet runt. Utrustningen väljer själv ut de ”bästa” satelliterna.
Skillnaden mot markbaserade stationer är att satelliterna rör sig hela tiden och på det viset täcker in stora delar av jorden. Eftersom radionavigering bygger på att sändarantennens läge är känt måste vi alltså på något sätt hålla reda på exakt var satelliten befinner sig i varje givet ögonblick; dessutom måste vi hela tiden överföra den informationen till mottagaren i flygplanet. Men i övrigt är det precis som vanligt – systemet mäter avståndet till tre eller flera sändare och beräknar därur din position.
Installationen i flygplanet består av antenn, mottagarenhet med display och manöverpanel. Bärbar utrustning – batteridriven eller som kan anslutas till cigarrettändaruttaget – ska placeras under vindrutan för att inte antennen ska skärmas av; de våglängder som används gör nämligen att radiovågorna inte kan penetrera exempelvis ett metallskrov. Tänk också på att eventuella metalltrådar i glaset för uppvärmning av rutan skärmar av de svaga satellitsignalerna.
"Vid VFR-flygning är GPS endast ett komplement, inget primär- system. Karta och kom- pass gäller, eventuellt uppbackade med ADF/VOR etc. om det finns stationer inom räckvidden."
Varningar
Vid VFR-flygning är GPS:en endast ett komplement, inte ett primärt navigationshjälpmedel.
"Detta är det absolut viktigaste budskapet med detta kompendium!"
All VFR-flygning bygger på att man tittar ut (ser och blir sedd) och att man håller reda på var man är med hjälp av karta och kompass. En anledning är att man själv måste sköta separationen till andra flygplan, en annan att man givetvis måste hitta dit man ska även om GPS:en slutar fungera.
I ett fall här i Sverige flög piloten genom ett flertal kontrollzoner utan klarering. Så småningom fick han kontakt med en trafikledning och det visade sig att han trodde sig vara på en helt annan plats än där han verkligen var. Han hade fullständigt förlitat sig på sin GPS som ledde honom helt fel. Flygningen gick delvis ”on top” och delvis i molnfritt område. När han försökte följa med i kartan stämde den inte riktigt med verkligheten, men han fortsatte flygningen ändå. Som tur var så hade han sin transponder igång på 7000 så att flygtrafikledningen kunde leda bort annan trafik.
Anslutningar i flygplanet är känsliga
När det gäller de enkla, handhållna GPS:erna, är anslutningarna oftast av tillfällig natur och här finns vissa risker. I USA havererade ett flygplan på grund av att GPS:en, under starten, ramlade ner från sin plats ovanpå instrumentbrädan och låste spaken (piloten klarade sig!) Antennanslutningar och kraftanslutningar är också känsliga och kan lätt lossna om man råkar komma åt dem, t.ex. vid turbulens.
Kontrollera batterierna
Glöm inte att före flygning kontrollera att batterierna i GPS:en är friska – cigarrettändarkabeln kan lossna utan att du märker det, och då går GPS:en automatiskt över till batteridrift.
Uppdatering
Har din GPS uppdaterats med de senaste luftrumsuppgifterna? Kontrollera datum när du startar den.
Ge din GPS tid
Om din GPS inte använts under en längre tid, eller om den förflyttats en längre sträcka utan att vara påslagen, kan det ta upp till 12 minuter för den att ladda ner information om GPS-satelliternas banor. Detta gäller speciellt om den är av äldre årgång – då kan det i vissa fall ta flera timmar.
Ingen ”hemslöjd”
Hitta inte på egna IFR-procedurer och flyg inte standardprocedurer utan att använda ordinarie navigationsutrustning. Du riskerar att förbise väsentliga faror.
Ergonomi
Vid vanlig radionavigering består pilotens insats av att ställa in en frekvens; därefter kan piloten avläsa resultatet på ett instrument. Programmeringen består då till exempel av att ställa in en önskad radial på VOR:en. Med GPS däremot kan det bli tal om att programmera in till exempel brytpunkter. Om man inte flyger regelbundet så kan det vara svårt att komma ihåg hur programmering och handhavande ska gå till på de olika GPS-modellerna. Vi får då ytterligare en belastning för piloten.
Presentationen och ergonomin när det gäller knapparnas utseende och funktion kan också bli en källa till misstag. Felinmatning på grund av att knapparna är för små och/eller sit ter för tätt är vanliga, speciellt i mörker och vid turbulens, liksom om man har större fingrar eller har handskar på sig. GPS:er i denna kategori har ofta inte så mycket ”känsla” i knapparna och det kan vara svårt att veta säkert om en tryckning fått avsedd effekt. Dessutom har knapparna vanligen dubbla funktioner, för att spara på antalet knappar.
Displayen är oftast så liten att man inte kan presentera all information samtidigt. Det blir då extra viktigt att veta i vilken ”mode” man befinner sig, d.v.s. på vilken sida i biblioteket. Inte blir situationen bättre av att siffror och symboler ofta är så små att de blir svåra att läsa.
De panelfasta GPS:erna har i allmänhet en större display med till exempel en rullkarta (moving map) vilket ger bättre säkerhet i avläsningen och situ ationsmedvetenheten.
Utvecklingen går dock rasande fort och rullkartor är numera vanliga även på ganska små GPS-mottagare.
Sammanfattningsvis kan sägas att en GPS ofta leder till att piloten tittar mer ner i cockpit än ut vilket leder till en minskad situationsmedvetenhet. Man tappar därav också kollen utåt mot andra flygplan och flygläge. Man förlorar också träning i tekniken att flyga med tummen i spåret.
Precisionen kan bli för bra!
I Kanada inträffade för ett antal år sedan en kollision mellan ett flygplan under inflygning och ett under utflygning efter start. Man tror att det kan ha berott på att båda piloterna använde GPS och att deras färdlinjer på grund av detta hamnade extremt nära varandra.
Tänk dig att du med hjälp av din GPS flyger fram till den i Svenska Flygfält angivna GPS- koordinaten för inpasseringspunkten till flygplatsen där du ska landa (se t.ex. nedre högra hörnet på bilden).
"Tänk högertrafik! Lägg dig gärna litet till höger när du närmar dig en brytpunkt som är en radiofyr eller en officiell waypoint."
Det är visserligen ganska disigt men för övrigt lugnt och stilla i luften, så du kan hålla höjden exakt. Just när du ska trycka in sändarknappen för att tala om att du är vid inpasseringspunkten gör någon i ett annat flygplan det också. Om även de navigerar med hjälp av sin GPS och inte håller så noggrann utkik är risken stor för att ni har hamnat mycket nära varandra!
En annan anledning till att du kan råka i svårigheter är att du glömt att navigera med karta och kompass och batteriladdningen till GPS:en tar slut eller att det blir avbrott i cigarrettändaruttaget. Du vet inte exakt var du är. Sådana exempel finns där läget kunde ha blivit mycket kritiskt.
Motstå därför frestelsen att flyga i sämre väder än du skulle gjort utan GPS.
Eller vad gör du om det plötsligt står Memory Full på din GPS-display? Har du läst manualen noga? Spännvidden i funktioner mellan olika GPS:er är stor och risken för ”feltryckning” får inte underskattas.
"Flyg inte i sämre väder med GPS än utan."
Noggrannhet, fel och felkällor
Noggrannheten i systemet beror på hur pass noggrant man kan beräkna satelliternas omloppsbanor. Normalt kan man räkna med en noggrannhet på 25 meter eller bättre. Dock kan avvikelsen tillfälligt öka avsevärt. Det spelar ingen större roll när man flyger en sträcka om man under en minut får större felvisning men under resten av sträckan rätt. Däremot kan det vara ett bekymmer för segelflygare som ska verifiera en viss geografisk punkt vid en viss tidpunkt.
Många GPS-utrustningar har en systemövervakningsfunktion – felvarning om man så vill – som benämns Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM). Den funktionen fordrar mottagning av 5 eller 6 satelliter (fem om GPS:en får höjdinformation från tryckhöjdmätaren, ”baro aided”, sex om den får höjdinformationen via satelliterna). Satelliterna ska dessutom ”synas” bra, d.v.s. ligga på en viss minimivinkel ovanför horisonten. Det är ju inte självklart att fem eller sex satelliter ligger så bra under hela flygningen, så man ska inte bli orolig om man får en RAIM-varning. Förmodligen förbättras satellitsituationen inom kort och RAIM-varningen upphör. Ett sätt att i förväg informera sig om läget under den planerade flygningen är att gå in på Eurocontrols sida – augur.eurocontrol.int – och klicka på Terminal/Approach Tool. Efter att ha fyllt i sin destinationsflygplats i fyrbokstavskod räknar programmet ut om det är aktuellt med en RAIM-varning. Bilden visar en inmatningssida från Augurprogrammet, i detta fall en flygplats i Alperna. De vertikala strecken innebär att full GPS-täckning saknas vid de tidpunkter som framgår av tidslinjen under strecken.
"Rätt använd är GPS ett fantastiskt verktyg, annars blir den mest ett störningsmoment."
Kravet på ”fri sikt” mellan flygplanets antenn och satelliterna betyder alltså att om du t.ex. lyfter ner den bärbara GPS-mottagaren från vindrutan och sätter den på benet får du sämre noggrannhet eftersom GPS:en då inte kan hitta så många satelliter. Om du placerar den under kabinens plåttak (t.ex. lämnar över den till en kamrat i baksätet) slutar systemet tillfälligt att navigera. Var uppmärksam på att GPS-mottagarna i allmänhet anger lat/long i grader, minuter och hundradels minuter (ddmm.mm), men att koordinater även kan anges i grader, minuter och sekunder (ddmmss). Tabellen visar omräkning från sekunder till hundradels minuter.
Intressant komihåg: Om en markradiofyr är avstängd, t.ex. på grund av översyn, tar GPS:en ändå emot ”beställningen” och gör att man kan flyga till fyren. Med andra ord: GPS:en struntar i och för sig i fyren – den leder dig till den punkt i lat/long där fyren står. Någon mottagning av själva fyrens signaler sker alltså inte. Genom att använda en korrektionssändare (en markbaserad GPS- mottagare som via radio sänder ut korrigerande uppgifter) kan man öka precisionen avsevärt. Eftersom korrektionssändarens läge är känt med stor noggrannhet kan man korrigera stora fel i GPS-systemet. Man talar då om Differential GPS (DGPS). När man talar om att använda GPS som instrumentlandningssystem i framtiden är det varianter av DGPS man har i åtanke. Längs svenska kusten finns flera korrektionssändare utplacerade, som ger DGPS-data åt sjöfarten. Finlandsfärjorna t.ex. navigerar med DGPS.
Själva systemet med GPS + markstationer heter EGNOS (amerikanska motsvarigheten heter WAAS). Tack vare den bättre noggrannheten vid positionsbestämningen kan ett flygplan med en GPS, som har en WAAS/EGNOS-funktion, användas för instrumentinflygning till en flygplats, som har en publicerad inflygningsprocedur benämnd SBAS (Satellite Based Augmentation System). Systemet är så bra att det är jämförbart med ILS CAT 1. En förutsättning för att en EGNOS-utrustad GPS-mottagare ska kunna användas för SBAS-inflygning är att den inbyggda databasen uppdateras med SBAS-procedurer var 28:e dag.
Konvertering: sekunder till hundradels minuter
GPS i ATS-färdplanen
I ATS-färdplanens punkt 10, EQUIPMENT, kan man med bokstaven G ange att man har GPS ombord. Observera att det endast avser fast monterad GPS-utrustning där installationen inklusive strömförsörjningen har godkänts. Handburen GPS ska alltså inte anges i färdplanen.
" Ett ”G” i färdplanen betyder att du har en fast installerad (och godkänd) GPS-utrustning ombord."
