WAAS/EGNOS – глобальна система диференціальних поправок
Система WAAS (Wide Area Augmentation System) служить для підвищення точності позиціювання навігаційних GPS систем. Принцип дії системи дещо відрізняється від звичайного DGPS режиму, в якому використовуються коригувальні поправки з наземних базових станцій, що передаються по каналах GPRS, УКВ та ін.
У випадку з WAAS, сигнал з поправками ретранслюється з геостаціонарних супутників і обробляється навігатором за допомогою одного з GPS-каналів. Це можливо завдяки тому, що сигнал WAAS передається на тій же частоті, що і сигнал C / A L1 системи GPS, і має схожу структуру кодування.
У світі існує кілька аналогічних WAAS систем: в Європі - EGNOS, в Японії - MSAS. Загальноприйнята назва таких систем - SBAS (Space Based Augmentation System), що можна дослівно перекласти, як «космічні допоміжні системи». У літературі можна також зустріти назву WADGPS (Wide Area Differential GPS) - глобальний диференційний GPS.
Система WAAS містить більше 20 базових станції (WRS), розташованих на всій території Сполучених Штатів. Кожна їх станція обладнана GPS апаратурою та спеціальним програмним забезпеченням, призначеним для прийому GPS сигналів, аналізу отриманих вимірювань, обчислення помилок іоносфери, відхилень траєкторій і годин супутників. Ці дані передаються на центральну станцію управління (Master Station - WMS), де повторно обробляється і аналізуються з урахуванням вимірів, отриманих з усіх базових станцій мережі. Потім відкоригована інформація передається на геостаціонарні супутники і вже звідти ретранслюються користувачам.
Якщо помилки траєкторії і відходу годин супутників не залежать від поточного місця розташування користувача і враховуються в обчисленнях позиції однаково, то атмосферні затримки багато в чому визначаються специфікою місцевості. Більш того, з урахуванням модернізації космічних апаратів та наземних сегментів GPS, за останні кілька років рівень «системних» помилок значно знизився. Тому основний внесок в загальну помилку позиціонування вносять саме атмосферні помилки, пов'язані із затримкою розповсюдження сигналу при проходженні іоносферного і тропосферного шарів.
Розробники системи WAAS запропонували спеціальну координатну сітку поправок для опису моделі іоносферних затримок. Поверхня Землі поділена на 9 зон, кожна з яких містить 201 точку (остання - 200). Для кожної точки, з урахуванням даних базових станцій, моделюється і обчислюється значення іоносферної затримки.
Будь-який з геостаціонарних супутників SBAS (системи WAAS, EGNOS і т.д) покриває обмежену територію, відповідно він може передавати інформацію тільки для 3-4 зон. Ці обмеження пов'язані з територіальною приналежністю систем і розташуванням мережі базових станцій WAAS, що визначають точність моделювання поправок. Вважається, що кожна станція ефективно «покриває» навколишню територію радіусом 400-500 км. Час передачі даних з базових станцій на геостаціонарні супутники WAAS становить кілька секунд. У робочому режимі оновлення даних, пов'язаних з помилками годин і ефемерид, здійснюється з періодом 2 хвилини. Дані іоносферної затримки оновлюються не так часто, тому що змінюються в часі значно повільніше. Для обчислення значення іоносферної помилки в поточному місцезнаходженні GPS приймач використовує дані 4-х сусідніх «вузлових» точок. Якщо поточне місце розташування знаходиться в безпосередній близькості від «вузлової» точки, то додаткові обчислення можуть не знадобиться.
Друга важлива роль систем SBAS полягає в контролі цілісності і працездатності GPS супутників. Якщо з якихось причин, GPS супутник став передавати неправильну інформацію, або помилки навігаційних вимірювань перевищують допустимі значення, то йому може бути присвоєно статус «хворий», щоб виключити з алгоритмів обчислення позиції. Всі GPS приймачі використовують інформацію про «здоров'я» супутників зі спеціальних полів альманаху і ефемерид, дані яких коригуються з керуючих наземних GPS станцій раз в декілька годин. Відповідно, наземний сегмент системи GPS не може оперативно відреагувати на проблеми в роботі супутників і донести цю інформацію до користувачів. Допоміжна система WAAS може передати ці дані протягом декількох хвилин.
Навігаційні приймачі ідентифікують геостаціонарні супутники WAAS за номерами, значення яких більше 32. Номери з 1 по 32 строго закріплені за супутниками GPS і прив'язані до псевдошумового коду (PRN)
Нижче наведена таблиця відповідностей між назвою супутника, його номером та ідентифікаційним номером, який використовується в приймачах «Garmin». Координати кожного супутника визначені тільки значенням довготи, так як широта екватора відповідає 0 градусів.
Параметр | Номер | ID Garmin | Координати |
Inmarsat 3f2 | 120 | 33 | W15.5 |
Inmarsat 3f4(AOR-W) | 122 | 35 | W142 |
ARTEMIS | 124 | 37 | E21.4 |
Inmarsat 3f5(IOR-W/F5) | 126 | 39 | E25.0 |
Inmarsat 3f1 (IOR) | 131 | 44 | E64 |
Inmarsat 3f3(POR) | 134 | 47 | E178 |
PanAmSat(LM-RPS-1) | 135 | 48 | W133 |
MTSAT2 | 137 | 50 | E145 |
Планується, що через кілька років загальна кількість геостаціонарних супутників всіх SBAS систем може досягти 19-и.