Sistema De Posicionamiento Global En La Aeronautic A Civil

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL EN LA AERONAUTICA CIVIL

ENRIQUE EDGARDO CONEJEROS AHUMADA 2004

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL EN LA AERONAUTICA CIVIL

“TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO DE EJECUCIÓN EN GEOMENSURA”

Profesor Guía: Sr. HECTOR CONTRERAS ÁVILA

ENRIQUE EDGARDO CONEJEROS AHUMADA 2004

RESUMEN Debido al gran avance tecnológico impulsado por los grandes países especialmente EE.UU., Rusia, y la unión Europea referente a la tecnología satelital GPS, ha llevado a que los países de menor desarrollo tomen conciencia de los beneficios que trae consigo emplear esta tecnología. El

sistema

GPS

fue

creado

en

un

comienzo

para

desempeñarse

específicamente en funciones de las fuerzas armadas de los EE.UU.; con el transcurso del tiempo, una de las áreas que se ha beneficiado

con esta

tecnología satelital ha sido la Aeronáutica civil de los distintos países incluido el nuestro. El presente proyecto de titulo esta enfocado a investigar el empleo del sistema de posicionamiento global en la aeronáutica civil del país, desde el punto de vista de la navegación aérea; para lo cual se estudia el Sistema GPS desde sus comienzos. En el segundo capítulo se investigan los actuales sistemas de navegación presentes en el país, los cuales son utilizados actualmente por la gran mayoría de los países del mundo. Para finalizar se realiza un estudio referente al uso del GPS en el país el cual es regulado por la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC), en esta parte del proyecto se realiza la instalación de un equipo GPS (GARMIN GPS 150XL) en una aeronave de la empresa privada, teniendo en consideración la reglamentación vigente, además se realiza un estudio del equipo referente a las capacidades de navegación que ofrece al usuario desde el punto de vista de los beneficios que trae consigo adquirirlo. Palabras

claves:

Navegación/

Aeronáutica/

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

Normativa/

Instalación

SUMMARY Due to the great technological advance obtained by developed countries especially USA, Russia, and the European union, with respect to the satellite technology GPS, they have taken to developing countries to be aware of using this technology. The GPS system was created at the beginning just for objectives of the military of the USA; later on, one of the areas that has got benefits with this satellite technology has been the civil Aeronautics of the different countries including Chile. This thesis is focused in investigating the employment of the Global Positioning System in the civil aeronautics of Chile, from the point of view of the air navigation; the GPS System is studied from its very beginning. In the second chapter is shown the current navigation system in use in Chile, which are presently in use by most of the countries of the world. Finally, a study related to the use of the GPS in Chile is done. The use of GPS in Chile is regulated by the General Department of Civil Aeronautics (DGAC): in this part of the thesis is carried out the installation of a GPS receiver (GARMIN GPS 150XL) in an airplane of a private company, having in consideration the effective regulation. Also it is carried out a study of the GPS receiver with respect to the navigation capabilities that offers to the user from the point of view of the benefits that brings acquiring it. Key words: Navigation / Aeronautics / Normative / Installation

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

AGRADECIMIENTOS En estos momentos que estoy llegando al final de una gran experiencia en la vida de una persona, como es el de haber pasado por las aulas de la prestigiosa Escuela de artes y oficios en un comienzo, luego pasándose a llamar Universidad Técnica del Estado y finalmente Universidad de Santiago de Chile, quisiera dar los agradecimientos a todas esas personas que creyeron en mi y me apoyaron en lo que más pudieron para conseguir llegar al final de mi carrera. Primero que nada quisiera agradecer a mi incomparable compañera y esposa Ángela la cual supo mantener el equilibrio emocional en aquellos momentos difíciles y por su incomparable Amor durante estos cinco años de convivencia sin esperar ningún agradecimiento. A mi hijo Diego por darme la motivación de seguir luchando para lograr aquella hazaña que en un comienzo parecía difícil. A mi familia que a pesar de su indiferencia siempre estuvieron pendientes de mi situación y me alentaron a seguir luchando para dar un futuro mejor a mi esposa e hijo. A mi ex cuñado Juan López y la señora Lidia Castro por su apoyo hogareño durante los años de estudio que a pesar de no ser de la familia nunca esperaron alguna recompensa de parte mía. Para finalizar quisiera agradecer al Profesor Héctor Contreras Ávila por su excelente disposición hacia el alumnado en general y que en esta ultima etapa de mi carrera ha sido un gran apoyo para mi persona.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

ENRIQUE

DEDICADO A

Ángela y Diego

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

INDICE RESUMEN

3

SUMMARY

4

AGRADECIMIENTOS

5

INDICE

7

CAPITULO I

INTRODUCCION

11

1.

ANTECEDENTES

12

2.

JUSTIFICACIÓN DEL TEMA

13

2.1.

ANTECEDENTES GENERALES

13

2.2.

ESTADO ACTUAL EN EL TRATAMIENTO DEL PROBLEMA

13

3.

HIPÓTESIS

14

4.

FORMULACION DE OBJETIVOS

14

5.

CONTRIBUCIÓN ESPERADA

15

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

5

1.

6

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 1.1.

INTRODUCCIÓN

6

1.2.

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

8

1.2.1.

Segmento Espacial

8

1.2.2.

Segmento de Control

9

1.2.3.

Segmento de Usuarios

11

1.3.

COMPONENTES DE LA SEÑAL GPS.

12

1.4.

MENSAJE DE NAVEGACION

14

1.5.

PRINCIPIO DE POSICIONAMIENTO

15

1.6.

SISTEMAS DE MEDICION DE DISTANCIAS.

17

1.6.1.

Pseudodistancias

17

1.6.2.

Diferencia de Fase

19

1.7.

ERRORES PRESENTES EN EL SISTEMA GPS

22

1.7.1.

Error por Propagación de la Señal

22

1.7.2.

Disponibilidad Selectiva.-

23

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

1.7.3.

Error del Receptor.

23

1.7.4.

Dilución de Precisión (DOP)

23

1.7.5.

Error de Multitrayectoria de Señales.

24

METODOS Y TÉCNICAS DE MEDICION

24

1.8. 1.8.1.

Posicionamiento Autónomo

24

1.8.2.

Posicionamiento Diferencial

25

1.9.

2.

SISTEMA DE REFERENCIA

26

1.9.1.

Datum

26

1.9.2.

Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS-84)

27

SISTEMAS DE NAVEGACIÓN AÉREA

29

2.1.

INTRODUCCION

29

2.2.

ONDAS

30

2.2.1.

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

30

2.2.2.

DEFINICIONES

30

2.2.3.

Cuadro de Frecuencias de Radio

32

2.2.4.

Polarización de las Ondas

33

2.2.5.

Efecto de la ionosfera y capas ionizadas en la propagación de ondas

33

2.2.6.

Ángulos de Reflexión de las Ondas

33

2.2.7.

Tipos de Propagación de Ondas

34

2.2.8.

Modulación de las Ondas de Radio

34

2.3. 2.3.1.

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE NAVEGACIÓN

35

Radiocompas ADF (Automatic Direction Finder)

35

Equipo de a Bordo: Radiocompás (ADF)

37

Errores del Sistema

39

Precisiones

41

2.3.2.

VOR (Very high frecuency Omnidirectional Range). Radiofaro Omnidireccional de muy

alta Frecuencia

41

Equipo de tierra. Principios de funcionamiento

42

Equipo a bordo

43

Precisión y exactitud de los equipos VOR

47

2.3.3.

VOR/DME

48

Equipo Radiotelemétrico

48

Alcance del DME

49

Errores y Exactitud del DME

50

2.3.4.

Sistema de Navegación Inercial (INS)

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

50

Unidad de Navegación (UN)

51

Unidad selectora de modos (MSU)

52

Unidad de control

53

Unidad de baterías

54

Limitaciones del INS

54

2.3.5.

ILS (INSTRUMENT LANDING SYSTEM)

55

Información de guía: Localizador (LLZ) y Senda de Planeo

56

Información de Distancias.

58

Información Visual

59

Categorías del ILS

60

CAPITULO III INSTALACIÓN DE EQUIPOS GPS EN AERONAVES DE USO TURÍSTICO

62

1.

INTRODUCCION

63

2.

CONCEPTOS RELACIONADOS CON EL GPS EN AERONAUTICA

64

3.

Exactitud

64

Disponibilidad

64

Integridad

64

Continuidad

64

Sistema de Navegación como medio suplementario

65

Sistema de Navegación como medio primario.

65

Sistema de Navegación como medio único.

65

Comprobación Autónoma de la Integridad en el Receptor (RAIM)

66

Identificación y Exclusión de Fallas (FDE)

66

CONSIDERACIONES EN RELACION AL USO DEL GPS EN EL PAIS 3.1.

VUELOS BAJO CONDICIONES VFR

3.1.1. 3.2.

4.

Operación del GPS como medio suplementario bajo condiciones de vuelo VFR VUELOS BAJO CONDICIONES IFR

66 67 67 68

3.2.1.

Clasificación de equipos GPS aprobados por la TSO-129a

68

3.2.2.

Operación del GPS como medio primario bajo condiciones de vuelo IFR

70

DESARROLLO

72

4.1.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL EQUIPO GPS 150XL

74

4.2.

MATERIALES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN

75

4.3.

PROCESO DE INSTALACIÓN DE COMPONENTES DEL EQUIPO GPS 150XL

76

4.3.1.

La antena

Elección del lugar de ubicación

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

76 76

Instalación de la antena

4.3.2.

El Rack y la Unidad

79

4.3.3.

Conexiones

81

Conexión de antena- unidad

81

Conexión Unidad- fuente de poder principal de la aeronave

81

4.3.4. 4.4.

5.

Cartel FUNCIONES DEL EQUIPO INSTALADO

83 84

4.4.1.

Funciones de Navegación

84

4.4.2.

Funciones en Base de Datos

93

4.4.3.

Waypoints más Cercanos

98

4.4.4.

Directo a; y Rutas de Navegación

99

BENEFICIOS DEL GPS Y COMPARACIONES CON LOS SISTEMAS

CONVENCIONALES DE NAVEGACIÓN AEREA

6.

77

100

5.1.

BENEFICIOS EN SEGURIDAD

100

5.2.

BENEFICIOS OPERACIONALES

101

PLANES FUTUROS DEL GPS PARA LA AERONÁUTICA CIVIL

107

6.1.

SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADOS EN SATÉLITES (SBAS)

108

6.2.

SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADOS EN TIERRA (GBAS)

110

CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

113

REFERENCIAS

117

ANEXO

119

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

Capitulo I. INTRODUCCION

CAPITULO I INTRODUCCION

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

11

Capitulo I. INTRODUCCION

1. ANTECEDENTES

A medida que el país adquiere más desarrollo, las personas van necesitando mas comodidades y por ende sus medios de transporte también varían ya sea en comodidad, rapidez o eficiencia, lo cual ha requerido que las empresas de aeronáutica privadas dedicadas al transporte de pasajeros, combate de incendios, fumigaciones etc. equipen sus aeronaves con instrumental GPS, para de esta forma realizar servicios que den confianza a los usuarios.

Esta utilización de instrumental GPS requiere que los operarios del sistema se rijan por la norma aeronáutica del país referente al uso e instalación de equipos, para de esta forma garantizar la seguridad de los pasajeros que viajan diariamente por el espacio aéreo nacional e internacional.

Debido al riesgo que se corre al usar e instalar equipos en aeronaves sin tener la precaución de consultar la normativa nace la necesidad de investigar la utilización del sistema GPS en territorio nacional y las garantías que ofrece el sistema

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

12

Capitulo I. INTRODUCCION

2. JUSTIFICACIÓN DEL TEMA 2.1.

ANTECEDENTES GENERALES

La orientación y ubicación de los distintos medios de transporte, en particular el de aviones y helicópteros, ha sido uno de los puntos más importantes a lo largo de la historia de la aeronáutica ya sea mediante el uso de: estrellas, brújula, cartas, sistemas radioeléctricos, etc. Hoy en día el avance tecnológico ha puesto a disposición de la comunidad mundial la navegación satelital como complemento a los tradicionales medios de orientación y/o navegación, con lo cual se lograrán mayores precisiones que antes de la llegada del sistema GPS. 2.2.

ESTADO ACTUAL EN EL TRATAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente todos los países desarrollados utilizan la tecnología satelital en sus medios de comunicación aérea, ya sea en aviones grandes, como de mediana y pequeña envergadura, eso si que su uso no está establecido en totalidad, faltando generalmente los aviones de pequeña envergadura, como son aquellos de uso turístico, control de incendios, fumigaciones, etc. Por otro lado en los países subdesarrollados se están implantando hace alrededor de 5 a 6 años atrás, normativas para hacer uso del GPS como complemento a los tradicionales métodos de navegación aérea. En lo que respecta a Chile la DGAC (Dirección General de Aeronáutica Civil), el año 1997, promulgó un artículo para establecer los requisitos operacionales del uso del GPS en la aeronáutica como medio de navegación y/u orientación.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

13

Capitulo I. INTRODUCCION

Hoy en día cerca

de la mitad de los aviones pertenecientes a empresas

chilenas utilizan el GPS, para complementar sus vuelos en ruta, no así para, aproximaciones de aterrizaje.

3. HIPÓTESIS La precisión en la orientación y ubicación de una aeronave en el aire, así como para su aterrizaje mediante el uso del sistema de posicionamiento global (GPS), depende del método e instrumental utilizado para la medición. Lo anterior implica gastos más elevados que algunas empresas del área no están dispuestas a desembolsar y prefieran utilizar los tradicionales métodos de navegación aérea.

4. FORMULACION DE OBJETIVOS El objetivo principal del proyecto, es realizar un procedimiento de investigación e instalación de instrumental GPS en aeronaves, de acuerdo a la Normativa vigente, además de analizar las garantías y falencias de poseer éste tipo de equipos frente a los tradicionales métodos de navegación aérea que se usan tanto en Chile como en el extranjero. Para alcanzar el objetivo principal es necesario plantear varios objetivos específicos tales como: •

Reconocimiento de Instrumental GPS adecuado para la aeronáutica

•

Apoyo en la Correcta instalación de los equipos en las aeronaves.

•

Capacitación de los usuarios de los equipos (pilotos)

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

14

Capitulo I. INTRODUCCION

•

Conocer la normativa del uso de GPS en la aeronáutica.

•

Estudiar las precisiones a obtener y variables que afectan a ésta.

5. CONTRIBUCIÓN ESPERADA

La mayor contribución esperada es aportar al mejoramiento de las precisiones en la ubicación de aviones, instalando equipos GPS en las aeronaves de uso civil, con el fin de que sean un complemento a los tradicionales métodos de navegación aérea. De este modo se realizarán mejores planificaciones de vuelo, que se traducirán en ahorro de combustibles y de tiempo; lo que posteriormente se traduce en bajar los costos de operación de las aeronaves.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

15

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

5

6

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 1.1.

INTRODUCCIÓN

A finales de la década del 50, los Departamentos de: Defensa, Transporte y la Agencia Espacial norteamericanas, tomaron interés en desarrollar un sistema basado en satélites para determinar la posición de un elemento determinado. El primer sistema de navegación y posicionamiento que basó su operación sobre la base de este principio, fue TRANSIT, y su entrada en servicio data del año 1965, el cual utilizaba para el cálculo de la posición el desplazamiento Doppler. El sistema TRANSIT estaba constituido por una constelación de seis satélites a una altura de 1074. Km. Esta configuración, si bien conseguía una cobertura mundial, no era constante. La posibilidad de posicionarse resultaba intermitente, pudiéndose acceder a los satélites cada 1h 30 min. El cálculo de la posición requería que el satélite fuese seguido, de manera continua, durante quince minutos. El sistema debía cumplir los siguientes requisitos: Globalidad: es decir, abarcar toda la superficie del planeta. Funcionamiento continuo: no debía ser afectado por las condiciones atmosféricas. Altamente dinámico: para posibilitar su uso en aviación. Esto llevó a que se realizaran, en zonas de desierto, diferentes experimentos, tales

como

el

Timation

y

el

sistema

comportamientos.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

621B,

simulando

diferentes

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

El error de TRANSIT giraba en torno a los 250 m. Su gran aplicación se hizo sobre la navegación de submarinos y de barcos. Pero el sistema TRANSIT presentaba muchos problemas, principalmente por la escasa cantidad de satélites disponibles. El GPS nació de la necesidad de subsanar la deficiencia del sistema TRANSIT El año 1973 el departamento de defensa de los EE.UU., aprueba el programa NAVSTAR-GPS, (Navigation System Time And Ranging-global Position System), el cual pretende proporcionar precisiones del orden de decenas de metros con una cobertura continua para toda la superficie terrestre. Entre los años 1978 y 1983 se logra la fase operativa inicial de la constelación NAVSTAR, en que su objetivo primordial era ofrecer a las fuerzas de los EE.UU., la posibilidad de que vehículos o armamento se posicionaran en forma autónoma o individual con un costo relativamente bajo, con disponibilidad global y sin restricciones temporales. La iniciativa, financiación y explotación estuvieron a cargo del Departamento de Defensa de los EE.UU. En 1984, un vuelo civil de Korean Airlines, al ingresar por error al espacio aéreo, fue derribado por la URSS. Ello llevó a la administración Reagan a ofrecer a los usuarios civiles cierto nivel de uso de GPS, hasta que, por último, se llegó a ceder su uso global y sin restricciones temporales. De esta forma el GPS es usado hoy en día tanto por personal militar como civil.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

7

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.2.

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA

El sistema de posicionamiento Global se compone de 3 segmentos:(fig.1).

Fig.1: Configuración del Sistema de Posicionamiento Global. (Fuente Autor)

1.2.1. Segmento Espacial El segmento espacial esta compuesto por la constelación de satélites GPS, denominados satélites NAVSTAR (navigation satellite for timing and ranging) (Fig. 2), los cuales, mandan señales de radio desde su posición en el espacio. La constelación GPS es puesta en funcionamiento por el comando de las fuerzas Aéreas Espaciales de USA y posee las siguientes características: •

24 satélites en la constelación final

•

6 planos orbitales inclinados 55° respecto del Ecuador, 4 satélites por plano

•

órbitas situadas a una altura de 20180 Km.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

8

9

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

•

periodo de 11horas y 58 minutos (12 horas siderales)

•

peso aproximado de cada satélite 0.7 toneladas

•

Transmiten datos en 2 frecuencias: L1 = 1575.42 MHz

L2 = 1227.60

MHz •

La separación entre las órbitas es de 60º de ascensión recta

•

Las órbitas de los satélites son casi circulares, con una excentricidad de 0.03 a 0.3

Fig. 2: Constelación de Satélites NAVSTAR, usados en GPS. (Fuente Autor)

1.2.2. Segmento de Control Este segmento esta compuesto de:

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

•

1 estación maestra de control: Ubicada actualmente en el Centro de Operaciones Consolidadas del Espacio, en Colorado Springs. En ésta estación se reúne la información de las estaciones de monitoreo y con estos datos se calculan las orbitas de los satélites y correcciones a los relojes (efemérides) haciendo uso de estimadores Kalman.

•

5 estaciones monitoras: Se encuentran localizadas en: Hawai; Colorado Springs; Islas: Ascensión en el Océano Atlántico Sur; Diego García en el Mar Indico y Kwajalein en el Océano Pacífico Norte. Estas estaciones controlan el estado y posición de los satélites. Además reciben las señales transmitidas por los satélites y a partir de ellas obtienen información, la cual es transmitida a la estación maestra de control que es la encargada de calcular las efemérides de los satélites con un error menor a 1m en sentido radial, 7m en la trayectoria y 3m en la perpendicular a la misma, todo ello incluido en el mensaje de navegación.

•

3 estaciones de carga: Situadas en Islas: Diego García, Ascensión y Kwajalein Estas estaciones reciben la información actualizada (mensaje de navegación) de la estación de control y la transmiten a los satélites, además reciben desde los satélites las condiciones operacionales de ellos Para operar esta información emplean la banda S, Canal ascendente: 1783.74MHz, Canal descendente: 2227.5 MHz

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

10

11

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

En la Fig. 3, se observa la distribución de estaciones monitoras, pertenecientes al sistema GPS.

Fig. 3: Distribución de Estaciones del Segmento de Control. (Fuente Autor)

1.2.3. Segmento de Usuarios Está formado por los receptores GPS

y sus funciones principales son las

siguientes: •

Sintonizar las señales emitidas por los satélites

•

Decodificar el mensaje de navegación

•

Medir el retardo de la señal (desde el transmisor hasta el receptor)

•

Presentar la información de la posición en la que se encuentra (en 3D ó en 2D)

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

12

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.3.

COMPONENTES DE LA SEÑAL GPS.

Los osciladores a bordo de los satélites GPS generan una frecuencia fundamental fo con una estabilidad en el rango de 10-13 segundos, es decir, un margen de error de una parte en 10 13. Dos señales portadoras en la banda L, llamadas L1 y L2, se generan mediante la multiplicación entera con fo de la siguiente forma (ver cuadro 1) Cuadro 1 : Características de las Portadoras L1 y L2.

Portadora

Frecuencia

Longitud de onda (λ )

L1

154 x fo =1575.42 Mhz

19 cm.

L2

120 x fo =1227.60 Mhz

24.4 cm.

Frecuencia Fundamental (fo ) = 10.23Mhz Para lograr obtener las lecturas de los relojes, se hace uso de dos códigos. Estos códigos se caracterizan por contener en ellos un ruido pseudo aleatorio (PRN); característica que permite que los receptores multicanales puedan identificar la señal proveniente de un satélite en particular sin correr el riesgo de confundirla con la de otro. El primero de estos códigos es el llamado código C/A (Coarse adquisition) generado con una frecuencia igual a fo/10, el cual se repite cada milisegundo,

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

13

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

posee una longitud de onda de 293 m. y corresponde a un código de uso civil (ver cuadro 2). El segundo es el llamado código P (o código Preciso) generado mediante una frecuencia igual a fo la cual es repetida aproximadamente cada 266.4 días, su longitud de onda corresponde a 29 m y corresponde a un código de uso militar por parte del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Este código P es encriptado durante su restricción, mediante el empleo de la técnica conocida como AS (Anti-Spoofing) por medio de la cual el código P es transformado en el denominado código Y, que impide el acceso a usuarios no autorizados por su excelente precisión en método absoluto(alrededor de los 5 a 10 metros) Las señales portadoras L1 y L2 son moduladas con el código P mientras que el código C/A es modulado para la L1 solamente: Cuadro 2 : Características de los Códigos P(Y) y C/A.

Código

Frecuencia

P (Y)

fo * 10 = 10.23

Mhz 29 m

L1 y L2

C/A

Fo

Mhz 293 m

L1

= 1.023

Longitud de onda (λ ) En Portadora

El propósito de los códigos es identificar las señales de cada uno de los satélites, también de determinar el tiempo de transmisión de la señal, además de restringir el uso de algún elemento del subsistema del usuario. El uso del código ofrece presiones del orden del submetro, aplicando método diferencial y alrededor de los 20 m en método absoluto. Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.4.

MENSAJE DE NAVEGACION

La información que se modula con el código C/A permite acceder al servicio GPS. Los datos que contiene son necesarios para la determinación de la posición. Son datos exclusivos de cada satélite y vienen en un registro denominado mensaje de navegación, el cual consta de la siguiente información: •

Efemérides de los satélites: información que refleja el movimiento del satélite en su orbita y permite calcular la posición de éste al instante de la medición.

•

Tiempo del sistema GPS.

•

Correcciones a los relojes de los satélites en forma de una serie de coeficientes del desarrollo en serie de las derivas observadas.

•

El almanaque con las posiciones de todos los satélites del sistema GPS. Debe ser actualizado cada 6 meses.

•

Salud del satélite. (Ciertos aspectos técnicos.)

•

Número de identificación del satélite

Toda la información transmitida por un satélite a los usuarios, esta previamente determinada por el segmento de control, el cual inyecta la información a los satélites.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

14

15

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.5.

PRINCIPIO DE POSICIONAMIENTO

El objetivo básico del sistema es determinar la posición de un receptor referidas a un sistema global, mediante la medición de distancias entre los satélites y el receptor, distancias que posteriormente mediante un proceso de trilateración determinan la posición (fig. 4). Si se utiliza la señal de un sólo satélite este proporcionará al receptor

la

información necesaria para calcular la distancia a éste satélite (Distancia A). Luego la posición del receptor estará en alguna parte de la superficie de una esfera centrada en la posición del satélite. Si se utiliza la señal emitida de un segundo satélite (Distancia B) éste proporcionará al receptor la información necesaria para ubicar la posición del receptor en alguna parte de la circunferencia resultante de la intersección de las dos esferas, formadas por las distancias A y B Mediante el uso de una tercera medición (Distancia C) se puede obtener la posición del receptor, que corresponde a la intersección de las tres esferas centradas en cada satélite y con radios iguales a las distancias al receptor. Existen 2 posibles soluciones, pero el receptor rechaza una de ellas por encontrarse fuera de la superficie terrestre.

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

16

Fig. 4: Intersección de distancias entre satélites y receptor, que originan la posición de éste ultimo (Fuente Autor)

Para que funcione este sistema, las mediciones de tiempo deben ser muy precisas y los relojes deben ser muy exactos.

Dentro de los satélites, se logra esta exactitud mediante el uso de relojes atómicos. En cambio los receptores emplean relojes de cuarzo mucho menos precisos que los anteriores. Para corregir el sincronismo de los relojes los receptores realizan una cuarta medición, lo que agrega una nueva incógnita a la determinación de la posición. El resultado se obtiene planteando el siguiente sistema de ecuaciones:

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

(r1 – E)2= (x-x1)2 + (y-y1)2 + (z-z1)2 (r2 – E)2 = (x-x2)2 + (y-y2)2 + (z-z2)2 (r3 – E)2 = (x-x3)2 + (y-y3)2 + (z-z3)2 (r4 – E)2 = (x-x4)2 + (y-y4)2 + (z-z4)2 Donde: r

= Seudo distancia del satélite i al receptor.

E

= Error de reloj (transformado a distancia)

(x,y,z)

= Posición 3D de la antena del receptor.

(xi , yi ,zi)

= Posición 3D del satélite i.

1.6.

SISTEMAS DE MEDICION DE DISTANCIAS.

La medición de distancias entre el receptor y el satélite en el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), se puede realizar de dos formas: por pseudodistancias o por medida de diferencias de fase. 1.6.1. Pseudodistancias La determinación de la distancia entre el receptor y el satélite se puede realizar por la simple ecuación de cinemática, la cual dice lo siguiente:

Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

17

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Distancia = Velocidad x Tiempo Donde: Distancia

=

Distancia entre el receptor y el satélite

Velocidad

=

Velocidad de la señal (300000 Km/s)

Tiempo

=

Tiempo que tarda la señal en llegar desde el satélite al

Receptor En esta ecuación la única incógnita existente, para determinar la distancia, es el tiempo que tarda en viajar la señal desde el satélite al receptor. Para poder calcular el tiempo de viaje de la señal, tanto el satélite como el receptor generan códigos sincronizados. Esto quiere decir que ambos generan el mismo código al mismo tiempo. Entonces cuando llega una onda al receptor, éste determina el tiempo transcurrido desde que generó el mismo código. La diferencia de tiempo es lo que tardó la onda en llegar (Fig. 5).

Fig. 5. Comparación de códigos del receptor y el satélite. (Fuente Internet)

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CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

En esta determinación de la diferencia de tiempo existe un error de sincronización de relojes entre el receptor y el satélite, por lo que la distancia calculada recibe el nombre de pseudo distancia. Este error de sincronismo se debe a las calidades de los relojes los cuales tienen precisiones diferentes. Por un lado el reloj del satélite es atómico y posee una precisión de 10-13

segundos y

el del receptor es de cuarzo con una

precisión de 10-7 segundos. Este error de sincronismo es resuelto haciendo mediciones a un cuarto satélite, de ahí, la necesidad de disponer de 4 satélites para obtener la posición de un receptor. 1.6.2. Diferencia de Fase Este método es el que permite la máxima precisión. Para ello se emplea una frecuencia de referencia, obtenida del oscilador que controla el receptor, que se compara con la portadora demodulada que se ha conseguido tras la correlación La base del método es que se controla en fase una emisión radioeléctrica hecha desde el satélite con frecuencia conocida y desde posición conocida. Al controlar en fase, lo que se hace es observar continuamente la evolución del desfase entre la señal recibida y la generada en el receptor; el observable es el desfase, y éste cambia según lo hace la distancia satélite-antena receptora. (Fig.6)

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Fig. 6: Comparación de fase entre el receptor y la señal enviada por el satélite. (Fuente: Internet)

Cuando llega la onda al receptor esta habrá recorrido una cierta distancia (D) que será igual a un número entero de longitudes de onda (N), numero que es conocido como Ambigüedad o error sistemático entero; más una cierta parte de longitud de onda, que se suele representar con (Dj), éste es el desfase que se mide continuamente y puede valer entre 0º y 360º grados sexagesimales, cuando el valor llega a 360º la ambigüedad aumenta en un valor (Fig. 7)

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Fig. 7: Variables involucradas en la medición de fase portadora.

D: Distancia recorrida por la onda N: Número entero de longitudes de onda (incógnita) λ: Longitud de onda (constante) Dj: parte fraccional de la longitud de onda ( variable que se mide) Como la parte fraccional se puede medir con una precisión del 1% según el fabricante de los equipos y la longitud de onda de la portadora L1 es de 20 centímetros, la resolución en las mediciones pueden llegar al orden de milímetros.

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1.7.

ERRORES PRESENTES EN EL SISTEMA GPS

1.7.1. Error por Propagación de la Señal Ionósfera: La ionosfera es una capa de partículas cargadas eléctricamente, que cubre a la tierra entre aproximadamente 130 y 190 Km. sobre la superficie. Al desplazarse las señales de radiofrecuencia a través de la ionosfera, se hacen más lentas en una magnitud que varía dependiendo de la hora del día, la actividad solar y otros factores. La refracción ionosférica es proporcional a la distancia entre estaciones y se corrige observando las dos frecuencias, L1y L2. Su efecto comienza a ser significativo para la precisión nominal GPS en distancias sobre 30 Km. Dada esta característica, las determinaciones de alta precisión pueden realizarse con equipos de una sola frecuencia hasta distancias máxima de 30 Km Tropósfera: Se introduce otro error cuando la señal pasa a través de la tropósfera en la cual se generan los fenómenos meteorológicos y están presentes diversos parámetros atmosféricos como son: El vapor de agua, temperatura y presión, estas hacen más lentas a las señales de radiofrecuencia y reduce adicionalmente la exactitud del sistema, provocando un retraso en el tiempo de llegada de la señal. La corrección de los efectos de la troposfera se realiza mediante fórmulas que consideran parámetros meteorológicos medios. La mayor influencia se produce en señales con

ángulo de elevación bajo, por ese motivo se recomienda

observar satélites sobre los 10 o 15° de elevación. Esto es valido tanto para observación de código como de fase.

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1.7.2. Disponibilidad Selectiva.Es una manipulación y/o alteración de la información que se le inyecta a los satélites de forma intencional por parte del Departamento de Defensa de los EE.UU., con el objeto de negar los beneficios de la exactitud del sistema GPS en situaciones bélicas, lo cual produce errores que bordean los 100m Hoy en día se ha eliminado este error por lo que las precisiones oscilan entre los 10 á 25 metros para cualquier usuario en método absoluto. Sin embargo el Gobierno de los EE.UU., tiene la capacidad de activar la disponibilidad selectiva en caso de ser necesario. 1.7.3. Error del Receptor. El receptor puede introducir una cierta cantidad de error durante las diversas etapas del procesamiento de las señales recibidas de los satélites. Estos errores pueden ser causados por el ruido térmico, la precisión del software, y el error de vías entre canales de recepción. 1.7.4. Dilución de Precisión (DOP) La geometría posicional de los satélites que se están utilizando para determinar la ubicación del receptor influyen en la exactitud de los cálculos de la posición. Existe un parámetro para determinar si la geometría satelital es óptima o no, el cual se denomina DOP (dilución de la precisión) y lo calcula el receptor. Se recomienda que este parámetro presente un valor menor a 4, para así obtener una mejor precisión en la posición.

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1.7.5. Error de Multitrayectoria de Señales. Los efectos de la multitrayectoria de la señal GPS ocurren cuando la señal no es recibida directamente desde el satélite sino desde las superficies cercanas a la antena del receptor debido a la reflexión de la señal. Estas superficies que reflejan las señales pueden ser: edificaciones, estructuras metálicas, vehículos, etc. En donde las señales rebotan y se generan más de una. Si no se dispone de antenas especiales para los equipos es necesario alejarse de estructuras que puedan reflejar señales, si el objetivo final que se requiere es obtener posiciones precisas. 1.8.

METODOS Y TÉCNICAS DE MEDICION

Los métodos mas importantes para el tema tratado son: Posicionamiento Autónomo y Posicionamiento Diferencial, en este último específicamente Diferencial GPS (DGPS); por ende, son los que a continuación se detallan. 1.8.1. Posicionamiento Autónomo Es el método básico de medición y consiste en utilizar sólo un receptor, el cual cuando capte una cantidad suficiente de satélites entregara en pantalla la posición en que se encuentra el receptor. Cualquier equipo GPS tiene la capacidad de ser utilizado en este método, pero tiene la desventaja de que esta afecto a las distintas fuentes de error con lo cual sus precisiones actualmente bordean los 10 metros y en caso de estar activa la Disponibilidad Selectiva su precisión bordea los 100 metros.

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1.8.2. Posicionamiento Diferencial El método de posicionamiento diferencial, se ideó con el objeto de eliminar en parte la gran cantidad de errores presentes en las mediciones con GPS, especialmente el de la Disponibilidad Selectiva (hoy en día eliminada). El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre sí. Los errores están fuertemente correlados en los receptores próximos. El método consiste en utilizar al menos dos equipos en forma simultanea; en donde uno de ellos es la base, el cual esta ubicado en un punto con coordenadas conocidas registrando constantemente las señales de los satélites, para determinar el error entre la verdadera pseudodistancia al satélite y el valor observado en el momento de la medición, y los demás son los equipos móviles, los cuales capturan la información de los puntos y la corrigen de acuerdo a las indicaciones de la base. Si estas correcciones son enviadas a las estaciones móviles mediante señales de radios, entonces se habla de Posicionamiento Diferencial en tiempo real, el cual en el caso de mediciones con código, se le denomina Diferencial GPS (DGPS) Diferencial GPS (DGPS): Se aplica la sigla DGPS (Diferencial GPS), a la solución con código C/A, donde se obtienen precisiones de alrededor de 3 m, aplicado en navegación y aplicaciones cartográficas. La base es la encargada de enviar constantemente las correcciones diferenciales, mediante radios que utilizadas en configuraciones de: potencia,

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frecuencia y velocidad de transmisión ideales que permiten alcanzar distancias de hasta 500 Km También existen servicios ofrecidos por empresas los cuales envían correcciones vía satélites geoestacionarios, lo cual permite aumentar el área de cobertura. Estos servicios conocidos como WAAS (Wide Área Augmentation System), requiere de una suscripción anual. El formato de transmisión de la información es estándar y se conoce como RTCM (Radio Technical Comission for Maritime Services) (Apuntes de Geodesia Satelital) 1.9.

SISTEMA DE REFERENCIA

1.9.1. Datum El Datum es un modelo matemático (conjunto de parámetros) que intenta representar la forma de la tierra, normalmente es un elipsoide, en cada país o incluso región. El Datum esta constituido por: •

Un elipsoide. Los diferentes elipsoides se diferencian entre sí por el valor de sus parámetros (semieje mayor, semieje menor y por el aplastamiento).

•

Un punto llamado fundamental en el que el elipsoide y la Tierra son tangentes, por lo tanto, coinciden las verticales de ambos. En este punto deben coincidir las coordenadas astronómicas del elipsoide y las geográficas de la tierra. De este punto fundamental se deben especificar Latitud, Longitud y Azimut de una dirección determinada.

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1.9.2. Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS-84) El GPS, utiliza el Sistema Geodésico Mundial 1984 para la determinación de coordenadas de los receptores, las cuales pueden ser cartesianas en el espacio respecto al centro de masas de la Tierra (X, Y, Z) o geodésicas (ϕ ,λ , h). Este sistema presenta las siguientes características: Origen en el centro de masas de la Tierra •

El eje Z es paralelo al polo medio

•

El eje X es la intersección del meridiano de Greenwich y el plano del ecuador.

•

El eje Y es perpendicular a los ejes Z y X, y coincidente con ellos en el Centro de Masas Terrestre.

Las coordenadas geodésicas están referidas a un elipsoide de revolución con las siguientes características: •

Semieje mayor (a): 6.378.137 m.

•

Inversa del aplanamiento (1 / f): 298,257223563

•

Velocidad angular de rotación (w): 7.292 x 10-11 rad /s

(Apuntes geodesia satelital, Héctor Contreras) Cuando se desee obtener coordenadas en otro datum, lo más aconsejable es contar con coordenadas en el sistema que se quiere trabajar para la estación Base, debido a que los actuales instrumentos de medición traen incorporados

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software que permiten trabajar en los distintos datum del mundo y entregan las coordenadas de las estaciones remotas en el sistema deseado. Al realizar la transformación de coordenadas (X, Y, Z) a (ϕ ,λ , h), se debe tener presente que “h” esta referida al elipsoide, por lo tanto, se debe transformar a “h” orthométrica, o sea referida al geoide, mediante un ajuste vertical con puntos nivelados o un modelo geoidal.

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2. SISTEMAS DE NAVEGACIÓN AÉREA 2.1.

INTRODUCCION

Desde comienzos de la era de la aeronáutica el hombre ha ido perfeccionando sus sistemas de navegación, los cuales en un comienzo se basaban en básicas brújulas y rudimentarios altímetros, que acompañados de los cuerpos celestes como las estrellas y el sol, ayudaban a los pilotos a mantener sus aeronaves orientadas. Todo este procedimiento debía ser realizado generalmente con condiciones de visibilidad favorables del sector. Sin embargo la aeronáutica debía enfrentarse a una nueva generación siempre cambiante, ahora se necesitaba que los aviones se orientaran tanto de día como de noche; con condiciones meteorológicas adversas; con vuelos en zonas desconocidas para los pilotos; además sus aterrizajes y despegues deberían efectuarse con condiciones de escasa visibilidad; todo ello con las seguridades necesarias para los tripulantes de las aeronaves. El presente capítulo pretende dar a conocer los sistemas de navegación aérea más usados por el mundo aeronáutico civil hoy en día, como son: ADF(Automatic Direction Finder, punto 3.1), VOR(Very high Frecuency Omnidirectional Range, punto 3.2) y VOR/DME(punto 3.3), INS(Inertial Navigation System, punto 3.4), y el sistema de aterrizaje ILS (Instrument Landing System, punto 3.5); dejando de lado aquellos que por lo general son

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usados por los Departamentos militares de los distintos países y esos que en un comienzo eran los más efectivos, pero hoy en día han sido reemplazados por el desarrollo de nuevos equipos. 2.2.

ONDAS

2.2.1. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS La radiación de la energía obedece a una ley según la cual: un campo eléctrico crea un campo electromagnético y viceversa. De esta forma es como actúa un transmisor y su antena. El transmisor genera señales eléctricas y las envía al espacio en forma de ondas electromagnéticas a una velocidad de 300000 km/s Estas ondas son captadas por una antena receptora que las convierte en un campo eléctrico que es enviado a un receptor. 2.2.2. DEFINICIONES •

Ciclo: Corresponde al recorrido que realiza una onda hasta completar su secuencia. Esto quiere decir que parte de un origen cero, crece hasta un valor máximo en una polaridad, luego baja hasta el valor cero y crece hasta el valor máximo anterior pero con polaridad opuesta, por ultimo regresa a cero.

•

Frecuencia: Corresponde al número de ciclos que realiza una onda en la unidad de tiempo, siendo su unidad de medida el Herzio (Hz) que equivale a un ciclo por segundo. (Sistemas de navegación aérea)

•

Amplitud: Es la distancia lineal desde el nivel normal de una onda hasta su nivel máximo (Sistemas de navegación Aérea)

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•

Longitud de onda: Es la distancia recorrida por una onda en el tiempo que dura un ciclo (Sistemas de navegación Aérea)

Existe una relación entre la frecuencia, la velocidad de propagación y la longitud de onda y obedece la siguiente formula:

λ

=

C/ƒ

Donde:

ƒ

=

frecuencia

λ

=

Longitud de onda.

C

=

Velocidad de la luz

En el cuadro 3 que se presenta a continuación se muestran los tipos de ondas usados en aeronáutica y sus características más comunes

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2.2.3. Cuadro de Frecuencias de Radio Cuadro 3: Cuadro de frecuencias de radio (Fuente: Autor) LONG. DE ONDA BANDA FREC. PROPAGACION MUY BAJA MENOS DE MAS DE 10000 FRECUENCIA ONDA DE TIERRA (VLF) 30 KHZ m BAJA FRECUENCIA (LF) MEDIA FRECUENCIA (MF) ALTA FRECUENCIA (HF)

SISTEMAS

30-300 KHZ

NAVEGACION OMEGA NDB, RANGES, LORAN, ONDA DE TIERRA DIA Y BALIZAS DE 10000-1000 m NOCHE COMPAS

300-3000 KHZ

1000-100 m

3-30 MHZ

100-10 m

MUY ALTA 30-300 FRECUENCIA MHZ (VHF) ULTRA ALTA 300-3000 FRECUENCIA (UHF) MHZ SUPER ALTA 3-30 FRECUENCIA (SHF) GHZ EXTRA ALTA 30-300 FRECUENCIA (EHF) GHZ

ONDA DE ESPACIO DE RADIODIFUSION NOCHE (BCST)CONSOL

100-10 cm

ONDA DE TIERRA Y ESPACIO RADIOTELEFONIA RADIOBALIZAS, VOR, LOCALIZADOR, COMM ONDA VISUAL SENDA DE PLANEO DME, ONDA VISUAL TACAN, SSR, TAR

10-1 cm

ONDA VISUAL

PAR, DOPPLER

10- 1 cm

ONDA VISUAL

RADAR RODADURA

10-1 m

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DE

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2.2.4. Polarización de las Ondas Corresponde a la dirección de propagación de las líneas de flujo de un campo eléctrico. Es el plano de oscilación del campo eléctrico. 2.2.5. Efecto de la ionosfera y capas ionizadas en la propagación de ondas La ionosfera es una capa que varia su anchura según sea de día o de noche, pudiéndose situar sus limites entre 70 Km el mínimo y 450 Km el máximo. En esta capa existe una gran concentración de iones y electrones que afectan la propagación de la onda, causados principalmente por la actividad del sol. Dentro de la ionosfera existen las siguientes capas: •

Capa D: Es una capa que aparece durante el día y reduce la intensidad de los campos electromagnéticos. Sus límites están entre los 70 y 90 Km

•

Capa E: Es una capa de carácter diurno y su máxima densidad se observa al mediodía, presenta sus limites entre los 90 y 160 Km y la concentración máxima de iones los presenta a 130 Km de altura.

•

Capa F: Es una capa nocturna que abarca desde el 160 Km hasta el limite superior de la ionosfera. Esta capa se descompone en dos F1 y F2, la que presenta mayor actividad a la caída de la tarde es la F2. 2.2.6. Ángulos de Reflexión de las Ondas

Cuando las ondas chocan con la ionosfera parte de ellas son reflejadas y otra parte refractada, dependiendo del ángulo de incidencia con que lo hagan.

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El mayor ángulo de incidencia con el cual las ondas tienen la posibilidad de ser reflejadas se denomina ángulo crítico. Cuando aumenta la frecuencia de una transmisión, el ángulo crítico disminuye, la más alta frecuencia que tiene posibilidad de ser devuelta a la tierra se llama frecuencia crítica.

2.2.7. Tipos de Propagación de Ondas

Cuando las ondas salen de una antena existen dos tipos de propagación: la onda terrestre y la espacial.

•

Onda terrestre: Se propaga en todas direcciones según la curvatura de la tierra y su alcance depende de: potencia del emisor, montaje de antenas, humedad ambiental, accidentes del terreno y la actividad solar.

•

Onda espacial: Como su nombre lo indica es la onda que se propaga en el espacio, la cual se ve afectada por la ionosfera. Las ondas espaciales se utilizan para comunicaciones a largas distancias en frecuencias altas durante el día. Por la noche la propagación por onda espacial permite establecer comunicaciones a largas distancias en frecuencias bajas (Sistemas de Navegación Aérea)

2.2.8. Modulación de las Ondas de Radio

La modulación es un proceso con el cual se consigue variar la amplitud o la frecuencia de una onda, en función del tiempo y de acuerdo con las variaciones de tensión de otra onda llamada moduladora.

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2.3.

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE NAVEGACIÓN

2.3.1. Radiocompas ADF (Automatic Direction Finder) Uno de los más antiguos sistemas de radionavegación es el Radiogoniómetro Automático (ADF). El ADF o radio compás es una ayuda a la navegación que en la forma de un receptor de baja frecuencia (100 a 1750 KHZ) le da al piloto la posición de su avión con respecto a una estación determinada, que este dentro del alcance del equipo, posición presentada a través de una aguja sobre una carátula de compás que apunta siempre en la dirección donde se encuentra la estación base (NDB)(Fig.8)

Fig. 8: Representación de la forma que la aguja apunta a la estación NDB. (fuente Internet)

El ADF se utiliza para cinco diferentes propósitos: •

Fijar posición del avión.

•

Navegación en Ruta. (TRACKING)

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•

Aproximación por Instrumentos de no precisión

•

Para procedimientos de Espera (Holding)

•

Indicar el punto de inicio de un procedimiento de aproximación más complejo

Los primeros ítem se utilizan básicamente por los pilotos, tanto bajo condiciones VFR (Visual Flight Rules) como IFR (Instruments Flight Rules). Los tres últimos se utilizan exclusivamente para procedimientos IFR. La composición general del equipo consta de dos partes bien diferenciadas •

Equipo de tierra: NDB (Non-Directional Beacon)

•

Equipo de a bordo: ADF (Automatic Direction Finder)

Equipo de tierra: Radiofaro no direccional (NDB) Los radiofaros NDB consisten en un equipo emisor de LF o MF y un sistema de antenas instalado en tierra. Este emite la señal que se sintoniza con el ADF. La señal se emite en todas las direcciones, por lo tanto, no interesa en que posición relativa se encuentra la aeronave con respecto al NDB, el ADF sintonizará la señal siempre que se encuentre en el área de alcance de la misma. Los radiofaros NDB trabajan en frecuencias comprendidas entre los 100 y 1750 Khz pudiéndose establecer la siguiente clasificación en base al uso que se les da: •

Entre 100 y 200 Khz son usados por la marina

•

Entre 200 y 410 Khz son usados por la aviación

•

Entre 410 y 850 Khz son usados por la marina

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•

Entre 850 y 1750 Khz usados por las estaciones de radiodifusión

Equipo de a Bordo: Radiocompás (ADF)

Es el conjunto de componentes en la aeronave que permiten al piloto orientar la aeronave respecto al radiofaro NDB y consta de cuatro componentes:

•

Sistema de Antenas:

o Antena Loop o Direccional: Esta antena es plana con gran cantidad de espiras colocadas en distintos ángulos y que se orienta automáticamente mediante un transmisor, el cual hace girar la antena hasta que esta reciba un mínimo de señal desde tierra cuando el plano de la antena esta perpendicular a la dirección de propagación del campo electromagnético y un máximo de señal cuando el plano de la antena esta paralelo. La antena durante su giro de 360º, recibirá dos máximos y dos mínimos de señal, con lo cual será capaz de determinar la dirección en la que se encuentra la estación, pero no el sentido de la señal. Esta incapacidad de la antena de determinar el sentido de la señal se conoce como Ambigüedad de 180º.

o Antena Unifilar o de Sentido: La misión de la antena unifilar consiste en despejar el error de ambigüedad que tiene la antena LOOP. Cuando las señales de la antena Loop y la de sentido se suman, resulta que una de las posiciones de nulo de la primera, desaparece, quedando tan solo una posición de nulo que indicará el sentido de la estación emisora.

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38

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•

Receptor:

Es

el

equipo

capaz

de

transformar

la

energía

electromagnética recibida, en energía eléctrica, cuya amplitud esta en función de la posición relativa de la antena receptora respecto a la trayectoria de la propagación del campo electromagnético procedente de la estación en tierra. Va instalado en la cabina del piloto. •

Servoamplificador: La energía eléctrica proveniente del receptor no es suficiente para hacer mover la aguja del ADF, por ello es necesaria la instalación de un servoamplificador, cuya misión consiste en amplificar los impulsos eléctricos que le llegan y transmitirlos a los indicadores y de esta forma la aguja puede moverse

•

Indicadores: Existen dos tipos de indicadores los cuales mediante su aguja entregan la dirección en donde se encuentra la estación base, estos son: el de carta fija y el de carta móvil RMI (Radio Magnetic Indicator).(Fig. 9)

Ambos muestran la posición angular de la antena Loop en relación con el eje longitudinal del avión. En el indicador de carta fija, el norte siempre estará en la parte superior del indicador y coincide con el eje longitudinal del avión; la aguja indicadora señala la marcación relativa hacia la cual se encuentra la estación. En el instrumento además existe un comando HDG con el cual se puede hacer rotar la carátula de modo de hacerla coincidir con el rumbo actual de la aeronave

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Fig. 9: A la izquierda indicador de carta fija, a la derecha indicador de carta móvil(RMI) (Fuente internet)

El indicador de carta móvil (RMI), es un indicador de rumbo; consta de una rosa de rumbos autónoma que gira de acuerdo a los virajes del avion, indicando en la parte superior el rumbo del avion todo el tiempo; consta de una aguja doble y una sencilla. La aguja doble se usa para indicadores VOR y la simple para ADF. En la misma caja del instrumento van instalados dos pulsadores que alternan la función VOR o ADF para cada una de las agujas. La rosa de rumbos giratoria es accionada por el sistema de brújula giroestabilizada del avión y funciona independientemente del receptor de ADF. Además gira de la misma forma que lo hace el giro direccional del avión, de manera que el rumbo magnético que lleve la aeronave, estará siempre bajo el índice de la parte superior del instrumento. (Sistemas de navegación aérea). Errores del Sistema •

Efecto de la montaña: Las montañas elevadas pueden distorsionar las marcaciones o introducir cambios en el avance de las ondas de radio.

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Este problema se puede solucionar sintonizando estaciones de gran potencia o volando más alto.

•

Efecto de la costa: La tierra y el agua tienen conductibilidades diversas y las ondas de radio tienden a desviarse hacia la costa, por lo tanto no se debieran tomar marcaciones de un NDB situado en la franja costera, si el ángulo que la costa y la trayectoria del avión forman es menor a 30º. Este error será despreciable si el avión vuela frontalmente a la línea de la costa.

•

Efecto nocturno: Durante la noche por el descenso de la capa ionosférica, las ondas que emite el N.D.B rebotan en la ionosfera y bajan nuevamente distorsionadas. Este error es más notorio justo antes de la puesta y salida del sol, generalmente a mayor distancia de la estación, mayor es el error apreciado. Para solucionar en parte este error se recomienda volar a la máxima altura posible o sintonizar una frecuencia mas baja, ojalá menor a 350 Khz.

•

Efecto de estática o de tormenta: Una descarga de rayos puede hacer que la aguja del radio compás se desplace de la dirección del N.D.B y se oriente hacia la tormenta. Actualmente todas las aeronaves disponen de equipos de navegación en VHF, banda que no se ve afectada por este tipo de errores.

•

Error de profundidad: En cada oportunidad en que el avión pone inclinación para hacer un viraje la aguja del radio compás no es confiable, por lo tanto se deben tomar las lecturas sólo cuando se establezca el vuelo recto y nivelado.

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•

Error de cuadrante: Es producto de los campos magnéticos que rodean al avión. Este error es compensado en el momento en que se instala el equipo al avión, por otro lado los instrumentos modernos traen corregido este tipo de error.

Precisiones El A.D.F puede ser empleado en distancias de 10 a 100 millas náuticas (MN). De acuerdo con la potencia del N.D.B, el alcance puede ser de 200 MN. Bajo estas condiciones y eliminando los distintos tipos de error se pueden alcanzar las siguientes precisiones: •

Emisores de señales de potencia alta: de día: +/- 10 Y de noche: +/- 20

•

Emisores de señales de potencia baja: +/- 2.50

2.3.2. VOR (Very high frecuency Omnidirectional Range). Radiofaro Omnidireccional de muy alta Frecuencia Representa el sistema de radio ayuda más usado hoy en día el mundo y su nombre quiere decir: Very High Frecuency (VHF): transmite en la banda de VHF (30-300 MHz) Omnidirectional: Su señal se transmite en todas las direcciones. Radio Range: Es un sistema basado en radio El VOR es un radio ayuda de corto y medio alcance, el cual ha eliminado interferencias debido a las condiciones atmosféricas. Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Los sistemas VOR constan de una instalación en tierra, formada por un emisor con su antena y por otro lado una instalación

a bordo de la aeronave

compuesta por: antena, receptor, servoamplificador y un indicador.

Equipo de tierra. Principios de funcionamiento

El funcionamiento del VOR esta basado en la diferencia de fase entre dos señales que emite: una de referencia y una variable.(Fig. 10)

El VOR posee un número infinito de cursos o emanaciones radiales desde la estación. La principal transmisión del VOR esta basada en crear una fase diferente entre dos señales.

Una de estas señales (la fase de referencia) es omnidireccional de 30 Hz, e irradia desde la estación un patrón circular, constante en todos los sentidos. Esta señal de referencia modula en frecuencia a una onda subportadora de 9.960 Hz, la cual modula en amplitud a la portadora.

La segunda señal es una fase variable también de 30 Hz y modula en amplitud a la onda portadora, ésta fase variable cambia un grado por cada cambio de grado en acimut alrededor del VOR, esto quiere decir que el equipo a bordo de la nave puede diferenciar grados enteros; además se transmite a través de una antena que rota uniformemente a 1800 RPM.

El norte magnético es la referencia para medir las fases, en este punto ambas señales están en fase, en cualquier otro punto alrededor de la estación las señales estarán desfasadas, desfase que será medido por el receptor a bordo que transformara en posición del avión respecto a la estación.

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Fig. 10: Alrededor de la estación VOR, las frecuencias están desfasadas respecto al norte magnético (fuente autor)

En la estación un sistema de monitores y dos transmisores aseguran el funcionamiento. El sistema de monitores supervisa cualquier falla del sistema, además de asegurar el funcionamiento mediante alarmas. Los transmisores trabajan en VHF en la banda de 112 a 118 Mhz, en frecuencias que terminan en décimas pares o impares y centésimas

impares. (Sistemas de navegación

aérea). Existe una zona en la cual el avión no recibe señal y se ubica sobre la antena de la estación, a esta zona se le denomina cono de silencio.

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•

Antena: Tiene forma en V y va instalada en el estabilizador vertical de cola o en la parte superior del fuselaje. Su misión es recibir las señales y enviarlas al receptor.

•

Receptor: La función consiste en medir la diferencia de fase entre las dos señales.

•

Servoamplificador: La energía eléctrica proveniente del receptor no es suficiente para hacer mover la aguja del indicador VOR, por ello es necesaria la instalación de un servoamplificador, cuya misión consiste en amplificar los impulsos eléctricos que le llegan y transmitirlos a los indicadores y de esta forma la aguja puede girar.

•

Indicador: La función del indicador del VOR, es mostrar al piloto su situación con respecto a la estación de tierra en cualquier momento.

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Fig. 11: Indicador VOR moderno y sus componentes. (Fuente autor)

Fig. 12: Indicador HSI, compatible con estaciones VOR, ILS, ADF. (fuente internet) Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Las principales funciones de un instrumento moderno son las siguientes: (Fig. 11). •

Selector de rutas (OBS): Permite hacer elecciones de rutas que se estimen convenientes.

•

Bandera TO-OFF-FROM: La misión de la bandera es resolver los 180º de ambigüedad que tendría la ruta seleccionada una vez interceptada; (TO) indica que se va en sentido de la estación; (FROM) en sentido contrario; (OFF) indica que no hay señal.

•

Indicador del desvío de ruta (CDI): Una vez interceptada una ruta, el indicador tiene como misión mostrar al piloto si se esta volando sobre la ruta o si esta desplazado a algún lado de ella.

•

Indicadores de rumbo: Indican el rumbo y contra rumbo que lleva el avión.

Uno de los instrumentos que pueden realizar la función de indicadores VOR, ILS y ADF es el HSI (Horizontal Situation Indicator) indicador de situación horizontal.(Fig. 12)

Este instrumento actúa de la misma forma que lo hace una brújula e indicara siempre el rumbo magnético que lleva el avión.

El CDI es totalmente móvil, pudiendo adoptar cualquier posición y muestra constantemente la ubicación del avión respecto a una ruta determinada.

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A ambos extremos del CDI se encuentra el indicador de ruta elegida. El que tiene la forma de espada corresponde al de ruta elegida y el otro extremo al de ruta reciproca.

El triangulo existente en el centro del instrumento corresponde a la bandera TOFROM. Cuando el triangulo aparezca en el lado de la espada (TO) este indica que se esta volando en dirección de la ruta elegida y si esta al otro lado (FROM) indica que se esta volando en sentido contrario

En la parte superior del equipo aparecen dos ventanillas; una a la izquierda que indica la distancia entre la aeronave y la estación base (cuando se dispone de equipo DME) y una a la derecha que indica en números la ruta seleccionada o el curso. Por otro lado en la parte inferior izquierda se ubica el comando GSI el cual entra en funcionamiento cuando el equipo se utiliza como ILS (ver Sistemas de aproximación instrumental)

En el centro del instrumento aparece la figura de un avión e indica siempre la posición relativa del avión respecto a la ruta seleccionada.

Precisión y exactitud de los equipos VOR

Las tolerancias máximas que se deben usar en las distintas formas de comprobación del CDI respecto a la ruta seleccionada no deben pasar los +/- 5° en cualquier tipo de comprobación. Cualquier comprobación que arroje diferencias mayores, indica que el instrumento debe calibrarse

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2.3.3. VOR/DME Proporciona al piloto la información de dirección y distancia en la que se encuentra la estación base. Es una asociación de estación VOR con un equipo Radiotelemétrico (DME) Equipo Radiotelemétrico Este equipo proporciona continua información de distancia oblicua (SLANT RANGE) entre la aeronave y la estación sintonizada. Estos equipos operan en la banda UHF y están compuestos de una unidad interrogadora (ubicada en el avión), la cual trabaja en la banda comprendida entre 1025 Mhz y 1150 Mhz y una unidad respondedora (ubicada en tierra), la cual lo hace en la banda 962 Mhz a 1024 Mhz y en la de 1151 Mhz a 1213 Mhz. La medición de distancia se realiza por medio de la medición del tiempo transcurrido entre la transmisión de impulsos del interrogador a bordo del avión y la recepción de las respuestas que lanza al aire la unidad respondedora de tierra. Distancia

Velocidad

Tiempo

Fig. 13: Indicador de datos de navegación de un DME. En la figura se puede observar que el equipo entrega: Distancia, velocidad y tiempo; el selector se utiliza para obtener datos entre dos estaciones con DME. (fuente autor)

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Para evitar la confusión entre otras señales el equipo posee la función de exploración estreboscópica, esto es, la búsqueda instantánea y repetida gran cantidad de veces por segundo, de las señales de respuesta a las propias interrogaciones, basada en un retardo fijo de tiempo entre impulsos de interrogación y los de respuesta. Una vez terminada la exploración y captado positivamente el impulso enviado por la unidad respondedora, el equipo mostrará la información de distancia.

Además de entregar distancia, el equipo es capaz de mostrar la velocidad sobre el suelo, en base a dos lecturas de distancia y el tiempo entre la estación y el avión. (Fig. 13)

El uso de este instrumento proporciona al piloto la ubicación de su avión, marcando en las cartas de navegación su posición conociendo el radial desde el VOR/DME y la distancia que lo separa de la estación. Si no se dispusiera de DME se debería hacer una determinación de posición mediante el cruce de radiales de dos estaciones VOR distintas.

Por otro lado el DME se utiliza mucho en fijar las distancias de espera en los aeropuertos y la separación entre las distintas aeronaves.

Alcance del DME

El alcance del equipo DME es el siguiente y depende de la altura que se encuentra la antena receptora respecto a la receptora:

Alcance (NM) =

( ALT '×1.2 )

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Errores y Exactitud del DME •

El DME mide la distancia oblicua y no la horizontal, lo cual es bastante significativo cuando el avión esta cerca de la estación y a una gran altura. (Fig. 14)

•

El error se considera en ½ MN (Milla Náutica) o bien el 3% de lo que marque el instrumento, aceptándose el que sea mayor

Fig. 14: El equipo DME, realiza la medición de distancia oblicua y no la horizontal (Fuente Autor)

2.3.4. Sistema de Navegación Inercial (INS) El sistema de Navegación Inercial (INS) es un dispositivo autónomo de navegación que permite la obtención, por lectura directa, tanto de la posición de la aeronave como de otros parámetros de navegación, mediante la utilización de los efectos de las fuerzas inerciales sobre algunos de sus componentes. Funciona en base a una plataforma inercial en el interior de la aeronave, la cual envía información a las pantallas del tablero del avión.. El INS es fundamental hoy en día en los aviones militares y comerciales, debido a su gran autonomía. Este sistema esta compuesto de las siguientes partes: •

Unidad de Navegación (UN), subdividida en las siguientes partes:

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-

Unidad de referencia inercial (Plataformas, giróscopos, acelerómetro)

-

Unidad electrónica de referencia inercial

-

Unidad computadora electrónica

•

Unidad Selectora de modos (MSU)

•

Unidad de control (CDU)

•

Unidad de baterías (BU)

Unidad de Navegación (UN) Esta compuesta por: La plataforma inercial, la cual a su vez contiene los acelerómetros; el computador digital de sistema binario y los circuitos de carga para la batería. De estos componentes los más importantes son los que pertenecen a la unidad de referencia inercial (Plataforma, giróscopos, acelerómetros) •

Acelerómetros: Los acelerómetros son instrumentos de medida de un sistema inercial los cuales detectan y miden las aceleraciones del avión en cualquier sentido. Es necesario la instalación de 3 acelerómetros, los cuales estarán ubicados en el mismo sentido de los ejes del avión, es decir, uno en sentido longitudinal para detectar las aceleraciones longitudinales, el otro en sentido transversal para las aceleraciones transversales y el último en sentido vertical para la aceleración vertical. Las aceleraciones detectadas son enviadas a la unida computarizada, la cual realiza las respectivas integraciones para determinar la velocidad y distancia. Para determinar la posición del avión en coordenadas norte y este en cualquier momento, los acelerómetros se deben alinear constantemente en dirección N-S y E-W, de modo que las aceleraciones detectadas en las distintas componentes determinaran la variación ya

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sea en latitud o en longitud, las cuales sumadas algebraicamente con una posición conocida del avión entregan la posición. El tercer acelerómetro entregara la información referente a la altura. •

Plataforma inercial Giroestabilizada: La forma de proteger a los acelerómetros de falsas aceleraciones producidas por la gravedad, es montándolos sobre una plataforma giroestabilizada, mediante 3 giróscopos rígidos de un grado de libertad montados en 90º uno respecto del otro y en dirección al meridiano y al paralelo del lugar (N-S y E-W). Estos giróscopos detectan cualquier movimiento del avión lo cual hace que a través de servosistemas nivelen la plataforma inercial en todo momento. Antes de insertar cualquier tipo de información en el sistema es necesario orientar la plataforma inercial. Para ello es necesario ingresar las coordenadas del punto de origen y destino del avión, con lo cual se iniciara automáticamente el proceso de “giro compassing” o alineación que durara aproximadamente 30 minutos para obtener una mejor precisión en la ruta. Posterior a esto se pueden ingresar los Waypoint (WP), los cuales guiaran a la aeronave a su destino.

Unidad selectora de modos (MSU) Corresponde al panel del equipo en donde se selecciona el modo en el que se tiene al sistema, ya sea: •

Calentando el equipo

•

Orientando la plataforma inercial

•

Obteniendo información de navegación, etc

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Unidad de control La unidad de control, es el instrumento que permite al piloto manipular y visualizar la información. Mediante el selector de presentación se puede obtener lo siguiente (Fig. 15) •

Velocidad sobre el suelo (GS)

•

Angulo de derrota (TK)

•

Angulo de deriva (DA)

•

Rumbo verdadero (HDG)

•

Desvío lateral de la ruta (XTK)

•

Error del ángulo de derrota (TKE)

•

Posición en coordenadas geográficas (POS)

•

Distancia ortodrómica hasta el próximo punto o destino (DIS)

•

Tiempo en minutos al destino (TIME)

•

Dirección del viento (WIND)

•

Angulo de derrota deseado (DSR TK)

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Fig. 15: Teclado y visualizador de información del INS. (Fuente Autor)

Unidad de baterías Las baterías son de níquel y cadmio y generan corriente continua a 28V. Se usan cuando existe un fallo en el sistema primario de alimentación eléctrica del sistema. Limitaciones del INS En general las limitaciones del sistema inercial están planteadas por el excesivo tiempo que tarda la alineación del sistema el cual puede prolongarse por mas de 30 minutos. Además existen en ocasiones precisiones menores que las estipuladas por los fabricantes, producto de desvíos producidos en los giróscopos y acelerómetros, producto del roce. Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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Por otro lado cabe señalar que los errores son acumulativos producto de que las distancias se van sumando a las coordenadas anteriores. Sin embargo el avance tecnológico actualmente ha ido minimizando estos errores, producto de la construcción de giróscopos láser y sistemas giroestabilizados de gran precisión. 2.3.5. ILS (INSTRUMENT LANDING SYSTEM) Es un sistema de aproximación radioeléctrico que orienta a la aeronave para tomar la pista de aterrizaje, en condiciones muy reducidas de techo y visibilidad. El sistema ILS se divide en tres partes: 1. Información de guía. Se proporciona por medio del Localizador (LLZ) y la senda de Planeo (GS) 2. Información de distancia. La dan las balizas y el DME. 3. Información Visual. La componen las luces de aproximación, luces de centro de pistas y luces de pista.

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Fig. 16: En la figura se muestra: en la parte de arriba la información proveniente del fondo de la pista por parte del Localizador y abajo la información del principio de la pista por parte de la senda de planeo. (Fuente Autor)

Información de guía: Localizador (LLZ) y Senda de Planeo •

Localizador (LLZ): La misión del localizador consiste en proporcionar

información de mando lateral al piloto respecto del centro de la pista, referida al fondo de ésta (Fig. 16).

El equipo en tierra esta compuesto por antena y un emisor de señales, el cual se ubica en la prolongación de la pista, al lado contrario de la ubicación de la aeronave. Este equipo de tierra se ubica a una distancia de 1000 a 1400 pies del final de la pista.

El equipo a bordo esta compuesto por las antenas, receptores e indicadores. Los dos primeros son los encargados de recibir las señales y transformarlas en impulsos electromagnéticos para luego enviarlas al indicador.

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El indicador del LLZ consiste en una barra vertical CDI

de color blanco o

amarillo, la cual mediante desplazamientos, indicara continuamente la posición de la aeronave en relación con el eje de la pista. (Fig. 17)

SENDA DE PLANEO

LOCALIZADOR

Fig. 17: Indicadores con barra CDI, en los cuales se observa el desplazamiento máximo de ambos. Además se observa que la ayuda esta referida al comienzo de la pista en el caso de la senda de planeo y al final en el caso del localizador. (Fuente Internet)

En el instrumento van indicados en la parte central unos puntos que indican la separación en grados del centro de la pista, siendo cada punto una separación de 0.5 grados. El CDI se desplazara hacia la izquierda cuando la aeronave este a la derecha del eje de pista y a la derecha cuando lo este a la izquierda. •

Senda de Planeo: La información de senda de planeo (GS) del ILS es la de

dar guía vertical durante la fase de aproximación., referida al principio o umbral de la pista (Fig. 16). La señal de tierra es captada por el equipo a bordo y transmitida al indicador de senda de planeo o GSI, el cual consiste en una barra

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horizontal generalmente de color blanco o amarillo, la cual dependiendo de la posición de la aeronave respecto a la senda real de planeo, se desplazara hacia abajo o hacia arriba; si el avión se encuentra por sobre la senda real de planeo el GSI se ubicara en la mitad inferior del indicador, si por el contrario el avión esta bajo la senda real de planeo el GSI se ubicará en la mitad superior del indicador. (Fig. 17) En el instrumento van pintados puntos blancos en sentido vertical y cada uno de ellos indica una separación de 0.25 grados respecto a la senda real de planeo. Una ilustración de los instrumentos modernos la representa la fig. 18. En ella se observa la posición del localizador y la senda de planeo, de modo que la aproximación a la pista sea más adecuada.

Muy Alto

Muy Bajo

Muy bajo

A la derecha

Muy alto

Bien

a la izquierda

Fig. 18: Ilustración de la forma adecuada de conducir el avión al aterrizaje mediante ILS (Fuente Internet)

Información de Distancias. La función principal del DME y las balizas es la de informar la distancia que separa la aeronave del punto de contacto. Se utilizan además para comprobar que la altitud de paso sobre ellas es la correcta durante una aproximación de

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precisión. Son puntos de notificación obligatorios, por lo que deberán reportarse su paso sobre ellas.

Las balizas indican la distancia hasta la pista de aterrizaje; son tres y están ubicadas en la prolongación de la pista en el lado que el avión realiza la aproximación. La primera esta ubicada a 250’, la segunda a 3500’ y la tercera a 5 MN. Todas las balizas emiten una portadora de 75Mhz, pero con diferentes modulaciones.

Información Visual

Los sistemas de luces de aproximación constituyen una parte complementaria al ILS y representan una gran ayuda para el piloto durante la transición del vuelo instrumental al vuelo visual.

Algunos de los sistemas de luces más importantes son conocidos con las siglas inglesas: ALSF I, ALSF II, MALSF, SSALR, CALVERT, LDIN, ODALS, RAIL, REIL y el más importante de todos el VASIS, producto del objetivo del tema no se profundizara en estos tipos de luces.

En aproximaciones existe el termino ILS BACK COURSE, el cual corresponde no a la aproximación frontal sino cuando se aproxima por el lado opuesto de la pista. En este caso se dice que la aproximación es posterior o que se esta haciendo un BACK COURSE Y se considera como un sistema de aproximación de no precisión, el cual debe estar autorizado para realizarlo, debiéndose instalar equipos complementarios para la emisión de señales.

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Categorías del ILS Cuando el piloto toma la decisión de cambiar la aproximación por instrumentos a aproximación visual, para poner la aeronave en la losa, viene expresado en mínimos que se basan en la visibilidad horizontal que debe existir cuando el avión alcanza la altitud de decisión (DH). En este momento el piloto debe decidir si continua con el aterrizaje o si va a abortar. Estos mínimos varían según las ayudas de radionavegación y las ayudas visuales, tipo de avión, velocidad, longitud de pista disponible, pudiéndose dividir en las siguientes categorías: •

Categoría I (CAT I): Es la aproximación básica, que todos los pilotos calificados IFR están autorizados para realizar, lo cual significa que están capacitados para tomar tierra con una visibilidad mínima de 2400’ o ½ NM y una altitud de decisión de 200’ sobre el punto de contacto. La visibilidad puede reducirse a 1800’ si existen luces de centro de pista y de zona de contacto.

•

Categoría II (CAT II): Requiere equipos complementarios en tierra y en el avión, además de una calificación especial por parte del piloto. Esta categoría se subdivide en CAT II a y CAT II b siendo los parámetros los siguientes:

CAT II A CAT II B

Visibilidad

Altitud de decisión

1600’ 1200’

150’ 100’

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•

Categoría III (CAT III): Es imprescindible una alta preparación del piloto y una alta calidad de los equipos en tierra así como su constante mantenimiento. Esta categoría se divide en tres:

CAT III A CAT III B CAT III C

Visibilidad

Altitud de decisión

700’ 150’ 0’

0’ 0’ 0’

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CAPITULO III INSTALACIÓN DE EQUIPOS GPS EN AERONAVES DE USO TURÍSTICO

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1. INTRODUCCION El uso del GPS en la Aeronáutica Civil Chilena, es Normado y Regulado por la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC), mediante sus normas DAR(Reglamento Aeronáutico) y DAN(Norma Aeronáutica). El siguiente capítulo presenta una instalación de un equipo GPS en una aeronave de uso turístico, teniendo presente las específicamente técnicas del fabricante de éste y la Normativa Chilena referente al uso del GPS; por éste motivo en primer lugar el capitulo presenta conceptos útiles para la comprensión del capitulo, luego la instalación del equipo con un estudio de las respectivas funciones que ofrece al usuario y para finalizar un análisis de los beneficios que se obtienen al usar un equipo GPS en la aeronave, además de un estudio de proyectos futuros para la aeronáutica civil mundial.

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2. CONCEPTOS RELACIONADOS CON EL GPS EN AERONAUTICA Exactitud Significa el nivel de conformidad entre la posición entregada por el equipo de una aeronave y su posición verdadera. Disponibilidad Es la capacidad del sistema total de desempeñar su función al comienzo de la operación prevista. El riesgo de disponibilidad es la probabilidad de no disponer de la ayuda requerida al comenzar las operaciones. Integridad Es la función de un sistema de advertir a los usuarios de una manera oportuna y válida cuando no debe ser usado dicho sistema. El riesgo de integridad es la probabilidad que se produzca una falla no detectada que producirá un error en la exactitud del sistema. Continuidad Es la probabilidad de que un sistema este disponible para una determinada fase del vuelo. Luego que un sistema de navegación cumpla con todos o parte de estos 4 conceptos anteriores podrá ser categorizado como: medio único, medio primario, y medio suplementario.

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Sistema de Navegación como medio suplementario Sistema de navegación que debe utilizarse conjuntamente con un sistema certificado como medio único. Debe satisfacer los requisitos de exactitud y de integridad para una determinada operación o fase del vuelo, pero no es necesario satisfacer los requisitos de disponibilidad y de continuidad Sistema de Navegación como medio primario. Sistema de navegación aprobado para determinada operación o fase de vuelo que debe satisfacer los requisitos de exactitud y de integridad pero que no es necesario que satisfaga los requisitos de plena disponibilidad y continuidad del servicio. Se mantiene la seguridad limitando los vuelos a períodos específicos de tiempo, y mediante restricciones reglamentarias apropiadas. No existe ningún requisito de contar a bordo con un sistema de navegación como medio único en apoyo de un sistema como medio primario. (Dirección General de Aeronáutica Civil). Sistema de Navegación como medio único. Sistema de navegación que para determinada operación o fase del vuelo debe posibilitar satisfacer, los cuatro requisitos de performance: exactitud, integridad, disponibilidad y continuidad de servicio. En esta definición no se excluye transportar a bordo otros sistemas de navegación Actualmente los sistemas de navegación autorizados como medio único son los que se muestran en el cuadro 4.

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Cuadro 4: Sistemas de navegación autorizados como medios únicos (Fuente: Autor)

Fase de Vuelo

INS MLS ILS VOR NDB

Salida X En Ruta X Llegada X Aproximación de no-precisión Aproximación de Precisión

X X X X X

X X X X

X

Comprobación Autónoma de la Integridad en el Receptor (RAIM) Receiver Autonomous lntegrity Monitoring (RAIM)Técnica mediante la cual un receptor a bordo comprueba de manera autónoma la integridad de las señales de navegación provenientes de los satélites. Identificación y Exclusión de Fallas (FDE) Sistema de identificación y exclusión de satélites que proporcionan señal defectuosa, el cual funciona conjuntamente con el sistema RAIM en los equipos GPS modernos.

3. CONSIDERACIONES EN RELACION AL USO DEL GPS EN EL PAIS Actualmente en la aeronáutica civil del país el uso del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), esta autorizado para su uso en ruta, no así para áreas terminales, zonas de control, procedimientos de aproximación, ni menos aterrizajes.

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En relación a su uso se pueden diferenciar dos tipos de vuelos: 3.1.

VUELOS BAJO CONDICIONES VFR

Este tipo de vuelos es el equivalente a volar en todo momento con referencias visuales o de día, apoyado con el instrumental de aviónica necesario, esto obliga al piloto a mantener la visibilidad si desea utilizar el equipo GPS. El sistema GPS podrá ser utilizado como medio suplementario de navegación en los espacios aéreos de nuestro país en vuelos VFR. Los operadores que deseen utilizar el GPS como apoyo a operaciones limitadas a vuelos visuales VFR deberán demostrar que su instalación obedece al concepto de alteración establecido en la reglamentación vigente, a menos que haya sido considerada por el fabricante de la aeronave o posea un STC (Suplemental Type Certificate) aprobado por una autoridad aeronáutica para una aeronave en particular. Por lo anterior su instalación deberá ser ejecutada por un Centro de Mantenimiento Aeronáutico (CMA) habilitado para realizar alteraciones en el área de Radio, de acuerdo a la reglamentación vigente. (Dirección General de Aeronáutica Civil) 3.1.1. Operación

del

GPS

como

medio

suplementario

bajo

condiciones de vuelo VFR •

Debido a que el GPS se utiliza como un medio suplementario, la tripulación debe tener siempre a su disposición un medio de navegación único (VOR, NDB, INS) aprobado como medio único. El sistema GPS

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debe satisfacer los requerimientos de exactitud y de integridad para la fase del vuelo. •

Debe mantenerse en todo momento un cartel en el panel que indique que el equipo esta limitado a vuelos VFR

3.2.

VUELOS BAJO CONDICIONES IFR

Este tipo de vuelos es el equivalente a volar solo con el apoyo de instrumental de aviónica, no siendo necesario que el piloto mantenga visibilidad desde la cabina. Este tipo de vuelos se realizan generalmente de noche cuando la visibilidad es nula para el piloto y su orientación la realiza solo con el instrumental a bordo. Se establece el uso del Sistema GPS como medio Primario de navegación para vuelos IFR en las rutas de navegación de área (R-NAV) del espacio aéreo chileno y en la ruta oceánica UG-224 (Santo Domingo / isla de Pascua) Los estándares que deben tener los equipos a utilizar en vuelos IFR deben cumplir con alguna de las clases: A1, A2, B1, B2, C1 ó C2, especificados en la norma TSO-129a 3.2.1. Clasificación de equipos GPS aprobados por la TSO-129a La disposición técnica normalizada TSO-C129a de la FAA especifica estándares mínimos de desempeño para el equipo GPS aprobado como medio suplementario / primario en condiciones IFR.

Para usar un equipo en

condiciones IFR se requiere que cuenten con RAIM y que la base de datos sea actualizada cada 28 días. Equipos portátiles no pueden ser utilizados en

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condiciones IFR. Existen 10 clases de receptores especificados en la TSOC129a los que se especifican a continuación: •

Clase A: Este equipo asocia el sensor del GPS y la capacidad para navegar. Además cuenta con RAIM. Este equipo se subdivide en: o Clase A1: Utilizado en ruta, áreas terminales y aproximaciones de no precisión. o Clase A2: Utilizado en ruta y áreas terminales.

•

Clase B: Este equipo consiste en un sensor GPS, que proporciona datos a un sistema de navegación integrado, es decir, un sistema de gestión de vuelo, sistema de navegación multisensor, entre otros. Este equipo se subdivide en: o Clase B1: Utilizado en ruta, áreas terminales y procedimientos de aproximación de no precisión. Esta clase cuenta con RAIM. o Clase B2: Utilizado únicamente en ruta y áreas terminales. Esta clase cuenta con RAIM. o Clase B3: Utilizado en ruta, áreas terminales y procedimientos de aproximación de no precisión. Este equipo requiere de un sistema de

navegación

integrado,

que

proporcione

un

nivel

de

confiabilidad equivalente al RAIM. o Clase B4: Utilizado únicamente en ruta y áreas terminales. Este equipo requiere de un sistema de navegación integrado, que proporcione un nivel de confiabilidad equivalente al RAIM. Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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•

Clase C: Este equipo consta de un sensor GPS que proporciona datos para un sistema de navegación integrado, es decir, de un sistema de gestión de vuelo, un sistema de navegación multisensor, etc., el cual proporciona una guía segura para el piloto automático o director de vuelo, de tal manera que reduzca los errores de la técnica de vuelo. Este equipo se divide en: o Clase C1: Utilizado en ruta, áreas terminales y procedimientos de aproximación de no precisión. Esta clase cuenta con RAIM. o Clase C2: Utilizado únicamente en ruta y áreas terminales. Esta clase cuenta con RAIM. o Clase C3: Utilizado en ruta, áreas terminales y procedimientos de aproximación de no precisión. Este equipo requiere de un sistema de navegación integrado que proporcione un nivel de confiabilidad equivalente al RAIM. o Clase C4: Utilizado únicamente en ruta y áreas terminales. Este equipo requiere de un sistema de navegación integrado, que proporcione un nivel de confiabilidad equivalente al RAIM. 3.2.2. Operación del GPS como medio primario bajo condiciones de vuelo IFR

•

No es requisito contar a bordo con un sistema de navegación como medio único en apoyo de un sistema como medio primario

•

La aeronave deberá tener la capacidad de mantener un valor de confinamiento en la ruta aprobada de 18 Km (10 NM)

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•

Si se ha perdido la información valida de la posición o el RAIM no funciona por mas de diez minutos, se debe utilizar otro medio de navegación hasta que se restablezca el RAIM.

•

Las empresas deberán tener un programa de instrucción de GPS aprobado por la DGAC

•

Los operadores deberán incluir en el manual de especificaciones operativas la autorización otorgada por la DGAC, para utilizar el GPS como medio primario de navegación

•

El manual de operaciones del equipo deberá mantenerse actualizado y a bordo de la aeronave.

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4. DESARROLLO El siguiente desarrollo corresponde a la instalación de un equipo GPS en una aeronave de uso turístico para el transporte de pasajeros, aeronave que es propiedad de la empresa LASSA S.A. Dicha empresa esta dedicada al servicio aéreo en las áreas de: transporte de pasajeros, fumigaciones, control de incendios, control de heladas, etc. y su trabajo lo realizan a lo largo de todo el país, además de la Isla de Juan Fernández. La empresa consta de Helicópteros y avionetas y están equipados la gran mayoría con equipos GPS, pero algunos todavía faltan por integrárseles un equipo de estos. El avión que se muestra en la Fig. 19, corresponde a un avión de 12 pasajeros y es al que se le debe instalar un equipo GPS para ser usado en condiciones de vuelo VFR, lo que significa que no puede ser utilizado cuando las condiciones de visibilidad sean cero

Fig. 19: Aeronave de pasajeros, en que se debe instalar un equipo GPS (Fuente: Autor)

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El equipo que se muestra en la Fig. 20 corresponde a GPS 150XL GARMIN, su precio bordea los US$ 1500. Este equipo fue encargado a la empresa Garmin al extranjero.

Fig. 20: Arriba, Equipo GPS 150XL para ser usado en vuelos VFR; Abajo, Antena GA-56 correspondiente al equipo (Fuente: Autor)

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4.1. •

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL EQUIPO GPS 150XL

Físicas o Tamaño ƒ

Unidad:

159 x 143 x 51 mm

ƒ

Rack:

161 x 172 x 51 mm

ƒ

Unidad:

0.77 kg

ƒ

Rack:

0.38 kg

o Peso

•

De Rendimiento o Certificación ƒ

TSO C37d Clase 4 (VHF Transmisor)

ƒ

TSO C38d Clase C (VHF Receptor)

ƒ

AC 20-138 (VFR) (GPS Receptor)

o Tiempo de Adquisición: 15 segundos (en caliente), 45 segundos (en frío) o Precisiones:

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ƒ

Posición: 15 metros RMS (sin SA), 1-5 m con corrección DGPS

ƒ

Velocidad: 0.1 nudos RMS

o Dinámico ƒ

Velocidad: 999 nudos

ƒ

Aceleración: 6G

ƒ

Altitud: –1500 a 50000 pies

o Rango de voltaje: 10 a 33 V DC 4.2.

MATERIALES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN

•

Unidad GPS 150XL

•

Antena GA-56

•

Rack

•

Cable coaxial de la antena

•

Conectores varios

•

Alambre de uniones eléctricas

•

Terminales o enchufes

•

Testen

•

Cinta aislante

•

Herramientas de Aeronáutica varias: brocas, fresas, taladro, discos de corte, atornilladores, tornillos y remaches de fijación.

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4.3.

PROCESO DE INSTALACIÓN DE COMPONENTES DEL EQUIPO GPS 150XL

4.3.1. La antena Elección del lugar de ubicación La ubicación se hizo tomando la precaución de que la antena quedara lo mas alejada de los motores de las aeronaves;. Además se debió elegir un lugar que mantenga la señal integra mientras el avión se encuentre en vuelo nivelado. También se debió considerar que la antena debe quedar alejada a lo menos 3 pies de la

antena de comunicaciones como es la de: HF, VHF, DME,

TRANSPONDER Y RADAR, debido a las radiaciones producidas por éstas fuentes. La Fig. 21 muestra una guía para la ubicación de la antena

Fig. 21: Consideraciones para ubicar la antena GPS en un avión (Fuente: Autor)

Tomando las precauciones anteriores, se procedió a instalar la antena de la siguiente forma:

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Instalación de la antena La instalación de la antena se realizo como lo ilustra la Fig. 22, perforando el techo de la aeronave mediante taladros especiales de aeronáutica y ensamblando todos los componentes de dicha antena. Es muy importante en esta etapa la empaquetadura de neopreno, ya que ella permite evitar posibles filtraciones de agua en periodos de lluvia; además el ajuste de tuercas debe ser el ideal, el cual permita mantener la antena en su lugar y así evitar que con las vibraciones de la aeronave puedan ceder.

Fig. 22: Diagrama de la forma de instalación y ensamble de la antena GA-56 (Fuente: Autor)

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Las Fig. 23 y 24 muestran la ubicación de la antena después del procedimiento anterior. Antena GPS GA-56

Fig. 23: Muestra la ubicación de la antena GA-56 una vez concluida la instalación (Fuente: Autor)

Antena GA-56 Fig. 24: Muestra una vista mas general de la ubicación de la antena GA-56 (Fuente: Autor)

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4.3.2. El Rack y la Unidad La instalación en el panel de instrumentos requiere que se instale el rack del equipo en primer lugar y luego depositar en este rack la unidad Fig.25

Fig. 25: Muestra los componentes para la instalación en el panel de la aeronave (Fuente: Manual Equipo)

•

Ubicación: Se eligió un lugar alejado de fuentes de calor para el mejor funcionamiento de la unidad. Además la ubicación se realizó considerando una distancia mínima de 16 cm entre el compás ADF y la unidad GPS para de esta forma evitar la interferencia con las señales de comunicación VHF

•

Instalación: Se procedió a cortar un espacio rectangular de 6.320’’ x 2.000’’ en el panel de instrumentos de la aeronave, mediante discos de corte para metal. En este espacio se inserto el rack, fijándolo con cuatro tornillos con su

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respectiva tuerca, dos por cada lado. Una vez fijado el rack con sus cuatro tornillos se procedió a depositar la unidad en él, asegurándola con el seguro. La Fig. 26 muestra una imagen posterior a la instalación de la unidad GPS 150 XL Ubicación del rack y la unidad

Fig. 26: Imagen que muestra la ubicación de la unidad después de su instalación (Fuente: Autor)

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4.3.3. Conexiones Conexión de antena- unidad El cableado se realizó teniendo presente de mantenerlo en todo momento alejado de los cables de comunicaciones COMM y de aquellas fuentes de ruido eléctrico. El cable incluido en el equipo, esta compuesto en un extremo por un conector que conecta a la unidad (extremo izquierdo, Fig:27) y en el otro extremo se debe instalar un conector que conecta a la antena (extremo derecho Fig:27); esta instalación se debe realizar con máximo cuidado para así recibir una señal integra en el equipo.

Fig. 27: Muestra los pasos para instalar el conector de la antena en el coaxial

Conexión Unidad- fuente de poder principal de la aeronave La aeronave posee una fuente de poder de 28 volt, la cual hace funcionar al conjunto de componentes de ésta, incluyendo al GPS. Para realizar esta operación de conectar el equipo a la fuente de poder, se utilizan cables eléctricos aeronáuticos. El primer cable que corresponde al positivo, se extiende desde la fuente de poder o batería, hasta el tablero Circuitbrake (Quiebre de circuito),

el

cual

debe

cumplir

la

función

de

detectar

cualquier

sobrecalentamiento de cables que puedan ocurrir y así evitar daños al equipo o

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a la aeronave. Estos dispositivos ubicados en el tablero son interruptores generalmente de 5 amp, los cuales, están disponibles para cada equipo electrónico presente en la aeronave. Después de llegar al tablero y conectar el cable al interruptor, éste continua hasta la unidad GPS, en la cual mediante un conector se conecta a la salida correspondiente a “fuente de poder del avión”, identificada mediante el manual del equipo. Ya que el avión posee una conexión a tierra desde su fuente principal, conectada a la estructura, el segundo cable o negativo del equipo sale desde la salida “tierra” de éste y se debe conectar a la estructura de la aeronave. De esta forma el equipo GPS queda alimentado por la fuente principal del avión, la cual le proporcionará energía para su funcionamiento permanente. (Fig. 28)

Fig. 28: Diagrama que muestra la forma de alimentar de energía a la unidad GPS (Fuente: Autor)

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En la Fig. 29 Se representa un diagrama general de la ubicación de los componentes del equipo y sus conexiones

Fig. 29 : Diagrama general de los componentes de la instalación GPS (Fuente: Autor)

4.3.4. Cartel Una vez completada la instalación, se puso un cartel el cual indica que la unidad se limita a VFR, dicho cartel debe quedar a la vista del piloto como lo muestra la Fig. 30

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Cartel “Unidad GPS Limitada a Vuelos VFR” Fig. 30: Muestra el cartel que debe instalarse a la vista del piloto como norma general (Fuente: Autor)

4.4.

FUNCIONES DEL EQUIPO INSTALADO

A medida que se avanza en la lectura de estos puntos, se recomienda consultar el anexo 1, debido a las abreviaciones usadas en el equipo. 4.4.1. Funciones de Navegación 1. La primera función de navegación corresponde a una página denominada Página resumen de navegación, la cual entrega una completa información referida al próximo aeropuerto al que se quiere volar, en la cual se presenta la grafica del CDI encargado de mantener el avión siempre en ruta, distancia al punto, velocidad, etc.( Fig. 31)

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Fig. 31 : Página de resumen de navegación (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

Las siguientes nomenclaturas pueden aparecer en la pantalla (Fig. 32 )

Fig. 32 : Nomenclatura que puede aparecer en la pagina resumen de navegación (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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La siguiente información puede ser desplegada en el campo distancia: dis = Distancia desde su posición hasta el Waypoint activado str = Gobierna la dirección y distancia de desplazamiento en la ruta, según sea a la izquierda o derecha La siguiente información puede ser desplegada en el campo velocidad: gs = Velocidad sobre el terreno str = Gobierna la dirección y distancia de desplazamiento en la ruta, según sea a la izquierda o derecha La siguiente información puede ser desplegada en el campo dirección: brg = Muestra la situación de su posición hacia el Waypoint cts = Curso a seguir para re-interceptar el curso ideal dtk = Muestra la situación respecto al norte en la ruta ideal trk = Rastrea la dirección del movimiento relativo al terreno trn = Dirección y grados a girar para retomar el curso La siguiente información puede ser desplegada en el campo tiempo: eta = tiempo estimado de arribo ( cuando esta activo el Waypoint)

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ete = tiempo estimado en ruta ( cuando esta activo el Waypoint) trk = dirección del movimiento relativo a la tierra vn = navegación vertical, muestra la velocidad vertical requerida para realizar una maniobra determinada 2. La próxima Pág. de navegación es la que presenta el mapa, en ella se muestra la posición del avión, aeropuertos más cercanos, estaciones VOR, NDB, intersecciones, ETC. Diferentes símbolos son usados para distinguir los distintos tipos de puntos en la ruta. Además este mapa esta acompañado de información de navegación como: nombre del waypoint, distancia y situación respecto al punto de ruta. Por otra parte en las esquinas del mapa se acompaña información de velocidad terrestre, track, tiempo estimado en ruta y escala. (Fig. 33)

Fig. 33: Muestra la página de mapa, la cual, ubica su posición respecto a waypoint cercanos, además de información complementaria para el piloto. (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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3. La próxima Pág. que ofrece el GPS 150xl es la pagina NAVCOM, la cual proporciona una lista de las frecuencias de los aeropuertos a lo largo de su ruta o del aeropuerto que usted elija. En caso que no se seleccione ningún waypoint el equipo despliega la información referida al aeropuerto más cercano (Fig. 34)

Fig. 34 Despliega información de frecuencias de los aeropuertos a lo largo de su ruta (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

4. Otra información que es factible de conseguir en este equipo es la que entrega la página de posición del avión. En ella se despliega la gráfica del CDI, se presenta la latitud y longitud, una referencia al punto waypoint, y la altitud real del avión. Además es posible obtener información de la altitud más recomendable para la ruta ESA(altitud segura en ruta) o MSA (altitud mínima segura), estas dos altitudes son calculadas con información contenida en la base de datos del equipo (Fig.35 )

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Fig. 35: Despliega información de la posición real del avión y datos del aeropuerto de destino (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

5. La siguiente función del equipo es la que proporciona información de satélites con ella se obtiene información de cobertura, performance del equipo. Además se informa de la calidad de la señal y de la precisión con que sé esta determinando la posición. En resumen esta función informa de la calidad con que se esta determinando la información en el sistema (Fig. 36)

Fig. 36 : Información de satélites proporcionada por el equipo (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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En esta pagina existen sub-páginas las cuales entregan información de cada satélite en particular como es: elevación de satelite, azimut, fuerza de la señal, rango de precisión (Fig. 37 )

Fig. 37 : Subpagina que muestra información para cada satélite en particular (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

El equipo posee además funciones de planificación como son las que se explicarán a continuación 6. La primera función esta referida a obtener información entre dos puntos al ingresar los puntos al equipo éste determina la distancia entre los puntos, el curso a seguir, la mejor velocidad a seguir, la mejor altura y el tiempo estimado de viaje a la velocidad recomendada (Fig. 38 )

Fig. 38 : Pagina de planificación entre dos puntos de viaje (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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7. Otra función que ofrece es la de planificación de combustible; en la cual se puede obtener información de cuanto combustible se requiere para viajar de un destino a otro a una cierta velocidad (Fig. 39)

Fig. 39 : Pagina de planificación de combustible (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

En general el equipo puede determinar los requerimientos de combustible en el viaje entre dos puntos, entregando los galones a bordo, los necesarios para el viaje, el tiempo en horas de autonomía con el combustible a bordo, etc. Otra función que posee es la de calcular la verdadera velocidad de algunos vientos e indicaciones de si se esta volando de cabeza al viento o de cola, información calculada en base a información que solicita el equipo. (Fig. 40)

Fig. 40: El equipo entrega información del tipo de vientos existentes en el vuelo, en base a información que debe ingresar el usuario (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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8. También puede calcular la velocidad recomendada para pasar de una altitud a otra, lo cual es de especial ayuda cuando se realiza el despegue y se desea subir a una altitud determinada para tomar el vuelo de ruta. (Fig. 41 )

Fig. 41: Planificación de velocidad (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

9. La función de mensajes, da alerta de programaciones que se hubiesen hecho como por ejemplo “cambios de aceite”, “Revisiones”, “Cambio de filtros”, etc. Estos mensajes se muestran cuando se cumplió el tiempo programado por el usuario. Por ejemplo si se ha programado que el cambio de aceite se realice cada 30 horas de vuelo, el equipo entregara una alerta pasadas 30 horas reales de vuelo desde que se hizo la programación(Fig. 42)

Fig. 42. Página que entrega al piloto mensajes programados, para que se activen pasada una cierta cantidad de tiempo (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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10. El equipo permite conocer para un punto determinado el horario de puesta y salida del sol (Fig. 43 )

Fig. 43: Página que permite calcular la salida y puesta del sol para un waypoint determinado (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

11. Por último la función predicción de RAIM, permite consultar la disponibilidad de RAIM para cualquier waypoint en hora y fecha determinada (Fig. 44)

Fig. 44: El equipo permite predecir la disponibilidad de RAIM (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

4.4.2. Funciones en Base de Datos El GPS 150XL usa una base de datos que provee de información de miles de Aeropuertos, VORs, NDBs e intersecciones de todo el mundo. Esta información corresponde a latitud, longitud, identificador y otra información pertinente; además posee una memoria para almacenar 1000 Waypoint de usuario.

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El GPS organiza la información en 5 diferentes categorías (Fig. 45 ) •

Aeropuertos:

identificador,

ciudad

y

estado,

país,

nombre,

posición(lat/lon), Elevación, material de la pista, tipo de avión en que se usa la pista, frecuencias de comunicación del aeropuerto •

VORs: identificador, ciudad y estado, país, nombre, posición(lat/lon), Elevación, frecuencia, variación magnética, disponible DME o TACAN.

•

NDBs: identificador, ciudad y estado, país, nombre, posición(lat/lon), Elevación, frecuencia, variación magnética, disponible DME o TACAN.

•

Intersecciones: identificador, país, posición (lat/long) y VOR más cercano

•

Usuario: Identificador, Posición(lat/long) y referencia del Waypoint.

Fig. 45: El equipo organiza la información de la base de datos en 5 categorías (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

La información puede ser buscada solo con el nombre del Aeropuerto, VOR, NDB, etc. Una vez que se ha encontrado el punto deseado se despliega la siguiente información en 5 páginas para el caso de los aeropuertos (Fig. 46) La página de identificación muestra el tipo de Waypoint y su identificador, la región y país, ciudad, nombre más específico

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La página posición despliega latitud, longitud, elevación, aterrizaje aceptable, usos de las pistas. La página de la pista muestra el largo de la pista, tipo de superficie, tipo de aproximación y aterrizaje, alumbrado. La página de comunicaciones muestra las radiofrecuencias usadas y sectores de restricción Por último la página comentarios despliega algún comentario para el aeropuerto seleccionado.

Fig. 46: Muestra Páginas disponibles para la información de aeropuertos (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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Las páginas de la información VOR y NDB son tres: (Fig. 47) La primera es la que entrega información de identificación la cual es: identificador, ciudad, región y país. La segunda es la página de posición la que entrega: identificador, latitud, longitud, frecuencia, variación magnética, disponibilidad de DME o TACAN La ultima es la de información de comentarios la cual despliega comentarios que ayudan al piloto.

Fig. 47: Páginas disponibles para información VOR y NDB (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

Las páginas desplegadas para la información de intersecciones son dos una para la información de identificación y posición, además de información de curso y distancia al VOR más cercano. La otra página es referida a comentarios.(Fig. 48)

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Fig. 48: Muestra páginas de información para intersecciones (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

Además de la información contenida en la base de datos el GPS150XL permite ingresar hasta mil puntos de usuario, los cuales deben ser creados por el usuario según sea su conveniencia, esta información será desplegada en dos páginas. (Fig.49) La primera es la página de identificación y posición que muestra la información de: identificador; latitud y longitud; identificador , rango y situación desde un Waypoint de referencia. La segunda página son los comentarios creados por el usuario.

Fig. 49: Muestra dos páginas disponibles para información de Waypoint de usuario (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

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4.4.3. Waypoints más Cercanos El GPS 150XL mediante el accionar de una tecla especifica del equipo permite informar al piloto de los nueve aeropuertos, VORs, NDBs, intersecciones o puntos de usuario más cercanos a la posición actual del avión dentro de un radio de 200 MN. Esta función es útil cuando se encuentra el avión en condiciones de emergencia, caso en el cual el piloto solo debe accionar un botón y la pantalla desplegará los 9 waypoint más cercanos, para de esta forma aterrizar su aeronave en forma exitosa. La información que muestra la (Fig. 50) corresponde a la pantalla de información de los 9 Waypoint más cercanos, los cuales se pueden ver cambiando de página. Además esta información puede ser complementada con el mapa del equipo, especificado en el punto 2

Fig. 50: Información desplegada en caso de una emergencia, referida a los 9 waypoint más cercanos (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

Otra función que ofrece el equipo referente a los Waypoint más cercanos esta referida a los espacios aéreos controlados existentes a lo largo de la ruta, esta página informa al piloto de los espacios aéreos restringidos o controlados a lo largo de su ruta. Esta información esta basada en datos tridimensionales y se denominan SUA (Special-use Airspace) o uso especial de espacios aéreos (Fig. 51 )

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Fig. 51:Muestra la información de los espacios aéreos restringidos a lo largo de la ruta (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

4.4.4. Directo a; y Rutas de Navegación Uno de los beneficios del GPS es volar directamente a un punto o volar una cadena de puntos, sin necesidad de ayudas de navegación desde tierra. El GPS 150XL permite al piloto dos métodos de navegación: •

Directo a

•

Rutas de navegación

La primera permite al piloto navegar directamente al punto requerido, la segunda le permite crear una cadena de puntos y volar sobre ella e incluso generar rutas paralelas u offset, como lo muestra la Fig 52. para así volar a una cierta separación de la ruta original

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Fig. 52: Muestra una creación de offset a una ruta existente, lo que permite volar a una separación constante de esta ruta, ayudado con el CDI (Fuente: Autor) (Abreviaciones: Ver anexo 1)

5. BENEFICIOS DEL GPS Y COMPARACIONES CON LOS SISTEMAS CONVENCIONALES DE NAVEGACIÓN AEREA 5.1.

BENEFICIOS EN SEGURIDAD

El GPS actual incrementa la seguridad del vuelo de la siguiente manera: •

Permite un conocimiento preciso y continuo de la posición de la aeronave;

•

Permite

una

navegación

más

exacta

en

ruta

y

durante

las

aproximaciones de no-precisión (si se adaptan en el país), reduciendo así desvíos no autorizados que podrían crear conflictos con otras aeronaves y con obstáculos.

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•

101

Los equipos modernos hoy en día proporcionan indicaciones al piloto que son idénticos a los de un ILS, incrementando así el control de la aeronave; para el caso de que se realizaran aproximaciones de no precisión.

5.2.

BENEFICIOS OPERACIONALES

El GPS actual ofrece los siguientes beneficios operacionales: •

Un incremento en la eficiencia del vuelo

•

La implantación de rutas GNSS más cortas permite que se cargue menos combustible y más pasajeros.

•

Se pueden optimizar las rutas y navegarlas con mayor precisión, reduciendo así los minutos de vuelo y los costos variables (combustible, mantenimiento y otros).

•

Donde el terreno es un factor, la disponibilidad de navegación precisa podría reducir el ángulo de ascenso, incrementando así la carga máxima disponible.

•

Las aproximaciones GPS de no-precisión ofrecen, en muchos casos, mínimos más favorables que una aproximación de no-precisión convencional a la misma pista.

•

Aumenta la confiabilidad del vuelo

•

Previo al despegue se puede confirmar si la navegación GPS estará disponible a lo largo de la ruta.

•

Un incremento en la flexibilidad del vuelo

•

Se podría ofrecer servicio a nuevos destinos donde actualmente no es factible por requerir rutas demasiado largas o por falta de comunicación de Radioayudas

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102

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Por otro lado si se compara con los sistemas tradicionales de navegación estudiados, el GPS actual ofrece cuatro capacidades de gran importancia frente a ellos: 1. La capacidad de volar económicamente y con precisión, desde cualquier lugar del planeta. 2. Un conocimiento preciso y continuo de la posición de la aeronave 3. Una confiabilidad operacional de casi 100%. 4. La capacidad de implantar aproximaciones de no-precisión en cualquier aeropuerto del mundo sin ningún equipo terrestre, siempre y cuando los criterios de diseño lo permitan. Por otra parte en el Cuadro 5, se observan las limitaciones que presentan hoy en día los Sistemas de Navegación Aérea frente al actual sistema GPS. Cuadro 5: Comparaciones entre el GPS y los métodos tradicionales de navegación (Fuente: Autor)

LIMITACIONES

INS ILS VOR NDB DME GPS

Confiabilidad limitada en ciertos lugares

X

X

X

X

Cobertura geográfica limitada

X

X

X

X

X

X

Navegación directa al destino no factible normalmente Requiere línea de vista desde la base al receptor a bordo

X

X

X

X

Terreno impide instalación en algunos lugares

X

X

X

X

Equipo terrestre costoso

X

X

Equipo de aviónica costoso Adecuado solo para ruta

X

X X

Como se puede observar todos los sistemas tradicionales de navegación poseen alguna limitación importante, en cambio el sistema de posicionamiento Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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global cubre todas estas limitaciones y sus beneficios pueden llegar a ser incomparables. El sistema inercial (INS) es un sistema que posee pocas limitaciones pero su escasa precisión en posición (alrededor de 2MN) lo hace incomparable al GPS que alcanza una precisión en posición de 15 a 20m. En el cuadro 6 se presenta un resumen de los beneficios proporcionados por el sistema de posicionamiento global GPS

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Cuadro 6: Resumen de beneficios ofrecidos por el sistema de posicionamiento global GPS para la aeronáutica civil (Fuente: Autor) Fase de Vuelo Previo a salida Beneficios y despegue

Salida

En ruta

Llegada

*Posición exacta *navegación más precisa que INS, IRS, VOR, NDB

*Posición exacta *navegación más precisa que INS, IRS, VOR, NDB

*Posición exacta *navegación más precisa que INS, IRS, VOR, NDB

Seguridad

Eficiencia

Confiabilidad

Flexibilidad

*Rutas GNSS mas cortas que permiten que se cargue menos combustible y más pasajeros

Aproximación y Aterrizaje *Posición exacta *navegación más precisa que INS, IRS, VOR, NDB *Más preciso que ILS En el futuro *Optimización de rutas *Aproximaciones de no precisión utilizando criterios aprobados, sin la necesidad de equipo terrestre *El GPS esta operativo casi el 100% del tiempo

*Optimización de *Posición exacta *Optimización de rutas *Se pueden optimizar rutas *Navegación con las rutas y navegarlas *Navegación con mayor precisión con mayor precisión mayor precisión *Posibilidad de reducción del ángulo de ascenso *Confirmación previa *El GPS esta *El GPS esta *El GPS esta de la disponibilidad operativo casi el 100% operativo casi el 100% operativo casi el de navegación GPS del tiempo del tiempo 100% del tiempo a lo largo de la ruta *Posibilidad de servicios a nuevos destinos donde la señal de las radioayudas no llega o las rutas son demasiado largas

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A pesar que el sistema GPS ofrece esta importante cantidad de beneficios aún no se considera por sí solo una solución final para la navegación de aeronaves. Algunos procedimientos de vuelo en las cercanías de los aeropuertos aún requieren instrumentos de navegación convencionales como el ILS y MLS. Por otro lado el GPS no puede ser catalogado como un medio único de navegación como lo son el: NDB, VOR, ILS, INS, MLS; debido a que no cumple los cuatro requisitos de performance de navegación, los cuales son: Exactitud, Integridad, Disponibilidad y Continuidad que si los cumplen los sistemas de Radioayudas y el inercial En lo que se refiere a Exactitud, el Sistema GPS actual sólo cumple con el requisito de exactitud horizontal para ser utilizado en las etapas de salida, en ruta, llegada y aproximación de no-precisión, pero no cumple con el requisito de exactitud horizontal ni vertical para ser utilizado en aproximaciones de precisión Categoría I. Cuadro 7. Cuadro 7: Muestra los requisitos en exactitud requeridos por la Aeronáutica y los ofrecidos por el GPS en la actualidad (Fuente: Autor)

Fase de Vuelo Salida-Ruta-LlegadaAproximación de no Precisión Aproximación de Precisión Categoría I

Requisito Horizontal = 100m Vertical = no hay criterio Horizontal = 7. 6m Vertical = 7.6 m

GPS Actual Horizontal = 15 a 20 m Vertical = 20 a 25 m Horizontal = 15 a 20 m Vertical = 20 a 25 m

En lo que respecta a la Integridad, las estaciones de control monitorean constantemente las fallas de los satélites, pero el tiempo que tarda en comunicarse una falla de un satélite al usuario puede tardar varios minutos o incluso horas, lo que para cualquier sistema de navegación aérea es inaceptable. Los sistemas Monitor de Integridad Autónomo del Receptor (RAIM)

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y de Identificación y Exclusión de Fallas (FDE) proporcionan la integridad requerida para las diferentes fases de vuelo.

La Disponibilidad del sistema GPS actual varía entre 95-98% (depende de las latitudes), lo cual es insuficiente para un medio de navegación único, que exige una disponibilidad del 99.9%

Por ultimo la Continuidad del sistema es vulnerado cada vez que la integridad detecta una alarma en el sistema, la continuidad del sistema mejorará a medida que los sistemas sean redundantes.

A pesar que el actual GPS

posee

redundancia en sus elementos, existen otros factores que pueden incrementar la posibilidad de falla del sistema consiguiendo que no se cumplan los requisitos de continuidad exigidos por la aviación civil.

El GPS sólo no cumple con los requisitos de exactitud, disponibilidad, continuidad e integridad para ser un medio único o principal de navegación aérea en cada fase del vuelo; por lo tanto, para mejorar y cumplir con dichos requisitos se están desarrollando sistemas de aumentación de señal GPS (de área amplia WAAS y de área local LAAS).

Estos sistemas permiten, mediante aplicación del método diferencial en tiempo real DGPS, proporcionar la exactitud requerida para la aproximación de precision categoría I y la integridad.

Estos nuevos sistemas se explican con mayor detalle a continuación en el punto 6 del capitulo.

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6. PLANES FUTUROS DEL GPS PARA LA AERONÁUTICA CIVIL La navegación por satélite desempeña una función cada vez más importante en la Aeronáutica civil, y lo será más aún con la introducción del sistema Galileo impulsado por la unión europea, el cual será una infraestructura mundial de navegación bajo control civil, que constará de 30 satélites, infraestructura terrestre y aumentos regionales y locales. Además del programa de modernización previsto para el GPS (de los EE.UU) y el GLONASS (Sistema Global Orbital de Navegación por Satélite de la Federación Rusa.), realidades que se pronostican estarán operativas en conjunto en los próximos 10 años y en donde nuestro país no puede estar ajeno al avance tecnológico de la navegación por satélites. Además de lo mencionado en el párrafo anterior se están implantando sistemas de aumentación de señales basados en satélites (SBAS) y en tierra (GBAS), sistemas que algunos países mas desarrollados están trabajando para poner en operación lo antes posible, estimándose que el sistema WAAS de los EE.UU, correspondiente a un SBAS estaría autorizado para operar a partir del 2004 y el EGNOS de un consorcio europeo a partir del 2005.

Fig. 53: Sistemas SBAS presentes en el mundo (Fuente: Autor)

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Para entender al cambio que se enfrenta el mundo aeronáutico para el futuro a continuación se explicarán en que consisten estos sistemas de aumentación de señal los cuales pretenden mejorar: la exactitud, la disponibilidad, la integridad y la continuidad del servicio para realizar procedimientos de vuelo hasta aterrizajes de categoría I, II y III. 6.1.

SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADOS EN SATÉLITES (SBAS)

SBAS es un término que abarca todos los sistemas de aumentación basados en satélites que están en desarrollo actualmente, más cualquier otro que sea desarrollado en el futuro. Las entidades que han desarrollando actualmente sistemas SBAS son la FAA (el WAAS), un consorcio europeo (el EGNOS) y el Estado Japonés (el MSAS). Fig. 53

Fig. 54: Arquitectura de un sistema SBAS (Fuente: Internet)

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La arquitectura básica de todos los sistemas SBAS esta conformado por una red de estaciones terrestres diferenciales que determinan el error total de posición en una determinada región. Esas correcciones son transmitidas al avión por medio de satélites geoestacionarios. Luego el receptor de a bordo ajusta la información recibida directamente de los satélites GPS con las correcciones recibidas de los satélites geoestacionarios, para así navegar con más precisión. Fig. 54 La infraestructura de tierra incluye un conjunto de receptores distribuidos geográficamente y situados en posiciones determinadas con mucha precisión, denominados estaciones de referencia los cuales supervisan constantemente todos los satélites que tienen a la vista. Estas estaciones envían las medidas realizadas a lo que se denominan Estaciones Maestras las cuales procesan las observaciones con objeto de determinar cuatro correcciones por cada satélite supervisado. Una corrección es la del reloj del satélite y las otras tres de la posición de éste. La Estación maestra también calcula una serie de correcciones que se utilizan en la determinación de la distancia a los satélites para minimizar el error debido a la demora que sufre la señal a través de la ionosfera. Si alguna de estas correcciones anteriores no puede determinarse con la suficiente garantía, la estación maestra genera una señal de “no utilizar” para el satélite lo cual representa un aviso de integridad para el usuario. Las estaciones de comunicaciones GES son estaciones terrenas las que se encargaran de recibir la información de las estaciones maestras y retransmitirla a los satélites Geoestacionarios los que transmitirán las correcciones hacia los receptores a bordo Debido a que el sistema debe brindar integridad, disponibilidad, continuidad y precisión sé esta pensando en el uso de satélites Geoestacionarios de uso exclusivo para este sistema, estos satélites además de transmitir las Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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correcciones realizarán funciones de satélites GPS

Geoestacionarios

garantizando contar con el mínimo número de satélites las 24 horas del día.

Las correcciones diferenciales proporcionadas por el SBAS permiten a la aeronave

satisfacer

las

precisiones

especificadas

por

la

OACI

para

aproximaciones de precisión CAT I, pronosticándose precisiones del orden de 3m una vez operativo el sistema.

También, con objeto de cumplir con el requisito de integridad especificado por la OACI para CAT I, el SBAS debe notificar a la aeronave la existencia de error o fallo en no más de seis segundos.

Resumiendo, el fin del SBAS es mejorar el GPS con objeto de proporcionar un sistema de navegación por satélite para navegación de ruta, área terminal, aproximaciones de no precisión y aproximaciones de precisión CAT I. El SBAS proporciona integridad mediante el mensaje de “utilizar / no utilizar” para cada satélite de navegación, mejora la precisión mediante la aportación de las correcciones diferenciales, y, finalmente, mejora la disponibilidad y continuidad de servicio al aportar señales adicionales para la determinación de la distancia de la aeronave al /l os satélite/s geoestacionario/s.

6.2.

SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADOS EN TIERRA (GBAS)

Este tipo de sistema se está desarrollando en EE.UU con el nombre de Sistema de Aumentación de Área Local (LAAS). Otros países pertenecientes ha la comunidad europea también lo están desarrollando. Todos ellos con el fin de alcanzar precisiones que permitan realizar Aproximaciones de precisión de categoría II y III.

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El funcionamiento básico del GBAS es el siguiente (Fig. 55): Una estación diferencial es instalada sobre o cerca de un aeropuerto, con un conocimiento muy preciso de su posición; estas reciben y recolectan la información de Posición GPS. La información es luego enviada a la estación de proceso central. La cual la compara con posiciones conocidas calculadas en forma precisa, determinando de esta forma el error del sistema GPS. Estos errores o correcciones diferenciales son transmitidas directamente al receptor de a bordo mediante un enlace de datos VHF, en un rango que alcanza por lo general 20 o 30 MN de la estación diferencial.

Fig. 55: Arquitectura de los sistemas GBAS (Fuente: Internet) * PSEUDOLITE (Pseudosatélite): Se denominan así las estaciones terrestres que pueden emitir una señal con estructura similar a las de un Satélite.

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Este sistema hace posible una precisión más exacta que la ofrecida por el sistema SBAS, si no hay terreno ni obstáculos que impidan la vista libre a la estación diferencial, se pueden desarrollar aproximaciones de precisión hasta CAT III para todas las cabeceras de las pistas de aterrizaje dentro del área de cobertura. La arquitectura del sistema puede ser caracterizada por el uso o no de los Pseudolites. Los Pseudolites pueden también incluir capacidades de enlace de datos eliminando la necesidad de un enlace de datos separado. El Pseudolite trabaja con el principio del GPS diferencial (DGPS), ésta estación es emplazada en tierra y transmite señales GPS al igual que los satélites GPS actuales siendo usado por las aeronaves que se encuentren en la cobertura para calcular su posición GPS, garantizando la disponibilidad del sistema en todo momento.

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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El sistema de posicionamiento global en la aeronáutica civil del país esta relacionado directamente con las órdenes que dicta la Organización internacional de Aeronáutica civil (OACI) y la Administración Federal de Aviación (F.A.A) en relación al uso del GPS. Por lo tanto cada vez que existe un cambio en esta Normativa internacional, estos organismos facultan a los países para elaborar su Normativa de acuerdo a su conveniencia con los estándares que dicten los organismos internacionales en relación al uso de los equipos GPS. De lo anterior se desprende que cada variación en el uso del GPS en aeronáutica debe ser certificada por un organismo internacional, ya sea la OIAC o la FAA. Esto debido a que un sistema de navegación aéreo debe satisfacer una serie de requisitos de performance para una determinada fase del vuelo y así llegar a considerarse un método suplementario, primario o único de navegación. Actualmente el GPS está autorizado por estos organismos como método suplementario y primario de navegación para la fase del vuelo en ruta y para procedimientos de aproximación de no precisión. Debido a esto nuestro país ha autorizado la operación de este sistema en las fases de vuelo en ruta, no así para procedimientos de aproximación, ni su uso en áreas terminales y zonas de control. Para usar el sistema en el país cada usuario debe regirse por las normas que publique la DGAC, las cuales están redactadas basándose en las actuales normas internacionales respecto al uso del GPS. Por lo tanto cada equipo usado en las aeronaves debe ser certificado por el fabricante ante los organismos internacionales, ya sea para su uso como VFR o

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

IFR, de este modo se garantiza a los países y sus usuarios que los equipos cumplen los requisitos para cumplir una navegación aérea segura Respecto a la función que cumple actualmente el GPS se debe decir que su uso se encuentra en un alza considerable, debido a los beneficios que trae consigo su instalación en las aeronaves, eso sí, para que todos estos beneficios se cumplan a cabalidad es necesario que el operador se internalice en el manual del equipo y pueda sacarle el máximo de provecho. Si bien el protagonismo del GPS en la aeronáutica civil Chilena en lo que es posicionamiento en ruta es muy beneficioso, se debe hacer un llamado a los profesionales del área y aquellos que deseen ingresar a esta a tratar de innovar en nuevas aplicaciones del GPS, específicamente para labores que desempeñan

las

empresas

del

área

como

son:

Fotografías

aéreas,

fumigaciones, control de incendios, etc. y así marcar la diferencia entre un tipo de profesional y otro. Respecto al futuro en los adelantos del sistema GPS para la aeronáutica, este requiere de personal calificado que este al tanto del avance que adquiere el sistema en cuanto a las precisiones que alcanza y a las mejorías de la señal específicamente con la tecnología WAAS y LAAS; tecnologías donde un ingeniero geomensor puede aportar conocimientos que lleven a concretar en el futuro cercano el uso de estas nuevas tecnologías. Se está trabajando cada día por perfeccionar el sistema para que en el futuro su utilidad no sea tan solo para el posicionamiento en ruta, sino que para llegar a tener aproximaciones y aterrizajes que permitan dar seguridad a los tripulantes y pasajeros de las aeronaves al momento que un sistema convencional no este disponible.

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CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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Para finalizar se debe decir que la información recopilada esta referida principalmente a un estudio mas bien general del sistema GPS en la aeronáutica, área que generalmente es reacia a entregar información principalmente de electrónica por motivos de seguridad de la empresa. Por esta razón el proyecto esta más bien enfocado a la instalación de componentes del sistema y a sus beneficios y no a sus conexiones electrónicas principalmente del piloto automático o director de vuelo.

En resumen se debe decir que el proyecto se desarrolló siguiendo la pauta de los objetivos planteados en un comienzo, los cuales se han cumplido en su gran mayoría, donde se pasó por investigación de normativa, instalación de equipos GPS, investigación del equipo y sus beneficios, además de realizar un estudio de los sistemas convencionales de navegación para su posterior comparación con el GPS.

La investigación del proyecto permitió demostrar que la hipótesis planteada no fue la correcta, ya que si bien la precisión del posicionamiento en vuelo depende del instrumental y sus capacidades de funcionamiento, no es así para el aterrizaje, ya que aun no existe una autorización a nivel mundial para emplear el GPS para un aterrizaje, donde se le debe dar prioridad a los sistemas ILS y MLS. Por otro lado el segundo párrafo de la hipótesis planteada indica lo contrario a la investigación ya que el costo de un equipo es ínfimo para la cantidad de beneficios que trae consigo su uso, y cualquier propietario de una aeronave estaría dispuesto a obtener un equipo si conoce las verdaderas cualidades de estos.

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REFERENCIAS

REFERENCIAS •

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magnético a la navegación por satélites”, Madrid España

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Aérea”, Editorial Paraninfo, Madrid España

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Dirección General de Aeronáutica Civil (2004) “Utilización Operacional

del Sistema GPS”, Santiago Chile

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Fuerza Aérea de Chile(1991) “Manual de Navegación Aérea”, Santiago

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proyecto de puente en canal de Chacao”, Santiago Chile

•

Internet.

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ANEXO

ANEXO

La siguiente lista de abreviaciones es usada en los despliegues de pantalla del GPS150XL y otro tipo de mensajes, los cuales pueden ser de ayuda al lector:

ALT- Altitude / Altitud APP- Approach / Aproximación APR- Approach / Aproximación APT- Airport Waypoint / Waypoint aeropuerto ARTCC- Air Route Traffic Control Center / Centro de control de trafico aereo en ruta ARV- Arrival / Llegada ATF- Aerodrome Traffic Frequency / Frecuencia de tráfico de aeródromo ATS- Automatic Terminal Information Service (ATIS) / Servicio de información terminal automático AVGS- Aviation Gas / Gas de aviación AZM- Azimuth (bearing) / Azimuth BRG- Bearing / Situación CAS- Calibrated Airspeed / Calibrada la velocidad aerodinámica CDI- Course Deviation Indicator / Indicador de desviación de curso CL B- Class B / Clase B CL C- Class C / Clase C CPA- Closest Point of Approach / Puntos más cercanos de aproximación CTA- ICAO Control Area / Control de area OACI CTAF- Common Traffic Advisory Frequency CTF- Common Traffic Advisory Frequency CTR- Center (ARTCC) / Centro CTS- Course To Steer / Curso a dirigir CUM- Cumulative DALT- Density Altitude / densidad de Altitud DEG- Degrees / Grados DEP- Departure / Salida DIS- Distance To Waypoint / Distancia a Waypoint DME - Distance Measuring Equipment / Equipo midiendo distancia DOP- Dilution of Precision / Dilución de precisión Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

ANEXO

DTK- Desired Track /Track deseado ELEV- Elevation / Elevación ENDUR- Endurance / Aguante EPE- Estimated Position Error / Error de la posición estimado ESA- Enroute Safe Altitude / Altitud segura en ruta ETA- Estimated Time of Arrival / Tiempo de llegada estimado ETE- Estimated Time Enroute / Tiempo estimado en ruta FIR- Flight Information Region / Información de vuelo en región FLOW- Fuel Flow Rate / Promedio de flujo de combustible FOB- Fuel On Board / Combustible a bordo FPM- Feet Per Minute / Pies por minuto FR- From / De FSS- Flight Service Station / Estación de servicio de vuelo FT- Feet / pies FT- Full Time / Tiempo completo GL- Gallons / Galones GND- Ground / Terrestre GPS- Global Positioning System / Sistema de posicionamiento global GS- Ground Speed / Velocidad terrestre HDG- Heading / De frente HG- Inches of Mercury / Pulgadas de mercurio IALT- Indicated Altitude/ Altitud indicada ILS- Instrument Landing System / Sistema de aterrizaje por instrumentos IG- Imperial Gallons / Galones imperiales INT- Intersection Waypoint / Waypoint intersección JET A- Jet Fuel - Type A / Combustible de jet tipo A JET B- Jet Fuel - Type B / Combustible de jet tipo B KH- Kilometers Per Hour / Kilometros por hora KM- Kilometers / Kilometros KT- Knots / Nudos LB- Pounds / Libras LCL- Local / Local LEN- Length / Longitud LFOB- Leftover Fuel On Board / Combustible sobrante a bordo LFLOW- Left Fuel Flow / Flujo de combustible de izquierda LOC- Localizer / Localizador LT- Liters/ Litros MAG VAR-Magnetic Variation / Variacion magnética MB- Millibars Of Pressure / Milibars de presión MF- Mandatory Frequency / Frecuencia obligatoria MH- Statute Miles Per Hour / Millas por hora del estatuto MI- Statute Miles / Millas del estatuto MIN- Minimum / Minimo Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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ANEXO

MIN – Minutes / Minutos MOA- Military Operations Area / Area de operaciones militares MPM- Meters Per Minute / Metros por minuto MPS- Meters Per Second / Metros por segundo MSA- Minimum Safe Altitude / Minimo de altitud segura MT- Meters / Metros MUL- Multicom / Multicom NDB- NDB Waypoint / Waypoint NDB NM- Nautical Miles / Millas nauticas NP- Non-Precision / No-Precisión NR- Nearest / Más cercano OBS- Omni-directional Bearing Select (Inbound Course Select) OTH- Other / Otro ºC- Degrees Celsius / Grados Celsius ºF- Degrees Fahrenheit / Grados Fahrenheit PC- Pilot Controlled / Piloto controlado POSN- Position / Posición PRES- Barometric Pressure (Altimeter Setting) / Presion barométrica PROX- Proximity / Proximidad PRX- Proximity / Proximidad PT- Part Time / Parte de tiempo PTX- Pre-Taxi PWR- Power / Torre RDR- Radar / Radar REQ- Required / Requerido RF- Reference / Referencia RFLOW- Right Fuel Flow / Flujo de combustible derecho RNG- Range / Rango RNWY- Runway / Pista de aterrizaje RSTCD- Restricted / Restringido RSV- Reserves / Reservas RTE- Route / Ruta RX- Receive Only / Solo recibe SAR- Search And Rescue / Busqueda y rescate SEC- Seconds / Segundos SEQ- Séquense / Secuencia SGL- Signal / Señal SLCT- Select / Seleccionar SRFC- Surface / Superficie STR- Steer To / Dirigir a TACAN- TACtical Air Navigational Aid / Tácticas de ayuda a la navegación TAS- True Airspeed / Velocidad aerodinámica verdadera TAT - Total Air Temperature / Temperatura total del aire Sistema de Posicionamiento Global en la Aeronáutica Civil

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ANEXO

TEMP- Temperature / Temperatura TMA- ICAO Terminal Control Area / Control de area terminal OACI TRK- Track Angle / Angulo de track TRN- Turn Angle / Angulo inverso TRSA- Terminal Radar Service Area / Servicio de radar area terminal TWR- Tower / Torre TX- Transmit Only / Solo transmite U- UTC Time / Tiempo UTC UNI- Unicom / Unicom URA- User Range Accuracy / Rango de precisión del usuario USER- User Waypoint/ Waypoint usuario USR- User Waypoint / Waypoint usuario UTC- Universal Time Coordinated (GMT/ Zulu) / Tiempo GMT VN- VNAV or Vertical Navigation / Navegación vertical VNAV- Vertical Navigation / Navegación vertical VOR- VOR Waypoint / Waypoint VOR WPT- Waypoint / Waypoint WX- Weather / Clima

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