Wide Area Augmentation System

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Логотип WAAS

WAAS (англ. wide area augmentation system) — система распространения поправок к данным, передаваемым навигационной системой GPS. Разработана американской организацией FAA (англ. Federal Aviation Administration); первым подрядчиком была компания Raytheon. Действует на территории Северной Америки. Дополняет GPS, повышая точность определения координат. Создавалась в первую очередь для определения положения воздушного судна во время посадки.

Международная организация гражданской авиации (англ. ICAO) именует системы подобного типа аббревиатурой SBAS от англ. satellite based augmentation system. В Европе и Азии созданы и функционируют системы, построенные по тем же принципам, что и WAAS.

Сеть наземных станций измеряет сигналы GPS и передаёт центральным станциям. Центральные станции вычисляют поправки и передают спутникам. Спутники ретранслируют поправки обратно на Землю. GPS-приёмники, поддерживающие WAAS, получают поправки и корректируют координаты, полученные от GPS.

Состав[править | править код]

Состав WAAS:
  • WRS — станции, получающие сигналы GPS;
  • WMS — станции, вычисляющие поправки;
  • GUS — станции, передающие поправки спутникам;
  • спутники GPS и WAAS;
  • спутники GPS;
  • самолёты с приёмниками GPS и WAAS

Назначение[править | править код]

Система WAAS создана для достижения возможности использования GPS на всех стадиях полёта воздушного судна, включая точный выход к взлётно-посадочной полосе (ВПП).

Зона покрытия[править | править код]

Зона покрытия WAAS. Тёмно красным цветом окрашены территории с лучшим уровнем сигнала. Границы зоны покрытия постоянно меняются из-за геометрии[уточнить] спутников и влияния ионосферы

Точность[править | править код]

В спецификации WAAS[1] сказано, что в 95 % случаев погрешность не должна превышать 7,6 м (25 футов) по горизонтали и столько же по вертикали. Реально же[2] на большей части территории США, Канады и Аляски система обеспечивает погрешность не более 1 м по горизонтали и не более 1,5 м по вертикали. Такая точность сопоставима с точностью курсо-глиссадной системы (англ. ILS) 1-й категории (погрешность ILS 1-й категории должна быть не более 16 м по горизонтали и 4 м по вертикали)[3].

Целостность[править | править код]

Согласно спецификации WAAS[1] навигационное устройство должно обнаруживать ошибки и сообщать о получении неправильных данных от GPS и/или WAAS в течение 6,2 с. Вероятность того, что ошибка в определении координат превысит критическое значение и останется незамеченной, составляет 1 × 10−7; это эквивалентно получению неправильных координат в течение времени, не превышающем 3 секунд в году.

Приёмники GPS и WAAS устанавливаются в самолётах и позволяют осуществлять полёты вслепую (по приборам) без нарушения действующих правил.

Целостность (вероятность получения координат без ошибок) GPS и WAAS больше или равна целостности системы RAIM (англ. receiver autonomous integrity monitoring)[4].

Доступность[править | править код]

Доступность — вероятность удовлетворения требований и по точности, и целостности. Спецификация WAAS[1] требует, чтобы доступность в зоне обслуживания составляла 99,999 %; это эквивалентно недоступности на время не более 5 минут в год[1][4].

Состав системы[править | править код]

Система состоит из следующих сегментов:

  • наземный;
  • космический;
  • пользовательский.

Наземный сегмент WAAS[править | править код]

Состав:

  • станции WRS — станции, собирающие данные GPS и WAAS; WRS от англ. wide-area reference stations;
  • станции WMS — станции, обрабатывающие данные; WMS от англ. wide-area master stations;
  • станции GUS — станции, отправляющие данные спутникам; GUS от англ. ground uplink stations.

Станции WRS расположены на всей территории северной америки. По данным[5][6] на октябрь 2007 года насчитывалось 38 станций:

Станции WRS стараются размещать вблизи аэропортов, оборудуют аппаратурой GPS, поддерживающей WAAS, и специальным программным обеспечением (ПО). Спец. ПО выполняет следующее:

  • принимает и анализирует сигналы GPS;
  • вычисляет:
    • погрешности в определении координат, возникающие под влиянием ионосферы;
    • отклонения траекторий спутников;
    • отклонения атомных часов, расположенных на спутниках;
  • принимает сигналы WAAS и ищет в них ошибки;
  • передаёт вычисленные данные на станции WMS. Данные передаются по наземной сети.
Станция WRS в городе Барроу (Аляска)

На станцях WMS:

  • данные, полученные со всех станций WRS, анализируются повторно;
  • вычисляются два вида поправок:
    • поправки, общие для всех пользователей WAAS (англ. fast corrections). Такие поправки меняются часто и зависят от координат спутников и отклонений их атомных часов;
    • поправки, зависимые от координат пользователя (местоположения приёмника) (англ. slow corrections). В число таких поправок входят:
      • эфемериды;
      • оценки ошибок атомных часов спутников;
      • время задержек электромагнитных волн при прохождении ионосферы. Зона покрытия разделена на участки. Задержки вычисляются для граничных точек участков;
  • поправки передаются на станции GUS.

Станции GUS передают поправки на спутники.

Спутники рассылают поправки приёмникам GPS и WAAS (пользователям)[7].

Космический сегмент WAAS[править | править код]

В состав космического сегмента входят три спутника, расположенные на геосинхронных орбитах.

Действующие спутники WAAS
Название спутника PRN NMEA Орбита
«Inmarsat 4-F3» 133 46 98°W
«Galaxy 15» 135 48 133°W
«Anik F1R» 138 51 107.3°W

PRN — уникальное для каждого спутника число, от англ. pseudo-random noise.

NMEA — номер спутника. Рассылается некоторыми спутниками вместе с информацией о спутниках. Вычисляется по формуле NMEA = PRN - 87.

Спутники принимают данные от станций GUS и ретранслируют их по зоне своей видимости. Кроме данных WAAS, спутники рассылают данные GPS. В зону видимости входят вся территория США и её окрестности (см. зона покрытия выше).

Сигнал WAAS передаётся на той же частоте, что и сигнал C/A L1 системы GPS, даже кодируется также. Это сделано намеренно для облегчения создания приёмников, поддерживающих GPS и WAAS.

Пользовательский сегмент WAAS[править | править код]

В пользовательский сегмент входят приёмники сигналов GPS и WAAS. Приёмники:

  • получают сигналы GPS;
  • получают сигналы WAAS;
  • определяют собственные координаты с учётом двух видов поправок:
    • сначала применяются поправки «для всех» (англ. fast corrections) (отклонения в координатах спутников, отклонения во времени с атомных часов спутников);
    • координаты пересчитываются;
    • по координатам выбираются поправки, зависимые от местоположения (англ. slow corrections) (например, время, затраченное сигналом на преодоление пути от спутника до приёмника через ионосферу в определённой точке Земли);
    • координаты снова пересчитываются, и результат получается более точным.

Поправки, зависимые от местоположения, обновляются с разной частотой. Эфемериды и задержки сигнала в ионосфере обновляются каждые 2 минуты и считаются верными в течение 6 минут после получения[8].

История создания[править | править код]

Система начала стабильную работу в 2002 году, запущена официально в 2004.

Преимущества[править | править код]

Предоставляет бесплатную, полную и точную информацию о текущем состоянии системы GPS. Позволяет существенно улучшить качество рассчитываемой приёмником позиции (примерно в два раза). Гарантирует точный выход и посадку воздушного судна на любой аэродром в зоне действия (независимо от технической оснащенности самого аэродрома) 24 часа в сутки. Делает более надёжным гражданское судоходство, автонавигацию и вообще гражданскую навигацию.

Аналоги[править | править код]

Полностью аналогичные WAAS системы функционируют в других районах Земли:

  • в ЕвропеEuropean geostationary navigation overlay service (EGNOS);
  • в ЯпонииJapanese multi-functional satellite augmentation system (MSAS);
  • в Индии — GPS aided geo augmented navigation (GAGAN).

Похожими возможностями обладают все системы, построенные по тем же принципам, что и DGPS. В литературе такие системы называют WADGPS (англ. wide area differential GPS). Стоит отметить, что зона покрытия систем «OmniStar» и «StarFire», тоже использующих спутники для передачи сигналов коррекции на Землю, существенно больше зоны покрытия WAAS.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 FAA-E-2892b от 13 августа 2001 года — спецификация системы WAAS на сайте «FAA».
  2. Отсчёт по результатам тестирования WAAS советом по безопасности NSTB от июля 2006 года.
  3. Сообщение о достижениях в разработке WAAS от 24 марта 2006 года на официальном сайте «FAA».
  4. 1 2 Комитет белого дома США по транспорту; подразделение, ответственное за авиацию. Статья «Hearing on cost overruns & delays in the FAA's wide area augmentation system (WAAS) & related radio spectrum issues» от 29 июня 2000 года.
  5. Организация «FAA» (англ. federal aviation administration) сообщает о расширении системы WAAS до территорий Мексики и Канады
  6. Презентация FFA «О состоянии WAAS и LAAS» для 47-й встречи коммитета «Civil global positioning system service interface committee» от 25 сентября 2007 года
  7. FAA, National airspace system architecture, Ground uplink stations
  8. DGPS на приёмниках фирмы «Garmin». Проверено 13 апреля 2007.

Ссылки[править | править код]