A WAAS ( angolul wide area augmentation system ) a GPS -navigációs rendszer [1] által továbbított adatok korrekcióinak terjesztésére szolgáló rendszer . Az amerikai FAA szervezet ( eng. Federal Aviation Administration ) fejlesztette ki; az első vállalkozó a Raytheon volt . Észak-Amerikában működik . Más források szerint a rendszer eredeti fejlesztője (1995. augusztus 3-án kelt szerződés) Wilcox volt. Aztán az ütemezett munka elmaradása miatt a megrendelés Hughes-hez került (1996-ban). [2] A pozíció pontosságának javításával kiegészíti a GPS-t. Elsősorban a repülőgép leszállás közbeni helyzetének meghatározására jött létre.
A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet ( eng. ICAO ) az angol SBAS rövidítéssel hivatkozik az ilyen típusú rendszerekre . műhold alapú kiegészítő rendszer . Európában és Ázsiában a WAAS - hoz hasonló elvekre épülő rendszereket hoztak létre és működnek.
A földi állomások hálózata méri a GPS-jeleket, és továbbítja azokat a központi állomásoknak. A központi állomások kiszámítják a korrekciókat és továbbítják a műholdaknak . A műholdak visszaküldik a korrekciókat a Földre. A WAAS-t támogató GPS-vevők fogadják a korrekciókat és javítják a GPS-től kapott koordinátákat.
A WAAS-t az Egyesült Államok Közlekedési Minisztériuma (DOT) és a Szövetségi Légiközlekedési Hivatal (FAA) közösen fejlesztette ki a szövetségi rádiónavigációs program (DOT-VNTSC-RSPA-95-1/DOD-4650.5 (1994)) részeként. Célja, hogy az 1. kategóriájú műszeres leszállórendszer (ILS) teljesítményéhez hasonló teljesítményt nyújtson minden megfelelő tanúsított felszereléssel rendelkező repülőgép számára.
WAAS nélkül számos hibaforrás (ionoszférikus zavarok, óraeltolódás és műholdpálya-hibák) olyan hibákat hoz létre, amelyek túl nagyok ahhoz, hogy kielégítsék a repülőgép helyes megközelítésére vonatkozó követelményeket. A precíziós módszer magában foglalja a hajó magasságára vonatkozó információkat, a kifutópályától való távolságot és a magassági információkat a megközelítés és a kifutópálya minden pontján.
A WAAS megjelenése előtt az Egyesült Államok Nemzeti Légtérrendszere (NAS) nem volt képes oldalirányú és függőleges fel-/leszállási navigációt biztosítani minden repülőtéren. A hagyományos precíziós megközelítési rendszer az Instrument Landing System (ILS), amely egy sor rádióadót használ, amelyek mindegyike egyetlen jelet továbbít a repülőgépnek. A rádióvevők ezt az összetett tömbjét a kifutópálya mindkét végén, valamint a központi tengely mentén kell felszerelni, ami megnehezíti és nagyon költségessé teszi a megvalósítást. Az ILS rendszer 180 különböző adóantennából áll.
Az FAA és a NASA már egy ideje fejleszti a Microwave Landing System (MLS) rendszert. A teljes MLS-rendszer egy adott megközelítéshez a kifutópálya közelében elhelyezett egy vagy két dobozban volt elkülönítve. Az MLS számos gyakorlati előnyt is kínál, amelyek megkönnyítik a forgalom felhasználását a repülőgépek és a rádiókapcsolatok számára egyaránt. Sajnos az MLS minden repülőtéren és repülőgépen megköveteli a felszerelésének frissítését.
Az MLS fejlesztése során kezdtek megjelenni a változó minőségű fogyasztói GPS-vevők. A GPS számos előnnyel járt a pilótának azáltal, hogy a repülőgép összes nagy hatótávolságú navigációs rendszerét egyetlen könnyen használható, gyakran meglehetősen kicsi rendszerbe integrálta. A GPS-alapú légiközlekedési navigációs rendszer bevezetése nagyrészt új módszerek és szabványok kidolgozásának problémája volt, nem pedig új berendezések. Az FAA megkezdte a meglévő távolsági kommunikációs rendszerek (VOR-ok és NDB-k) leállítását a GPS javára. A leszállási megközelítések problémája azonban megmaradt. A GPS nem biztosítja az ILS-rendszerek helyettesítéséhez szükséges pontosságot. A tipikus pontosság 15 m körüli, míg az 1. kategóriás megközelítéshez is 4 m-es függőleges pontosság szükséges.
A GPS ezen pontatlansága főként az ionoszférában jelentkező késéseknek köszönhető, amelyek véletlenszerűen lelassítják a műholdak rádiójelét. A hullámok lassabban mozognak, és különböző technikákkal jellemezhetők a földről, vagy maguk a GPS-jelek vizsgálatával. Ha percenként továbbítja ezeket az információkat a GPS-vevőknek, ez a hibaforrás jelentősen csökkenthető. Ez vezetett a differenciális GPS koncepciójához, amely külön rádiórendszereket használt a korrekciós jelek vevőinek továbbítására. A repülőgép felszerelhető vevővel, amely egy GPS-eszközhöz lesz csatlakoztatva, és a jelet különböző frekvenciákon sugározzák a különböző felhasználók (autóknál FM rádió, hajóknál hosszúhullámú stb.). A szükséges teljesítményű átjátszók általában a nagyobb városok körül csoportosulnak, így az ilyen DGPS-rendszerek kevésbé használhatók a navigációhoz. Ezen túlmenően a legtöbb rádiójelet látótávolságban továbbítják, és a gömb alakú talaj vagy felszínformák torzíthatják, ami megnehezíti a DGPS pontos helymeghatározó rendszerként történő használatát.
A fenti tényezők mindegyikének mérlegelése után az FAA a műholdas kommunikáció mellett döntött. Mivel a GPS egység eleve műholdvevőből áll, könnyebb volt a korrekciós jeleket ugyanazon a frekvencián továbbítani, mint a GPS.
A rendszer 2002-ben kezdte meg a stabil működést, 2003. július 10-én aktiválták a WAAS jelet az általános repülés számára, lefedve az USA 95%-át és Alaszka egyes részeit, minimum 110 méteres pontossággal.
2004-ben a rendszer hivatalosan is elindult.
2008. január 17-én az alabamai székhelyű Hickok & Associates bevezette az első, nem FAA-tanúsítvánnyal rendelkező WAAS-t a helikopterleszálláshoz (szabályozási keret hiánya miatt). 2009. április 1-jén az FAA AFS-400 tanúsította az első három, WAAS GPS-szel felszerelt kifutópályát.
2009. december 30-án a seattle-i székhelyű Horizon Air megtette első menetrend szerinti járatát WAAS GPS segítségével.
A rendszer a következő szegmensekből áll:
Összetett:
Minden állomás a megfelelő adatátviteli és feldolgozó vonalakon keresztül hálózatba van kötve.
WRSNagy területű vezérlőállomások (ShKS vagy WRS - WAAS Reference Station) felügyelet, amelyeket a navigációs mező állapotának vezérlésére és figyelésére terveztek.
A WRS állomások az Egyesült Államok egész területén találhatók . A [3] [4] szerint 2007 októberében 38 állomás volt:
A WRS állomásokat a repülőterek közelében próbálják elhelyezni, WAAS-t támogató GPS-berendezéssel, speciális szoftverrel (szoftverrel) felszerelve. A speciális szoftver a következőket teszi:
Nagy területű mesterállomások (SHGS vagy WMS – WAAS Master Station), amelyeket az ShKS megfigyeléséből és megfigyeléséből származó adatok feldolgozására terveztek;
A WMS állomásokon:
Földi adatátviteli állomások (NSPD vagy GES – Földi Földi Állomás) az űrszegmenshez, amelyeknek kommunikálniuk kell az ShGS és a GKA között.
A GES állomások a korrekciókat továbbítják a műholdaknak.
A műholdak javításokat küldenek a GPS és WAAS vevőknek (felhasználóknak) [5] .
Az űrszegmens három műholdat foglal magában, amelyek geoszinkron pályán helyezkednek el .
| Műhold neve | PRN [6] | NMEA [7] | Pálya |
|---|---|---|---|
| "Inmarsat 4-F3" | 133 | 46 | 98° ny |
| Galaxy 15 | 135 | 48 | 133° ny |
| Anik F1R | 138 | 51 | 107,3° ny |
A műholdak adatokat fogadnak a GUS állomásoktól, és az L1 sávban 1575,42 MHz frekvencián továbbítják azokat a látókörükben. A WAAS-adatokon kívül a műholdak GPS-adatokat is küldenek: üzeneteket a GPS és GKA űrszondák sértetlenségéről, korrekciós vektorokat az efemerisz adatokhoz, időskálákat és ionoszférikus modellparamétereket. A láthatósági zóna magában foglalja az Egyesült Államok teljes területét és környékét.
A WAAS jel ugyanazon a frekvencián kerül továbbításra, mint a GPS rendszer C / A L1 jele, akár ugyanúgy kódolva is. Ezt úgy tervezték, hogy megkönnyítse a GPS-t és a WAAS-t támogató vevők építését.
A felhasználói szegmensbe GPS és WAAS jelvevők tartoznak. Vevők:
A helyfüggő korrekciók frissítése különböző ütemben történik. Az efemeridek és az ionoszférikus késleltetések 2 percenként frissülnek, és a kézhezvételtől számított 6 percig érvényesek [8] .
A WAAS rendszert úgy tervezték, hogy a repülőgép repülésének minden szakaszában lehetővé tegye a GPS használatát, beleértve a kifutópálya (kifutópálya) pontos megközelítését is.
A WAAS rendszer a következő funkciókat látja el:
A WAAS specifikáció [10] szerint az esetek 95%-ában a hiba nem haladhatja meg a 7,6 m-t (25 láb ) vízszintesen és ugyanennyit függőlegesen. A valóságban [11] az Egyesült Államok , Kanada és Alaszka nagy részében a rendszer vízszintesen legfeljebb 1 méteres, függőlegesen pedig legfeljebb 1,5 méteres hibát biztosít. Ez a pontosság összevethető az 1. kategóriás kurzus-siklópálya rendszer ( eng. ILS ) pontosságával (az 1. kategória ILS hibája vízszintesen legfeljebb 16 m, függőlegesen 4 m) [12] .
A WAAS specifikáció [10] szerint a navigációs készüléknek 6,2 másodpercen belül fel kell ismernie a hibákat, és jelentenie kell, ha hibás adatokat kapott a GPS-től és/vagy a WAAS-tól . Annak a valószínűsége, hogy a koordináták meghatározásakor a hiba meghaladja a kritikus értéket és észrevétlen marad, 10 −7 ; ez egyenértékű a helytelen koordináták fogadásával évente 3 másodpercnél nem hosszabb ideig.
A GPS és WAAS vevők repülőgépeken vannak beépítve, és lehetővé teszik a vak (műszeres) repülést a meglévő szabályok megsértése nélkül .
A GPS és a WAAS integritása (a koordináták hibamentes megszerzésének valószínűsége) nagyobb vagy egyenlő, mint a RAIM ( vevő autonóm integritásfigyelő ) rendszer integritása [13] .
Elérhetőség - a pontosság és az integritás követelményeinek való megfelelés valószínűsége. A WAAS specifikáció [10] 99,999%-os rendelkezésre állást ír elő a szolgáltatási területen; ez egyenértékű azzal, hogy évente legfeljebb 5 percig nem lesz elérhető [10] [13] .
Ingyenes, teljes és pontos információt ad a GPS rendszer aktuális állapotáról. Lehetővé teszi a vevő által kiszámított pozíció minőségének jelentős javítását (körülbelül kétszer). Garantálja a repülőgép pontos ki- és leszállását a lefedettségi területen lévő bármely repülőtéren (a repülőtér technikai felszereltségétől függetlenül) a nap 24 órájában. Megbízhatóbbá teszi a polgári navigációt, az automatikus navigációt és általában a polgári navigációt .
Teljesen hasonló WAAS rendszerek működnek a Föld más régióiban is:
A DGPS -sel azonos elvekre épülő összes rendszer hasonló képességekkel rendelkezik . A szakirodalomban az ilyen rendszereket WADGPS-nek ( nagy területű differenciál GPS ) hívják . Megjegyzendő, hogy az OmniStar és a StarFire rendszerek lefedettsége , amelyek műholdakat is használnak a korrekciós jelek Föld felé továbbítására, lényegesen nagyobb, mint a WAAS lefedettségi területe.
| Navigációs rendszerek | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Műhold |
| ||||||
| Talaj | |||||||
| Differenciálkorrekciós rendszerek | |||||||