ระบบขยายสัญญาณพื้นที่กว้าง
ระบบเสริมความแม่นยำในวงกว้าง ( WAAS ) เป็นระบบ ช่วย นำทางอากาศที่พัฒนาโดยสำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐอเมริกา( FAA) เพื่อเสริมระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS) โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ ความน่าเชื่อถือ และความพร้อมใช้งานของระบบ โดยพื้นฐานแล้ว WAAS มีจุดประสงค์เพื่อให้เครื่องบินสามารถพึ่งพา GPS ในทุกขั้นตอนการบิน รวมถึงการลงจอดพร้อมการนำทางในแนวดิ่งไปยังสนามบินใดๆ ก็ตามภายในพื้นที่ครอบคลุมของระบบ นอกจากนี้ยังอาจได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมด้วยระบบเสริมความแม่นยำในพื้นที่ใกล้เคียง (LAAS) หรือที่รู้จักกันในชื่อที่องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) นิยมใช้ว่าระบบเสริมความแม่นยำภาคพื้นดิน (GBAS) ในพื้นที่วิกฤต
WAAS ใช้เครือข่ายสถานีอ้างอิงภาคพื้นดินในอเมริกาเหนือและฮาวายเพื่อวัดความแปรผันเล็กน้อยในสัญญาณของดาวเทียม GPS ในซีกโลกตะวันตกข้อมูลการวัดจากสถานีอ้างอิงจะถูกส่งไปยังสถานีหลัก ซึ่งจะจัดคิวการแก้ไขความคลาดเคลื่อน (DC) ที่ได้รับ และส่งข้อความแก้ไขไปยังดาวเทียม WAAS ที่โคจรอยู่เหนือพื้นโลกอย่างทันท่วงที (ทุก 5 วินาทีหรือเร็วกว่านั้น) ดาวเทียมเหล่านั้นจะส่งข้อความแก้ไขกลับมายังโลก ซึ่งเครื่องรับ GPS ที่รองรับ WAAS จะใช้การแก้ไขเหล่านั้นในการคำนวณตำแหน่งเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ
องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) เรียกประเภทของระบบนี้ว่าระบบเสริมความแม่นยำด้วยดาวเทียม (SBAS) ยุโรปและเอเชียกำลังพัฒนาระบบ SBAS ของตนเอง ได้แก่ระบบนำทางเสริมความแม่นยำด้วยดาวเทียม GEO ของอินเดีย (GAGAN) ระบบบริการนำทางซ้อนทับดาวเทียมวงโคจรประจำที่ของยุโรป (EGNOS) ระบบเสริมความแม่นยำด้วยดาวเทียมอเนกประสงค์ ของญี่ปุ่น (MSAS) และ ระบบแก้ไขและตรวจสอบความแตกต่างของรัสเซีย (SDCM) ตามลำดับ ระบบเชิงพาณิชย์ ได้แก่StarFire , OmniSTARและAtlas
วัตถุประสงค์ของ WAAS
ความแม่นยำ
เป้าหมายหลักของ WAAS คือการอนุญาตให้เครื่องบินทำการลงจอดแบบ Category I โดยไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์ใดๆ ที่สนามบิน ซึ่งจะช่วยให้สามารถ พัฒนา วิธีการลงจอดด้วยเครื่องมือ แบบ GPS ใหม่ สำหรับสนามบินใดๆ ก็ได้ แม้แต่สนามบินที่ไม่มีอุปกรณ์ภาคพื้นดิน การลงจอดแบบ Category I ต้องการความแม่นยำ16 เมตร (52 ฟุต)ในแนวราบและ4.0 เมตร (13.1 ฟุต)ในแนวตั้ง[ 2 ]
เอกสารข้อเท็จจริงและคำแนะนำ ของ FAAเกี่ยวกับ WAAS ระบุว่า WAAS ช่วยให้สามารถใช้ขั้นตอนการลงจอดด้วยเครื่องมือได้หลายพันขั้นตอนในสหรัฐอเมริกา รวมถึงขั้นตอน LPV และ LP และมักใช้เพื่อให้ระดับความสูงขั้นต่ำที่นำทางในแนวดิ่งเทียบได้กับแนวคิด (แม้ว่าจะไม่เหมือนกันในมาตรฐาน) ของการปฏิบัติการลงจอดแบบแม่นยำที่สนามบินที่ไม่มี ILS [ 3 ] [ 4 ]
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ข้อกำหนด WAAS กำหนดให้ต้องมีความแม่นยำของตำแหน่ง7.6 เมตร (25 ฟุต)หรือน้อยกว่า (สำหรับการวัดทั้งแนวนอนและแนวตั้ง) อย่างน้อย 95% ของเวลา[ 5 ]การวัดประสิทธิภาพจริงของระบบ ณ ตำแหน่งเฉพาะแสดงให้เห็นว่าโดยทั่วไปแล้วจะให้ความแม่นยำดีกว่า1.0 เมตร (3 ฟุต 3 นิ้ว)ในแนวนอนและ1.5 เมตร (4 ฟุต 11 นิ้ว)ในแนวตั้งทั่วพื้นที่ส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกาและส่วนใหญ่ของแคนาดาและอลาสก้า[ 1 ]
ความซื่อสัตย์
ความสมบูรณ์ของระบบนำทางรวมถึงความสามารถในการแจ้งเตือนอย่างทันท่วงทีเมื่อสัญญาณให้ข้อมูลที่ทำให้เข้าใจผิดซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ ข้อกำหนด WAAS กำหนดให้ระบบตรวจจับข้อผิดพลาดในเครือข่าย GPS หรือ WAAS และแจ้งเตือนผู้ใช้ภายใน 6.2 วินาที[ 5 ]การรับรองว่า WAAS ปลอดภัยสำหรับกฎการบินด้วยเครื่องมือ (IFR) (เช่น การบินในเมฆ) จำเป็นต้องพิสูจน์ว่ามีความน่าจะเป็นน้อยมากที่ข้อผิดพลาดที่เกินข้อกำหนดด้านความแม่นยำจะไม่ถูกตรวจพบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความน่าจะเป็นระบุไว้ที่ 1×10 −7และเทียบเท่ากับข้อมูลที่ไม่ถูกต้องไม่เกิน 3 วินาทีต่อปี ซึ่งให้ข้อมูลความสมบูรณ์ที่เทียบเท่าหรือดีกว่าการตรวจสอบความสมบูรณ์แบบอัตโนมัติของตัวรับ (RAIM) [ 6 ]
ความพร้อมใช้งาน
ความพร้อมใช้งานคือความน่าจะเป็นที่ระบบนำทางจะตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำและความสมบูรณ์ ก่อนการมาถึงของ WAAS ข้อกำหนดของ GPS อนุญาตให้ระบบไม่พร้อมใช้งานได้นานถึงสี่วันต่อปี (ความพร้อมใช้งาน 99%) ข้อกำหนดของ WAAS กำหนดให้ความพร้อมใช้งานอยู่ที่ 99.999% ( ห้าเก้า ) ทั่วทั้งพื้นที่ให้บริการ ซึ่งเทียบเท่ากับเวลาหยุดทำงานเพียงกว่า 5 นาทีต่อปี[ 5 ] [ 6 ]
การดำเนินการ
WAAS ประกอบด้วยส่วนหลักสามส่วน ได้แก่ส่วนภาคพื้นดินส่วนอวกาศและส่วนผู้ใช้งาน
ส่วนภาคพื้นดิน
ส่วนภาคพื้นดินประกอบด้วยสถานีอ้างอิงพื้นที่กว้าง (WRS) หลายแห่ง สถานีภาคพื้นดินที่สำรวจอย่างแม่นยำเหล่านี้จะตรวจสอบและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสัญญาณ GPS จากนั้นส่งข้อมูลไปยังสถานีหลักพื้นที่กว้าง (WMS) สามแห่งโดยใช้เครือข่ายการสื่อสารภาคพื้นดิน สถานีอ้างอิงยังตรวจสอบสัญญาณจากดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า WAAS ซึ่งให้ข้อมูลความสมบูรณ์เกี่ยวกับสัญญาณเหล่านั้นด้วย ณ เดือนตุลาคม พ.ศ. 2550 มี WRS จำนวน 38 แห่ง ได้แก่ 20 แห่งในสหรัฐอเมริกาแผ่นดินใหญ่ (CONUS) 7 แห่งในอลาสก้า 1 แห่งในฮาวาย 1 แห่งในเปอร์โตริโก 5 แห่งในเม็กซิโก และ 4 แห่งในแคนาดา[ 7 ] [ 8 ]
โดยใช้ข้อมูลจากไซต์ WRS ระบบ WMS จะสร้างชุดการแก้ไขสองชุดที่แตกต่างกัน ได้แก่ การแก้ไขแบบเร็วและแบบช้า การแก้ไขแบบเร็วใช้สำหรับข้อผิดพลาดที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งทันทีและข้อผิดพลาดของนาฬิกาของดาวเทียม GPS การแก้ไขเหล่านี้ถือว่าไม่ขึ้นกับตำแหน่งของผู้ใช้ ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไปใช้ได้ทันทีโดยเครื่องรับใดๆ ภายในพื้นที่ การออกอากาศของ WAAS การแก้ไขแบบช้าประกอบด้วยการประมาณค่าความผิดพลาด ของปฏิทิน และนาฬิกา ในระยะยาวรวมถึง ข้อมูล ความล่าช้าของไอโอโนสเฟียร์ WAAS ให้การแก้ไขความล่าช้าสำหรับจุดจำนวนหนึ่ง (จัดเรียงในรูปแบบตาราง) ทั่วพื้นที่ให้บริการของ WAAS [ 9 ] (ดูส่วนของผู้ใช้ด้านล่างเพื่อทำความเข้าใจวิธีการใช้การแก้ไขเหล่านี้)
เมื่อสร้างข้อความแก้ไขเหล่านี้แล้ว WMS จะส่งข้อความเหล่านั้นไปยังสถานีอัปโหลดภาคพื้นดิน (GUS) สองคู่ ซึ่งจะส่งต่อไปยังดาวเทียมในส่วนอวกาศเพื่อออกอากาศซ้ำไปยังส่วนผู้ใช้[ 10 ]
สถานีอ้างอิง
ศูนย์ควบคุมการจราจรทางอากาศของ FAA ใน50 รัฐ แต่ละแห่ง มีสถานีอ้างอิง WAAS ยกเว้นอินเดียนาโพลิสนอกจากนี้ยังมีสถานีตั้งอยู่ในแคนาดา เม็กซิโก และเปอร์โตริโก[ 9 ]ดูรายการสถานีอ้างอิง WAASสำหรับพิกัดของเสาอากาศรับสัญญาณแต่ละตัว[ 11 ]
ส่วนของอวกาศ
ส่วนอวกาศประกอบด้วยดาวเทียมสื่อสาร หลายดวง ซึ่งออกอากาศข้อความแก้ไขที่สร้างโดยสถานีหลัก WAAS เพื่อให้ส่วนผู้ใช้รับ ดาวเทียมยังออกอากาศข้อมูลระยะทางประเภทเดียวกับดาวเทียม GPS ทั่วไป ซึ่งเป็นการเพิ่มจำนวนดาวเทียมที่ใช้ในการกำหนดตำแหน่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันส่วนอวกาศประกอบด้วยดาวเทียมเชิงพาณิชย์สามดวง ได้แก่Eutelsat 117 West B , SES-15และGalaxy 30 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
ประวัติดาวเทียม
ดาวเทียม WAAS สองดวงแรก ซึ่งมีชื่อว่าPacific Ocean Region (POR) และAtlantic Ocean Region-West (AOR-W) ได้รับการเช่าพื้นที่บน ดาวเทียม Inmarsat IIIดาวเทียมเหล่านี้หยุดส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2550 เมื่อสัญญาเช่าของ Inmarsat ใกล้จะสิ้นสุดลง ดาวเทียมใหม่สองดวง ( Galaxy 15และAnik F1R ) จึงถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในช่วงปลายปี 2548 Galaxy 15 เป็นดาวเทียม PanAmSatและ Anik F1R เป็นดาวเทียม Telesatเช่นเดียวกับดาวเทียมก่อนหน้านี้ ดาวเทียมเหล่านี้เป็นบริการเช่าภายใต้สัญญา Geostationary Satellite Communications Control Segment ของ FAA กับLockheed Martinสำหรับบริการเช่าดาวเทียม WAAS แบบ geostationary ซึ่งได้รับสัญญาให้จัดหาดาวเทียมได้สูงสุดสามดวงจนถึงปี 2559 [ 15 ]
ต่อมาได้มีการเพิ่มดาวเทียมดวงที่สามเข้าไปในระบบ ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงพฤศจิกายน 2010 FAA ได้ออกอากาศสัญญาณทดสอบ WAAS บนทรานสปอนเดอร์ที่เช่าบนดาวเทียม Inmarsat-4 F3 [ 16 ]สัญญาณทดสอบนี้ไม่สามารถใช้สำหรับการนำทางได้ แต่สามารถรับได้และรายงานด้วยหมายเลขประจำตัว PRN 133 (NMEA #46) ในเดือนพฤศจิกายน 2010 สัญญาณได้รับการรับรองว่าใช้งานได้และพร้อมใช้งานสำหรับการนำทาง[ 17 ]หลังจากการทดสอบในวงโคจร Eutelsat 117 West B ซึ่งออกอากาศสัญญาณบน PRN 131 (NMEA #44) ได้รับการรับรองว่าใช้งานได้และพร้อมใช้งานสำหรับการนำทางในวันที่ 27 มีนาคม 2018 ดาวเทียม SES 15 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในวันที่ 18 พฤษภาคม 2017 และหลังจากการทดสอบในวงโคจรเป็นเวลาหลายเดือน ก็เริ่มใช้งานได้ในวันที่ 15 กรกฎาคม 2019 ในปี 2018 ได้มีการมอบสัญญาเพื่อติดตั้งเพย์โหลด WAAS L-band บนดาวเทียม Galaxy 30 ดาวเทียมถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศสำเร็จเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2020 และเริ่มใช้งานการส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 26 เมษายน 2022 โดยใช้ PRN 135 (NMEA #48) อีกครั้ง[ 18 ] [ 19 ]หลังจากใช้งานดาวเทียม WAAS สี่ดวงเป็นเวลาประมาณสามสัปดาห์ การส่งสัญญาณ WAAS บน Anik F1-R ก็สิ้นสุดลงเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม 2022 [ 19 ]
| ชื่อและรายละเอียดของดาวเทียม | พรน. | เอ็นเอ็มอีเอ | ตัวกำหนด | ที่ตั้ง | ช่วงเวลาใช้งาน (ไม่ใช่โหมดทดสอบ) | สถานะ | ความสามารถในการส่งสัญญาณ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ภูมิภาคมหาสมุทรแอตแลนติกตะวันตก | 122 | 35 | เอออร์ว | 54°W ต่อมาย้ายไปที่ 142°W [ 20 ] | 10 กรกฎาคม 2546 – 31 กรกฎาคม 2560 | ยุติการส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2560 | L1 แถบความถี่แคบ |
| ภูมิภาคมหาสมุทรแปซิฟิก (POR) | 134 | 47 | ปอร์ | 178°ตะวันออก | 10 กรกฎาคม 2546 – 31 กรกฎาคม 2560 | ยุติการส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2560 | แอล1 |
| กาแล็กซี 15 | 135 | 48 | ซีอาร์ดับบลิว | 133°ตะวันตก | พฤศจิกายน 2549 – 25 กรกฎาคม 2562 | ยุติการส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม 2562 | L1, L5 (โหมดทดสอบ) |
| อานิก เอฟ1อาร์ | 138 | 51 | ครีเอ | 107.3°ตะวันตก | กรกฎาคม 2550 – 17 พฤษภาคม 2565 | ยุติการส่งสัญญาณ WAAS เมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม 2565 [ 19 ] | L1, L5 (โหมดทดสอบ) |
| อินมาร์แซท-4 เอฟ3 | 133 | 46 | เอเอ็มอาร์ | 98°ตะวันตก | พฤศจิกายน 2553 – 9 พฤศจิกายน 2560 | ยุติการส่งสัญญาณ WAAS ตั้งแต่วันที่ 9 พฤศจิกายน 2017 [ 21 ] | L1 แถบความถี่แคบ, L5 (โหมดทดสอบ) |
| ยูเทลแซท 117 เวสต์ บี | 131 | 44 | เอสเอ็ม9 | 117°ตะวันตก | มีนาคม 2018 – ปัจจุบัน | การดำเนินงาน | L1, L5 (โหมดทดสอบ) |
| เซส เอสอี 15 | 133 | 46 | S15 | 129°ตะวันตก | 15 กรกฎาคม 2562 – ปัจจุบัน | การดำเนินงาน | L1, L5 (โหมดทดสอบ) |
| กาแล็กซี 30 | 135 | 48 | จี30 | 125°W | 26 เมษายน 2565 – ปัจจุบัน | การดำเนินงาน | L1, L5 (โหมดทดสอบ) |
ในตารางด้านบน PRN คือรหัสตัวเลขสุ่มเทียมของดาวเทียม ส่วน NMEA คือหมายเลขดาวเทียมที่ส่งโดยเครื่องรับบางเครื่องเมื่อแสดงข้อมูลดาวเทียม (NMEA = PRN - 87)
กลุ่มผู้ใช้
ส่วนของผู้ใช้คือตัวรับสัญญาณ GPS และ WAAS ซึ่งใช้ข้อมูลที่ส่งมาจากดาวเทียม GPS แต่ละดวงเพื่อกำหนดตำแหน่งและเวลาปัจจุบัน และรับค่าแก้ไข WAAS จากส่วนอวกาศ ข้อความแก้ไขสองประเภทที่ได้รับ (เร็วและช้า) จะถูกนำไปใช้ในลักษณะที่แตกต่างกัน
เครื่องรับ GPS สามารถใช้ข้อมูลการแก้ไขแบบเร็วได้ทันที ซึ่งรวมถึงตำแหน่งดาวเทียมและข้อมูลนาฬิกาที่แก้ไขแล้ว และกำหนดตำแหน่งปัจจุบันโดยใช้การคำนวณ GPS ปกติ เมื่อได้ตำแหน่งโดยประมาณแล้ว เครื่องรับจะเริ่มใช้การแก้ไขแบบช้าเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ หนึ่งในข้อมูลการแก้ไขแบบช้าคือค่าหน่วงเวลาของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ขณะที่สัญญาณ GPS เดินทางจากดาวเทียมไปยังเครื่องรับ สัญญาณจะผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ เครื่องรับจะคำนวณตำแหน่งที่สัญญาณผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ และหากได้รับค่าหน่วงเวลาของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์สำหรับตำแหน่งนั้น เครื่องรับจะแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์
แม้ว่าข้อมูลช้าจะสามารถอัปเดตได้ทุกนาทีหากจำเป็น แต่ ข้อผิดพลาด ของปฏิทินดาราศาสตร์และข้อผิดพลาดของไอโอโนสเฟียร์จะไม่เปลี่ยนแปลงบ่อยนัก ดังนั้นจึงมีการอัปเดตทุกสองนาทีเท่านั้น และถือว่าถูกต้องได้นานถึงหกนาที[ 22 ]
ประวัติและพัฒนาการ
WAAS ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดยกระทรวงคมนาคมของสหรัฐอเมริกา (DOT) และสำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐอเมริกา (FAA) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิทยุนำทางของรัฐบาลกลาง (DOT-VNTSC-RSPA-95-1/DOD-4650.5) เริ่มต้นในปี 1994 เพื่อให้ประสิทธิภาพเทียบเท่ากับระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ ประเภท 1 (ILS) สำหรับเครื่องบินทุกลำที่มีอุปกรณ์ที่ได้รับการรับรองอย่างเหมาะสม[ 9 ]หากไม่มี WAAS การรบกวนของชั้นบรรยากาศไอโอโน สเฟียร์ การเบี่ยงเบนของนาฬิกาและข้อผิดพลาดของวงโคจรของดาวเทียมจะสร้างข้อผิดพลาดและความไม่แน่นอนในสัญญาณ GPS มากเกินไปจนไม่สามารถตอบสนองความต้องการสำหรับการลงจอดแบบแม่นยำได้ (ดูแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดของ GPS ) การลงจอดแบบแม่นยำประกอบด้วยข้อมูลระดับความสูงและให้คำแนะนำเส้นทาง ระยะทางจากรันเวย์ และข้อมูลระดับความสูง ณ ทุกจุดตลอดการลงจอด โดยปกติจะลงไปถึงระดับความสูงที่ต่ำกว่าและสภาพอากาศขั้นต่ำกว่าการลงจอดแบบไม่แม่นยำ
ก่อนที่จะมีระบบ WAAS ระบบน่านฟ้าแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NAS) ไม่มีระบบนำทางด้านข้างและแนวตั้งสำหรับการลงจอดแบบแม่นยำสำหรับผู้ใช้งานทุกรายในทุกสถานที่ ระบบดั้งเดิมสำหรับการลงจอดแบบแม่นยำคือระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ (ILS) ซึ่งใช้เครื่องส่งสัญญาณวิทยุหลายตัว โดยแต่ละตัวส่งสัญญาณเดียวไปยังเครื่องบิน ระบบวิทยุที่ซับซ้อนนี้จำเป็นต้องติดตั้งที่ปลายรันเวย์ทุกแห่ง บางแห่งอยู่นอกพื้นที่ ตามแนวเส้นที่ลากจากเส้นกลางรันเวย์ ทำให้การดำเนินการลงจอดแบบแม่นยำทั้งยากและมีค่าใช้จ่ายสูงมาก ระบบ ILS ประกอบด้วยเสาอากาศส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน 180 ต้นในแต่ละจุดที่สร้างขึ้น
ระยะหนึ่งแล้วที่ FAA และNASAได้พัฒนาระบบที่ดีขึ้นมาก นั่นคือระบบลงจอดด้วยคลื่นไมโครเวฟ (MLS) ระบบ MLS ทั้งหมดสำหรับการลงจอดแต่ละครั้งจะถูกแยกไว้ในกล่องหนึ่งหรือสองกล่องที่ตั้งอยู่ข้างรันเวย์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการติดตั้งได้อย่างมาก MLS ยังมีข้อดีในทางปฏิบัติหลายประการที่ช่วยลดปัญหาการจราจร ทั้งสำหรับเครื่องบินและช่องสัญญาณวิทยุ แต่ข้อเสียคือ MLS จะต้องให้สนามบินและเครื่องบินทุกลำอัปเกรดอุปกรณ์ของตนด้วย
ในระหว่างการพัฒนาระบบ MLS เครื่องรับสัญญาณ GPS สำหรับผู้บริโภคที่มีคุณภาพหลากหลายเริ่มปรากฏขึ้น GPS มีข้อดีมากมายสำหรับนักบิน โดยรวมระบบนำทางระยะไกลทั้งหมดของเครื่องบินเข้าไว้ในระบบเดียวที่ใช้งานง่าย มักมีขนาดเล็กพอที่จะถือด้วยมือได้ การนำระบบนำทางเครื่องบินที่ใช้ GPS มาใช้งานนั้นส่วนใหญ่เป็นปัญหาของการพัฒนาเทคนิคและมาตรฐานใหม่ มากกว่าการพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ FAA เริ่มวางแผนที่จะปิดระบบนำทางระยะไกลที่มีอยู่ ( VORและNDB ) เพื่อหันมาใช้ GPS แทน อย่างไรก็ตาม ปัญหาของการลงจอดก็ยังคงอยู่ GPS มีความแม่นยำไม่เพียงพอที่จะทดแทนระบบ ILS ได้ ความแม่นยำโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ15 เมตร (49 ฟุต)ในขณะที่แม้แต่การลงจอดแบบ "CAT I" ซึ่งเป็นแบบที่ง่ายที่สุด ก็ยังต้องการความแม่นยำในแนวดิ่งถึง4 เมตร (13 ฟุต )
ความคลาดเคลื่อนในระบบ GPS นี้ส่วนใหญ่เกิดจาก "คลื่น" ขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ซึ่งทำให้สัญญาณวิทยุจากดาวเทียมช้าลงในปริมาณที่ไม่แน่นอน เนื่องจาก GPS อาศัยการจับเวลาของสัญญาณเพื่อวัดระยะทาง การที่สัญญาณช้าลงนี้จึงทำให้ดาวเทียมดูเหมือนอยู่ไกลออกไป คลื่นเหล่านี้เคลื่อนที่ช้า และสามารถตรวจสอบลักษณะได้โดยใช้วิธีการต่างๆ จากภาคพื้นดิน หรือโดยการตรวจสอบสัญญาณ GPS เอง การส่งข้อมูลนี้ไปยังเครื่องรับ GPS ทุกๆ นาทีหรือประมาณนั้น จะช่วยลดแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดนี้ได้อย่างมาก นี่จึงนำไปสู่แนวคิดของ ระบบ GPS แบบดิฟเฟอเรนเชีย ล (Differential GPS ) ซึ่งใช้ระบบวิทยุแยกต่างหากในการส่งสัญญาณแก้ไขไปยังเครื่องรับ เครื่องบินสามารถติดตั้งเครื่องรับที่เสียบเข้ากับหน่วย GPS โดยส่งสัญญาณในความถี่ต่างๆ สำหรับผู้ใช้ที่แตกต่างกัน (วิทยุ FM สำหรับรถยนต์ คลื่นยาวสำหรับเรือ ฯลฯ) โดยทั่วไปแล้วผู้ส่งสารที่มีกำลังส่งเพียงพอจะกระจุกตัวอยู่รอบๆ เมืองใหญ่ ทำให้ระบบ DGPS ดังกล่าวมีประโยชน์น้อยสำหรับการนำทางในพื้นที่กว้าง นอกจากนี้ สัญญาณวิทยุส่วนใหญ่มีข้อจำกัดอยู่สองประการ คือ สัญญาณต้องมองเห็นได้โดยตรง หรืออาจถูกบิดเบือนโดยพื้นดิน ทำให้การใช้ DGPS ในระบบการลงจอดที่แม่นยำ หรือเมื่อบินในระดับต่ำด้วยเหตุผลอื่นๆ เป็นเรื่องยาก
สำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐอเมริกา (FAA) พิจารณาระบบที่สามารถส่งสัญญาณแก้ไขเดียวกันไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้นมาก เช่น จากดาวเทียม ซึ่งนำไปสู่ระบบ WAAS โดยตรง เนื่องจากอุปกรณ์ GPS ประกอบด้วยตัวรับสัญญาณดาวเทียมอยู่แล้ว การส่งสัญญาณแก้ไขบนความถี่เดียวกันกับที่อุปกรณ์ GPS ใช้จึงสมเหตุสมผลกว่าการใช้ระบบที่แยกต่างหากทั้งหมด ซึ่งจะเพิ่มโอกาสความล้มเหลวเป็นสองเท่า นอกจากการลดต้นทุนการดำเนินการโดยการ "อาศัย" การปล่อยดาวเทียมที่วางแผนไว้แล้ว ยังช่วยให้สามารถส่งสัญญาณจากวงโคจรค้างฟ้าได้ ซึ่งหมายความว่าดาวเทียมจำนวนน้อยสามารถครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมดของทวีปอเมริกาเหนือได้
เมื่อวันที่ 10 กรกฎาคม 2546 สัญญาณ WAAS ได้ถูกเปิดใช้งานสำหรับการบินทั่วไป ครอบคลุมพื้นที่ 95% ของสหรัฐอเมริกา และบางส่วนของรัฐอะแลสกา โดยกำหนดระดับความสูงขั้นต่ำ ไว้ ที่ 350 ฟุต (110 เมตร)
เมื่อวันที่ 17 มกราคม 2551 บริษัท Hickok & Associates ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐแอละแบมา ได้กลายเป็นผู้ออกแบบ WAAS สำหรับเฮลิคอปเตอร์รายแรกที่มี Localizer Performance (LP) และLocalizer Performance พร้อมการนำทางแนวตั้ง (LPV) และเป็นหน่วยงานเดียวที่มีเกณฑ์ที่ได้รับการอนุมัติจาก FAA (ซึ่งแม้แต่ FAA ก็ยังไม่ได้พัฒนา) [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]เกณฑ์ WAAS สำหรับเฮลิคอปเตอร์นี้เสนอระดับความสูงขั้นต่ำที่ต่ำถึง 250 ฟุต และข้อกำหนดด้านทัศนวิสัยที่ลดลง เพื่อให้สามารถปฏิบัติภารกิจที่ไม่สามารถทำได้มาก่อน เมื่อวันที่ 1 เมษายน 2552 FAA AFS-400 ได้อนุมัติขั้นตอนการลงจอดด้วย GPS WAAS สำหรับเฮลิคอปเตอร์สามขั้นตอนแรกสำหรับลูกค้าของ Hickok & Associates คือ California Shock/Trauma Air Rescue (CALSTAR) ตั้งแต่นั้นมา พวกเขาได้ออกแบบขั้นตอนการลงจอด WAAS สำหรับเฮลิคอปเตอร์ที่ได้รับการอนุมัติมากมายสำหรับโรงพยาบาล EMS และผู้ให้บริการทางอากาศต่างๆ ทั้งในสหรัฐอเมริกาและประเทศและทวีปอื่นๆ
เมื่อวันที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2552 Horizon Air ซึ่งมีฐานอยู่ที่ซีแอตเทิล ได้ทำการบินเที่ยวบินโดยสารตามกำหนดการครั้งแรก[ 26 ]โดยใช้ WAAS ร่วมกับ LPV ในเที่ยวบิน 2014 ซึ่งเป็นเที่ยวบินจากพอร์ตแลนด์ไปยังซีแอตเทิล โดยใช้เครื่องบิน Bombardier Q400 ที่ติดตั้ง WAAS FMS จาก Universal Avionics สายการบินดังกล่าวร่วมมือกับ FAA ในการติดตั้ง WAAS ในเครื่องบิน Q400 จำนวน 7 ลำ และแบ่งปันข้อมูลการบินเพื่อพิจารณาความเหมาะสมของ WAAS ในการใช้งานบริการการบินตามกำหนดการได้ดียิ่งขึ้น
ไทม์ไลน์
ไทม์ไลน์ของระบบขยายสัญญาณครอบคลุมพื้นที่กว้าง (WAAS)
การเปรียบเทียบความแม่นยำ
| ระบบ | ความแม่นยำ 95% (แนวนอน/แนวตั้ง) | รายละเอียด |
|---|---|---|
| ข้อกำหนดLORAN-C | 460 ม. / 460 ม. | ความแม่นยำสัมบูรณ์ที่ระบุไว้ของระบบ LORAN-C |
| ข้อกำหนดอุปกรณ์วัดระยะทาง (DME) | 185 เมตร (เชิงเส้น) | DME คืออุปกรณ์ช่วยนำทางด้วยคลื่นวิทยุที่สามารถคำนวณระยะทางเชิงเส้นจากเครื่องบินไปยังอุปกรณ์ภาคพื้นดินได้ |
| ข้อมูลจำเพาะของ GPS | 100 ม. / 150 ม. | ความแม่นยำที่ระบุไว้ของระบบ GPS เมื่อ เปิดใช้งานตัวเลือก Selective Availability (SA) รัฐบาลสหรัฐฯ ใช้ระบบ SA จนถึงวันที่ 1 พฤษภาคม 2543 |
| ความสามารถในการทำซ้ำที่วัดได้ด้วยLORAN-C | 50 ม. / 50 ม. | หน่วยยามฝั่งสหรัฐฯ รายงานความแม่นยำในการ "กลับสู่ตำแหน่งเดิม" อยู่ที่ 50 เมตร ในโหมดความแตกต่างของเวลา |
| ความสามารถในการทำซ้ำของ eLORAN | เครื่องรับสัญญาณ LORAN-C รุ่นใหม่ ซึ่งใช้สัญญาณที่มีอยู่ทั้งหมดพร้อมกัน และเสาอากาศแบบ H-field | |
| ระบบนำทาง GPS แบบดิฟเฟอเรนเชียล (DGPS) | 10 ม. / 10 ม. | นี่คือ ความแม่นยำในกรณีที่แย่ที่สุดของระบบนำทางด้วย คลื่นความถี่แบบดิฟเฟอเรนเชียล (DGPS) จากรายงาน Federal Radionavigation Systems (FRS) ปี 2001 ที่เผยแพร่ร่วมกันโดยกระทรวงคมนาคมสหรัฐฯ (US DOT) และกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ (DoD) ระบุว่า ความแม่นยำจะลดลงตามระยะห่างจากสถานที่ โดยอาจต่ำกว่า 1 เมตร แต่โดยปกติจะต่ำกว่า 10 เมตร |
| ข้อกำหนดของระบบขยายสัญญาณครอบคลุมพื้นที่กว้าง (WAAS) | 7.6 ม. / 7.6 ม. | ความแม่นยำในกรณีที่เลวร้ายที่สุดที่ WAAS ต้องให้ได้เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในวิธีการคำนวณความแม่นยำสูงได้ |
| วัดด้วยGPS | 2.5 ม. / 4.7 ม. | ความแม่นยำที่วัดได้จริงของระบบ (ไม่รวมข้อผิดพลาดของตัวรับ) โดยปิดใช้งาน SA ตามผลการวิจัยของศูนย์ทดสอบดาวเทียมแห่งชาติของ FAA หรือ NSTB |
| วัดค่า WAAS แล้ว | 0.9 ม. / 1.3 ม. | ความแม่นยำที่วัดได้จริงของระบบ (ไม่รวมข้อผิดพลาดของตัวรับ) โดยอิงตามผลการวิจัยของ NSTB |
| ข้อกำหนดของ ระบบเสริมกำลังสัญญาณในพื้นที่ (LAAS) | เป้าหมายของโครงการ LAAS คือการจัดหา ความสามารถ ILS ประเภท IIICซึ่งจะช่วยให้เครื่องบินสามารถลงจอดได้แม้ในสภาพทัศนวิสัยเป็นศูนย์โดยใช้ระบบ ' ลงจอดอัตโนมัติ ' และจะระบุความแม่นยำสูงมากที่ < 1 เมตร[ 28 ] |
ประโยชน์
WAAS แก้ปัญหา "ปัญหาการนำทาง" ทั้งหมด โดยให้การระบุตำแหน่งที่แม่นยำสูงและใช้งานง่ายอย่างยิ่ง ด้วยต้นทุนเพียงแค่การติดตั้งตัวรับสัญญาณเพียงตัวเดียวบนเครื่องบิน โครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินและอวกาศมีค่อนข้างจำกัด และไม่จำเป็นต้องมีระบบใดๆ ในสนามบิน WAAS ช่วยให้สามารถเผยแพร่ขั้นตอนการลงจอดที่แม่นยำสำหรับสนามบินใดๆ ก็ได้ ด้วยต้นทุนเพียงแค่การพัฒนากระบวนการและเผยแพร่แผนที่การลงจอดใหม่ ซึ่งหมายความว่าสนามบินเกือบทุกแห่งสามารถมีขั้นตอนการลงจอดที่แม่นยำได้ และต้นทุนในการดำเนินการลดลงอย่างมาก
นอกจากนี้ ระบบ WAAS ยังทำงานได้ดีเยี่ยมระหว่างสนามบินต่างๆ ทำให้เครื่องบินสามารถบินตรงจากสนามบินหนึ่งไปยังอีกสนามบินหนึ่งได้ แทนที่จะต้องบินตามเส้นทางที่อิงจากสัญญาณภาคพื้นดิน ซึ่งสามารถลดระยะทางการบินได้อย่างมากในบางกรณี ประหยัดทั้งเวลาและเชื้อเพลิง ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากความสามารถในการให้ข้อมูลเกี่ยวกับความแม่นยำของข้อมูลจากดาวเทียม GPS แต่ละดวง เครื่องบินที่ติดตั้ง WAAS จึงสามารถบินในระดับความสูงที่ต่ำกว่าระบบภาคพื้นดินได้ ซึ่งมักถูกกีดขวางโดยภูมิประเทศที่มีระดับความสูงแตกต่างกัน ทำให้ผู้ขับเครื่องบินสามารถบินในระดับความสูงที่ต่ำลงได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ต้องพึ่งพาระบบภาคพื้นดิน สำหรับเครื่องบินที่ไม่มีระบบปรับความดันอากาศ สิ่งนี้ช่วยประหยัดออกซิเจนและเพิ่มความปลอดภัย
ประโยชน์ข้างต้นไม่เพียงแต่สร้างความสะดวกสบายเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการประหยัดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญอีกด้วย ต้นทุนในการจัดหาสัญญาณ WAAS ซึ่งให้บริการสนามบินสาธารณะทั้งหมด 5,400 แห่ง อยู่ที่ต่ำกว่า 50 ล้าน ดอลลาร์สหรัฐต่อปีเล็กน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับระบบภาคพื้นดินในปัจจุบัน เช่น ระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ (ILS) ซึ่งติดตั้งอยู่ที่สนามบินเพียง 600 แห่ง มีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่อปีถึง 82 ล้านดอลลาร์สหรัฐหากไม่มีการซื้อฮาร์ดแวร์นำทางภาคพื้นดิน ต้นทุนรวมในการเผยแพร่การเข้าใกล้รันเวย์ด้วย WAAS จะอยู่ที่ประมาณ 50,000 ดอลลาร์สหรัฐ เมื่อเทียบกับต้นทุน 1,000,000 ถึง 1,500,000 ดอลลาร์สหรัฐในการติดตั้งระบบวิทยุ ILS [ 29 ]
ข้อเสียและข้อจำกัด
แม้ว่า WAAS จะมีข้อดีมากมาย แต่ก็มีข้อเสียและข้อจำกัดที่สำคัญอยู่เช่นกัน:
- สภาพอากาศในอวกาศระบบดาวเทียมที่มนุษย์สร้างขึ้นทั้งหมดล้วนอยู่ภายใต้ภัยคุกคามจากสภาพอากาศในอวกาศและเศษซากอวกาศ ตัวอย่างเช่น เหตุการณ์พายุสุริยะขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยการพุ่งของมวลโคโรนา (CME) ที่พุ่งเข้าหาโลกอย่างรวดเร็วและมีขนาดใหญ่มาก อาจทำให้ส่วนประกอบดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าหรือดาวเทียม GPS ของ WAAS ไม่สามารถใช้งานได้
- ดาวเทียมกระจายเสียงเป็นดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า ซึ่งทำให้ดาวเทียมอยู่เหนือขอบฟ้าไม่ถึง 10° สำหรับตำแหน่งที่อยู่เหนือละติจูด 71.4° ซึ่งหมายความว่าเครื่องบินในพื้นที่อะแลสกาหรือแคนาดาตอนเหนืออาจมีปัญหาในการรักษาการล็อกสัญญาณ WAAS [ 30 ]
- ในการคำนวณค่าความล่าช้าของจุดในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ จุดนั้นจะต้องอยู่ระหว่างดาวเทียมและสถานีอ้างอิง เนื่องจากจำนวนดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดินมีน้อย จึงจำกัดจำนวนจุดที่สามารถคำนวณได้
- เครื่องบินที่ทำการลงจอดแบบ WAAS จะใช้เครื่องรับสัญญาณ GPS ที่ได้รับการรับรอง ซึ่งมีราคาแพงกว่าเครื่องที่ไม่ได้รับการรับรองมาก ในปี 2024 เครื่องรับสัญญาณ GPS ที่ได้รับการรับรองราคาถูกที่สุดของ Garmin คือ GPS 175 มีราคาขายปลีกแนะนำอยู่ที่ 5,895 ดอลลาร์สหรัฐ
- WAAS ไม่สามารถให้ความแม่นยำตามที่ต้องการสำหรับการเข้าใกล้ ILS ประเภท II หรือ III ได้ ดังนั้น WAAS จึงไม่ใช่ทางออกเดียว และจำเป็นต้องบำรุงรักษาอุปกรณ์ ILS ที่มีอยู่ หรือเปลี่ยนมาใช้ระบบใหม่ เช่นระบบเสริมความแม่นยำในพื้นที่ (LAAS) [ 31 ]
- ประสิทธิภาพ WAAS Localizer พร้อมการนำทางแนวตั้ง (LPV) สำหรับการเข้าใกล้ด้วยระยะขั้นต่ำ 200 ฟุต (LPV-200) จะไม่ถูกเผยแพร่สำหรับสนามบินที่ไม่มีไฟส่องสว่างความเข้มปานกลาง เครื่องหมายรันเวย์ที่แม่นยำ และทางขับขนาน สนามบินขนาดเล็กซึ่งปัจจุบันอาจไม่มีคุณสมบัติเหล่านี้ จะต้องปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวกหรือกำหนดให้นักบินใช้ระยะขั้นต่ำที่สูงขึ้น[ 29 ]
- เมื่อความแม่นยำเพิ่มขึ้นและข้อผิดพลาดเข้าใกล้ศูนย์ปรากฏการณ์ความขัดแย้งในการนำทางกล่าวว่า ความเสี่ยงในการชนกันจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากโอกาสที่เรือสองลำจะอยู่ในพื้นที่เดียวกันบนเส้นระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างจุดนำทางสองจุดนั้นเพิ่มขึ้น
อนาคตของ WAAS
การปรับปรุงการดำเนินงานด้านการบิน
ในปี พ.ศ. 2550 มีการคาดการณ์ว่าการนำทางแนวตั้งของ WAAS จะพร้อมใช้งานเกือบตลอดเวลา (มากกว่า 99%) และครอบคลุมพื้นที่ทั่วทวีปอเมริกา อลาสก้าส่วนใหญ่ เม็กซิโกตอนเหนือ และแคนาดาตอนใต้[ 32 ]ในขณะนั้น ความแม่นยำของ WAAS จะตรงตามหรือเกินกว่าข้อกำหนดสำหรับ การเข้าใกล้ ILS ประเภทที่ 1 กล่าวคือ ข้อมูลตำแหน่งสามมิติที่ระดับ 200 ฟุต (60 เมตร) เหนือระดับความสูงของโซนลงจอด[ 2 ]
การปรับปรุงซอฟต์แวร์
การปรับปรุงซอฟต์แวร์ที่จะนำมาใช้ภายในเดือนกันยายน พ.ศ. 2551 จะช่วยปรับปรุงความพร้อมใช้งานของสัญญาณการนำทางแนวตั้งทั่ว CONUS และอลาสก้าอย่างมีนัยสำคัญ พื้นที่ที่ครอบคลุมโดยโซลูชัน LPV ที่มีความพร้อมใช้งาน 95% ในอลาสก้าเพิ่มขึ้นจาก 62% เป็น 86% และใน CONUS ความครอบคลุมของ LPV-200 ที่มีความพร้อมใช้งาน 100% เพิ่มขึ้นจาก 48% เป็น 84% โดยมีความครอบคลุมของโซลูชัน LPV 100% [ 8 ]
การอัปเกรดส่วนอวกาศ
ทั้ง Galaxy XV (PRN #135) และ Anik F1R (PRN #138) มีเพย์โหลด GPS L1 และ L5 ซึ่งหมายความว่าพวกมันอาจใช้งานได้กับสัญญาณ GPS L5 ที่ทันสมัยขึ้นเมื่อสัญญาณและตัวรับสัญญาณใหม่พร้อมใช้งาน ด้วย L5 ระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินจะสามารถใช้สัญญาณหลายแบบร่วมกันเพื่อให้ได้บริการที่แม่นยำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความพร้อมใช้งานของบริการ ระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินเหล่านี้จะใช้การแก้ไขไอโอโนสเฟียร์ที่ออกอากาศโดย WAAS หรือการแก้ไขความถี่คู่ที่สร้างขึ้นเองบนเครื่องบิน ขึ้นอยู่กับว่าวิธีใดแม่นยำกว่า[ 33 ]
ดูเพิ่มเติม
- ระบบเสริมความแม่นยำด้วยดาวเทียม (SBAS)
- EGNOS — ระบบ SBAS สำหรับปฏิบัติการในยุโรป
- MSAS — ระบบ SBAS ที่ใช้งานได้จริงของญี่ปุ่น
- CDGPS ระบบระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์แบบดิฟเฟอเรนเชียลของแคนาดา
- ระบบเสริมกำลังสัญญาณเฉพาะพื้นที่ (LAAS)
- ระบบการเข้าใกล้และลงจอดที่แม่นยำร่วม (JPALS)
- อุปกรณ์วัดระยะทาง (DME)
- กฎการบินด้วยเครื่องมือ (IFR)
- ระบบลงจอดด้วยเครื่องมือ (ILS)
- ประสิทธิภาพของระบบระบุตำแหน่งด้วยการนำทางแนวตั้ง (LPV)
- ระบบนำทางด้วยคลื่นวิทยุระยะไกล (LORAN)
- ระบบลงจอดด้วยคลื่นไมโครเวฟ (MLS)
- สัญญาณบอกตำแหน่งแบบไม่ระบุทิศทาง (NDB)
- ระบบนำทางอากาศเชิงยุทธวิธี (TACAN)
- ระบบลงจอดด้วยทรานสปอนเดอร์ (TLS)
- ระบบ VOR (Variable Radio Radio) แบบรอบทิศทาง
ลิงก์ภายนอก
- จอแสดงผลประสิทธิภาพ WAAS แบบโต้ตอบแบบเรียลไทม์ของ FAA WJHTC
- โปรแกรม WAASของ FAA
- Garmin's WAAS คืออะไร?
- แผนการนำทางด้วยคลื่นวิทยุ ของรัฐบาลกลางสหรัฐอเมริกา ปี 2005 (FRP)
- ความครอบคลุมของ WAAS ในแคนาดา