Är smartphones GPS tillräckligt exakt för att beräkna flyghastighet? [stängd]

1

För cirka sju år sedan gjorde jag flygplanets hastighetsmätning. Jag aktiverade GPS på min tablett och jag övervakade hastigheten, särskilt när flygplanet rörde marken (landningsbanan). Jag fann att flygplanet rörde marken med hastigheten 420kph , vilket var snabb nog. Mätningen var nog inte 100% korrekt, men jag kunde känna att flygplanet landade och rörde marken ganska snabbt.

Min fråga, hur exakt är mätning med GPS, speciellt med GPS installerad på smart telefon? Om jag behöver kalibrera, hur kalibrerar jag?

Redigera : Flygplanet var Boeing 737. Inte säker på serien.

    
uppsättning AirCraft Lover 09.01.2019 13:12

4 svar

1

Det köljer ner till metodiken som används inom GPS-mottagaren och processorn. Från det allmänna navigationsperspektivet kan GPS ge extremt korrekta hastighetsvektorer. Jag sparar detaljerna till varför. Men som ett exempel kan det vanligtvis vara en storleksordning som är mer exakt än radar eller användningen av markbaserade navaider.

Om GPS-mottagaren och processorn är utformad för att ge efterföljande positionsinformation, går felbudgeten uppåt. Följande faktorer kommer till spel:

Först är positionsnoggrannheten hos GPS inte lika exakt som hastighetsinformationen som kan vara tillgänglig och dessa fel förstärks med successiva positionsbestämningar som kan användas av telefonen / tablett / enhetsprocessorn för att bestämma en approximation av hastighetsvektor.

För det andra kan bestämningen av hastighetsinformation med successiv positionsbehandling inte utnyttja metadata som skulle utnyttjas med en dedikerad navigeringsprocessor som har målet att uppnå pålitlig hastighetsinformation. Det betyder en ökning av felbudgeten.

För det tredje tenderar navigationsanordningar som utnyttjar GPS för flygplan, ammunition och andra applikationer att kontinuerligt förutsäga den förväntade hastigheten, positionen etc. i framtiden, så att de momentana avläsningarna från enheten är en kombination av förutsägelse och historiska data. I en tablett eller smartphone, utan att veta attributen hos GPS- och navprocessorn (erna), ser man sannolikt på historiska data, utan att vara till nytta av prediktiva modeller. Detta ökade också felbudgeten.

Så tillämpas på OP-exemplet är det mycket tänkbart att en läsning inuti Faraday-buret i ett kommersiellt flygplan, med begränsad skyvy, flerväg och begränsad prediktiv modellering och begränsad integration av sporadiska avläsningar, och utan fördel av stark prediktiv modellering kan man få avläsningar som är väsentligen avstanna från verkligheten.

Om man däremot använde ett GPS-system avsedd för navigering, som utnyttjar flera tillstånds Kalman-filtrering för hastighets- och positionsdata, skulle jag förvänta mig en mycket hög noggrann läsning av hastighetsinformation. I OP-scenariot finns inte allt detta.

Så i OP-scenariot skulle jag inte förvänta mig en hög noggrannhet och repeterbarhet, och tyvärr, med att platsen / antennen / mottagaren / processorn används är det lite som kan göras för att förbättra noggrannheten genom kalibrering.

Tillägg: En extra anteckning. Jag känner inte till de nuvarande begränsningarna, men de flesta GPS-enheter har "hastighetsbegränsningar", varigenom de inte kommer att ge data över vissa hastigheter (som Mach-nivåhastigheter) som görs för att begränsa deras ansökan till ammunition. Det kan inte vara en faktor i det här fallet, men det är värt att notera att alla kommersiella GPS-processorer har det här inbyggda, om de är av amerikanskt ursprung.

    
svaret ges 09.01.2019 16:07
3

Den landningshastigheten låter ganska hög. Det finns en regelbunden maximal landningshastighet för flygplansflygplan, och som jag minns är det vanligtvis inte långt från 150 kt (240 eller så km / h). Eftersom det är osannolikt flygplanet du befann dig i faktiskt flyger på mer än dubbelt normal fart vid landning (och 180 km / h kommer att verka ganska snabbt för dina egna sinnen), är jag benägen att tro att det fanns ett fel i din mätning.

GPS: n i en surfplatta, läsning från insidan av flygplanet, är föremål för ett antal felfaktorer. Först, även under goda läsförhållanden är tablettens position i allmänhet bara bra att (enligt min erfarenhet) runt 50 m; För det andra, från en metallkropp kan det finnas fel på vägen, satellitändringar och andra fel utöver nätsäkerhetsbegränsningen på din enhet.

Denna nivå av positionsfel kan lägga till ett stort procentuellt fel i beräknad hastighet.

GPS installerad i flygplan har bättre programvara och kan fixa platsen mer exakt, liksom mer regelbundna positionskontroller som ger mer exakt hastighetsberäkning. Dessa instrument gör en bra kontroll mot det pitot / statiska flyghastighetssystemet. En smartphone eller surfplatta GPS, förmodligen inte så mycket.

    
svaret ges 09.01.2019 13:39
1

Att mäta hastigheten på ett flygplan med en GPS har flera problem, och dess lämplighet beror på vad du gör med den informationen.

En GPS använder vanligtvis en estimerings- och filtreringsalgoritm för att beräkna position, tid och hastighet. En mindre känd biprodukt av dessa filtreringsalgoritmer är konfidensintervaller för var och en av de beräknade parametrarna. Generellt visas dessa inte för användare om de inte tittar på en diagnostikskärm och då inte alltid. Här talar jag om förtroende för beräknade tillståndsvariabler, till exempel position och hastighet.

Dessa filtreringsalgoritmer är vanligtvis "inställda" på en dynamisk modell för att intelligent viktiga historiska mätningar med aktuella mätningar. En GPS-inställd för ett oceangående fartyg kan räkna med mycket små accelerationer och höjder nära geoid. Jag har sett modeller från oändliga stationer till luftburna applikationer med upp till 4 g acceleration. En smartphone är förmodligen inställd för en dynamisk modell av en bil, som kan förväntas ha dynamik < 1g. En följd av denna inställning är en avvägning mellan bruset och latens av utgången. Latency kan också vara variabel och kan vara flera sekunder bakom mottagarens faktiska rörelse.

Utspädning av precision (DOP) är en användbar metrisk (skiljer sig från ett konfidensintervall på en tillståndsvariabel). DOP kommer i flera smaker och är en produkt av satelliternas geometri i förhållande till mottagaren. DOP förbättras när vinklarna mellan satelliterna är så stora som möjligt.

Vissa svar har nämnt antal satelliter. I ditt fall var mottagarens syn sannolikt begränsad till satelliter, det kunde se ut, och kanske ett grannfönster, vilket begränsar vinklarna till en enda sida av flygplanet och förmodligen mindre än en kvart sfär. Din DOP är dålig i denna situation jämfört med att ha öppen himmel ovanför dig.

En sak du har för dig är den hastigheten för GPS är huvudsakligen härledd från successiva positionslösningar. Även om detta gör att informationen i sig är latent, har den fördelen att den inte påverkas av stabila positionsförspänningar.

Jag antar att jag avslutar mitt svar genom att cirkla tillbaka till mitt öppningsdeklaration: Vad hoppas du använda hastighetsinformationen för?

  • I kryssflyg kommer din telefons lösning att vara mycket bra för att indikera din hastighet över marken.
  • Din fråga om mätning av landning: förvänta dig flera sekunder om du är nyfiken på hastigheten vid touchdown.
  • En annan fråga kan hantera airspeed , som din telefons GPS inte kan hjälpa dig med. GPS kombineras ofta med ett luftdatasystem för en mer komplett navigationslösning som kan innefatta angiven lufthastighet, sann lufthastighet, vindhastighet, densitet och tryckhöjder och andra parametrar som används i flygkontroll och prestationsberäkningar.
svaret ges 09.01.2019 22:39
0

Scott Kinder, en 737 pilot, svarade på Quora:

No way to give you a precise answer. Every aircraft lands at a different indicated speed based on flaps setting, their weight, and what the pressure altitude of the airport is. Also throw in wind corrections we make to the final approach speeds.

So say a normal 30 flap landing, with calm winds. My approach speed may be 150 knots (173 mph). At sea level, indicated airspeed is close to true airspeed, that means when I touch down it’s around 173 mph. Now throw me up to Denver International. At that altitude, my 150 knots approach speed is actually a TAS of 166 knots, so now I’m touching down around 190 mph.

173 mph = 278 kph 190 mph = 305 kph

S0 420 kph verkar på högsidan (260mph)

Tablets hastighet är tveksamt. Kollar du för att se hur många GPS-satelliter den mottog då? Den externa GPS-antennen på planet skulle se ~ 10 när nära marken (min på vingen i mitt lilla plan ser 9-10 mestadels).

    
svaret ges 09.01.2019 14:18