WAAS ( sistema inglés de aumento de área amplia ) es un sistema para difundir correcciones a los datos transmitidos por el sistema de navegación GPS [1] . Desarrollado por la organización estadounidense FAA ( ing. Federal Aviation Administration ); el primer contratista fue Raytheon . Opera en América del Norte . Según otras fuentes, el desarrollador original del sistema (contrato fechado el 3 de agosto de 1995) fue Wilcox. Luego, debido a la acumulación de trabajo del cronograma, la orden fue transferida a Hughes (en 1996). [2] Complementa el GPS al mejorar la precisión de la posición. Fue creado principalmente para determinar la posición de la aeronave durante el aterrizaje.
La Organización de Aviación Civil Internacional ( ing. ICAO ) se refiere a sistemas de este tipo con la abreviatura SBAS del inglés. Sistema de aumentación basado en satélite . En Europa y Asia , se han creado y están funcionando sistemas basados en los mismos principios que WAAS.
Una red de estaciones terrestres mide las señales GPS y las transmite a las estaciones centrales. Las estaciones centrales calculan las correcciones y las transmiten a los satélites . Los satélites transmiten las correcciones a la Tierra. Los receptores GPS que admiten WAAS reciben correcciones y corrigen las coordenadas recibidas del GPS.
WAAS fue desarrollado conjuntamente por el Departamento de Transporte de EE. UU. (DOT) y la Administración Federal de Aviación (FAA) como parte del programa federal de radionavegación (DOT-VNTSC-RSPA-95-1/DOD-4650.5 (1994)). Estaba destinado a proporcionar un rendimiento comparable al del Sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS) de Categoría 1 para todas las aeronaves con el equipo certificado apropiado.
Sin WAAS, varias fuentes de error (perturbaciones ionosféricas, desviación del reloj y errores de la órbita del satélite) crean errores que son demasiado grandes para satisfacer el requisito de una aproximación correcta de la aeronave. El método de precisión incluye información sobre la altura del barco, la distancia desde la pista y la información sobre la altura en todos los puntos a lo largo de la aproximación y la pista.
Antes de la llegada de WAAS, el Sistema Nacional del Espacio Aéreo (NAS) de EE. UU. no tenía la capacidad de proporcionar navegación de despegue/aterrizaje lateral y vertical en todos los aeródromos. El sistema de aproximación de precisión tradicional es el Sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS), que utiliza una serie de transmisores de radio, cada uno de los cuales transmite una sola señal a la aeronave. Este conjunto complejo de receptores de radio debe instalarse en cada extremo de la pista, así como a lo largo del eje central, lo que dificulta y encarece mucho la implementación. El sistema ILS consta de 180 antenas transmisoras diferentes.
La FAA y la NASA han estado desarrollando el Sistema de aterrizaje por microondas (MLS) durante algún tiempo. Todo el sistema MLS para una determinada aproximación se aisló en una o dos cajas ubicadas cerca de la pista. MLS también ofrece una serie de beneficios prácticos que facilitan el uso del tráfico tanto para aeronaves como para enlaces de radio. Desafortunadamente, la MLS requerirá que todos los aeropuertos y aeronaves actualicen su equipo.
Durante el desarrollo del MLS, comenzaron a aparecer receptores GPS de consumo de diversa calidad. El GPS ofreció al piloto una gran cantidad de beneficios al integrar todos los sistemas de navegación de largo alcance de la aeronave en un sistema fácil de usar, a menudo bastante pequeño. El despliegue de un sistema de navegación de aviación basado en GPS ha sido en gran medida un problema de desarrollo de nuevos métodos y estándares en lugar de nuevos equipos. La FAA ha comenzado a planificar el cierre de los sistemas de comunicación de larga distancia existentes (VOR y NDB) en favor del GPS. Sin embargo, el problema de las aproximaciones de aterrizaje permaneció. El GPS no proporciona la precisión requerida para reemplazar los sistemas ILS. La precisión típica es de unos 15 m, mientras que incluso la aproximación de Categoría 1 requiere una precisión vertical de 4 m.
Esta imprecisión en el GPS se debe principalmente a retrasos en la ionosfera, que ralentizan la señal de radio de los satélites en una cantidad aleatoria. Las olas se mueven más lentamente y se pueden caracterizar usando varias técnicas desde el suelo o examinando las propias señales del GPS. Al transmitir esta información a los receptores GPS cada minuto aproximadamente, esta fuente de error se puede reducir considerablemente. Esto condujo al concepto de GPS diferencial, que utilizaba sistemas de radio separados para transmitir una señal de corrección a los receptores. La aeronave puede equiparse con un receptor que se conectará a un dispositivo GPS y la señal se emitirá en diferentes frecuencias para diferentes usuarios (radio FM para automóviles, onda larga para barcos, etc.). Los repetidores de la potencia requerida tienden a agruparse alrededor de las principales ciudades, lo que hace que estos sistemas DGPS sean menos útiles para la navegación. Además, la mayoría de las señales de radio se transmiten en la línea de visión y pueden verse distorsionadas por terrenos esféricos o accidentes geográficos, lo que dificulta el uso de DGPS como un sistema de posicionamiento preciso.
Después de considerar todos los factores anteriores, la FAA decidió a favor de las comunicaciones por satélite. Dado que la unidad GPS ya consta de un receptor de satélite, fue más fácil transmitir señales de corrección en las mismas frecuencias que el GPS.
El sistema entró en operación estable en el año 2002, el 10 de julio de 2003 se activó la señal WAAS para aviación general, cubriendo el 95% de EE.UU. y partes de Alaska, con una precisión mínima de 110 m.
En 2004, el sistema fue lanzado oficialmente.
El 17 de enero de 2008, Hickok & Associates, con sede en Alabama, presentó el primer WAAS no certificado por la FAA para el aterrizaje de helicópteros (debido a la falta de un marco regulatorio). El 1 de abril de 2009, la FAA AFS-400 certificó las tres primeras pistas equipadas con GPS WAAS.
El 30 de diciembre de 2009, Horizon Air, con sede en Seattle, realizó su primer vuelo programado utilizando WAAS GPS.
El sistema consta de los siguientes segmentos:
Compuesto:
Todas las estaciones están conectadas en red a través de las líneas apropiadas de transmisión y procesamiento de datos.
WRSMonitoreo de estaciones de control de área amplia (ShKS, o WRS - WAAS Reference Station), diseñadas para controlar y monitorear el estado del campo de navegación.
Las estaciones WRS están ubicadas en todo Estados Unidos . Según [3] [4] , en octubre de 2007 había 38 estaciones:
Las estaciones WRS están tratando de ubicarse cerca de los aeropuertos, equipadas con equipos GPS que admitan WAAS y software especial (software). El software especial hace lo siguiente:
Estaciones maestras de área amplia (SHGS, o WMS - WAAS Master Station), diseñadas para procesar datos de monitoreo y observaciones del ShCS;
En estaciones WMS:
Estaciones terrestres de transmisión de datos (NSPD, o GES - Ground Earth Station) al segmento espacial, que deben comunicarse entre el ShGS y el GKA.
Las estaciones GES transmiten correcciones a los satélites.
Los satélites envían correcciones a los receptores GPS y WAAS (usuarios) [5] .
El segmento espacial incluye tres satélites ubicados en órbitas geosíncronas .
Satélites WAAS activos| Nombre del satélite | PRN [6] | NMEA [7] | Orbita |
|---|---|---|---|
| "Inmarsat 4-F3" | 133 | 46 | 98°O |
| galaxia 15 | 135 | 48 | 133°O |
| Anik F1R | 138 | 51 | 107.3°O |
Los satélites reciben datos de las estaciones GUS y los retransmiten en la banda L1 a una frecuencia de 1575,42 MHz en su zona de visibilidad. Además de los datos WAAS, los satélites envían datos GPS: mensajes sobre la integridad de la nave espacial GPS y GKA, vectores de corrección para datos de efemérides, escalas de tiempo y parámetros del modelo ionosférico. La zona de visibilidad incluye todo el territorio de los Estados Unidos y sus alrededores.
La señal WAAS se transmite en la misma frecuencia que la señal C/A L1 del sistema GPS, incluso codificada de la misma manera. Esto es por diseño para facilitar la construcción de receptores compatibles con GPS y WAAS.
El segmento de usuarios incluye receptores de señales GPS y WAAS. Receptores:
Las correcciones dependientes de la ubicación se actualizan a diferentes velocidades. Las efemérides y los retrasos ionosféricos se actualizan cada 2 minutos y se consideran válidos durante 6 minutos después de su recepción [8] .
El sistema WAAS está diseñado para lograr la capacidad de usar GPS en todas las etapas del vuelo de una aeronave, incluida la aproximación precisa a la pista (pista).
El sistema WAAS realiza las siguientes funciones:
La especificación WAAS [10] dice que en el 95% de los casos el error no debe exceder los 7,6 m (25 pies ) en horizontal y la misma cantidad en vertical. En realidad [11] en la mayor parte de los Estados Unidos , Canadá y Alaska , el sistema proporciona un error de no más de 1 m en horizontal y no más de 1,5 m en vertical. Tal precisión es comparable a la precisión del sistema de trayectoria de rumbo y planeo ( ing. ILS ) de la 1ra categoría (el error del ILS de la 1ra categoría no debe ser más de 16 m horizontalmente y 4 m verticalmente) [12] .
De acuerdo con la especificación WAAS [10] , el dispositivo de navegación debe detectar errores e informar la recepción de datos incorrectos del GPS y/o WAAS en un plazo de 6,2 s . La probabilidad de que el error en la determinación de las coordenadas exceda el valor crítico y pase desapercibido es 10 −7 ; esto equivale a recibir coordenadas incorrectas por un tiempo no mayor a 3 segundos por año.
Los receptores GPS y WAAS están instalados en las aeronaves y permiten vuelos a ciegas (instrumentales) sin violar las reglas existentes .
La integridad (probabilidad de obtener coordenadas sin errores) de GPS y WAAS es mayor o igual a la integridad del sistema RAIM ( receiver Autonomous Integrity Monitoring ) [13] .
Disponibilidad: la probabilidad de cumplir los requisitos de precisión e integridad. La especificación WAAS [10] exige una disponibilidad del 99,999% en el área de servicio; esto equivale a no estar disponible durante no más de 5 minutos al año [10] [13] .
Proporciona información gratuita, completa y precisa sobre el estado actual del sistema GPS. Le permite mejorar significativamente la calidad de la posición calculada por el receptor (aproximadamente dos veces). Garantiza la salida y aterrizaje precisos de una aeronave en cualquier aeródromo del área de cobertura (independientemente del equipamiento técnico del propio aeródromo) las 24 horas del día. Hace que la navegación civil, la navegación automática y la navegación civil en general sean más fiables .
Sistemas WAAS completamente similares operan en otras regiones de la Tierra:
Todos los sistemas basados en los mismos principios que DGPS tienen capacidades similares . En la literatura, este tipo de sistemas se denominan WADGPS ( GPS diferencial de área amplia ) . Cabe señalar que el área de cobertura de los sistemas OmniStar y StarFire , que también utilizan satélites para transmitir señales de corrección a la Tierra, es significativamente mayor que el área de cobertura WAAS.
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