【原】你在什么高度,？GPS 高度和氣壓高度的區(qū)別

天上精靈兔 2021-07-23

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問題：在空客《空速指示不可靠》非正常程序中（A320QRH2.15 / A330QRH2.22），完成記憶項目后,，都有：

-GPS 高度 .......................................................顯示在 MCDU 上

類似的,，波音 787 在出現(xiàn)空速指示不可靠后，如果

機長的大氣數(shù)據(jù)/姿態(tài)源選擇器......備用位

則高度指示會變成 GPS 高度

波音 737NG 也有 GPS 設備,，但并沒有類似功能

那么這里的 GPS 高度究竟是什么高度,？它對我們飛行時的參考有什么意義呢？

本文討論飛行時常用的氣壓高度和 GPS 高度的區(qū)別

氣壓高度

首先,，我們先來回顧一下,，我們飛行時最常使用的氣壓高度。

氣壓高度的基準,，通常有QFE,，QNH，QNE三種,，對應的是

QFE：場面氣壓（相對某地點的氣壓基準）
QNH：修正海平面氣壓（相對一個平均海平面基準）
QNE：標準大氣壓（相對于1013.25hpa）,。

基本原理都還是一致的，三者的區(qū)別在于基準不同,。

氣壓高度的定義是基于標準大氣（ISA）,，該大氣模型假定隨著高度增加，大氣壓力以一個標準的速率遞減,。

標準大氣ISA的氣壓與高度對應圖表：

因此氣壓高度表實際上就是測量當時的大氣壓力,，然后根據(jù)該大氣壓力換算為標準大氣所對應的高度，顯示為氣壓高度,。當大氣中的溫度或濕度改變時,，大氣壓力也會改變——氣壓高度也會因此而改變。因此,，氣壓式高度表并不是用來指示“高度”的,，它只是用來測量大氣壓力的，它的名稱“氣壓式高度表”正是說明這點,。它所指示的高度稱為氣壓高度（pressure altitude）,，和基于距離測量的真實高度是不一樣的。

ICAO定義了如下公式用于高度測量：

所有航空器使用的高度表都必須滿足該測量標準,。因此當我們說兩架飛機高度一樣,，其實指的是兩架飛機處在相同大氣壓力的空氣中,，而并非其相對地面或地心的相對位置一致。雖然說當你離海平面越來越遠時,，高度會變得越來越不精確,，因為不可能存在一個“標準大氣”，但如果我們都同意使用這一假設,，我們?nèi)阅軌蚝推渌w行器保持足夠的垂直間隔,。也因為這個原因，僅有符合特定規(guī)范的氣壓式高度表,，才能符合RVSM運行,。

但是在某種情況——比如在非精密進近中，當氣溫低于某特定值后,，進近程序需要進行低溫修正,，因為越障高度——暨飛機距離地面的空間距離會不足。

GPS 高度

GPS系統(tǒng)由美國軍方發(fā)展的衛(wèi)星定位系統(tǒng),，它由至少24顆同步軌道衛(wèi)星組成,，70年代開始研究，1995年正式啟用,。對于任何三維定位,，需要至少接受到4顆衛(wèi)星的信號。三維定位,，其實可以對應很多種坐標系,，而通常使用的，則絕大多數(shù)是基于WGS-84坐標系（World Geodetic System established in 1984）,。

WGS84坐標系定義地球為一個橢圓體，而任意一個點——無論是地面上的點或者是空中的飛機,，都可以用【經(jīng)度,，緯度，高度】來定義,。其中高度是指該點到基準球面之間的距離,。這個就是GPS高度。

而這個坐標系的基準——橢圓球體,，和平均海平面（或是大地水準面）非常近似,，

但在球體的不同部分，仍會存在±100米的誤差,。

GPS高度和氣壓高度的對比

當飛機使用氣壓式高度表時,，它受當天天氣的影響會非常大。因為氣壓式高度表的指示基于標準大氣——當高度增加時,，氣壓以一個標準的速率遞減——這個實際上并不存在,。當海平面溫度不是15°C時,，遞減率肯定不是標準的，大氣中存在的暖冷氣團也會讓氣溫的遞減率不會標準,。而溫度對氣壓的影響是明顯的,，此外還有濕度等其他因素的影響。

圖表說明：

第一天,，當海平面氣壓是1013且溫度是15°C時,，QNH=QFE，FL100等于10,000 ft AMSL,，GPS的高度指示也是10,000 ft,，所有人都滿意！

第二天,，海平面氣壓升至1030,，但溫度還保持在15°C，黃色的高度表設定為1030時,，在FL100會指示10,454 ft,，比綠色的高度表（設定為1013）高454 ft，而GPS高度表,，則指示10,420 ft,，和黃色的高度表非常接近；在GPS高度顯示為10,000 ft的高度,，綠色的高度表指示為9,577 ft,，而黃色的高度表指示為10,031 ft。

第三天,，海平面氣壓為1030同時溫度也升至40°C,，黃色和綠色高度表之間的差異和第二天一樣，因為它們是溫度補償?shù)?，?/span>GPS高度在FL100時顯示為 11,325 ft,，比黃色高度表還高了871 ft（8%）；而在GPS高度10,000 ft,，綠色高度表指示為8766,，而黃色高度表指示為9230。

圖例表明,，海平面氣壓的改變,，對GPS高度和基于QNH的氣壓高度之間的差異并不是很大，但溫度的改變則有明顯的影響,，當溫度偏離15°C時,，每升高/降低一度，兩個高度表之間的差異會增加0.347%。

3次測試飛行表明,，實際的差異比理論的差異還要稍大一點,。可能的原因是大氣的不穩(wěn)定和其他誤差,，包括儀表誤差,，指示誤差，急速爬升,、下降時的計算延遲等等,。

結論：

GPS高度和氣壓高度是兩個完全不同的高度體系。

氣壓高度是基于標準大氣,，和平均海平面（或1013）,；

GPS高度則是基于一個假象的橢圓球體，和根據(jù)衛(wèi)星定位后進行的坐標轉換,。

兩者之間根據(jù)飛行時的大氣環(huán)境的不同,，存在近似的線性差異。這種差異很難滿足飛行安全的間隔,。當然GPS高度的基準——橢圓球體是大地水準面的一個近似,，但仍存在大約±100米的誤差（平均海平面是一個觀測值，和大地水準面誤差在±2米左右）,。

當前航空業(yè)采用的高度基準是氣壓高度,，從空域、儀表進離場程序的設計,、到空中交通指揮等等全部基于氣壓高度,，因此GPS高度的參考，也就僅限于參考的意義,。根據(jù)大氣環(huán)境的不同,，GPS高度的指示可能與氣壓高度的差異會有10%的差異（和基于1013的差異則可能更大）。因此使用GPS高度基準會和使用氣壓高度的飛機產(chǎn)生嚴重沖突,。

但在接近海平面附近,，雖然差異的百分比可能不變甚至增加，但GPS高度和QNH基準的氣壓高度的絕對值差異將會變小,，當然還要另外考慮±100米的基準誤差。因此當氣壓式高度表失效時,，參考GPS高度來考慮安全越障還是可能的,。甚至隨著WAAS等GPS增強技術的發(fā)展，精確定位變成可能（誤差在1-10米之間）,，如果未來機載地形數(shù)據(jù)庫也基于WGS-84坐標進行更新,，則越障可以比基于氣壓式高度表的系統(tǒng)更安全（因為不會受溫度的影響）。