A navegação do sistema de posicionamento global (GPS) é o tipo de navegação que mais cresce na aviação. Isso é realizado através do uso de satélites NAVSTAR colocados e mantidos em órbita ao redor da Terra pelo governo dos EUA. As transmissões codificadas contínuas dos satélites facilitam a localização da posição de uma aeronave equipada com um receptor GPS com extrema precisão. O GPS pode ser utilizado sozinho para navegação em rota ou pode ser integrado a outros sistemas de navegação, como VOR/RNAV, referência inercial ou sistemas de gerenciamento de voo.
Existem três segmentos de GPS: o segmento espacial, o segmento de controle e o segmento de usuário. Os técnicos de aeronaves estão envolvidos apenas com equipamentos de segmento de usuário, como receptores de GPS, monitores e antenas.
Vinte e quatro satélites (21 ativos, 3 sobressalentes) em seis planícies separadas de órbita 12.625 milhas acima do planeta compõem o que é conhecido como o segmento espacial do sistema GPS. Os satélites estão posicionados de tal forma que em qualquer lugar da Terra, a qualquer momento, pelo menos quatro estarão a um mínimo de 15° acima do horizonte. Normalmente, entre 5 e 8 satélites estão à vista.
Dois sinais carregados com informações codificadas digitalmente são transmitidos de cada satélite. A transmissão do canal L1 em uma frequência portadora de 1575,42 MHz é usada na aviação civil. A identificação do satélite, a posição e a hora são transmitidas ao receptor GPS da aeronave neste sinal modulado digitalmente, juntamente com o status e outras informações. Uma transmissão de canal L2 de 1227,60 MHz é usada pelos militares.
A quantidade de tempo que leva para os sinais chegarem ao receptor GPS da aeronave dos satélites de transmissão é combinada com a localização exata de cada satélite para calcular a posição de uma aeronave. O segmento de controle do GPS monitora cada satélite para garantir que sua localização e hora sejam precisas. Este controle é realizado com cinco estações de recepção terrestres, uma estação de controle mestre e três antenas de transmissão. As estações receptoras encaminham informações de status recebidas dos satélites para a estação de controle mestre. Os cálculos são feitos e as instruções corretivas são enviadas aos satélites através dos transmissores.
O segmento de usuário do GPS é composto pelos milhares de receptores instalados nas aeronaves, bem como por todos os outros receptores que utilizam as transmissões do GPS. Especificamente, para o técnico de aeronaves, a seção do usuário consiste em um painel de controle/display, os circuitos do receptor GPS e uma antena. O controle, o visor e o receptor geralmente estão localizados em uma única unidade que também pode incluir circuitos VOR/ILS e um transceptor de comunicações VHF. A inteligência do GPS é integrada aos displays multifuncionais das aeronaves glass cockpit.
O receptor GPS mede o tempo que leva para um sinal chegar de três satélites transmissores. Como as ondas de rádio viajam a 186.000 milhas por segundo, a distância de cada satélite pode ser calculada. A interseção dessas faixas fornece uma posição bidimensional da aeronave. É expresso em coordenadas de latitude/longitude. Ao incorporar a distância a um quarto satélite, a altitude acima da superfície da Terra também pode ser calculada. Isso resulta em uma correção tridimensional. Entradas de satélite adicionais refinam a precisão da posição.
Tendo decifrado a posição da aeronave, a unidade GPS processa muitas saídas de navegação úteis, como velocidade, direção, rumo a um ponto de passagem, distância percorrida, hora de chegada e muito mais. Estes podem ser selecionados para serem exibidos para uso. Waypoints podem ser inseridos e armazenados na memória da unidade. Características do terreno, dados do aeroporto, VOR/RNAV e informações de aproximação, frequências de comunicação e muito mais também podem ser carregados em uma unidade GPS. A maioria das unidades modernas vem com capacidade de exibição de mapas em movimento.
Um dos principais benefícios do uso do GPS é a imunidade à interrupção do serviço devido ao clima. Erros são introduzidos enquanto as ondas portadoras viajam pela ionosfera; no entanto, estes são corrigidos e reduzidos ao mínimo. O GPS também é relativamente barato. Receptores GPS para navegação IFR em aeronaves devem ser construídos para TSO-129A. Isso aumenta o preço das unidades portáteis usadas para caminhadas ou em automóveis. Mas o custo total do GPS é baixo devido à sua pequena infraestrutura. A maior parte da precisão inerente é construída no espaço e nos segmentos de controle, permitindo um posicionamento confiável com equipamentos de baixo custo.
A precisão do GPS atual é de 20 metros na horizontal e um pouco mais na vertical. Isso é suficiente para navegação em rota com maior precisão do que o necessário. No entanto, as partidas e aproximações requerem uma precisão mais rigorosa. A integração do sistema de aumento de área ampla (WAAS) melhora a precisão do GPS para 7,6 metros e é discutida abaixo. O futuro do GPS exige precisão adicional, adicionando duas novas transmissões de cada satélite. Um canal L2C será para uso geral em aplicações não críticas de segurança. Um canal L5 dedicado à aviação fornecerá a precisão necessária para pousos de categoria I, II e III. Ele habilitará o plano NEXTGEN NAS junto com o ADS-B. Os primeiros satélites NAVSTAR de substituição com capacidade L2C e L5 já foram lançados. A implementação completa está prevista para 2015.
