Was ist genauer für die Höhenmessung: GPS oder Barometer?

Ein direkter Vergleich der Genauigkeit von GPS, barometrischem Höhenmesser und Funkhöhenmesser macht wenig Sinn, da sie jeweils unterschiedliche Größen messen .

• GPS misst die „geometrische Höhe“. Dies ist die tatsächliche Höhe über dem Referenzellipsoid in Längeneinheiten. Es ist ziemlich genau, aber es gibt externe Gründe, warum es nicht verfügbar sein könnte.

• Der barometrische Höhenmesser misst die „Druckhöhe“. Es sind Längeneinheiten angegeben, aber es ist wirklich nur ein barometrischer Druck, ausgedrückt in einer lustigen Skala. Sie entspricht nur dann der Höhe, wenn die atmosphärischen Bedingungen der „Internationalen Standardatmosphäre“ entsprechen, was sie natürlich normalerweise nicht tun.

  Der größte Fehler ist auf den Druck zurückzuführen, der möglicherweise mit der Höhenmessereinstellung korrigiert wird. Damit ist die Höhenmesseranzeige eine bessere Annäherung an die tatsächliche Höhe, aber da die Temperatur auch die Druckänderungsrate mit der Höhe ändert, stimmt sie immer noch nur genau mit der geometrischen Höhe am Boden des Flughafens überein, für die die Höhenmessereinstellung gilt.

• Der Funkhöhenmesser misst die „Höhe“ über dem Boden.

In Flugzeugen hat jede dieser Größen jetzt eine andere Verwendung:

• Die geometrische Höhe von GPS wird zusammen mit einer topografischen Karte in EGPWS verwendet, um Piloten zu warnen, dass sie zu niedrig fliegen. Im Vergleich zu älteren GPWS, die nur den Funkhöhenmesser verwendeten, hat dies den Vorteil, dass eine Warnung ausgegeben werden kann, wenn sich das Flugzeug direkt darunter hoch genug über dem Boden befindet, sich aber einem höheren Boden nähert, wo dies nicht der Fall ist.

  GPS ist dafür gut, denn wenn es funktioniert, gibt es immer die geometrische Höhe an, ohne dass eine eventuell falsche Einstellung erforderlich ist. Es handelt sich jedoch um eine neue Technologie, die nicht alle Flugzeuge haben und die möglicherweise aus externen Gründen nicht verfügbar ist (die nicht durch Hinzufügen von Redundanz abgemildert werden können).

• Der barometrische Höhenmesser wird für die Flugzeugtrennung verwendet. Dabei spielt die genaue Höhe keine Rolle, wichtig ist, ob sich die Flugzeuge auf gleicher Höhe befinden oder nicht. Der barometrische Höhenmesser ist hierfür hervorragend geeignet, da es sich um eine alte Technologie handelt, die alle Flugzeuge seit den Anfängen haben, und es ist eine einfache Technologie, daher ist sie zuverlässig.

  Oberhalb einer bestimmten Höhe (die „Übergangshöhe“, 18.000 Fuß in den USA, variiert aber in anderen Teilen der Welt) haben alle Flugzeuge den Höhenmesser auf den Standardwert von 29,92 inHg/1013 hPa eingestellt. Bei dieser Höhe gibt es keine Bedenken hinsichtlich der Trennung vom Gelände, sodass alle nur die gleiche Einstellung verwenden, um die Dinge einfacher und Fehler weniger wahrscheinlich zu halten. Die Druckhöhe kann leicht um ein paar tausend Fuß von der geometrischen abweichen, aber das interessiert niemanden, denn es ist nur wichtig zu wissen, ob sich das andere Flugzeug über, unter oder auf gleicher Höhe befindet, und dies erfüllt diesen Zweck gut.

  Unterhalb der Übergangshöhe wird die Höhenmessereinstellung vom nächstgelegenen Flughafen verwendet, sodass die Höhenmesseranzeige die geometrische Höhe zum Zweck der Trennung vom Gelände besser annähert. Die Höhen stimmen aber immer noch nur mit der Höhe des Flughafens überein, von dem aus die Einstellung erfolgt. Oben (und unten) nimmt der Fehler zu. Bei kaltem Wetter können Sie leicht 10 % niedriger sein (über dem Boden), als der Höhenmesser anzeigt. Dies wird einfach dadurch gehandhabt, dass den veröffentlichten Mindesthöhen ausreichende Margen hinzugefügt werden.

• Die vom Funkhöhenmesser gemessene Höhe wird in den GPWS- und EGPWS-Systemen verwendet, um den Piloten davor zu warnen, zu nahe am Boden zu fliegen, und um die Höhe während des Endanflugs anzukündigen, damit der Pilot die Landung besser beurteilen kann, ohne auf das Instrument schauen zu müssen. Aufgrund von Geländeunregelmäßigkeiten ist die Funkhöhe jedoch außerhalb dieser beiden speziellen Fälle nicht von großem Nutzen. Außerdem zeigen Funkhöhenmesser normalerweise nur bis zu 1.500 Fuß bis 2.500 Fuß an, wenn sie überhaupt installiert sind (alle Flugzeuge haben sie, aber die meisten GA-Flugzeuge nicht).

Der Funkhöhenmesser ist auf wenige Meter genau. Der barometrische Höhenmesser muss IIRC auf 75 Fuß genau sein. Das sollte auch ein einfacher GPS-Empfänger können, aber da die Werte in großen Höhen leicht um einige tausend Fuß abweichen können, können sie nicht gemischt werden. Zur Verkehrssteuerung wird also immer die barometrische Höhe verwendet.

Für die Vermessung von Gletscherbewegungen oder dem Wachstum/Verfall einer Bergkette ist GPS genauer.

Für Flugzeuge: Bildwiederholfrequenz, Zuverlässigkeit und Einfachheit sind wichtiger. Wenn es um Genauigkeit geht, bietet Ground Augmented GPS ILS CAT I-Genauigkeit mit LPV . Neben der Bildwiederholfrequenz und der Genauigkeit stellt sich also die Frage der Anwendung. Für Flugzeuge im Reiseflug, wo die Trennung wichtig ist, sind zuverlässige Geräte am besten.

GPS-Signale können gestört werden. Wie in letzter Zeit in den Nachrichten in Kalifornien und Ägypten zu sehen ist . Und das GPS-Signal kann aufgrund von ionosphärischen Störungen verloren gehen. Daher ist jede Ausrüstung, die nicht auf externe Quellen angewiesen ist, sicherer.

Es gibt eine ziemlich umfassende Beschreibung der Probleme unter diesem Link .

Kurz gesagt - die Umrechnung von Druck in Höhe macht bestimmte Annahmen über die "Standardatmosphäre" - das heißt, es funktioniert am besten, wenn die Temperatur und die Stornorate (Änderung der Temperatur mit der Höhe) genau mit denen aus dem Modell übereinstimmen. In der realen Welt ist dies fast nie der Fall. Beispielsweise ist an einem heißen Tag die Luft weniger dicht, sodass das Gewicht einer Luftsäule geringer ist – und wenn der Druck um sagen wir 200 HPa abgefallen zu sein scheint, werden Sie Ihre Höhe unterschätzen. Die Beispielrechnung im Link zeigt, dass, wenn die Oberflächentemperatur an einem trockenen Tag 42 °C beträgt, der Fehler bei 10.000 Fuß bis zu 800 Fuß betragen könnte - was erheblich größer ist als der typische Fehler in einem GPS (obwohl GPS kleiner ist genau in vertikaler Richtung, Sie sollten normalerweise in der Lage sein, eine Höhe von bis zu 50 Fuß zu erreichen, wenn Sie eine ungehinderte Sicht zum Himmel haben und die ionosphärische Aktivität nicht ungewöhnlich hoch ist). Im Prinzip ist es möglich, diese Dinge zu korrigieren - aber ein einfacher mechanischer druckbasierter Höhenmesser wahrscheinlich nicht.

Auf der anderen Seite - wenn alle anderen mit dem Barometer fliegen, liegen Sie vielleicht "richtig" mit Ihrer GPS-basierten Höhe, aber "falsch" im Vergleich zu anderen Flugzeugen in der Nähe.

Es ist also ratsam, die gleiche Methode wie alle anderen zu verwenden, damit Sie nicht zusammenstoßen. Auf der anderen Seite, wenn es um Ihren letzten Gleitflug geht, bringt Sie das GPS an einem heißen Tag eher sicher nach Hause.

Höchstwahrscheinlich ist GPS genauer, schließlich kann es Ihren Standort im dreidimensionalen Raum auf wenige Meter genau berechnen. Es ist jedoch nicht wirklich brauchbar, da GPS die Höhe vom Geoid misst . Allerdings sollten neue GPS-Empfänger in der Lage sein, die Differenz zwischen dem Geoid und der tatsächlichen Erdoberfläche zu korrigieren.

Baro-Höhenmesser sind auch ziemlich genau, aber nur, wenn die Atmosphäre ISA -Bedingungen hat. Baro-Höhenmesser sind auf ISA-Atmosphäre kalibriert, und wenn eine Bedingung davon abweicht, erhalten Sie einen Fehler. Einige davon, beispielsweise Temperaturfehler, können kompensiert werden, aber das Entfernen aller potenziellen Fehler ist eine mühsame Aufgabe.

Wenn ich geocachen würde und die genauesten Höheninformationen für meinen Standort haben wollte, würde ich eine altmodische geografische Karte mit Höheninformationen verwenden.

Dies hängt von der Genauigkeit des Barometers und dem Wetter ab, da das Wetter den Luftdruck beeinflusst. Selbst wenn Sie also auf derselben Höhe stehen bleiben, zeigt Ihnen das Barometer unterschiedliche Messwerte an. Aus diesem Grund muss ein Pilot ständig seinen Höhenmesser anpassen. Ein Höhenmesser misst die Höhe über einem festen Niveau. Aus diesem Grund müssen Piloten ihre Höhenmesser vor dem Start mit ATC kalibrieren.

Das GPS-System hingegen arbeitet mit einer genauen Uhr und den bekannten Positionen der Satelliten. Der Satellit verschickt Pakete mit Zeitstempel. Der Empfänger empfängt diese zeitgestempelten Pakete und verwendet seine eigene kalibrierte Uhr, um die Reihenfolge zu bestimmen. Der Vergleich mit den bekannten Positionen des Satelliten an bestimmten Positionen ermöglicht die Verwendung von Triangulationsformeln zur Lösung der Position des Empfängers.

Das GPS-System gehört dem US-Militär und sie haben diese Grafik über die Genauigkeitsverbesserungen im Laufe der Jahre.

Um Ihre Frage zu beantworten, es wird durch die von Ihnen verwendete Ausrüstung bestimmt, aber aus Kostengründen ist es billiger, eine genaue Messung von einem GPS zu erhalten, da es auch weniger vom Wetter beeinflusst wird.

So ändern Sie bereits vorhandene Antworten:

Sehr nah am Boden ist die GPS-Höhe für die Luftfahrt unbrauchbar. Die vertikale Genauigkeit der GPS-Position beträgt etwa das 1,5-fache der seitlichen Position. Ein nicht erweitertes GPS-Signal kann eine Position von über 10 Metern haben, was zu einem noch größeren vertikalen Fehler führt. Aus diesem Grund wird die vertikale GPS-Position nicht für Anflüge verwendet, wenn ein Erweiterungsverfahren nicht verfügbar ist. Selbst dann wird die GPS-Höhe nicht verwendet, um Anflugminima zu bestimmen, die als barometrische Höhe definiert ist.

Es besteht auch das Problem einer vorübergehenden Verschlechterung der GPS-Genauigkeit aufgrund von Satellitenkonstellationen oder Interferenzen durch Gebäude, Gelände, Wetter, Störungen usw., was nicht akzeptabel wäre, wenn das Signal zur Geländeräumung verwendet würde.

Während des Starts und der Landung wird die barometrische Höhe auf den lokalen Luftdruck bezogen, wodurch sie in geringer Höhe lokal sehr genau ist. Im Reiseflug, wie erwähnt, spielt die Genauigkeit keine so große Rolle, da Flugzeuge einen angemessenen Abstand zum Gelände in der Umgebung einhalten, sodass es selbst im Falle eines seitlichen Navigationsfehlers nicht zu einer Kollision kommt.

Die Vorteile der barometrischen Höhe sind die Trennung von anderen Flugzeugen, da alle Flugzeuge, die aus entfernten Ecken der Welt ankommen, während des Reiseflugs dieselbe barometrische Referenz von 1013 hPa (29,92 inHg) verwenden, und die Frage der Flugzeugleistung. Die Leistung des Flugzeugs hängt vom lokalen Luftdruck und der Temperatur ab, sodass das Festlegen der Höhe auf die barometrische Referenz die Leistung des Flugzeugs auf ein einziges variables Problem reduziert, dh. Temperatur.