O GPS do smartphone é suficientemente preciso para calcular a velocidade do avião? [fechadas]

Tudo se resume à metodologia usada no receptor e processador GPS. Da perspectiva da navegação geral, o GPS pode fornecer vetores de velocidade extremamente precisos. Vou poupar os detalhes do porquê. Mas, por exemplo, pode geralmente ser uma ordem de grandeza mais precisa do que o radar ou o uso de ajudas de terra comuns.

No entanto, se o receptor e o processador GPS forem projetados para fornecer informações de posição sucessivas, o orçamento de erros aumentará. Os seguintes fatores entram em jogo:

Primeiro, a precisão da posição do GPS não é tão precisa quanto a informação de velocidade que poderia estar disponível, e esses erros são combinados com determinações de posição sucessivas que podem ser usadas pelo processador do telefone / tablet / dispositivo para determinar uma aproximação do vetor de velocidade.

Em segundo lugar, a determinação da informação de velocidade com processamento de posição sucessiva pode não utilizar metadados que seriam utilizados com um processador de navegação dedicado, que tem como objetivo a informação confiável de velocidade. Isso significa um aumento no orçamento de erros.

Em terceiro lugar, os dispositivos de navegação que utilizam GPS para aeronaves, munições e outras aplicações, tendem a realizar previsões contínuas quanto à velocidade esperada, posição etc., no futuro, para que as leituras instantâneas do dispositivo sejam uma combinação de predição. e dados históricos. Em um tablet ou smartphone, sem conhecer os atributos do (s) processador (es) GPS e nav, é provável que se esteja olhando dados históricos, sem o benefício de modelos preditivos. Isso também aumentou o orçamento de erros.

Assim, aplicando-se ao exemplo OP, é muito provável que uma leitura dentro da gaiola de Faraday de uma aeronave comercial, com visão limitada do céu, multipercurso e modelagem preditiva limitada, e integração limitada de leituras esporádicas, e sem o benefício de modelagem preditiva strong, pode-se obter leituras que estão substancialmente fora da realidade.

No entanto, se alguém estivesse usando um sistema GPS projetado para navegação, que explorasse a filtragem de Kalman em múltiplos estados para dados de velocidade e posição, então eu esperaria uma leitura muito precisa das informações de velocidade. No cenário do OP, tudo isso não existe.

Portanto, no cenário OP, não esperaria um alto nível de precisão e repetibilidade e, infelizmente, com a localização / antena / receptor / processador sendo usada, há pouco que pode ser feito para aumentar a precisão por meio de calibração.

Adendo: uma nota adicional. Não conheço as restrições atuais, mas a maioria das unidades GPS tem "restrições de velocidade", por meio das quais não fornecerão dados acima de certas velocidades (como velocidades de nível Mach), o que é feito para limitar sua aplicação a munições. Isso pode não ser um fator neste caso, mas é importante notar que todos os processadores GPS comerciais têm isso embutido, se forem de origem americana.

    

Essa velocidade de pouso soa bastante alta. Há uma velocidade máxima regulamentada de pouso para aeronaves do tipo avião, e se bem me lembro, normalmente não fica longe de 150 kt (240 ou mais km / h). Como é improvável que o avião em que você se encontrava estivesse realmente voando a uma velocidade maior que o dobro da normal na aterrissagem (e 180 km / h parecerão bastante rápidos com seus próprios sentidos), estou inclinado a acreditar que houve um erro em sua medição.

O GPS em um tablet, lendo de dentro do avião, está sujeito a vários fatores de erro. Primeiro, mesmo em boas condições de leitura, a posição do tablet geralmente é boa apenas (em minha experiência) em torno de 50 m; segundo, de dentro de uma fuselagem de metal, pode haver erros de comprimento de caminho, alterações de satélite e outros erros além da limitação de precisão do seu dispositivo.

Este nível de erro posicional pode resultar em um grande erro percentual na velocidade calculada.

O GPS instalado na aeronave possui um software melhor e pode fixar a localização com mais precisão, bem como verificações de posição mais regulares, que fornecem cálculos de velocidade mais precisos. Esses instrumentos fazem uma boa verificação contra o sistema pitot / static airspeed. Um smartphone ou tablet GPS, provavelmente nem tanto.

    

Medir a velocidade de uma aeronave com um GPS tem vários problemas, e sua adequação dependerá do que você está fazendo com essa informação.

Um GPS geralmente usa um algoritmo de estimativa e filtragem para calcular a posição, o tempo e a velocidade. Um subproduto menos conhecido desses algoritmos de filtragem são os intervalos de confiança para cada um dos parâmetros calculados. Geralmente, eles não são exibidos para os usuários, a menos que estejam olhando para uma tela de diagnóstico e, em seguida, nem sempre. Aqui estou falando sobre a confiança de variáveis de estado estimadas, como posição e velocidade.

Esses algoritmos de filtragem geralmente são "ajustados" a um modelo dinâmico para pesar de forma inteligente as medições históricas com as medições atuais. Um GPS ajustado para um navio oceânico pode contar com acelerações e altitudes muito pequenas perto do geóide. Já vi modelos que variam de estações sem movimento a aplicativos aerotransportados com até 4g de aceleração. Um smartphone é provavelmente ajustado para um modelo dinâmico de um automóvel, que pode ter dinâmicas < 1g. Uma conseqüência desse ajuste é um trade-off entre o ruído e a latência da saída. A latência também pode ser variável e pode estar vários segundos atrás do movimento real do receptor.

A Diluição da Precisão (DOP) é uma métrica útil, (distinta de um intervalo de confiança em uma variável de estado). Os DOPs vêm em vários sabores e são um produto da geometria dos satélites em relação ao receptor. Os DOPs são melhorados quando os ângulos entre os satélites são tão grandes quanto possível.

Algumas respostas mencionaram números de satélites. No seu caso, a visão do seu receptor era provavelmente limitada aos satélites que ele podia ver, e talvez uma janela vizinha, limitando os ângulos a um único lado da aeronave e provavelmente a menos de um quarto da esfera. Seu DOP é ruim nessa situação em comparação a ter céu aberto acima de você.

Uma coisa que você tem para você é que a velocidade do GPS é essencialmente derivada de soluções de posição sucessivas. Enquanto isso torna a informação inerentemente latente, ela tem a vantagem de não ser afetada por vieses de posição constante.

Suponho que terminarei minha resposta voltando à minha declaração inicial: O que você espera usar as informações sobre velocidade?

• Em voos de cruzeiro, a solução do seu telefone será muito boa para indicar sua velocidade em relação ao solo.
• Sua pergunta mencionou o pouso de medição: espere vários segundos de latência se você estiver curioso sobre a velocidade no toque.
• Outra questão pode lidar com velocidade aerodinâmica , para a qual o GPS do seu telefone não pode ajudá-lo. O GPS é frequentemente combinado com um sistema airdata para uma solução de navegação mais completa, que pode incluir velocidade indicada, velocidade real, velocidade do vento, altitudes de densidade e pressão e outros parâmetros usados no controle de aeronaves e cálculos de desempenho.

Scott Kinder, piloto do 737, respondeu no 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 km / h 190 mph = 305 kph

S0 420 kph parece no lado alto (260 mph)

A velocidade do tablet é questionável. Você viu quantos satélites GPS estava recebendo no momento? A antena GPS externa no avião veria ~ 10 quando perto do solo (a minha na asa do meu pequeno avião vê 9-10 na maioria das vezes).