GPS

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导航战争

在互联网的大时代背景下,依然会有一些人极力避免使用在线服务,但殊不知他们生活仍会受这些服务的影响。例如,某天早上你醒来发现,自家门前原本寂静的小路突然变成了一条车流繁忙的马路。对此,你可能会归咎于卫星导航服务。

大航海时代:古代及现代的航海定位方法

在公海上精确定位船的位置可不是个简单的任务,尤其在古代缺乏现代设备的情况下更是难上加难。众所周知,船用计算机系统一旦感染病毒,就可能连续多天无法正常工作。许多时候,由于船上缺少网络安全专家解决这些难题,有些船甚至在海上漫无目的地漂流长达数周之久。

海蒂·拉玛:从电影明星到发明家

今天是海蒂·拉玛101岁诞辰。海蒂·拉玛是美国著名女演员,也是同时代最美貌的女星之一。她的生日与奥地利、德国和瑞士等以德语为母语的国家的发明家日是同一天。这仅仅是巧合吗?并不完全是。拉玛被视为是跳频技术的发明者,该技术目前仍在包括GPS、蓝牙、Wi-Fi和CDMA等许多通信协议中广泛使用。

机载电子安全系统

鉴于近期发生的”德国之翼空难“事件,人们不禁提出这样一个问题:如果有飞机驾驶员精神状况不稳定的话,如何才能确保飞机上乘客的安全?我们能否采取一些安全措施来降低此类人为因素的风险呢?答案是:可以,我们可通过大范围部署由波音公司和霍尼韦尔公司(航空技术的最大开发商之一)联合研发的电子安全系统以降低此类事件再次发生的风险。 该系统基于非常简单的工作原理:一旦飞机驾驶舱出现危险或未知状况,驾驶舱内的所有领航系统将自动关闭,且再也无法操控。飞机驾驶员可以按任意按钮或尝试操控各种装置,但最终会发现自己犹如被关在笼子的松鼠,什么都做不了:所有飞机上的领航工作都将由地面服务操作人员负责完成。 那这到底是如何实现的呢?当然我可以保证绝对不存在那种极客式的操纵杆和VR(虚拟现实)头盔。所有的飞行参数都预先上传到飞行管理计算机(FMC)上。上传完毕后,该系统即能在地面对空中飞行中的飞机进行完全操控。正如你所想象的,地面设施需要部署许多电子系统,而事实上这些系统早已安装好了。 电传飞行控制系统 数字电传飞行控制技术被越来越广泛地运用于如今的飞机。早在上世纪80年代,空中客车A320成为了首架部署这一技术的民航客机。从本质来说,该技术的理念十分简单:电子操控装置取代机械装置,例如:推杆、拉索、液压回路、传输负载功放等等。由于这些电子装置都直接由一台电脑控制并通过电传连接,因此而得名。 部署这一技术的优势显而易见:飞机不仅可以设计得更轻,成本还更加低廉且可靠性更佳,在安全特性方面尤其出色。为什么德国之翼航空公司的肇事飞机驾驶员无法让飞机急速俯冲下降呢?原因在于其自动化装置控制着整个飞行过程;且不允许进行过高的负俯仰飞行和以过快的速度下降。 一旦飞行速度慢于下限速度,或下降速度过快的话,智能电子系统能够自动进行更正。 出于这一原因,如今的飞机不可能在空中发生突然停止飞行或自旋的事故:因为一旦飞行速度低于下限速度,智能电子系统会自动加速至更快的速度。 机载系统由计算机控制的程度越高,则自动领航系统所发挥的功能就越强大。例如系统可以接管操作指导、速度以及飞行高度参数方面的任务,此外还能将机翼设置为所需角度、伸出起落架以及启动自动分解;或更简单地说,在没有一名飞机驾驶员参与的情况下,以完全自动化模式让飞机降落。 通过将飞行参数远程上传到机载系统并提供必要的降落方法模式,使得一切状况都在安全掌控之中。 承载希望的信标 许多人可能已经猜到了,为了让这一系统更好地为飞机服务,超级精确的导航至关重要。幸运的是,航空业已拥有了大多数的必要定位设施和技术。传统的航空业使用地面无线电信标,其位置和频率已保存在飞机的领航系统内。通过将接收器设置到某个频率上,飞机驾驶员能够基于信标范围确定飞机的所在位置。 最原始的信标被称为无方向性信标(NDB),仅装备有单根天线,机载系统也只能确定与飞机位置相近的信标位置。 另一种被称为”甚高频全向信标“(VOR)的概念还要更复杂一些。此类信标装备有一圈一圈的天线,而正是得益于多普勒效应,使得飞机能沿着无线电磁方位—换句话说,即飞机与信标相近的航向流压差,来定位自身准确位置。 通常情况,VOR信标与另一种信标— 测距设备信标(DME)结合使用,以确定相近信标与飞机的距离。机载系统发送请求,随后信标发送回应,通过信号传输的时差来确定飞机与信标的距离。一旦掌握所有这些数据,即能以最大精确地确定飞机的空中位置。 降落到合适位置 在降落方面,需要用到方位台和仰角台。这两套设备组成了仪表降落系统(ILS)。 其工作原理是:方位台以两种不同的无线电信号频率组成两个’域’(一个在跑道左边,另一个在右边)。一旦信号功率相等,则飞机会准确降落在跑道的中轴线上,就如同瑞士表一样精确。一旦其中一个信号过于强烈的话,飞机将向左或向右偏移以调整航向。 仰角台工作原理与方位台相同,但各个”域”分别被用来识别滑翔跑道线垂直轴的位置—即飞机降落时定位自身位置的’垂直轨道’。工作原理依然相同:一旦一边的信号比另一边强的话,飞机驾驶员必须调整垂直速度以返回到正确的轨道上来。 利用卫星降落 此外,还有一种被称为GLS(GNSS着陆系统)的着陆系统可以替代上述方法,并在其内部署了卫星导航系统。该技术的工作原理是通过卫星坐标确定飞机在空中的位置,卫星坐标则由类似于GPS(全球卫星定位系统)和Glonass(全球导航卫星系统)的卫星导航系统提供。 由于卫星地理定位的精确度不足以完成降落过程,因此通过在地面上建造地基增强系统(GBAS)信标以发送更精确的信号。 与卫星不同的是,地面站是安装在跑道附近,且与飞机降落距离非常近。因此,飞机的位置坐标偏差不会超过10英尺(约合3米)。该系统的主要优势是成本低廉、可靠且引导飞机降落到滑翔跑道线的精确度更高。 所有这些技术解决方案目前已投入使用,但借助所有这些技术是否最终能实现全自动飞行,目前依然还无法得到确切的答案。从理论上讲,实现全自动飞行的所有技术目前均可提供,如今的飞机驾驶员除非发生紧急状况一般不会随意接管机载系统的控制权。 问题是一旦发生紧急状况,人类无法完全信任电子设备能够完全掌控局面。因此即使在不久的将来,人类仍然无法完全舍弃飞机驾驶员这一职位。除此之外,各家航空公司还需要投入巨额的资金对全球各地的所有飞机进行改装以部署此类系统,因此在短时间内也不可能将每一架飞机的系统升级为全自动无驾驶员系统。