Широкозонная система функционального дополнения

Широкозонная система функционального дополнения (WAAS) —  это аэронавигационное средство, разработанное Федеральным авиационным управлением для усиления глобальной системы позиционирования (GPS) с целью повышения ее точности, целостности и доступности. По существу, WAAS предназначена для того, чтобы позволить самолетам полагаться на GPS на всех этапах полета, включая точные подходы к любому аэропорту в пределах его зоны покрытия. Она может быть дополнительно усилена с помощью локальной системы увеличения площади (LAAS), также известной под предпочтительным термином ИКАО «наземная система увеличения площади» (GBAS) в критических районах.

WAAS использует сеть наземных опорных станций в Северной Америке и на Гавайях для измерения небольших вариаций сигналов спутников GPS в Западном полушарии. Измерения с опорных станций направляются на главные станции, которые ставят в очередь полученную коррекцию отклонения (DC) и своевременно (каждые 5 секунд или меньше) отправляют коррекционные сообщения на геостационарные спутники WAAS. Эти спутники передают коррекционные сообщения обратно на Землю, где GPS-приемники с поддержкой WAAS используют коррекцию при вычислении своих позиций для повышения точности.

Международная организация гражданской авиации (ИКАО) называет этот тип системы спутниковой системой усиления (SBAS). Европа и Азия разрабатывают свои собственные SBAS: 

• индийская GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN), 

• европейская геостационарная навигационная служба (EGNOS),

• японская многофункциональная спутниковая система усиления (MSAS). 

Есть и коммерческие системы: StarFire, OmniSTAR и Atlas.

Точность

Спецификация WAAS требует, чтобы она обеспечивала точность позиционирования 7,6 метра (25 футов) или меньше (как для боковых, так и для вертикальных измерений), по крайней мере в 95% случаев. Фактические измерения производительности системы в конкретных местах показали, что она обычно обеспечивает более 1,0 метра (3 фута 3 дюйма) в поперечном направлении и 1,5 метра (4 фута 11 дюймов) в вертикальном направлении на большей части прилегающих к Соединенным Штатам территориям и на больших частях Канады и Аляски. Согласно этим результатам WAAS достигла требуемой точности подхода до 16 метров (52 фута) в боковом направлении и 4,0 метров (13,1 фута) в вертикальном направлении.

Надежность

Надежность означает способность своевременно предупреждать, когда сигнал предоставляет вводящие в заблуждение данные, которые потенциально могут нести опасность. Спецификация WAAS требует, чтобы система обнаруживала ошибки в сети GPS или WAAS и уведомляла пользователей в течение 6,2 секунд. Подтверждение того, что WAAS безопасна для правил полета по приборам (IFR), требует доказательства того, что существует лишь крайне малая вероятность того, что ошибка, превышающая требования к точности, останется незамеченной. В частности, вероятность определяется как 1×10-7 и эквивалентна не более чем 3 секундам некорректных данных в год.

Доступ

Доступ —  это вероятность того, что навигационная система соответствует требованиям точности и целостности. До появления WAAS технические характеристики GPS допускали отсутствие доступа к системе в течение четырех дней в году (99% доступности). Спецификация WAAS предусматривает доступ на уровне 99,999% по всей зоне обслуживания, что эквивалентно времени простоя чуть более 5 минут в год.

WAAS состоит из 3 основных элементов: наземного, космического и пользовательского.

Наземный сегмент

Наземный сегмент состоит из нескольких широкополосных опорных станций (WRS). Эти наземные станции отслеживают и собирают информацию о сигналах GPS, а затем отправляют свои данные на три широкополосные главные станции (WMS), используя наземную сеть связи. Опорные станции также отслеживают сигналы с геостационарных спутников WAAS, обеспечивая достоверную информацию о них. По состоянию на октябрь 2007 года их насчитывалось 38: двадцать в сопредельных Соединенных Штатах (конус), семь на Аляске, один на Гавайях, один в Пуэрто-Рико, пять в Мексике и четыре в Канаде.

Используя данные с WRS, WMS генерируют два различных набора исправлений: быстрые и медленные. Быстрые поправки предназначены для ошибок, которые быстро меняются и в первую очередь касаются мгновенных положений спутников GPS и ошибок часов. Эти поправки считаются независимыми от положения пользователя, что означает, что они могут быть переданы любым приемникам внутри WAAS. Медленные поправки включают в себя долгосрочные оценки эфемерных и тактовых ошибок, а также информацию об ионосферной задержке. WAAS предоставляет поправки на задержку для ряда точек (организованных в виде сетки) по всей области обслуживания WAAS.

Как только эти корректирующие сообщения генерируются, WMS отправляет их на две пары наземных станций восходящей линии связи (GUS), которые затем передают на спутники в космическом сегменте для ретрансляции в сегмент пользователя.

Космический сегмент

Космический сегмент состоит из нескольких спутников связи, которые транслируют корректирующие сообщения, генерируемые главными станциями WAAS для приема пользовательским сегментом. Эти спутники также передают информацию о дальности действия того же типа, что и обычные спутники GPS, эффективно увеличивая число спутников, доступных для фиксации местоположения.

Пользовательский сегмент

Пользовательский сегмент —  приемник GPS и WAAS, который использует информацию, передаваемую с каждого спутника GPS для определения его местоположения и текущего времени, получает поправки WAAS от космического сегмента. Два типа полученных корректирующих сообщений (быстрое и медленное) используются по-разному.

GPS-приемник может сразу же применить быстрый тип коррекционных данных, который включает в себя скорректированное положение спутника и данные часов, а также определяет его текущее местоположение с помощью обычных вычислений GPS. После получения приблизительной фиксации положения, приемник начинает использовать медленные поправки для повышения своей точности. Среди медленных коррекционных данных —  ионосферная задержка. Когда сигнал GPS передается от спутника к приемнику, он проходит через ионосферу. Приемник вычисляет место, где сигнал пробил ионосферу, и, если он получил значение задержки ионосферы для этого места, исправляет ошибку, созданную ионосферой.

В то время как медленные данные могут обновляться каждую минуту, если это необходимо, ошибки эфемериды и ошибки ионосферы не меняются так часто, поэтому они обновляются только каждые две минуты и считаются действительными в течение шести минут.