Wide area augmentation system (WAAS) hệ thống tăng cường diện rộng

Nguồn gốc của WAAS − Hệ thống tăng cường diện rộng WAAS là một hệ thống định vị dựa trên vệ tinh của FAA được thiết kế để trở thành phương tiện dẫn đường máy bay dân dụng chính trong tươ

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HÀNG KHÔNG

TOPIC THẢO LUẬN CÁ NHÂN Wide Area Augmentation System (WAAS)

Hệ thống tăng cường diện rộng

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

TS Nguyễn Thanh Dũng Hoàng Lê Anh Khôi

Lớp: 18ĐHĐT02 MSSV: 1853020069

Thành phố Hồ Chí Minh - Tháng 11/2021

MỤC LỤC

Wide Area Augmentation System (WAAS)

Hệ thống tăng cường diện rộng

I. Nguồn gốc của WAAS

− Hệ thống tăng cường diện rộng (WAAS) là một hệ thống định vị dựa trên vệ tinh của FAA được thiết kế để trở thành phương tiện dẫn đường máy bay dân dụng chính trong tương lai Nó được giao nhiệm vụ hỗ trợ dẫn đường cho máy bay mà không cần sự trợ giúp của ILS (Hệ thống hỗ trợ hạ cánh)- ngay cả trong điều kiện tầm nhìn kém

với các hiệu chỉnh về thời gian, quỹ đạo vệ tinh GPS và tầng điện

ly Những bổ sung này cho phép hệ thống WAAS đáp ứng các yêu cầu hàng không rất nghiêm ngặt về độ chính xác, tính khả dụng và tính toàn vẹn Các báo cáo hiệu suất hàng quý đã chỉ ra rằng hệ thống WAAS thường đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu

này

truyền thống, WAAS cung cấp các dịch vụ điều hướng trên toàn

bộ Hệ thống Không gian Quốc gia (NAS) WAAS cung cấp thông tin nâng cao cho máy thu GPS / WAAS để nâng cao độ chính xác

và tính toàn vẹn của các ước tính vị trí

gian tăng cường GPS và dịch vụ Định vị Tiêu chuẩn (SPS)

độ chính xác trong báo cáo vị trí, cho phép nhiều thời gian hơn để

đồng đều và tăng chất lượng quản lý không lưu trên toàn thế giới

gia, với cách tiếp cận chính xác tại hơn 3.000 đường băng

II. Nguyên lý hoạt động

khắp nước Mỹ để giám sát dữ liệu vệ tinh GPS Hai – ba trạm chính, nằm ở hai bên bờ biển, thu thập dữ liệu từ các trạm tham chiếu và tạo thông báo hiệu chỉnh GPS Sự hiệu chỉnh này tính đến quỹ đạo vệ tinh GPS và độ trôi của đồng hồ cộng với độ trễ tín hiệu do khí quyển và tầng điện ly gây ra Sau đó, thông điệp

vi sai đã được hiệu chỉnh sẽ được phát qua 1 trong 2 vệ tinh địa tĩnh hoặc các vệ tinh có vị trí cố định trên đường xích đạo Thông tin tương thích với cấu trúc tín hiệu GPS cơ bản, có nghĩa là bất

kỳ máy thu GPS nào hỗ trợ WAAS đều có thể đọc tín hiệu

− Các tín hiệu từ vệ tinh GPS được nhận qua NAS tại nhiều địa điểm Trạm tham chiếu diện rộng (WRS) có khoảng cách rộng rãi Các vị trí WRS được khảo sát chính xác để có thể phát hiện

ra bất kỳ lỗi nào trong tín hiệu GPS nhận được

Trạm tổng thể WAAS (WMS) bằng mạng truyền thông mặt đất WMS tạo Thông báo Người dùng WAAS mỗi giây Các thông báo này chứa thông tin cho phép máy thu GPS / WAAS loại bỏ các lỗi trong tín hiệu GPS, cho phép tăng đáng kể độ

chính xác và tính toàn vẹn của vị trí

truyền tới các trọng tải điều hướng trên vệ tinh truyền thông địa tĩnh (GEO)

thông điệp trên một tín hiệu giống như GPS trên NAS Máy thu GPS / WAAS xử lý thông báo WAAS như một phần của ước tính

vị trí Tín hiệu giống như GPS từ bộ phát đáp điều hướng cũng có thể được bộ thu GPS / WAAS sử dụng như một nguồn bổ sung để

tính toán vị trí của người dùng Máy thu GPS / WAAS có thể đạt được độ chính xác vị trí vài mét trên NAS

vị trí hệ thống GPS không sử dụng được do lỗi hệ thống hoặc các tác động khác Hơn nữa, hệ thống WAAS được thiết kế theo các tiêu chuẩn rất nghiêm ngặt về tính toàn vẹn và an toàn: người dùng được thông báo trong vòng sáu giây khi có bất kỳ thông tin sai lệch nguy hiểm nào gây ra lỗi trong ước tính vị trí của máy thu GPS / WAAS Điều này cung cấp độ tin cậy rất cao cho vị trí máy thu GPS / WAAS được tính toán

CẤU TRÚC HỆ THỐNG WAAS

GỒM:

− 6 trạm liên kết mặt đất GEO (là liên kết từ một trạm mặt đất tới vệ tinh)

− 2 trạm vận hành và bảo trì

Trạm tham chiếu WAAS

Trạm liên kết mặt đất GEO

III. Lợi ích

1. Khả năng tiếp cận

đánh giá tất cả các tín hiệu GPS trên Bắc Mỹ để cho phép

phi công bay sử dụng dữ liệu GPS tăng cường để đảm bảo

an toàn cho các nhiệm vụ như hạ cánh chính xác và điều hướng trên đường Hệ thống cho phép phi công hạ cánh an toàn ở những nơi mà trước đây không thể tiếp cận được vì

vị trí sân bay và / hoặc thời tiết

− Máy bay được trang bị WAAS LPV có thể tiếp cận hơn 4.000 điểm cuối của đường băng trong điều kiện thời tiết xấu với độ cao tối thiểu là 200 feet WAAS có thể đưa máy bay đến những nơi mà Hệ thống hạ cánh theo thiết bị

( ILS ) có thể không khả dụng

2. Sự chính xác

− WAAS cải thiện độ chính xác của hệ thống điều hướng cho

các hoạt động trên đường đi, nhà ga và phương tiện tiếp cận trên toàn bộ lục địa Hoa Kỳ, Alaska và các phần quan trọng của Canada và Mexico WAAS hỗ trợ các phương pháp tiếp cận thiết bị hướng dẫn theo chiều dọc cho tất cả các đường

băng đủ điều kiện ở Hoa Kỳ

sửa các nhiễu xảy ra tự nhiên với tín hiệu GPS Các nhiễu

động tự nhiên bao gồm các tác động của trọng lực Trái đất,

bầu khí quyển và khí thải của Mặt trời

3. Sự an toàn

− WAAS kết hợp các thiết bị dựa trên mặt đất và trên không

gian để tăng cường GPS, cung cấp cải tiến cả về an toàn và năng lực trong NAS

• WAAS cải thiện độ an toàn nhờ cách tiếp cận ổn

định WAAS LPV

• WAAS cung cấp dự phòng đường băng và nhận thức tình huống trong tất cả các phương pháp tiếp cận cuối cùng để vận hành đường băng

• WAAS tăng mức độ an toàn cho phi công trong điều kiện thời tiết có tầm nhìn thấp, điều kiện khí tượng cụ thể

( IMC )

4. Tính linh hoạt

trong nhiều lĩnh vực khác như nông nghiệp, ô tô, xây dựng,

phản ứng đầu tiên, hàng hải, và nhiều lĩnh vực khác

5. Tính liên tục

phi công với mức độ đảm bảo rằng nó sẽ hoạt động đơn giản

IV. Hạn chế

Đối với tất cả các lợi ích của nó, WAAS không phải là không có nhược điểm

và hạn chế quan trọng:

• Thời tiết không gian Tất cả các hệ thống vệ tinh do con người tạo

ra đều phải chịu các mối đe dọa từ thời tiết không gian và các mảnh

vỡ không gian Ví dụ, một sự kiện siêu bão mặt trời bao gồm một tia phóng xạ khối lượng lớn và đi vào trái đất (CME) cực kỳ lớn và nhanh có thể vô hiệu hóa các phần tử vệ tinh không đồng bộ địa lý hoặc GPS của WAAS

• Các vệ tinh phát sóng là địa tĩnh, khiến chúng ở vị trí thấp hơn 10 °

so với đường chân trời đối với các vị trí ở phía bắc vĩ độ 71,4

° Điều này có nghĩa là máy bay ở các khu vực Alaska hoặc phía bắc Canada có thể gặp khó khăn trong việc duy trì khóa tín hiệu

WAAS [27]

• Để tính toán độ trễ của điểm lưới tầng điện ly, điểm đó phải nằm giữa vệ tinh và trạm tham chiếu Số lượng vệ tinh và trạm mặt đất thấp hạn chế số lượng điểm có thể được tính toán

• Máy bay thực hiện các phương pháp tiếp cận WAAS phải sở hữu thiết bị thu GPS được chứng nhận, đắt hơn nhiều so với các thiết bị không được chứng nhận Năm 2006, bộ thu được chứng nhận rẻ nhất của Garmin, GNS 430W, có giá bán lẻ đề xuất là 10.750 đô la

Mỹ [28]

phương pháp tiếp cận ILS Loại II hoặc III Do đó, WAAS không phải là giải pháp duy nhất và thiết bị ILS hiện có phải được bảo trì hoặc phải được thay thế bằng các hệ thống mới, chẳng hạn như Hệ thống tăng cường khu vực cục bộ (LAAS) [29]

với mức tối thiểu 200 foot sẽ không được đem vào sử dụng cho các sân bay không có ánh sáng cường độ trung bình, đánh dấu đường băng chính xác và đường lăn song song Các sân bay nhỏ hơn, hiện

có thể không có các tính năng này, sẽ phải nâng cấp cơ sở vật chất của họ hoặc yêu cầu phi công sử dụng mức tối thiểu cao hơn

− WAAS là một sự gia tăng khu vực Tuy nhiên, có một số quốc gia đang nghiên cứu các hệ thống dựa trên không gian tương tự sẽ tương thích với hệ thống điện tử hàng không WAAS

Châu Âu: EGNOS Nhật Bản: MSAS

Ấn Độ: GAGAN Tất cả các đơn vị đó phải tương thích với những gì ở Hoa Kỳ

VI. Phương pháp tiếp cận LNAV / VNAV, LPV và LP là gì?

dụng GPS và / hoặc WAAS để điều hướng theo chiều ngang, nhưng không có hướng dẫn dọc Các quy trình LNAV đạt được

độ cao hạ thấp tối thiểu là 400 feet so với đường băng

xác Nó cung cấp hướng dẫn theo chiều từ GPS hoặc WAAS và hướng dẫn dọc từ máy đo độ cao khí áp hoặc WAAS Máy bay không có WAAS phải có máy đo độ cao VNAV Độ cao quyết

định trên các phương pháp này thường cao hơn đường băng 350

feet

Localizer Performance with Vertical Guidance và chỉ có thể được

sử dụng với bộ thu WAAS Nó tương tự như LNAV / VNAV ngoại trừ nó chính xác hơn nhiều cho phép hạ độ cao xuống thấp

hơn 200-250 feet so với đường băng

hướng dẫn dữ liệu đo độ cao khí áp cho phương thẳng đứng Các phương pháp tiếp cận này là cần thiết tại các đường băng mà do các chướng ngại vật hoặc các hạn chế về cơ sở hạ tầng khác, phương pháp tiếp cận có hướng dẫn theo chiều dọc (LPV hoặc LNAV / VNAV) Phương pháp tiếp cận LP chỉ có thể được thực hiện bằng máy bay được trang bị bộ thu WAAS Độ cao xuống thấp nhất cho phương pháp tiếp cận LP là 300 feet trên đường

băng

BAY TIẾP CẬN LPV KHÔNG?

− Cần có nhiều yêu cầu hơn đối với cài đặt WAAS so với mức có thể được tiến hành dưới sự phê duyệt trực tiếp tại hiện trường Sau khi lắp đặt, tất cả các thiết bị trong máy bay phải được kiểm tra hoạt động bình thường, bao gồm cả chế độ lái tự động, mở rộng quy mô và bất kỳ thứ

gì khác bị tác động Hầu hết các máy thu WAAS được cài đặt theo một STC

bạn có thể bay đến mức LPV tối thiểu LPV tối thiểu yêu cầu bộ thu WAAS kép theo TSO 145/146

VIII. Máy bay có thể nâng cấp hệ thống định vị hiện có của mình lên bộ

thu WAAS không?

chứng nhận theo TSO C129 Các thiết bị được chứng nhận theo TSO C145 / 146 được chứng nhận là máy thu độc lập Điều đó có nghĩa là không cần tín hiệu nào khác đi vào hôpk đó để cung cấp cho nó các kết quả đọc chính xác trên các thiết bị máy bay của bạn Nó cũng yêu cầu thay đổi ăng-ten Ăng-ten từ hộp TSO 129 khác với ăng-ten được

chứng nhận trên TSO 145/146

− Việc cài đặt được thực hiện bởi STC và yêu cầu những điều sau:

là theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất

động