Welche Fluggeschwindigkeit misst ein (3D-)GPS?

Unter der Annahme, dass ein GPS-Empfänger weit genug entwickelt ist, um die 3D-Position/-Geschwindigkeit mit angemessener Genauigkeit zu berechnen, kann er nicht nur die Bodengeschwindigkeit des Flugzeugs (die Höhenänderungen ignoriert), sondern auch etwas Ähnliches wie die Fluggeschwindigkeit anzeigen. Wenn es keinen Wind gäbe, würde dies der wahren Fluggeschwindigkeit entsprechen. In Wirklichkeit würde es Wind geben, also ist es "TAS minus Wind". Da dies die tatsächliche Luft völlig ignoriert (der Wert wäre derselbe gewesen, wenn es keine Atmosphäre gegeben hätte), scheint es mir jedoch eine Fehlbezeichnung zu sein, etwas zu nennen, das mit "Fluggeschwindigkeit" zu tun hat.

Gibt es eine Standardterminologie für diese Art der Geschwindigkeitsmessung?

BEARBEITEN : Es scheint, dass meine Frage ziemlich vage war, und es würde helfen, mehr Details darüber zu geben, was ich versuche zu tun. Ich schreibe die Dokumentation für ein GPS-basiertes Ortungsgerät, das in Flächenflugzeugen verwendet werden soll. Das GPS ist außergewöhnlich gut, mit sehr hoher Präzision und schneller Abtastrate. Es bietet sogar eine sehr genaue Geschwindigkeit, die auf Doppler-Verschiebung basiert AFAIK. Diese Daten werden per Telemetrie gesendet. Ich versuche, die Datenkanäle auf eine Weise zu beschriften, die für Flieger an der Oberfläche nützlich wäre, also versuche ich, mich mit der richtigen Terminologie vertraut zu machen. Wenn ich diese ("3D") Geschwindigkeit daher als "Fluggeschwindigkeit" (angezeigte / wahre Fluggeschwindigkeit) bezeichne, ist dies irreführend. Wenn ich es als "Grundgeschwindigkeit" bezeichne (was 2D ist), wird es auch irreführend sein. Meine Frage ist nurob es eine standardisierte Bezeichnung für diese Geschwindigkeitsart gibt; Wenn es nichts weit verbreitetes gibt, werde ich einfach einen eigenen Namen prägen (zB "3D-Geschwindigkeit") und es gut genug in einem Tooltip erklären.

Sie haben Begriffe verwechselt. Die wahre Fluggeschwindigkeit ist windunabhängig. TAS ist die an die Luftdichte angepasste Fluggeschwindigkeit. Sie wird aus der angezeigten Fluggeschwindigkeit unter Berücksichtigung von Höhe und Temperatur angepasst. Die Fluggeschwindigkeit basiert im Allgemeinen auf der Bewegung des Flugzeugs durch eine Luftmasse, unabhängig vom Wind. GPS berechnet die Geschwindigkeit basierend auf der zeitlichen Positionsdifferenz relativ zu den GPS-Sendern. Es berücksichtigt weder die Bewegung durch eine Luftmasse noch die Luftbewegung überhaupt. Das Aufrufen der Messwerte ohne Daten aus der Luftbewegung wäre technisch gesehen keine Art von Fluggeschwindigkeit.
@DeanF., ja, genau, wie gesagt, es ist verlockend, es Fluggeschwindigkeit zu nennen (weil es nicht als 0 angezeigt wird, wenn das Flugzeug direkt nach unten fällt), aber es ist keine Luft beteiligt. Es ist die Geschwindigkeit relativ zur Erdoberfläche.
Wenn Sie verstehen, dass bei Nullwind TAS = GS, was fragen Sie dann eigentlich?!
Wollen Sie wirklich fragen: "Welche Art von Geschwindigkeit misst GPS?"
@RalphJ, ja, und genauer "wie nennt man diese Art von Geschwindigkeit normalerweise im Luftfahrtkontext"
Zu Ihrer Bearbeitung: Wer ist Ihr Kunde und wozu dient dieses Gerät? Existierende Flugzeug-GPS können Streckendaten speichern und übertragen.
Aufgrund von Vertraulichkeitsvereinbarungen kann ich nicht viele Details über das Projekt, an dem ich arbeite, preisgeben. Aber ja, wir haben es mit einem vorhandenen Garmin-GPS im Flugzeug verglichen, das im Vergleich mittelmäßig war. Außerdem zeichnet das Gerät viel mehr als nur GPS auf, aber auch hier ist es vertraulich.
Was wir haben, ist die 3D-Spd (Geschwindigkeit), aufgelöst in E/W und N/S (= Track und Groundspeed, und UP/DN (= Vertical. Speed, normalerweise verwendet, um Baro VS zu validieren). Dies unterstützt dann traditionelle Flugmodi Instrumentierung Bitte sehen Sie sich meine ausführliche Antwort an, insbesondere den letzten Absatz, der Ihren Bedarf anspricht.
Können wir davon ausgehen, dass die Daten, von denen Sie sprechen, von Flächenflugzeugen stammen und nur von einer Bodenmannschaft verwendet werden sollen? Hat es mit dem jüngsten Mandat für die Flugzeugverfolgung in 15-Minuten-Intervallen (später im Minutentakt) zu tun? Müssen die Endbenutzer diese Details kennen? Wird es zur Geländevermeidung in Echtzeit verwendet? Mit einer 3D-Karten-(Atlas-)Datenbank kann eine geeignete bewegte 3D-Karte mit Flugzeugpfad – gewünschter und tatsächlicher – einfach gerendert werden. Ich weiß nicht, ob der 3D-Geschwindigkeitsvektor neben seinem vorhandenen Daten-Tag überhaupt einen Namen benötigt.
@skipper44, tut mir leid, ich kann nichts davon offenlegen. Aber wie wir bereits mit Michael Hall vereinbart haben, wäre es am nützlichsten, die Geschwindigkeit in horizontale und vertikale Komponenten aufzuteilen. Ich verstehe, dass die 3D-Geschwindigkeit so wie sie ist nicht sehr nützlich ist.
Ich beschloss, einfach weiterzumachen und die Frage zu stellen, die ich im Sinn hatte, anstatt zu versuchen, Ihre neu zu schreiben. Wird wahrscheinlich zu einer Diskussion darüber führen, ob es sich um Duplikate handelt oder nicht ...

Antworten (3)

F: "Welche Art von Fluggeschwindigkeit misst ein GPS?"

A: "Überhaupt nicht."

Das GPS erfasst oder berechnet keine Art von Fluggeschwindigkeit (wahr, angezeigt, kalibriert usw.), es kennt nur die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Erdoberfläche. (Eigentlich relativ zu geosynchronen Satelliten ...) Derzeit verwendete GPS-Einheiten können dies in 3 Dimensionen tun.

Es gibt sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Komponente der Bewegung im 3D-Raum. Für allgemeine Navigationszwecke interessiert sich der Pilot nur für die horizontale Geschwindigkeit, dh die Geschwindigkeit über Grund. (Wie schnell fahre ich und wann komme ich an?)

Auf einigen Systemen können Sie die vertikale Geschwindigkeit vom GPS anzeigen, aber sie ist augenblicklich und sehr sprunghaft, daher ist sie nicht besonders hilfreich. Das druckgesteuerte VSI-Messgerät ist viel nützlicher.

Während es für ein 3D-System möglich wäre, die Geschwindigkeit entlang einer diagonalen Linie zwischen vertikal und horizontal zu berechnen, ist diese Information für den Piloten nutzlos. Die vertikale Komponente kommt hauptsächlich in der Anflugphase ins Spiel, um Gleitweginformationen während RNAV-Anflügen zu berechnen und anzuzeigen.

In der Anflugphase verwendet das GPS-System eine Mischung aus horizontalen und vertikalen Navigationsinformationen, um uns das Fliegen der „Hypotenuse“ zu ermöglichen, aber wir denken nicht an einen Geschwindigkeitsvektor, geschweige denn an eine „Fluggeschwindigkeit“. Es ist eher eine imaginäre Linie im Raum, der wir in 3D zu folgen versuchen, wobei das System Hinweise liefert, die uns helfen zu wissen, wo wir uns relativ zum veröffentlichten Kurs und Gleitpfad befinden.

NACHTRAG PRO FRAGE BEARBEITEN: Wind hat einen weitaus größeren Einfluss auf diesen Geschwindigkeitsvektor als die geringfügigen Steig- und Sinkwinkel, die während eines "normalen" (nicht Kunstflug-) Fluges auftreten. Ohne Ihren Kunden oder den genauen Zweck des Geräts zu kennen, auf das Sie sich beziehen, kann ich mit Zuversicht sagen, dass sich niemand in der Luftfahrt für andere erdbezogene Geschwindigkeiten als Vektoren in der Horizontalen oder Vertikalen interessieren würde. Wenn die diagonale Geschwindigkeit (nicht die Fluggeschwindigkeit) für so etwas wie eine Unfalluntersuchung gewünscht wurde, konnte sie leicht aus anderen berechnet werden. Wenn Sie einen Namen zuweisen müssen, würde ich "Velocity", "Magnitude", "Earth-speed" oder ein proprietär definiertes Akronym wie "VVGS" (Vertical Velocity plus GroundSpeed) in Betracht ziehen. Vermeiden Sie einfach "Luft", es sei denn, Sie meinen das wirklich ...

Ist die Geschwindigkeit über Grund nicht 2D? Dh wenn sich das Flugzeug in einem 90° Sturzflug befindet, was würde es anzeigen?
Die Geschwindigkeit über Grund wäre null. Die vertikale Geschwindigkeit wäre jedoch gekoppelt! Aber danke, das verdeutlicht, wonach Sie fragen, und ich werde meine Antwort bearbeiten ...
OK, es scheint also ein guter Aufruf zu sein, die Geschwindigkeitsangabe aufzuteilen in Grundgeschwindigkeit (2D) und Steigrate, richtig? (Ich stimme zu, dass Sie die 3D-Geschwindigkeit leicht daraus berechnen können.)
Auch hier würde ich, ohne den Kunden oder Zweck zu kennen, ja sagen.
"Vermeiden Sie einfach "Luft", es sei denn, Sie meinen das wirklich" - gut gesagt.

Typischerweise sind es die auf Trägheit basierenden Systeme, die uns diese Art von Daten liefern. Ein GPS mit passendem Rechenmodul könnte das Gleiche leisten.

Das, was uns am nächsten kommt, heißt FPV, Flight Path Vector oder „Vogel“.

Im Cockpit stellt das FPV dem Piloten im Allgemeinen nur einen Teil der Informationen bereit und zeigt sie auf eine bestimmte Weise an, wobei der vertikale Pfad und der laterale Pfad separat angezeigt werden.

Die tatsächliche 3D-Geschwindigkeitskomponente ist keine davon, und die 3D-Geschwindigkeit wäre auch nicht von direktem Wert beim Fliegen oder Navigieren des Flugzeugs.

Typischerweise gibt es uns:
(i) die momentane Spur und den vertikalen Winkel der tatsächlichen Flugbahn in Bezug auf die Erde, dh den Boden,
(ii) auch oft gibt es eine Projektion darüber, wo sich das Flugzeug in 10, 20, und 30 Sekunden basierend auf der aktuellen momentanen Flugbahn.
(iii) Das Auflösen der Ost/West- und Nord/Süd-Vektoren gibt uns die momentane Spur und Geschwindigkeit über Grund.
(iiii) Das Auflösen der vertikalen Komponente des FPV gibt uns die vertikale Geschwindigkeit, obwohl sie normalerweise nur verwendet wird, um die auf Luftdaten basierende barometrische VertSpd, VS zu validieren.

Keines dieser Systeme misst tatsächlich die Fluggeschwindigkeit. Sie messen GS, Ground Speed, obwohl dies streng genommen nicht als Messvorgang bezeichnet werden kann, sondern etwas, das durch die Verwendung von Positionsdaten, dh Breite/Länge, in geeigneten Intervallen und die Berechnung der Differenz erreicht wird, um eine genaue Schätzung der Bodenspur und zu erhalten GS (=TAS in ruhender Luft).

Die Fülle von Akronymen in Bezug auf Geschwindigkeit, Richtung und vertikale Anordnung wurde aufgrund der Art und Weise erforderlich, wie wir sie physikalisch messen, dann berechnen und dann anzeigen, und unsere grundlegenden Flugfähigkeiten haben sich um diese herum entwickelt - IAS, CAS, EAS, TAS, GS, ALT, FL, TRK CRS, HDG(M), HDG(T), ATT. Es hat keinen Sinn, neue Maßnahmen wie 3D-Geschwindigkeit einzuführen, obwohl ich vermute, dass Sie vielleicht "eine Geschwindigkeit haben, um sie alle zu beherrschen", zusammen mit einer geeigneten Darstellung von Flugzeug und Flugbahn in einem 3D-EVS (Enhanced Vision System).

Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Es scheint, dass diese vom GPS abgeleitete Geschwindigkeit für einen Piloten keinen Nutzen hat, daher hat ein Instrument, das sie anzeigt, keinen Platz in einem Cockpit. Meine Frage bezieht sich jedoch nicht wirklich auf die Instrumentierung von Flugzeugen, sondern hauptsächlich auf Benennung und Terminologie. Meine Frage hat das nicht deutlich genug ausgedrückt. Kannst du die Bearbeitung sehen, die ich daran vorgenommen habe?
Zu Ihrer Bearbeitung: Es ist weniger "eine Geschwindigkeit, um sie alle zu beherrschen" als "die einzige Geschwindigkeit, die wir erreichen können". Das Gerät hat keinen Zugriff auf die Staurohre.
Der Vollständigkeit halber ist die Geschwindigkeitsanzeige von einem GPS, da es nirgendwo anders angegeben zu sein scheint, normalerweise die Geschwindigkeit in der horizontalen Ebene, die vertikale Geschwindigkeit wird nicht berücksichtigt.
@Frog Vor einigen Jahrzehnten wurde die im Airliner-Cockpit angezeigte vertikale Geschwindigkeit so geändert, dass sie Trägheitseingaben enthält, und die Nomenklatur wurde in IVSI (Instantaneous Vertical Speed) geändert. Der „Instantaneous“-Teil wurde jetzt fallen gelassen, da er zur „neuen Normalität“ geworden ist. Reine Baro-VSIs litten unter Verzögerungen bei der Anzeige des korrekten VS. Ob solche Eingabekorrekturen speziell von GPS-Systemen übernommen werden, ist mir nicht bekannt, aber die Systeme haben die Fähigkeit, sie uns zur Verfügung zu stellen. Meine aktuelle Flugzeuganzeige kann alternativ auf GPS-Höhe umgeschaltet werden, wenn Luftdaten unzuverlässig sind.
"Reine Baro-VSIs litten unter Verzögerungen bei der Anzeige des korrekten VS." - Tatsächlich sind herkömmliche VSIs absichtlich so konzipiert, dass sie die vertikale Geschwindigkeit über eine beträchtliche Anzahl von Sekunden mitteln. "Variometer" im Segelflugzeugstil bieten eine viel schnellere Reaktion, selbst wenn sie rein barometrisch ohne Trägheitseingaben angetrieben werden. Natürlich enthalten die neuesten und besten Variometer auch Beschleunigungsmesser, um eine nahezu sofortige Reaktion zu ermöglichen.
Zur Verdeutlichung: Ich beziehe mich auf den NMEA-Feed von einem GPS und speziell auf den RMC-Satz. Ich bestreite nicht, dass bestimmte mit GPS ausgestattete Instrumente die Geschwindigkeit in 3 Dimensionen anzeigen können. GPS löst die Höhe nicht gut auf und daher ist es nicht verwunderlich zu hören, dass andere Methoden wie Trägheit verwendet werden, um die vertikale Geschwindigkeit zu bestimmen.
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