Wide Area Augmentation System

תיאור כללי של WAAS

Wide Area Augmentation System (בעברית: מערכת אוגמנטציה בפריסה רחבה) ובקיצור WAAS היא מערכת עזר ניווט אווירי שפותחה על ידי רשות התעופה הפדרלית (FAA) על מנת לחזק את סיגנל ה־GPS בהיבטי הדיוק, השלמות הרציפות והזמינות. WAAS אמורה לאפשר לכלים אוויריים להשתמש בנתוני GPS במשך כל זמני הטיסה, זאת במטרה לעמוד בסטנדרטים של בטיחות טיסה.

WAAS משתמשת ברשת תחנות קרקע הנמצאת בצפון אמריקה ובהוואי, על מנת למדוד שינויים קטנים בסיגנלים של ה־GPS בהמיספרה המערבית. מדידות מתחנות הייחוס הללו מועברות לתחנות "מאסטר" שמתעדפות את תיקוני הסטיות הנקלטים ושולחות את הודעות התיקון ללווייני WAAS גיאוסטציונריים בתזמון מסוים. הלוויינים הללו שולחים את המידע חזרה לכדור הארץ. מקלטים בעלי חומרה/תוכנה מתאימה לקבלת הסיגנלים הללו (נקראים WAAS-enabled) משתמשים בתיקונים אלו תוך כדי חישוב המיקום שלהם על מנת לשפר את הדיוקים.

ארגון התעופה האזרחית הבינלאומי (ICAO) קורא לסוג זה של מערכת – מערכת אוגמנטציה מבוססת לוויינים – SBAS. גם אירופה ואסיה מפתחות את מערכות ה־SBAS שלהן:

• הודו: GAGAN – GPS Aided Geo Augmented Navigation
• אירופה: EGNOS- European Geostationary Navigation Overlay Service.
• יפן: MSAS-Multi-functional Satellite Augmentation System.

מערכות מסחריות נוספות כוללות את ה־StarFire ו־OmniSTAR.

מאפייני מערכת ה־WAAS

דיוק

תחנה של WAAS בבארו שבאלסקה

מפרט ה־WAAS דורש מהמערכת לספק מיקום דיוק של 7.6 מטרים לפחות 95% מהזמן.^{[דרוש מקור]} ביצועי אמת של המערכת במקומות ספציפיים הראו שהיא מראה דיוק רוחבי טוב מאשר מטר ודיוק אנכי טוב מאשר 1.5 מטרים בכל אזור הכיסוי של פנים ארצות הברית ובאזורים גדולים של קנדה ואלסקה. עם תוצאות אלו, יכולה WAAS להשיג את דרישות דיוק הניווט בקטגוריה 1 של "Precision approach" שהן דיוק רוחבי 16 מטרים ודיוק אנכי של 4 מטרים.

שלמות

שלמות של מערכת ניווט כוללת את היכולת לספק אזהרות מתוזמנות כאשר הסיגנל שהמערכת מספקת מכיל מידע מטעה שעלול ליצור סכנה למשתמש. מפרט ה־WAAS דורש שהמערכת תזהה שגיאות ברשת ה־GPS או ה־WAAS ותודיע למשתמש תוך 6.2 שניות. על מנת לוודא ש-WAAS בטוחה תחת כללי כלי טיסה (IFR, כלומר, טיסות בתוך עננים) נדרש להוכיח שיש רק הסתברות מזערית מאוד ששגיאה שלא עומדת בדרישות תעבור ללא גילוי. באופן פרטני יותר, ההסתברות מצוינת כ-$1\times 10^{-}7$ והיא שקולה ללא יותר משלוש שניות של מידע שגוי בשנה. דבר זה מספק מידע שלמות השקול ל-RAIM או טוב יותר ממנו.

זמינות

זמינות הינה ההסתברות שמערכת ניווט עומדת גם בדיוק וגם בשלמות. לפני הופעת ה־WAAS, מפרטי ה־GPS התירו למערכת להיות לא זמינה למשך זמן כולל של ארבעה ימים בשנה (זמינות של 99%). מפרט ה־WAAS דורש זמינות של 99.999% בכל אזור השירות של המערכת, שמשמעו 5 דקות בשנה.

אופן פעולה

כמו ב־GPS באופן כללי, מערכת ה־WAAS מורכבת משלושה מקטעים עיקריים: המקטע הקרקעי, המקטע החללי ומקטע המשתמש.

המקטע הקרקעי

המקטע הקרקעי מורכב מתחנות ייחוס בפריסה רחבה (WRS). תחנות קרקע אלו, שמדודות במדויק, מנטרות ואוספות מידע על אותות ה־GPS, ואז שולחות את המידע לשלוש תחנות ראשיות (מסטר) בפריסה רחבה (WMS) בשימוש רשת תקשורת קרקעית. תחנות הייחוס מנטרות גם את האותות המגיעים מלווייני ה־WAAS הגיאוסטציונרים ומספקות בכך שלמות מידע גם עבור אותות אלו. נכון לאוקטובר 2007, קיימות 38 תחנות WRS:^{[דרוש מקור]} עשרים מהן נמצאות בארצות הברית, שבע מהן נמצאות באלסקה, אחת בהוואי, אחת בפוארטו ריקו, חמש במקסיקו, וארבע נוספות בקנדה.

בשימוש המידע מתחנות ה־WRS, תחנות ה־WMS מייצרות שני סטים שונים של תיקונים: תיקון מהיר ותיקון אטי. התיקונים המהירים הם עבור שגיאות שמשתנות במהירות ולרוב נוגעות לשגיאות שעון או מיקום של לווייני ה־GPS. תיקונים אלו נחשבים לתיקונים בלתי תלויים במיקום, כלומר, הן יכולות להיות נגישות במידי על ידי כל מקלט בתחום השידור הנקלט. התיקונים האטיים כוללים הערכות שגיאת שעון ומידע Ephemeris ארוך תווך כמו גם מידע על השהייה יונוספרית. WAAS מספקת תיקוני השהיה למספר נקודות באזור השירות של ה־WAAS. בתת-פרק מקטע משתמש תהיה הרחבה על השימוש במידע הנ"ל.

אחת שהודעות התיקון הללו מיוצרות, תחנות ה־WMS שולחות אותם לזוג תחנות Uplink קרקעיות (GUS), וההודעות מועברות ללוויינים במקטע החללי לשידור מחדש למקטע המשתמש.

המקטע החללי

המקטע החללי כולל מספר רב של לווייני תקשורת שמשדרים את הודעות התיקון המיוצרות על ידי תחנות ה־WMS שבסופו של דבר מיועדות לקליטה במקטע המשתמש. הלוויינים משדרים בנוסף את אותו סוג מידע הטווח כמו לווייני GPS רגילים, דבר שמגדיל את מספר הלוויינים הזמינים לתיקון מיקום. המקטע החללי כולל שלוש תחנות מסחריות: Inmarsat-4 F3, Telesat's Anik F1R, ו־intelsat's Galaxy 15.

לווייני ה־WAAS המקוריים הנקראים POR, AOR-W, נשכרו בחלל כחלק מלווייני Inmarsat 3. הם חדלו לשדר ב־31 ביולי 2007. לקראת סיום השכירות של Inmarsat, שוגרו שני לוויינים חדשים בסוף שנות ה־2005. Galaxy 15 של חברת PanAmSat, ו־Anik F1R של Telesat. כמו עם הלוויינים הקודמים, אלו שירותים שכורים תחת חוזה של ה־FAA עם חברת לוקהיד מרטין לשירותים שכורים של לווייני WAAS גיאוסטציונריים, שחתומה על חוזה לספק על שלושה לוויינים עד סוף שנת 2016. בחודשי מרץ עד נובמבר 2010 שלחו ה־FAA שידורי אות WAAS ניסיוניים לעבר משיב שכור על לוויין ה־Inmarsat-4 F3. בנובמבר 2010 אושר הסיגנל כמבצעי ונכנס לשימוש לצורכי ניווט. לוויין חדש בשם EUTELSAT 117 WEST B שוגר ביוני 2016 וקיים עליו משדר WAAS.

מקטע המשתמש

מקטע המשתמש הוא מקלט ה־GPS וה-WAAS שמשתמש במידע המשודר מלווייני ה־GPS על מנת לקבוע את המיקום והזמן, ובתיקוני ה־WAAS המשודרים מהמקטע החללי. שני סוגי הודעות השגיאה (קצרות וארוכות) הנקלטות משומשות בצורות שונות.

מקלט ה־GPS יכול באופן מידי ליישם את מידע התיקון מהסוג המהיר, שכולל את מידע מדויק יותר על מיקום הלוויין ומידע על שגיאות השעון. בצורה מידית זו המקלט יכול לקבוע את המיקום הנוכחי שלו בשימוש חישובי GPS. ברגע שתיקון מיקום מקורב מושג, המקלט מתחיל להשתמש בתיקונים האטיים לשיפור הדיוק. בתוך מידע התיקונים האטיים כלולה ההשהיה היונוספירית. בעוד אות ה־GPS מגיע מהלוויין למקלט, הוא עובר בתווך יונוספירי. המקלט מחשב את המיקום בו האות חודר את היונוספירה ואם הוא קולט ערך השהיה יונוספירית עבור מיקום זה, הוא מתקן את השגיאה שהיונוספירה יצרה.

בעוד המידע אטי יכול להיות מעודכן כל כמה דקות אם נחוץ, שגיאות Ephemeris (מיקום לוויינים) ויונוספירה לא משתנות בתדירות גבוהה, ולכן הן יכולות להיות מעודכנות כל שתי דקות ונחשבות תקינות -עד שש דקות.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא Wide Area Augmentation System בוויקישיתוף

• מנהל התעופה הפדרלי, שאלות נפוצות בנושא WAAS, באתר ה־FAA הממשלתי