WAAS ( engelsk wide area augmentation system ) er et system til formidling af rettelser til data transmitteret af GPS -navigationssystemet [1] . Udviklet af den amerikanske organisation FAA ( eng. Federal Aviation Administration ); den første entreprenør var Raytheon . Virker i Nordamerika . Ifølge andre kilder var den oprindelige udvikler af systemet (kontrakt dateret 3. august 1995) Wilcox. Derefter, på grund af efterslæbet af arbejde fra tidsplanen, blev ordren overført til Hughes (i 1996). [2] Komplementerer GPS ved at forbedre positionsnøjagtigheden. Den blev først og fremmest skabt for at bestemme flyets position under landing.
International Civil Aviation Organisation ( eng. ICAO ) henviser til systemer af denne type med forkortelsen SBAS fra engelsk. satellitbaseret forstærkningssystem . I Europa og Asien er systemer bygget efter de samme principper som WAAS blevet skabt og fungerer.
Et netværk af jordstationer måler GPS-signalerne og sender dem til centrale stationer. Centralstationerne beregner korrektionerne og sender dem til satellitterne . Satellitterne videresender korrektionerne tilbage til Jorden. GPS-modtagere , der understøtter WAAS, modtager rettelser og korrigerer koordinaterne modtaget fra GPS.
WAAS blev udviklet i fællesskab af US Department of Transportation (DOT) og Federal Aviation Administration (FAA) som en del af det føderale radionavigationsprogram (DOT-VNTSC-RSPA-95-1/DOD-4650.5 (1994)). Det var beregnet til at levere ydeevne, der kan sammenlignes med kategori 1 Instrument Landing System (ILS) for alle luftfartøjer med det relevante certificerede udstyr.
Uden WAAS skaber en række fejlkilder (ionosfæriske forstyrrelser, clockdrift og satellitbanefejl) fejl, der er for store til at opfylde kravet om en korrekt flyindflyvning. Præcisionsmetoden omfatter information om skibets højde, afstand fra landingsbanen og højdeinformation på alle punkter langs indflyvningen og landingsbanen.
Før fremkomsten af WAAS havde US National Airspace System (NAS) ikke evnen til at levere lateral og lodret start/landing navigation på alle flyvepladser. Det traditionelle præcisionsindflyvningssystem er Instrument Landing System (ILS), som bruger en række radiosendere, der hver sender et enkelt signal til flyet. Denne komplekse række af radiomodtagere skal installeres i hver ende af landingsbanen såvel som langs den centrale akse, hvilket gør implementeringen vanskelig og meget dyr. ILS-systemet består af 180 forskellige sendeantenner.
FAA og NASA har udviklet Microwave Landing System (MLS) i nogen tid. Hele MLS-systemet for en bestemt tilgang blev isoleret i en eller to kasser placeret nær landingsbanen. MLS tilbyder også en række praktiske fordele, der gør det nemmere at bruge trafikken til både fly og radioforbindelser. Desværre vil MLS kræve, at alle lufthavne og fly opgraderer deres udstyr.
Under udviklingen af MLS begyndte forbrugernes GPS-modtagere af varierende kvalitet at dukke op. GPS tilbød piloten et stort antal fordele ved at integrere alle flyets langdistancenavigationssystemer i ét letanvendeligt system, ofte ganske lille. Indsættelsen af et GPS-baseret luftfartsnavigationssystem har i høj grad været et problem med at udvikle nye metoder og standarder frem for nyt udstyr. FAA er begyndt at planlægge at lukke ned for eksisterende langdistancekommunikationssystemer (VOR'er og NDB'er) til fordel for GPS. Men problemet med landingstilgange forblev. GPS giver ikke den nødvendige nøjagtighed til at erstatte ILS-systemer. Typisk nøjagtighed er omkring 15 m, mens selv kategori 1-tilgangen kræver en lodret nøjagtighed på 4 m.
Denne unøjagtighed i GPS skyldes hovedsageligt forsinkelser i ionosfæren, som bremser radiosignalet fra satellitterne med en tilfældig mængde. Bølgerne bevæger sig langsommere og kan karakteriseres ved hjælp af forskellige teknikker fra jorden eller ved at undersøge selve GPS-signalerne. Ved at sende denne information til GPS-modtagerne hvert minut eller deromkring, kan denne fejlkilde reduceres betydeligt. Dette førte til konceptet med differentiel GPS, som brugte separate radiosystemer til at sende et korrektionssignal til modtagere. Flyet kan udstyres med en modtager, der vil blive tilsluttet en GPS-enhed, og signalet vil blive udsendt på forskellige frekvenser for forskellige brugere (FM-radio til biler, langbølge til skibe osv.). Repeatere af den nødvendige kraft har en tendens til at samle sig omkring større byer, hvilket gør sådanne DGPS-systemer mindre nyttige til navigation. Derudover transmitteres de fleste radiosignaler i sigtelinje og kan forvrænges af sfærisk jord eller landformer, hvilket gør det vanskeligt at bruge DGPS som et nøjagtigt positioneringssystem.
Efter at have overvejet alle de ovennævnte faktorer besluttede FAA sig for satellitkommunikation. Da GPS-enheden allerede består af en satellitmodtager, var det nemmere at sende korrektionssignaler på samme frekvenser som GPS'en.
Systemet begyndte stabil drift i 2002, den 10. juli 2003 blev WAAS-signalet til almen luftfart aktiveret, og dækkede 95 % af USA og dele af Alaska med en minimumsnøjagtighed på 110 m.
I 2004 blev systemet officielt lanceret.
Den 17. januar 2008 introducerede Alabama-baserede Hickok & Associates den første ikke-FAA-certificerede WAAS til helikopterlanding (på grund af manglen på en lovgivningsmæssig ramme). Den 1. april 2009 certificerede FAA AFS-400 de første tre landingsbaner udstyret med WAAS GPS.
Den 30. december 2009 foretog Seattle-baserede Horizon Air sin første ruteflyvning ved hjælp af WAAS GPS.
Systemet består af følgende segmenter:
Sammensætning:
Alle stationer er forbundet via de relevante datatransmissions- og behandlingslinjer.
WRSWide-area kontrolstationer (ShKS eller WRS - WAAS Reference Station) overvågning, designet til at kontrollere og overvåge navigationsfeltets tilstand.
WRS-stationer er placeret i hele USA . Ifølge [3] [4] var der i oktober 2007 38 stationer:
WRS-stationer forsøger at blive placeret i nærheden af lufthavne, udstyret med GPS-udstyr, der understøtter WAAS, og speciel software (software). Speciel software gør følgende:
Wide-area master stationer (SHGS eller WMS - WAAS Master Station), designet til at behandle data fra overvågning og observationer af ShKS;
På WMS-stationer:
Jorddatatransmissionsstationer (NSPD eller GES - Ground Earth Station) til rumsegmentet, som skal kommunikere mellem ShGS og GKA.
GES-stationer sender korrektioner til satellitter.
Satellitter sender rettelser til GPS- og WAAS-modtagere (brugere) [5] .
Rumsegmentet omfatter tre satellitter placeret i geosynkrone baner .
| Satellitnavn | PRN [6] | NMEA [7] | Kredsløb |
|---|---|---|---|
| "Inmarsat 4-F3" | 133 | 46 | 98°V |
| Galaxy 15 | 135 | 48 | 133°V |
| Anik F1R | 138 | 51 | 107,3°V |
Satellitter modtager data fra GUS-stationer og genudsender dem i L1-båndet med en frekvens på 1575,42 MHz i deres synlighedsområde. Ud over WAAS-data udsender satellitter GPS-data: meddelelser om integriteten af GPS- og GKA-rumfartøjet, korrektionsvektorer for efemerisdata, tidsskalaer og ionosfæriske modelparametre. Synlighedszonen omfatter hele USA's territorium og dets omegn.
WAAS-signalet transmitteres på samme frekvens som C / A L1-signalet fra GPS-systemet, endda kodet på samme måde. Dette er designet for at gøre det nemmere at bygge modtagere, der understøtter GPS og WAAS.
Brugersegmentet omfatter GPS- og WAAS-signalmodtagere. Modtagere:
Placeringsafhængige rettelser opdateres med forskellige hastigheder. Ephemerider og ionosfæriske forsinkelser opdateres hvert 2. minut og anses for gyldige i 6 minutter efter modtagelsen [8] .
WAAS-systemet er designet til at opnå evnen til at bruge GPS på alle stadier af et flys flyvning, inklusive nøjagtig tilgang til landingsbanen (landingsbanen).
WAAS-systemet udfører følgende funktioner:
WAAS-specifikationen [10] siger, at fejlen i 95 % af tilfældene ikke bør overstige 7,6 m (25 ft ) horisontalt og den samme mængde lodret. I virkeligheden [11] i det meste af USA , Canada og Alaska , giver systemet en fejl på højst 1 m vandret og ikke mere end 1,5 m lodret. En sådan nøjagtighed kan sammenlignes med nøjagtigheden af kurs-glidebanesystemet ( eng. ILS ) i 1. kategori (ILS-fejlen i 1. kategori bør ikke være mere end 16 m vandret og 4 m lodret) [12] .
I henhold til WAAS-specifikationen [10] skal navigationsenheden opdage fejl og rapportere modtagelse af forkerte data fra GPS og/eller WAAS inden for 6,2 s . Sandsynligheden for, at fejlen ved bestemmelse af koordinaterne vil overstige den kritiske værdi og forblive ubemærket, er 10 −7 ; dette svarer til at modtage forkerte koordinater i en periode på højst 3 sekunder om året.
GPS- og WAAS-modtagere er installeret i fly og tillader blinde (instrument)flyvninger uden at overtræde eksisterende regler .
Integriteten (sandsynligheden for at opnå koordinater uden fejl) af GPS og WAAS er større end eller lig med integriteten af RAIM -systemet ( receiver autonom integrity monitoring ) [13] .
Tilgængelighed - sandsynligheden for at opfylde kravene til både nøjagtighed og integritet. WAAS-specifikationen [10] kræver 99,999 % tilgængelighed i serviceområdet; dette svarer til at være utilgængelig i højst 5 minutter om året [10] [13] .
Giver gratis, fuldstændig og nøjagtig information om GPS-systemets aktuelle status. Giver dig mulighed for betydeligt at forbedre kvaliteten af den position, der beregnes af modtageren (ca. to gange). Garanterer nøjagtig udgang og landing af et fly på enhver flyveplads i dækningsområdet (uanset selve flyvepladsens tekniske udstyr) 24 timer i døgnet. Gør civil navigation, auto-navigation og civil navigation generelt mere pålidelige .
Fuldstændig lignende WAAS-systemer fungerer i andre områder af jorden:
Alle systemer bygget efter de samme principper som DGPS har lignende muligheder . I litteraturen kaldes sådanne systemer WADGPS ( wide area differential GPS ) . Det skal bemærkes, at dækningsområdet for OmniStar- og StarFire-systemerne , som også bruger satellitter til at sende korrektionssignaler til Jorden, er betydeligt større end WAAS-dækningsområdet.
| Navigationssystemer _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satellit |
| ||||||
| Jord | |||||||
| Differentielle korrektionssystemer | |||||||