Weitbereichs-Augmentationssystem - Wide Area Augmentation System

Wide Area Augmentation System (WAAS)
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Herkunftsland/-länder Vereinigte Staaten
Betreiber FAA
Status Betriebsbereit
Abdeckung USA, Kanada, Mexiko
Konstellationsgröße
Erster Start 2003 ; Vor 18 Jahren ( 2003 )
WAAS-Systemübersicht

Das Wide Area Augmentation System ( WAAS ) ist eine Flugnavigationshilfe , die von der Federal Aviation Administration entwickelt wurde , um das Global Positioning System (GPS) mit dem Ziel zu verbessern, seine Genauigkeit, Integrität und Verfügbarkeit zu verbessern. Im Wesentlichen soll WAAS es Flugzeugen ermöglichen, sich in allen Flugphasen auf GPS zu verlassen, einschließlich der Präzisionsanflüge zu jedem Flughafen innerhalb seines Abdeckungsbereichs. Es kann in kritischen Gebieten mit dem Local Area Augmentation System (LAAS) weiter verbessert werden, das auch unter dem bevorzugten ICAO-Begriff Ground-Based Augmentation System (GBAS) bekannt ist.

WAAS verwendet ein Netzwerk von bodengestützten Referenzstationen in Nordamerika und Hawaii , um kleine Schwankungen in den Signalen der GPS-Satelliten in der westlichen Hemisphäre zu messen . Messungen von den Referenzstationen werden an Masterstationen geleitet, die die empfangene Abweichungskorrektur (DC) in eine Warteschlange stellen und die Korrekturnachrichten zeitnah (alle 5 Sekunden oder besser) an geostationäre WAAS-Satelliten senden. Diese Satelliten senden die Korrekturnachrichten zurück zur Erde, wo WAAS-fähige GPS-Empfänger die Korrekturen verwenden, während sie ihre Positionen berechnen, um die Genauigkeit zu verbessern.

Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) bezeichnet diese Art von System als satellitengestütztes Ergänzungssystem (SBAS). Europa und Asien entwickeln ihre eigenen SBASs, die indische GPS Aided Geo Augmented Navigation (GAGAN), den European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS), das Japanese Multifunctional Satellite Augmentation System (MSAS) und das Russian System for Differential Corrections and Monitoring (SDCM) bzw. Kommerzielle Systeme umfassen StarFire , OmniSTAR und Atlas .

WAAS-Ziele

Typischer WAAS-Servicebereich. Dunkelrot zeigt die beste WAAS-Abdeckung an. Die Servicekonturen ändern sich im Laufe der Zeit mit der Satellitengeometrie und den ionosphärischen Bedingungen.

Genauigkeit

Ein Hauptziel des WAAS-Systems war es, Flugzeugen einen Anflug der Kategorie I zu ermöglichen, ohne dass am Flughafen Ausrüstung installiert wurde. Damit könnten für jeden Flughafen, auch ohne Bodenausrüstung , neue GPS-basierte Instrumentenlandeanflüge entwickelt werden. Ein Anflug der Kategorie I erfordert eine Genauigkeit von 16 m (52 ​​ft) seitlich und 4,0 m (13,1 ft) vertikal.

Um dieses Ziel zu erreichen, verlangt die WAAS-Spezifikation eine Positionsgenauigkeit von 7,6 Metern (25 Fuß) oder weniger (sowohl für seitliche als auch vertikale Messungen), mindestens 95 % der Zeit. Tatsächliche Leistungsmessungen des Systems an bestimmten Standorten haben gezeigt, dass es in den meisten angrenzenden Vereinigten Staaten und großen Teilen Kanadas und Alaskas in der Regel eine Leistung von mehr als 1,0 Meter (3 Fuß 3 Zoll) seitlich und 1,5 Meter (4 Fuß 11 Zoll) vertikal bietet .

Integrität

Die Integrität eines Navigationssystems umfasst die Fähigkeit, rechtzeitig Warnungen bereitzustellen, wenn sein Signal irreführende Daten liefert, die potenziell Gefahren verursachen könnten. Die WAAS-Spezifikation erfordert, dass das System Fehler im GPS- oder WAAS-Netzwerk erkennt und die Benutzer innerhalb von 6,2 Sekunden benachrichtigt. Um zu bescheinigen, dass WAAS für Instrumentenflugregeln (IFR) sicher ist (dh das Fliegen in den Wolken), muss nachgewiesen werden, dass nur eine äußerst geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass ein Fehler, der die Genauigkeitsanforderungen überschreitet, unentdeckt bleibt. Konkret wird die Wahrscheinlichkeit mit 1 × 10 –7 angegeben und entspricht nicht mehr als 3 Sekunden fehlerhafter Daten pro Jahr. Dadurch werden Integritätsinformationen bereitgestellt, die gleichwertig oder besser sind als die Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM).

Verfügbarkeit

Verfügbarkeit ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Navigationssystem die Genauigkeits- und Integritätsanforderungen erfüllt. Vor dem Aufkommen von WAAS erlaubten die GPS-Spezifikationen eine System-Nichtverfügbarkeit von bis zu vier Tagen pro Jahr (99 % Verfügbarkeit). Die WAAS-Spezifikation schreibt eine Verfügbarkeit von 99,999 % ( fünf Neunen ) im gesamten Servicebereich vor, was einer Ausfallzeit von etwas mehr als 5 Minuten pro Jahr entspricht.

Betrieb

WAAS-Referenzstation in Utqiagvik, Alaska

WAAS besteht aus drei Hauptsegmenten: dem Bodensegment , dem Weltraumsegment und dem Benutzersegment.

Bodensegment

Das Bodensegment besteht aus mehreren Weitbereichsreferenzstationen (WRS). Diese genau vermessenen Bodenstationen überwachen und sammeln Informationen über die GPS-Signale und senden ihre Daten dann über ein terrestrisches Kommunikationsnetz an drei Wide-Area-Master-Stationen (WMS). Die Referenzstationen überwachen auch Signale von geostationären WAAS-Satelliten und liefern auch diesbezügliche Integritätsinformationen. Im Oktober 2007 gab es 38 WRS: zwanzig in den angrenzenden Vereinigten Staaten (CONUS), sieben in Alaska, eine auf Hawaii, eine in Puerto Rico, fünf in Mexiko und vier in Kanada.

Unter Verwendung der Daten von den WRS-Standorten generieren die WMS zwei unterschiedliche Korrektursätze: schnell und langsam. Die schnellen Korrekturen sind für Fehler vorgesehen, die sich schnell ändern und hauptsächlich die momentanen Positionen und Taktfehler der GPS-Satelliten betreffen. Diese Korrekturen gelten als benutzerpositionsunabhängig, was bedeutet, dass sie sofort von jedem Empfänger innerhalb des WAAS-Broadcast- Footprints angewendet werden können . Die langsamen Korrekturen umfassen langfristige ephemere und Taktfehlerschätzungen sowie ionosphärische Verzögerungsinformationen . WAAS liefert Verzögerungskorrekturen für eine Reihe von Punkten (in einem Gittermuster organisiert) im gesamten WAAS-Dienstgebiet (siehe Benutzersegment unten, um zu verstehen, wie diese Korrekturen verwendet werden).

Sobald diese Korrekturnachrichten generiert sind, senden die WMSs sie an zwei Paare von Boden-Uplink-Stationen (GUS), die dann an Satelliten im Weltraumsegment senden, um sie an das Benutzersegment weiterzusenden.

Referenzstationen

Jedes FAA Air Route Traffic Control Center in den 50 Bundesstaaten verfügt über eine WAAS-Referenzstation, mit Ausnahme von Indianapolis . Es gibt auch Stationen in Kanada, Mexiko und Puerto Rico. Die Koordinaten der einzelnen Empfangsantennen finden Sie in der Liste der WAAS-Referenzstationen .

Raumsegment

Das Weltraumsegment besteht aus mehreren Kommunikationssatelliten, die die von den WAAS-Masterstationen erzeugten Korrekturnachrichten zum Empfang durch das Benutzersegment ausstrahlen. Die Satelliten senden auch die gleiche Art von Entfernungsinformationen wie normale GPS-Satelliten, wodurch die Anzahl der für eine Positionsbestimmung verfügbaren Satelliten effektiv erhöht wird. Das Weltraumsegment besteht derzeit aus drei kommerziellen Satelliten: Eutelsat 117 West B , Anik F1R von Telesat und SES-15 . Ein vierter Satellit, Galaxy 30, wurde 2020 gestartet, bietet aber noch keinen Dienst.

Satellitenverlauf

Die ursprünglichen beiden WAAS-Satelliten, genannt Pacific Ocean Region (POR) und Atlantic Ocean Region-West (AOR-W), wurden auf Inmarsat III- Satelliten gemietet . Diese Satelliten stellten die WAAS-Übertragungen am 31. Juli 2007 ein. Mit dem nahenden Ende des Inmarsat-Mietvertrags wurden Ende 2005 zwei neue Satelliten (Galaxy 15 und Anik F1R) gestartet. Galaxy 15 ist ein PanAmSat und Anik F1R ist ein Telesat . Wie bei den vorherigen Satelliten handelt es sich hierbei um geleaste Dienste im Rahmen des Vertrags über das geostationäre Satellitenkommunikations-Kontrollsegment der FAA mit Lockheed Martin für gemietete geostationäre Satellitendienste der WAAS, die bis zum Jahr 2016 bis zu drei Satelliten bereitstellen sollten.

Später wurde dem System ein dritter Satellit hinzugefügt. Von März bis November 2010 strahlte die FAA ein WAAS-Testsignal auf einem gemieteten Transponder auf dem Satelliten Inmarsat-4 F3 aus. Das Testsignal war für die Navigation nicht nutzbar, konnte aber empfangen werden und wurde mit den Identifikationsnummern PRN 133 (NMEA #46) gemeldet. Im November 2010 wurde das Signal als betriebsbereit zertifiziert und für die Navigation zur Verfügung gestellt. Nach Test im Orbit wurde Eutelsat 117 West B, Sendesignal auf PRN 131 (NMEA #44), als betriebsbereit zertifiziert und am 27. März 2018 für die Navigation verfügbar gemacht. Der Satellit SES 15 wurde am 18. Mai 2017 und nach einer In-Orbit-Test über mehrere Monate, wurde am 15. Juli 2019 in Betrieb genommen. 2018 wurde ein Auftrag zur Platzierung einer WAAS-L-Band-Nutzlast auf dem Galaxy 30-Satelliten vergeben. Der Satellit wurde am 15. August 2020 erfolgreich gestartet und soll 2021 in Betrieb genommen werden. Der Satellit wird PRN 135 wiederverwenden.

Satellitenname und Details PRN NMEA Bezeichner Standort Aktiver Zeitraum (nicht im Testmodus) Status Signalfähigkeit
Atlantik-Region-West 122 35 AORW 54 ° W, später auf 142 ° W verschoben 10. Juli 2003 - 31. Juli 2017 Betriebsende WAAS-Übertragungen am 31. Juli 2017 L1 Schmalband
Pazifikregion (POR) 134 47 POR 178°E 10. Juli 2003 - 31. Juli 2017 Betriebsende WAAS-Übertragungen am 31. Juli 2017 L1
Galaxie 15 135 48 CRW 133°W Nov. 2006 - 31. Juli 2017 Am 25. Juli 2019 wurden die operativen WAAS-Übertragungen eingestellt. L1, L5 (Testmodus)
Anik F1R 138 51 CRE 107,3°W Juli 2007 - Heute Betriebsbereit; Geplante Stilllegung Mitte 2022. L1, L5 (Testmodus)
Inmarsat-4 F3 133 46 AMR 98°W Nov. 2010 - 09. Nov. 2017 Betriebsende WAAS-Übertragungen zum 09.11.2017 eingestellt L1 Schmalband, L5 (Testmodus)
Eutelsat 117 West B 131 44 SM9 117°W März 2018 - Heute Betriebsbereit L1, L5 (Testmodus)
SES 15 133 46 S15 129°W 15. Juli 2019 - Heute Betriebsbereit L1, L5 (Testmodus)
Galaxie 30 135 48 G30 125°W Gestartet am 15. August 2020, voraussichtlich Mitte 2022 L1, L5 (Testmodus)

In der obigen Tabelle ist PRN der tatsächliche Pseudo-Zufallszahlencode des Satelliten. NMEA ist die Satellitennummer, die von einigen Empfängern bei der Ausgabe von Satelliteninformationen gesendet wird. (NMEA = PRN - 87).

Nutzersegment

Das Benutzersegment ist der GPS- und WAAS-Empfänger, der die von jedem GPS-Satelliten gesendeten Informationen verwendet, um seinen Standort und die aktuelle Zeit zu bestimmen, und die WAAS-Korrekturen vom Weltraumsegment empfängt. Die beiden empfangenen Arten von Korrekturnachrichten (schnell und langsam) werden auf unterschiedliche Weise verwendet.

Der GPS-Empfänger kann sofort die schnellen Korrekturdaten anwenden, die die korrigierte Satellitenposition und die Uhrzeitdaten umfassen, und seinen aktuellen Standort anhand normaler GPS-Berechnungen bestimmen. Sobald eine ungefähre Positionsbestimmung erreicht ist, beginnt der Empfänger, die langsamen Korrekturen zu verwenden, um seine Genauigkeit zu verbessern. Zu den langsamen Korrekturdaten gehört die ionosphärische Verzögerung. Während das GPS-Signal vom Satelliten zum Empfänger wandert, passiert es die Ionosphäre. Der Empfänger berechnet den Ort, an dem das Signal die Ionosphäre durchdrungen hat, und korrigiert, wenn er einen Ionosphärenverzögerungswert für diesen Ort empfangen hat, den Fehler, den die Ionosphäre erzeugt hat.

Während die langsamen Daten bei Bedarf jede Minute aktualisiert werden können, ändern sich Ephemeriden- und Ionosphärenfehler nicht häufig, sodass sie nur alle zwei Minuten aktualisiert werden und bis zu sechs Minuten als gültig gelten.

Geschichte und Entwicklung

Das WAAS wurde gemeinsam vom United States Department of Transportation (DOT) und der Federal Aviation Administration (FAA) im Rahmen des Federal Radionavigation Program (DOT-VNTSC-RSPA-95-1/DOD-4650.5) ab 1994 entwickelt. eine Leistung zu erbringen, die mit einem Instrumentenlandesystem (ILS) der Kategorie 1 für alle Luftfahrzeuge vergleichbar ist, die über die entsprechend zertifizierte Ausrüstung verfügen. Ohne WAAS erzeugen ionosphärische Störungen, Uhrendrift und Satellitenbahnfehler zu viel Fehler und Unsicherheit im GPS-Signal, um die Anforderungen für einen Präzisionsanflug zu erfüllen (siehe GPS-Fehlerquellen ). Ein Präzisionsanflug umfasst Höheninformationen und bietet Kursführung, Entfernung von der Landebahn und Höheninformationen an allen Punkten entlang des Anflugs, normalerweise bis zu niedrigeren Höhen und Wetterminimum als bei Nicht-Präzisionsanflügen.

Vor dem WAAS war das US National Airspace System (NAS) nicht in der Lage, allen Benutzern an allen Standorten seitliche und vertikale Navigation für Präzisionsanflüge bereitzustellen. Das traditionelle System für Präzisionsanflüge ist das Instrumentenlandesystem (ILS), das eine Reihe von Funksendern verwendet, von denen jeder ein einzelnes Signal an das Flugzeug sendet. Diese komplexe Reihe von Funkgeräten muss an jedem Landebahnende installiert werden, teilweise außerhalb des Standorts, entlang einer Linie, die von der Landebahnmittellinie ausgeht, was die Implementierung eines Präzisionsanflugs sowohl schwierig als auch sehr teuer macht. Das ILS-System besteht aus 180 verschiedenen Sendeantennen an jedem gebauten Punkt. Das neuere System ist frei von riesigen Antennensystemen an jedem Flughafen.

Die FAA und die NASA entwickelten seit einiger Zeit ein stark verbessertes System, das Mikrowellenlandesystem (MLS). Das gesamte MLS-System für einen bestimmten Anflug wurde in ein oder zwei Boxen neben der Landebahn isoliert, was die Implementierungskosten drastisch reduzierte. MLS bot auch eine Reihe praktischer Vorteile, die die Verkehrsüberlegungen sowohl für Flugzeuge als auch für Funkkanäle erleichterten. Leider würde MLS auch verlangen, dass jeder Flughafen und jedes Flugzeug seine Ausrüstung aufrüsten.

Während der Entwicklung von MLS erschienen Verbraucher-GPS-Empfänger unterschiedlicher Qualität. GPS bot dem Piloten eine Vielzahl von Vorteilen, da es alle Langstrecken-Navigationssysteme eines Flugzeugs in einem einzigen, einfach zu bedienenden System vereint, das oft klein genug ist, um in der Hand gehalten zu werden. Der Einsatz eines auf GPS basierenden Flugzeugnavigationssystems war weitgehend ein Problem der Entwicklung neuer Techniken und Standards im Gegensatz zu neuer Ausrüstung. Die FAA begann mit der Planung, ihre bestehenden Langstreckensysteme ( VOR und NDBs ) zugunsten von GPS abzuschalten . Damit blieb jedoch das Problem der Ansätze. GPS ist einfach nicht genau genug, um ILS-Systeme zu ersetzen. Die typische Genauigkeit beträgt etwa 15 Meter (49 ft), während selbst ein "CAT I"-Ansatz, der am wenigsten anspruchsvoll ist, eine vertikale Genauigkeit von 4 Metern (13 ft) erfordert.

Diese Ungenauigkeit bei GPS ist hauptsächlich auf große "Wölbungen" in der Ionosphäre zurückzuführen , die das Funksignal der Satelliten um einen zufälligen Betrag verlangsamen. Da GPS auf das Timing der Signale angewiesen ist, um Entfernungen zu messen, lässt diese Verlangsamung des Signals den Satelliten weiter entfernt erscheinen. Die Wogen bewegen sich langsam und können mit verschiedenen Methoden vom Boden aus oder durch die Untersuchung der GPS-Signale selbst charakterisiert werden. Indem diese Informationen etwa jede Minute an GPS-Empfänger gesendet werden, kann diese Fehlerquelle erheblich reduziert werden. Dies führte zum Konzept des Differential GPS , das separate Funksysteme verwendet, um das Korrektursignal an die Empfänger zu senden. Flugzeuge könnten dann einen Empfänger installieren, der an die GPS-Einheit angeschlossen wird, wobei das Signal auf verschiedenen Frequenzen für verschiedene Benutzer gesendet wird (FM-Radio für Autos, Langwelle für Schiffe usw.). Sender mit der erforderlichen Leistung gruppieren sich im Allgemeinen um größere Städte herum, was solche DGPS-Systeme für die Weitbereichsnavigation weniger nützlich macht. Darüber hinaus sind die meisten Funksignale entweder in Sichtlinie oder können durch den Boden verzerrt werden, was die Verwendung von DGPS als Präzisionsanflugsystem oder beim Tiefflug aus anderen Gründen erschwerte.

Die FAA zog Systeme in Betracht, die es ermöglichen könnten, dieselben Korrektursignale über einen viel größeren Bereich auszustrahlen, beispielsweise von einem Satelliten, der direkt zu WAAS führt. Da ein GPS-Gerät bereits aus einem Satellitenempfänger besteht, war es viel sinnvoller, die Korrektursignale auf den gleichen Frequenzen wie GPS-Geräte auszusenden, als ein komplett separates System zu verwenden und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verdoppeln. Neben der Senkung der Implementierungskosten durch "Huckepack" bei einem geplanten Satellitenstart konnte das Signal auch aus einer geostationären Umlaufbahn ausgestrahlt werden , was bedeutete, dass eine kleine Anzahl von Satelliten ganz Nordamerika abdecken konnte.

Am 10. Juli 2003 wurde das WAAS-Signal für die allgemeine Luftfahrt aktiviert, das 95 % der Vereinigten Staaten und Teile Alaskas mit einer Mindestlänge von 350 Fuß (110 m) abdeckte.

Am 17. Januar 2008 wurde Hickok & Associates aus Alabama der erste Konstrukteur von Hubschrauber-WAAS mit Localizer Performance (LP)- und Localizer Performance with Vertical Guidance (LPV)-Anflügen und das einzige Unternehmen mit FAA-zugelassenen Kriterien (die sogar die FAA hat noch zu entwickeln). Dieses WAAS-Kriterium für Hubschrauber bietet minimale Mindestwerte von 250 Fuß und verringerte Sichtanforderungen, um Missionen zu ermöglichen, die zuvor nicht möglich waren. Am 1. April 2009 genehmigte die FAA AFS-400 die ersten drei Hubschrauber-WAAS-GPS-Anflugverfahren für den Kunden California Shock/Trauma Air Rescue (CALSTAR) von Hickok & Associates. Seitdem haben sie viele zugelassene WAAS-Hubschrauberanflüge für verschiedene EMS-Krankenhäuser und Fluganbieter in den Vereinigten Staaten sowie in anderen Ländern und Kontinenten entworfen.

Am 30. Dezember 2009 flog die in Seattle ansässige Horizon Air den ersten Linienflug mit WAAS mit LPV auf Flug 2014, einen Flug von Portland nach Seattle, der von einem Bombardier Q400 mit einem WAAS FMS von Universal Avionics durchgeführt wurde . Die Fluggesellschaft wird in Zusammenarbeit mit der FAA sieben Q400-Flugzeuge mit WAAS ausstatten und Flugdaten austauschen, um die Eignung von WAAS für Linienflugdienstanwendungen besser zu bestimmen.

Zeitleiste

Zeitleiste des Wide-Area-Augmentation-Systems (WAAS)

Vergleich der Genauigkeit

Ein Vergleich verschiedener Genauigkeiten von Radionavigationssystemen
System 95% Genauigkeit
(seitlich / vertikal)
Einzelheiten
LORAN-C- Spezifikation 460  m / 460 m² Die angegebene absolute Genauigkeit des LORAN-C-Systems.
Spezifikation für Entfernungsmessgeräte (DME) 185 m (linear) DME ist eine Navigationshilfe, die die Luftlinie von einem Flugzeug zu Bodengeräten berechnen kann.
GPS- Spezifikation 100 m / 150 m Die angegebene Genauigkeit des GPS-Systems mit aktivierter Option für selektive Verfügbarkeit (SA). SA war bis zum 1. Mai 2000 bei der US-Regierung beschäftigt.
LORAN-C gemessene Wiederholbarkeit 50 m / 50 m Die US-Küstenwache meldet "Return to Position"-Genauigkeiten von 50 Metern im Zeitdifferenzmodus.
Eloran Wiederholgenauigkeit Moderne LORAN-C-Empfänger, die alle verfügbaren Signale gleichzeitig nutzen und H-Feld-Antennen.
Differenzielles GPS (DGPS) 10 m / 10 m Dies ist die Worst-Case-Genauigkeit des Differential GPS (DGPS). Laut dem Bericht des Federal Radionavigation Systems (FRS) aus dem Jahr 2001, der gemeinsam vom US DOT und dem Department of Defense (DoD) veröffentlicht wurde, nimmt die Genauigkeit mit der Entfernung von der Einrichtung ab; sie kann < 1 m betragen, wird aber normalerweise < 10 m betragen.
Spezifikation des Wide Area Augmentation Systems (WAAS) 7,6 m / 7,6 m² Die Worst-Case-Genauigkeit, die das WAAS bieten muss, um in Präzisionsanflügen verwendet zu werden.
GPS gemessen 2,5 m / 4,7 m² Die tatsächlich gemessene Genauigkeit des Systems (mit Ausnahme von Empfängerfehlern) bei ausgeschaltetem SA, basierend auf den Ergebnissen des National Satellite Test Bed (NSTB) der FAA.
WAAS gemessen 0,9 m / 1,3 m Die tatsächlich gemessene Genauigkeit des Systems (ohne Empfängerfehler), basierend auf den Ergebnissen der NSTB.
Spezifikation des Local Area Augmentation Systems (LAAS) Das Ziel des LAAS-Programms ist es, ILS- Fähigkeiten der Kategorie IIIC bereitzustellen . Dies wird es Flugzeugen ermöglichen, mit " Autoland "-Systemen ohne Sicht zu landen und eine sehr hohe Genauigkeit von < 1 m anzuzeigen.

Leistungen

WAAS Ground Uplink Station (GUS) in Napa, Kalifornien

WAAS adressiert das gesamte "Navigationsproblem" und bietet eine hochpräzise Positionierung, die extrem einfach zu verwenden ist, zum Preis eines einzigen im Flugzeug installierten Empfängers. Die boden- und weltraumgestützte Infrastruktur ist relativ begrenzt, und es wird kein System am Flughafen benötigt. WAAS ermöglicht die Veröffentlichung eines Präzisionsanflugs für jeden Flughafen, für die Kosten für die Entwicklung der Verfahren und die Veröffentlichung der neuen Anflugtafeln. Dies bedeutet, dass fast jeder Flughafen einen präzisen Anflug haben kann und die Kosten für die Implementierung drastisch reduziert werden.

Außerdem funktioniert WAAS genauso gut zwischen Flughäfen. Dies ermöglicht es dem Flugzeug, direkt von einem Flughafen zum anderen zu fliegen, anstatt Routen basierend auf bodengestützten Signalen zu verfolgen. Dies kann die Streckenentfernungen in einigen Fällen erheblich verkürzen und spart Zeit und Kraftstoff. Darüber hinaus dürfen mit WAAS ausgestattete Flugzeuge aufgrund ihrer Fähigkeit, Informationen über die Genauigkeit der Informationen jedes GPS-Satelliten zu liefern, in niedrigeren Flughöhen fliegen, als dies mit bodengestützten Systemen möglich war, die oft durch unterschiedliches Gelände blockiert wurden Elevation. Dies ermöglicht es Piloten, in niedrigeren Höhen sicher zu fliegen, ohne auf bodengestützte Systeme angewiesen zu sein. Bei drucklosen Flugzeugen spart dies Sauerstoff und erhöht die Sicherheit.

Die oben genannten Vorteile schaffen nicht nur Komfort, sondern haben auch das Potenzial, erhebliche Kosteneinsparungen zu erzielen. Die Kosten für die Bereitstellung des WAAS-Signals, das alle 5.400 öffentlich genutzten Flughäfen bedient, betragen knapp 50 Millionen US-Dollar pro Jahr. Im Vergleich dazu kosten die aktuellen bodengestützten Systeme wie das Instrument Landing System (ILS), das auf nur 600 Flughäfen installiert ist, 82 Millionen US-Dollar an jährlicher Wartung. Ohne den Kauf von Bodennavigationshardware belaufen sich die Gesamtkosten für die Veröffentlichung des WAAS-Anflugs einer Start- und Landebahn auf etwa 50.000 US-Dollar; verglichen mit den Kosten von 1.000.000 bis 1.500.000 US-Dollar für die Installation eines ILS-Funksystems.

Nachteile und Einschränkungen

Bei all seinen Vorteilen ist WAAS nicht ohne Nachteile und kritische Einschränkungen:

  • Weltraumwetter . Alle künstlichen Satellitensysteme sind Bedrohungen durch Weltraumwetter und Weltraummüll ausgesetzt. Zum Beispiel könnte ein solares Supersturmereignis, das aus einem extrem großen und schnellen erdgebundenen koronalen Massenauswurf (CME) besteht, die geosynchronen oder GPS-Satellitenelemente von WAAS deaktivieren.
  • Die Sendesatelliten sind geostationär, was dazu führt, dass sie sich für Orte nördlich von 71,4° Breite weniger als 10° über dem Horizont befinden. Dies bedeutet, dass Flugzeuge in Gebieten von Alaska oder Nordkanada Schwierigkeiten haben können, das WAAS-Signal zu erfassen.
  • Um die Verzögerung eines ionosphärischen Gitterpunktes zu berechnen, muss sich dieser Punkt zwischen einem Satelliten und einer Referenzstation befinden. Die geringe Anzahl von Satelliten und Bodenstationen schränkt die Anzahl der berechenbaren Punkte ein.
  • Flugzeuge, die WAAS-Anflüge durchführen, müssen über zertifizierte GPS-Empfänger verfügen, die viel teurer sind als nicht zertifizierte Einheiten. Im Jahr 2006 hatte Garmins günstigster zertifizierter Receiver, der GNS 430W, eine unverbindliche Preisempfehlung von 10.750 US-Dollar .
  • WAAS ist nicht in der Lage, die für ILS-Anflüge der Kategorie II oder III erforderlichen Genauigkeiten zu erreichen. Somit ist WAAS keine alleinige Lösung und entweder müssen vorhandene ILS-Geräte gewartet oder durch neue Systeme wie das Local Area Augmentation System (LAAS) ersetzt werden.
  • WAAS Localizer Performance with Vertical Guidance (LPV)-Anflüge mit 200-Fuß-Minimum werden für Flughäfen ohne Beleuchtung mittlerer Intensität, Präzisions-Landebahnmarkierungen und paralleler Rollbahn nicht veröffentlicht. Kleinere Flughäfen, die derzeit möglicherweise nicht über diese Funktionen verfügen, müssten ihre Einrichtungen aufrüsten oder von den Piloten höhere Mindestanforderungen verlangen.
  • Wenn die Präzision zunimmt und der Fehler gegen Null geht, besagt das Navigationsparadox , dass ein erhöhtes Kollisionsrisiko besteht, da die Wahrscheinlichkeit zugenommen hat, dass zwei Fahrzeuge denselben Raum auf der kürzesten Distanzlinie zwischen zwei Navigationspunkten einnehmen.

Zukunft von WAAS

Verbesserung des Flugbetriebs

Im Jahr 2007 wurde prognostiziert, dass die vertikale WAAS-Führung fast immer verfügbar ist (mehr als 99%), und ihre Abdeckung umfasst die gesamten kontinentalen USA, den größten Teil von Alaska, Nordmexiko und Südkanada. Zu diesem Zeitpunkt würde die Genauigkeit von WAAS die Anforderungen für ILS- Anflüge der Kategorie 1 erfüllen oder übertreffen , nämlich dreidimensionale Positionsinformationen bis zu 200 Fuß (60 m) über der Höhe der Aufsetzzone.

Software-Verbesserungen

Softwareverbesserungen, die bis September 2008 implementiert werden sollen, verbessern die Signalverfügbarkeit der vertikalen Führung im gesamten CONUS und Alaska erheblich. Die Fläche, die von der zu 95 % verfügbaren LPV-Lösung in Alaska abgedeckt wird, verbessert sich von 62 % auf 86 %. Und im CONUS steigt die 100-prozentige Verfügbarkeit der LPV-200-Abdeckung von 48 % auf 84 %, wobei die LPV-Lösung 100 % abdeckt.

Raumsegment-Upgrades

Sowohl Galaxy XV (PRN #135) als auch Anik F1R (PRN #138) enthalten eine L1 & L5 GPS-Nutzlast. Dies bedeutet, dass sie möglicherweise mit den modernisierten L5-GPS-Signalen verwendet werden können, wenn die neuen Signale und Empfänger verfügbar sind. Mit L5 wird die Avionik in der Lage sein, eine Kombination von Signalen zu verwenden, um einen möglichst genauen Dienst bereitzustellen, wodurch die Verfügbarkeit des Dienstes erhöht wird. Diese Avioniksysteme verwenden ionosphärische Korrekturen, die von WAAS gesendet werden, oder selbsterzeugte Onboard-Doppelfrequenzkorrekturen, je nachdem, welche genauer ist.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

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