avionica y sistemas de navegaciÓn

4 Ingeniero Aeronutico

AVINICA Y SISTEMAS DE NAVEGACIN

Pfr. Fco. Rogelio Palomo Pinto

Curso 2006/2007

- Tema 1: Introduccin a la Navegacin Area - Tema 2: Navegacin a la Estima: Doppler, Inercial, Navegadores Integrados- Tema 3: Radionavegacin Largo Alcance: LORAN C, NavSat- Tema 4: Radionavegacin Corto Alcance: ADF/NDB, VOR/DME, ILS/MLS/LAAS- Tema 5: Gestin de Ruta

Bibliografa:

-- Avionics Navigation Systems, 2nd Ed., M.Kayton, W.R.Fried, Wiley- Sistemas de Navegacin, del comps magntico a la navegacin por satlite, A.Corbasi, McGraw Hill

- Sistemas de Navegacin Area, R.Arn Escuer, J.R.Aragoneses, Paraninfo- Principles of Avionics, A.Helfrick, Avionics Communications, Inc

CAPTULO V. AYUDAS A LA NAVEGACIN

CAPTULO V.Tema 4 RadioNavegacin Corto Alcance: ADF/NDB, VOR/DME, ILS/MLS

ADF/NDB:Principio de FuncionamientoRadiogonimetro AutomticoEmisora/ReceptorDetector de Tormentas

VOR:Uso y Fase del VueloDescripcin GeneralSeal del VOREmisora VOR ConvencionalEmisora VOR DopplerDiagrama Bloques Receptor

DME:Descripcin GeneralCaractersticas de la SealDiagrama Bloques InterrogadorEquipo DME de Tierra

VOR/DME:VOR/DMETACAN-VORTAC

ILS:Senda de AproximacinUso y Fase del VueloPrincipio de FuncionamientoGeometra de GuiadoEmisora ILSReceptor ILS


MLS:Principio de Funcionamiento

LAAS/GBAS:Principio de Funcionamiento


ADF/NDB: Principio de Funcionamiento

El radiogonimetro es un equipo embarcado capaz de detectar la direccin de la que proceden las seales de radio originadas en estaciones especiales para la navegacin area (radiofaros no direccionales, NDB) o en emisoras de radiodifusin normales. Debido la ltima posibilidad se considera a este equipo semi autnomo, ya que puede basarse en equipos terrestres no especializados.En el caso de que el radiogonimetro sea automtico, al conjunto se le llama ADF/NDB (Automatic Direction Finder/Non Directional Beacon). Si no es automtico se le llama DF/NDB.

El principio bsico de todo radiogonimetro est en componer un diagrama de radiacin direccionalmediante combinacin de los patrones de radiacin de dos o ms antenas, por ejemplo un diagramacardioide. Un diagrama de radiacin cardioide caracteriza por tener un eje orientado hacia delante, conun nulo en la parte de detrs. Un diagrama cardioide se compone sumando el diagrama de radiacin de una antena omnidireccional (un monopolo) con el diagrama de radiacin de un dipolo de bucle (o antena de cuadro), desfasado en 90.El eje de la cardioide rota cuando rota el eje del patrn de la antena de bucle. Si esta rotacin se reali-za rotando mecnicamente la antena de cuadro se trata de un DF/NDB.El DF/NDB localizar la direccin de emisin del radiofaro omnidireccional NDB cuando el eje de la cardioide se prolongue hasta la antena del radiofaro.


ADF/NDB: Radiogonimetro Automtico

El radiogonimetro automtico (ADF/NDB) evita la rotacin mecnica de la cardiode, sustituyndola por un tratamiento de seales. Las antenas del ADF son dos antenas de cuadro perpendiculares entre s. Cada antena de cuadro tiene un patrn de recepcin con forma de ocho ( van co-mo r=sen() r=cos() respectivamente), siendo el ngulo de la recta que une el centro de las antenas de cuadro con la antena emisoraNDB). Las salidas de las antenas, al detectar una seal con ngulo de incidencia sern:

La seal de VFASE pasa un filtro para eliminar la portadora y a continuacin se compara con la seal de referenciadel oscilador, cos(t) para poder resolver el ngulo de incidencia .

1 2cos cos , sen cos c cV t V t = =con c la pulsacin de la portadora.Estas dos seales son moduladas en sendos moduladores con dos seales coherentes desfasadas 90 confrecuencia /2 , provenientes de un oscilador; Las salidas de los moduladores sern:

1 2cos( ) cos( ) cos( ) , sen( )sen( )cos( ) c cV t t V t t = = que restadas en un hbrido de 180 se transforman en:cos( ) cos( ) cos( ) sen( )sen( )cos( ) cos( ) cos( t) FASE c c cV t t t t t = = +


ADF/NDB: Emisora/Receptor

La emisora NDB (Non Directional Beacon) es una estacin de radiodifusin en AM, para un rango defrecuencias de 190 KHz a 1750 KHz. La antena de la emisora NDB presenta un patrn de radiacinomnidireccional, radiando la misma potencia en todas las direcciones (salvo en su vertical, dondepresenta un nulo). La potencia va desde 20 W hasta varios KW.La seal de un NDB es un cdigo Morse de dos o tres letras (su identificativo) . Las emisoras NDBestn obsoletas, habiendo sido sustituidas en su mayor parte por el VOR. Con todo son muy baratasde operar y al ser tan antiguas (se usan desde los aos 30), estn amortizadas, por lo que se mantie-nen como sistema de respaldo. En su banda de operacin, la propagacin de onda se realiza por on-da de tierra por lo que su alcance es mucho mayor que el del VOR a baja altitud (~500 km). En su con-tra, la seal NDB es ms afectada en largos alcances por las condiciones atmosfricas (especialmen-te por las emisiones radioelctricas de las tormentas) y por la conductividad del terreno.A bordo el ADF se compone del receptor de radio AM y de un indicador de rumbo relativo (RBI, Relati-ve Bearing Indicator). un RBI se compone de un esfera angular y de una aguja. La esfera angular se ajusta con un dial (llamado HDG por Heading) de forma que 0 corresponda con la direccin delmorro. La aguja marca la direccin de la estacin NDB sintonizada.

RBI

Receptor ADF

En muchos indicadores RBI se montatambin una brjula para poder tener una referencia de Norte Magntico. En este caso la direccin del morro viene indicada por un smbolo (una cruceta con forma de avion).El smbolo se ajusta con el dial HDG para marcar la direccin del morro de la aeronave.Estos indicadores con brjula se llaman RMI(Radio Magnetic Indicator) o RadioBrjula(o RadioComps).

ADF/NDB: Detector de Tormentas

Existe un sensor de rayos que opera detectando y clasificando las emisiones deRF de los rayos. Es posible detectar las tormentas en el ADF (Automatic DirectionDirection Finder) o RadioComps. Sin embargo no es una tcnica fiable porque el ADF no est pensado para eso.El sensor de tormentas (Storm Scope) se compone de un display electrnico con simbologa muy simple, una antena direccional de radiogoniometra y una unidad electrnica. En el display se presenta una cruz (o un punto coloreado) por cada rayo detectado. Se refresca el display cada algunos minutos para no saturarlo. Los puntos aparecen en una representacin polar, con el avin en el centro. La direccin del rayo es relativa al morro de la aeronave.Indica con relativa precisin la direccin del rayo y con bastante menos la dis-tancia al mismo. Estima la distancia a partir de la potencia de RF recibida, en el supuesto de que todos los rayos radian ms o menos lo mismo. El receptor trabaja en la frecuencia de los 50 KHz, ms o menos la misma que el ADF, ya que en esa banda es donde radian ms eficientemente los rayos.La antena se compone de tres dipolos: dos de ellos son antenas de bucle magntico, dispuestas ortogonalmente entre s y la tercera es una antena deltigo. Las antenas de bucle forman un radiogonimetro, anlogo a la antena

directiva del ADF y tienen como misin localizar la direccin (radial) del emisorde RF.

CAPTULO VTema 4 Radionavegacin Corto Alcance: ADF/NDB, VOR/DME, ILS/MLS


VOR: Uso y Fase del Vuelo

El sistema VOR (Very Hign Frecuency Omnirange o RadioFaro Omnidireccional de VHF) es una radioayuda para la navegacin en ruta de corto alcance (~200 mn). Fue desarrollado en EE.UU. y puesto por primera vez en servicio en 1949. El VOR determina el ngulo entre la direccin que une la aeronave con la estacin VOR y la direccin del Norte Magntico. Conocido el ngulo de VOR y la distancia a ste (por ej., mediante la radioayuda DME), es posible calcular la distancia lateral (o Cross Track Error, XTE) entre el avin y la aerova. Un VOR transmite, sobre una portadora de VHF con polarizacin horizontal, dos seales: Una seal de referencia omnidireccional de 30 Hz Una seal variable con la direccin (o rotatoria) de 30 Hz. La fase de esta seal depende de la direccin en que se encuentre el receptor.La medida del ngulo se fundamenta en la comparacin de la fase entre las dos seales de 30 Hz. El sistema VOR utiliza la modulacin espa-cial de la seal con el ngulo o ngulo VOR, con un mximo cuando el eje longitudinal del avin est alineado con la estacin VOR. El pasodel diagrama por el Norte est tambin marcado por una seal de referencia, de modo que el avin conoce su marcacin o ngulo de azimut respecto al Norte, , visto desde el VOR, por la diferencia de fase entre la seal de referencia y la seal variable.Es la radioayuda ms utilizada en la navegacin continental, por existir muchas estaciones VOR distanciadas un mximo de 200 km. La normativa OACI (Anexo 10) establece una cobertura ptima de VOR para estaciones distanciadas unos 200 km. con potencias de emisin de 200 W para el VOR en ruta y de 50 W para el VORT (VOR Terminal, que sirve de ayuda a la navegacin y a la aproximacin). El VOR de Ruta o VOR-N marca la direccin de una aerova. Cuando trabaja coordinado con un sistema DME, establece un vrtice para una aerova. Proporciona informacin de Navegacin (azimut del radial que une la estacin y la aeronave) y de Guiado (seguimiento del radial haciao dsde el VOR). El VOR T proporciona los mismos servicios en las rutas de aproximacin al aeropuerto, con mayor precisin angular (0.5frente a los 2 tpicos del VOR-N). El radiofaro VOR-N funciona en la banda de frecuencias de 112 a 118 MHz. La

frecuencia asignada a cada estacin VOR se llama canal (120 en total). La separa-cin entre canales adyacentes es de por lo menos 50 KHz. VOR-T opera en la banda de 108 a 112 MHz, con 80 canales separados por 50 KHz.A estas frecuencias la propagacin es prcticamente en lnea recta (de ah el nom-bre de radial) o lnea de visin (la emisora debe verse debe el avin), lo quelimita el alcance debido a la curvatura de la tierra en funcin de la altura del avin.Si R es el radio de la tierra, d el alcance y h la altura del avin se verifica que :

Y teniendo en cuenta que h es mucho menor que R, se puede despreciar frente a 2Rh, con lo que resulta (d y h en km): Aplicando esta frmula para una altura de 10 km se obtienen un alcance de 357 km.


VOR: Descripcin General

En teora este alcance es independiente de la potencia (siempre que esta sea suficiente para asegurar el mnimo campo inducido de 90 micro voltios por metro en el avin, exigido por la OACI). El alcance prctico es mejor que el terico y es funcin de la potencia emitida, debido a que la onda emitida tiende a seguir la discontinuidad dielctrica entre la tierra y el aire (formando una onda terrestre guiada).La precisin VOR exigida por la OACI es de 2 (para CVOR o Conventional VOR, con confianza de 95% da precisin de,1.5), superndola ampliamente el VOR Doppler o DVOR, con menos de 0.5 de error. El DVOR es un sistema compatible con el CVOR ya que usa el mismo re-ceptor; El DVOR sustituye la modulacin espacial por el efecto Doppler obtenido desde una antena giratoria (electrnicamente).

Estacin DVOR

Estacin CVOR

Las direcciones VOR se definen en las cartas aeronuticas siempre como radiales alejndose de la estacin. En la ilustracin, hay una esta-cin VOR/DME en la isla de SandyPoint. La direccin de vuelo 0 indicaalejndose de la estacin de Sandy Point, en direccin Norte Magntico.En la carta slo hay una lnea para ca-da radial de una estacin VOR concre-ta. Da lo mismo si se vuela hacia o desde o cruzando la estacin, la ra-dial siempre estar en el mismo sitio.Por ejemplo, el rumbo 345, marca-do con una linea rosa punteada, indi-ca la direccin hacia Westerly, alejn-dose del VOR de Sandy Point.Siempre que el vuelo se desarrollealejndose de la estacin, el curso (yel rumbo si no hay viento) tendr el mismo nmero que la radial. Si el vue-lo se desarrollase hacia la estacin,estaramos en la misma radial 345pero el rumbo sera el complementa-rio (165).


VOR: Seal del VOR

El VOR opera en la banda de 108 a 118 MHz (VHF), con 200 canales espaciados 50 KHz. Emite dos seales de navegacin para dar al avinuna informacin de rumbo, una seal de audio (canal de comunicacin normal) y una seal de identificacin. Las dos seales de navegacinmodulan en AM a la portadora, en un 30% y la de identificacin la modula, tambin en AM, al 10%. La identificacin se hace en cdigo Morse, con un tono a 1020 Hz, emitiendo dos o tres veces por minuto.El principio de operacin es anlogo al de un faro ptico, pero en radiofrecuencia. La estacin de tierra radia un patrn cardiode que rota a 30 revoluciones por segundo, generando una onda senoidal a 30 Hz en el receptor del avin (seal variable). La estacin de tierra tambin radia una seal omnidireccional, modulada en frecuencia con un tono de 30 Hz fijo (seal de referencia). La diferencia de fase entre la seal de refe-rencia y la seal variable cambia directamente con el rumbo del avin.La seal variable modula en amplitud directamente a la portadora, mostrando adems una modulacin espacial en fase. Como necesitamos una seal de referencia a 30 Hz y no se puede aadir otra modulacin AM a la portadora a 30 Hz (ya est ocupada por la seal variable), se emplea una subportadora a 9960 Hz. Esta subportadora se modula en frecuencia con un seno a 30 Hz (dando un ancho de modulacin FM de 480 Hz). La subportadora modulada de 9960 Hz modula a su vez, en AM, a la portadora, con una profundidad de modulacin del 30%.


VOR: Seal del VOR

, ,

, ,

,

30 30 20 10( ) [1 ( ) ( )) cos(2 ) ( )]cos(2 )100 100 100 100

cos(2 ), ( ) cos(2 cos 2 ) 30 30( ) [1 ( )

100 100

CVOR p VAR CVOR REF CVOR Ident Audio P

VAR CVOR VOR REF CVOR SP Var

DVOR p REF DVOR VA

s t A s s t f t s t f t

s f t s t f t f f t

s t A s t s

= + + + += = + = + + ,

, ,

20 10( , ) cos(2 ) ( )]cos(2 )100 100

( ) cos(2 ), cos(2 cos(2 )) donde 30 , 1020 , 9960 , [108,119.75] MHz,

R DVOR Ident Audio P

REF DVOR VOR VAR DVOR SP VOR

VOR Ident SP P

t f t s t f t

s t f t s f t f f tf Hz f Hz f Hz f

+ += = + += = = [0.3,3] KHz, 480 Audios f Hz =

La seal del VOR es una seal de VHF compuesta por 4 seales moduladas en AM. Con un porcentaje demodulacin del 30% se encuentranla seal variable y la seal de referencia. Adems tenemos la seal de identificacin, con porcentaje de modulacin del 20% y la seal de audio,con un 10% de porcentaje de modulacin. Si se trata de seal CVOR, la referencia es una seal de FM en la subportadora de 9.96 KHz y la variable es una seal de AM. Si se trata de DVOR ocurre lo contrario: la referencia es una seal de AM y la variable es una seal de FM en la subportadora de 9.96 KHz.

Espectro CompletoSeal VOR


CVOR: Emisora VOR Convencional

La emisora VOR ms sencilla genera la modulacin espacial mediante tres antenas:un par de dipolos cruzados (ortogonales entre s) y una antena de bucle omnidireccio-nal. El diagrama de radiacin de un dipolo tiene forma de ocho. Los dos dipolos cru-zados forman un ngulo de 90, por lo que uno de los diagramas de radiacin ir consen y el otro con cos :

1 2( ) cos( ) , ( ) ( )E EV V V V sen = =Cada antena del dipolo cruzado es alimentada con una seal similar denominada SBO (SideBands Only), con un desfase de 90:

1 0

2 0

cos(2 )cos(2 ) , [108,119.75] MHzsen(2 )cos(2 ) , 30

VOR P P

VOR P VOR

E E f t f t fE E f t f t f Hz

= = =

La seal de radiofrecuencia es la suma en el espacio de las seales emitidas por losdos dipolos cruzados:

[ ][ ]

cos(2 ) sen(2 )cos cos(2 )sen( )

cos(2 ) sen (2 )P VOR VOR

P VOR

E f t f t f t

f t f t

+ == +

La seal completa en el espacio se tiene cuando se suma una seal de portadora emitida por la antena de bucle. Como es omnidireccional, i.e., no depende de , se tendr la seal completa:

[ ]cos(2 ) 1+sen (2 )P VORE f t f t +que corresponde a un patrn de radiacin cardioide con eje rotando a una frecuenciade rotacin de fvor = 30 revoluciones/seg, es decir, la modulacin espacial buscada.En la prctica se usan dos pares de antenas de bucle de Alford. Los patrones de ra-diacin son los mismos pero producen una polarizacin totalmente horizontal (la ter-na de dipolos tiene componentes residuales de polarizacin vertical).


DVOR: Emisora VOR Doppler

El VOR Doppler o DVOR es una mejora de precisin al VOR Convencional o CVOR (precisin de 0.5 frente a 2 respect.). Adems se ve menos afectado por las reflexiones de obstculoscerca de las antenas ya que la direccionalidad no se consigue mediante una gananciageomtrica de la antena sino mediante el efecto Doppler. La antena DVOR se compone de una circunferencia formada por 26 parejas de antenas de dipolo y una antena de dipolo (omnidireccionales) en el centro. En cada instante slo hay3 antenas alimentadas, la central (o referencia) y una pareja. Una antena del par transmite afp+9960 Hz y la otra a fp-9960 Hz. La conmutacin del par activo se realiza de modo que des-de el receptor el DVOR se ve como un par giratorio de antenas a fvor= 30 revoluciones/seg. El desplazamiento Doppler conseguido con la rotacin aparente es:

( ) 2 ( )VOR VORp

a sen f asenvf fc

= = =

, cos(2 cos(2 )) (2 )

2 con 9960 ,

VAR DVOR SP VOR p

SP

s f t f f t sen f taf Hz f

= + += =

,30(1 cos ) (2 )

100REF DVOR VOR ps t sen f t = +

Para asegurar la compatibilidad con el receptor, es obligatorio que el desplazamiento dopplerrecibido de cada antena perifrica sea f=480 Hz. Para la banda de frecuencias de portadoradel VOR eso fija el radio de la circunferencia a 6.76 m.

con v la velocidad de la antena en la direccin del observador (aeronave), c la velocidad de la luz(3x108 m/s), a el radio de la circunferencia (6.76 m), fVOR =30 Hz la frecuencia de rotacin aparente-de la antena (30 Hz) y fp la frecuencia de la portadora de VHF. En el receptor se suma la seal de laantena que se aleja y de la antena que se acerca, cada una con un desplazamiento doppler diferente((Vsen/) respectivamente). La seal suma resultante es una subportadora en 9960 Hz, modula-

da en frecuencia segn la expresin:

A la seal de subportadora, en el receptor, se le aade la seal recibida de la antena central:


VOR: Diagrama Bloques Receptor

La parte de RF es un doble receptor AM//FM conectado a un comparador de fase. La salida se filtra para obtener los cuatro canales de informa-cin. El canal de voz y el de identificacin proporcionan la seal a los amplificadores correspondientes de audio. El canal de referencia se obtie-ne mediante un demodulador FM compuesto por un filtro para la seal de 9960 Hz que modulaba a la portadora en amplitud. Un discriminador FM obtiene de esta subportadora la seal de 30 Hz de referencia. Otro filtro de 30 Hz obtiene la seal variable espacialmente, obtenida pormodulacin espacial por la antena giratoria en tierra.La diferencia de fase entre la seal variable y la de referencia es la marcacin desde el VOR (azimut del avin con respecto al VOR cuando el avin se aleja de la estacin VOR, marcacin FROM, y azimut del VOR visto desde el avin cuando el avin se acerca a la estacin VOR,marcacin TO).El receptor VOR es el mismo se trata de una seal DVOR o CVOR, ya que en ambos sistemas el receptor hace las mismas funciones, calcularel ngulo de orientacin respecto a la emisora VOR, , a partir de la diferencia de fase entre la seal FM (transportada por la subportadora de9960 Hz) y la seal de AM (transportada por la portadora VHF).

DVORCVOR

fm-am=fm-am=

am= 0am= -fm= fm= 0

Receptor FM AM = =


VOR: Diagrama Bloques Receptor

El indicador VOR es un CDI (Course Deviation Indicator), compuesto por una rosa de los vientos (una marcacin de rumbo magntico) y unaaguja indicadora de direccin hacia la emisora VOR. La aguja se desplaza hacia la derecha o hacia la izquierda (como un pndulo), indicando la direccin a seguir para volver al rumbo seleccionado. La barra de desviacin est marcada en segmentos de 2. Adems aparece un indica-dor TO (hacia) o FROM (desde) para el sentido de la direccin a la estacin VOR. La rueda OBS (OmniBearing Selector o Selector de Rumbo)sirve para girar el anillo de azimut, de modo que el piloto pueda seleccionar un rumbo VOR respecto del que se vuela HACIA (TO) o DESDE (FROM).En las ilustraciones se ha seleccionado la radial de 345. En la ilustracin de la izquierda, el CDI indica que la aeronave est al Sur de la estacin VOR, con un curso magntico de 345. La aeronave no est en el radial de 345 porque el radial se extiende desde la estacin VORhacia el Norte. La aeronave est en el radial recproco, que es el que apunta hacia ella (corresponde con el radial 165, alejndose de la estacin, como todos los radiales); esa indicacin proviene de la flecha TO (o indicador HACIA).En la ilustracin de la derecha, la aeronave est fuera del curso previsto: la aguja del CDI se ha desplazado 4 a la izquierda, indicando que laaeronave debe desplazarse hacia la izquierda para recuperar el rumbo 345 hacia (o radial 165). Con el indicador VOR el piloto siempre gira elavin con el objeto de que la aguja de curso recupere la posicin vertical.


VOR/DME: VOR/DME

El sistema de aerovas de un pas se apoya actualmente en estaciones combinadas VOR-N/DME-N (N de navegacin). Tcnicamente la combi-nacin se hace aadiendo una antena DME a la antena central del DVOR (o adjuntando una antena DME al grupo de antenas CVOR). Si el VOR proporciona una indicacin de rumbo , el DME entrega una marcacin de distancia hasta la estacin, as como la velocidad y el tiempo es-timado hasta el sobrevuelo de la estacin. Con estos datos el piloto puede ubicarse con precisin y seguir el rumbo hacia el VOR/DME: esta tra-yectoria se denomina volar sobre la aerova.

La sintona de un canal VOR/DME se realiza captando la seal VHF del VOR. Existe una asigna-cin fija del canal DME correspondiente a cada VOR de la carta de navegacin por lo que es po-sible, en el receptor, automatizar la sintona del DME: el piloto slo tiene que sintonizar el canalVOR.


VOR/DME: TACAN-VOR/TAC

El sistema TACAN (Tactical Aid to Navigation) es una radioayuda de navegacin militar, aunque puede usarse por la navegacin civil. Es compatible con el DME, por lo que puede usarse directamente por l.El TACAN utiliza la polarizacin vertical y no es compatible por lo tanto por el VOR, aunque se puede instalar junto a un VOR para formar una estacin conjunta VOR/TACAN (VORTAC), en cuya instalacin se coloca la antena del TACAN sobre la del VOR.De esta forma conjunta TACAN, DME y VOR, la estacin puede usarse por los aviones equipados con TACAN (en general los militares) y los equipados con VOR/DME (civiles y militares).En esencia el TACAN es un DME modulado en modulacin espacial (con diagrama giratorio) para obtener la seal variable espacialmente delVOR, y cuya seal de referencia se emite en forma de impulsos codificados.

El DME (Distance Measurement Equipment) es un sistema de radar con respuesta activa (secundario), usado para medir la distancia entre el interrogador y un respondedor (transponder). Como uso secundario, el receptor DME tambin da una indicacin de velocidad respecto al suelo (a partir de la tasa de cambio de la distancia medida) y de tiempo de vuelo hasta la estacin transpondedora (a partir de la distancia oblcua yla velocidad del avin). El interrogador es un equipo embarcado y el respondedor es la ayuda a la navegacin en tierra. El alcance de un trans-pondedor DME tpico coincide con la cobertura de un VOR, ~200 mn.El receptor DME mide el tiempo de propagacin de una seal de radio en banda L en su camino desde el interrogador a bordo de la aeronavehacia el transpondedor en tierra y vuelta al interrogador, es decir, mide la distancia usando la diferencia de tiempos entre tranmisin y recep-cin. La distancia medida es la distancia real R (o distancia oblcua) y no la distancia lateral D sobre el mapa. Si la distancia oblcua R es tresveces la altitud de vuelo o mayor, el error es despreciable. Para encontrar la distancia D sobre el mapa es necesario medir la altura de vuelo H(por ejemplo con el radioaltmetro) para calcular:

La indicacin del DME se utiliza para la navegacin en ruta y para actualizar la medida de distancia del inercial (DME-N o DME de Navegacin),as como para maniobras de aproximacin y aterrizaje (DME-P o DME de Precisin). Generalmente se asocia el DME-N al VOR, formando as una estacin combinada VOR/DME que da al avin la informacin de distancia a la estacin y rumbo a la misma. Fue adoptado por la OACI en1960 y es usado en todas las rutas de aerovas.


DME: Descripcin General

A cada frecuencia VOR le corresponde un canal DME determinado, por lo que el piloto slo tieneque seleccionar una frecuencia VOR y el receptor DME, automticamente seleccionar el canalDME asociado (modo de sintona remota o RMT, Remote Tuning). El transpondedor DME de tierrase identifica a si mismo con una seal de identificacin cada 30 segundos. La seal de identifica-cin sirve para localizar en el mapa a cada estacin transpondedora DME.En el receptor del interrogador de cada aeronave se realiza un proceso de defruiting para distinguirque los pulsos recibidos corresponden a la respuesta a su interrogacin y no a la respuesta a la inte-rrogacin de otra aeronave cercana. Para hacer el defruiting la frecuencia de repeticin de impulsos(Pulse Repetition Frequency, PRF) vara desde un mximo de 150 pares de pulsos/sec (modo de bsqueda o search) hasta un mnimo de 24 pares de pulsos/sec (modo de seguimiento o tracking).Una vez identificado en el receptor de a bordo el par de pulsos de respuesta correcto (lo que lleva1 segundo aproximadamente) se procede a la medida de la distancia. sta se realiza midiendo eltiempo entre la pregunta y la respuesta, restando 50 s (retardo introducido en el transpondedor detierra) y convirtiendo el tiempo en distancia (12.6 s por milla).

Para el DME-N la precisin es de 90 m; para el DME-P la precisin es de 15 m a 2 millas de distan-cia entre aeronave y transponder.2( 50 )

cdt s=


DME: Caractersticas de la Seal

En el DME hay dos tipos de seal, la enviada por el interrogador de a bordo y la respondida por el transponder de tierra. El interrogador funcio-na en la banda de frecuencias de 1025-1150 MHz (UHF, banda L), con polarizacin vertical. La frecuencia DME seleccionada por el piloto es lafrecuencia de interrogacin y constituye un canal (en total hay 126 canales de 1 MHz de anchura cada uno).La respuesta del transponder de tierra al avin, retrasada un tiempo fijo de 50 s desde la pregunta, se hace 63 MHz por encima (canales X, 1151-1213 MHz) o por debajo (canales Y, 962-1024 MHz) de la frecuencia de interrogacin. Tanto la interrogacin como la respuesta consisten en pares de impulsos modulados en amplitud (AM) de 3.5 s y distanciados 12 s para la respuesta. La tasa de repeticin de parejasde pulsos est entre 5 parejas por segundo hasta 150 parejas por segundo. La modulacin tiene forma cos2 para ahorrar ancho de banda. Enviar pares de pulsos aumenta la proteccin de la seal contra interferencias o ruido y tambin incrementa la potencia transmitida. Elinterrogador de a bordo da una potencia transmitida de 100 W y el transponder en tierra entrega una potencia efectiva de 20 kW.

2( 50 )ida vuelta

cdT T s= +


DME: Diagrama de Bloques Interrogador

Cada transpondedor DME trabaja en la misma frecuencia para todas las aeronaves por lo que el interrogador, con el fin de conocer las respues-tas que corresponden a las propias interrogaciones, hace variar aleatoriamente el periodo de repeticin de stas. El inconveniente mayor del sistema es que el transponder debe atender a las aeronaves una a una, por lo que es necesario, en el receptor, seguir un procedimiento de dosfases (bsqueda y seguimiento).El interrogador DME puede operar de dos modos: en bsqueda y en seguimiento. En modo de bsqueda trasmite 150 parejas de pulsos porsegundo. Esta tasa de repeticin de pulsos tan alta es necesaria para obtener informacin suficiente del transponder durante el periodo deadquisicin, durante el cul an no se han determinado ni la distancia al transponder ni la velocidad relativa.Durante la bsqueda, el receptor genera una puerta de seguimiento de 10 s de ancho, sincronizada con la tasa de repeticin de pulsos. Lapuerta se desplaza, con un retardo variable equivalente al rango entre 0 mn y 300 mn respecto al pulso transmitido. Esta puerta de seguimientoselecciona las parejas de pulsos recibidas, de modo que slo si se produce una coincidencia entre la puerta y la pareja de pulsos recibida, espasada la pareja al circuito de integracin. Para una frecuencia de 150 parejas/seg, la puerta tiene que abrirse y cerrarse unas correspondien-tes 150 veces/seg. En modo de seguimiento la tasa de repeticin de pulsos se establece en 25 interrogaciones/seg. La misma puerta de seguimiento conmuta ensincrona con el pulso recibido, ajustndose a la distancia variable entre la aeronave y el transponder. Si la respuesta cae en la zona inicial de la puerta, sta avanza un pequeo lapso; si la respuesta cae en la zona final, la puerta es retrasada. La OACI exige un error de medida mximopara el DME-N de 900 m aunque los instrumentos DME-N mejoran esa cifra hasta unos tpicos 90 m (en el DME-P o de Precisin usado en el ILS mejorado, el error tpico es de 15 m a 2 millas de distancia entre aeronave y transponder).

El receptor de a bordo necesita un circuito de defruiting para combatir la interferencia de impulsos producida por la presencia de otras interroga-ciones/respuestas correspondientes a otros aviones. Es el mismo problema de fruiting que aparece en el proceso del radar secundario de vigi-lancia y recibe una solucin similar.En la figura se muestra una representacin de osciloscopio (o tipo A) de las seales recibidas. El origen de tiempos se sita en la generacin del primer impulso de interrogacin desde el interrogador de a bordo. Asumiendo una distancia mxima de 200 mn, la ventana de recepcin tendr una duracin de 2400 s. A 3000 pares de pulsos por segundo de media emitidos por el transponder de tierra eso supone capturar untotal de ~7 pulsos en la ventana de recepcin. De esos 7 pulsos, los correspondientes a interferencia estarn espaciados aleatoriamente. Slolos pulsos enviados por el interrogador estarn separados por 12 s. En la traza de la seal eso significa que los pulsos de respuesta siempreaparecern en el mismo sitio. La lnea punteada muestra la coincidencia de varios pulsos en la misma posicin en diferentes trazas.En la traza n3 la respuesta no est: eso esporque el transponder ha respondido a otraaeronave y todava no ha transcurrido el tiempode separacin (o recuperacin, del orden de100 s).El circuito de defruiting del receptorDME trabaja sobre la hiptesis de que, en un intervalo de tiempo dado,habr muchas ms respuestas de-seadas que respuestas no deseadas(interferencias). Para determinar cules la respuesta, compara entre s variastrazas memorizadas (mediante una puertade distancia, modo de bsqueda).Una vez localizada la posicin temporalde la respuesta, bloquea la puerta de distancia sobre el instante determinado yrealiza un seguimiento de la posicinde ese pulso adaptando la tasa de conmutacin de la puerta (modo deseguimiento).


DME: Diagrama de Bloques Interrogador


DME: Equipo DME en Tierra

El equipo en tierra es un respondedor o transpondedor, que consta de un receptor/transmisor que emite la respuesta. La potencia suele ser de 20 kW, suficiente para responder a todos los aviones en un radio de 300 km.). El transponder se limita a reemitir la seal recibida del interroga-dor a bordo de la aeronave, desplazando la respuesta a un canal diferente (63 MHz) para evitar el clutter de suelo. El tiempo de latencia entre interrogaciones es de 100 microsegundos.En el diseo de un transponder DME se supone que el 95% de las aeronaves usan el DME en fase de seguimiento, con un ritmo que no excedelas 25 interrogaciones por segundo. El 5% restante estar en fase de bsqueda, con un ritmo mximo de 150 interrogaciones por segundo, por lo que cada avin enva:

5% *150 + 95%* 25 = 30 interrogaciones (redondeando)

Si hay 100 aviones usando simultneamente el DME, se originan 3000 respuestas. Los DME se disean segn el principio de uso constante (Constant Duty Cycle). Se asegura un CDC de 3000 respuesas por segundo. En caso de que haya ms de 100 usuarios, se atiende a los 100ms prximos. El principio CDC obliga a que siempre haya 3000 respuestas por segundo. Si no hay suficientes aviones, se ajusta automtica-mente la ganancia del transponder para que salte con el ruido ambiente hasta generar la tasa de 3000 resp/seg.


ILS: Uso y Fase del Vuelo

Aprox.Visual CAT I CAT II CAT III a CAT III b

Operacin de Categora I : Aproximacin y aterrizaje de precisin por instrumentos hasta una altura de decisin no inferior a 60 m y con una visibilidad no inferior a 800 m o un alcance visual en la pista (RVR: Runway Visual Range) no inferior a 550 m. Operacin de Categora II : Aproximacin y aterrizaje de precisin por instrumentos hasta una altura de decisin inferior a 60 m pero no inferior a 30 m y un RVR no inferior a 350 m. Operacin de Categora IIIA: Aproximacin y aterrizaje de precisin por instrumentos: hasta una altura de decisin inferior a 30 m, o sin altura de decisin; y con un RVR no inferior a 200 m. Operacin de Categora IIIB: Aproximacin y aterrizaje de precisin por instrumentos: hasta una altura de decisin inferior a 15 m, o sin altura de decisin; y un RVR inferior a 200m pero no inferior a 50 m. Operacin de Categora IIIC: Aproximacin y aterrizaje por instrumentos sin limitaciones de altura de decisin ni de RVR

El mayor enemigo de la navegacin area es la baja visibilidad y especialmente en las operaciones de aproximacin, aterrizaje y despegue ya que en esos momentos es imprescindible tener referencias visuales del entorno prximo y en particular del terreno. En un avin, el aterrizaje esuna operacin de precisin, en ocasiones irreversible, que se realiza entre 300-400 Km/h y perdiendo altura continuamente. De ah la necesi-dad de disponer de un procedimiento y unas ayudas visuales e instrumentales que garanticen total seguridad.En lo referente a la aproximacin y el aterrizaje, las operaciones de baja visibilidad se dividen en categoras dependiendo de los mnimos meteorolgicos y de los objetivos operacionales que se pretendan conseguir:

Se entiende como altura de decisin a la del punto de la aproximacin final en el que el piloto debe decidir continuar el aterrizaje si tiene refe-rencias visuales externas (luces de aproximacin o de pista) o iniciar una maniobra de aproximacin frustrada si no las tiene. Por otra parte elalcance visual en la pista o RVR se define como la distancia a la que un piloto situado a 5 m de altura sobre el eje de pista, puede ver las sea-les de la superficie de la pista o las luces que la delimitan o identifican su eje.


ILS: Senda de Aproximacin

La senda de aproximacin es el camino seguido por la aeronave para proceder al aterrizaje en condiciones de baja visibilidad (Instrument FlightRules) y tambin como apoyo para aterrizaje en condiciones de buena visibilidad (Visual Flight Rules, usando las marcas de pista durante el day las luces de pista durante la noche). Una senda de aproximacin es un camino virtual marcado por una radioayuda basada en haces de radio-frecuencia (como el Instrument Landing System, ILS, o el Microwave Landing System, MLS) o por un sistema de navegacin satlite de altapresicin (Ground Base Augmentation System, GBAS, una extensin de sistema GPS). La senda de aproximacin se compone de la intersec-cin del plano de la senda de planeo con el plano del localizador. El plano del localizadores ortogonal a la lnea central de pista; el plano de la senda de planeo forma un ngulo de entre 2 a 4 (recomendado 2.5) con el plano de la pista. Las antenas del ILS/MLS se sitan al final de la pista (antenas del Localizador) y al inicio de sta, en el lateral (antenas de la Senda de Planeoo Glide Slope). Si el aeropuerto mantiene lasradiobalizas ILS, stas se encuentran a lo largo deleje de la pista, en diferentes posiciones antesdel inicio de sta. En caso de que las radiobalizasestn suplementadas con un DME-P (Distance Measurement Equipment-Precision), ste se ubicaadyacente a las antenas de Senda de Planeo. A lo largo del borde de la pista se sitan tres trans-mismetros. Un transmismetro es un instrumentoelectroptico para medir el grado de visibilidad y por tanto establecer la Categora que correspondeen cada instante.Hay 3 transmismetros, situados en el borde de lapista donde se hallan las antenas de lasenda de planeo


ILS: Principio de Funcionamiento

El ILS (Instrument Landing System, Sistema de aterrizaje por instrumentos) es un sistema de aproximacin por instrumentos basado en haces de radiofrecuencia que proporciona posicionamiento en latitud, longitud y radial de precisin durante la fase de aproximacin y aterrizaje.En caso de aterrizaje en condiciones de visibilidad CAT III, tambin da gua a lo largo de la superficie de la pista. ILS slo proporciona servicio en cada pista en que se encuentre instalado y no ofrece servicios de guiado para aeronaves en tierra haciendo taxi.Al encontrarse el avin en un espacio tridimensional, necesita tres parmetros para definir su posicin: en el plano horizontal, desplazamiento en acimut con respecto al eje de pista y su prolongacin. en el plano vertical que pasa por el eje de pista, desplazamiento con respecto a la trayectoria de descenso establecida como segura por encontrarse por encima de todos los obstculos. la distancia hasta el punto en que comienza la superficie de la pista que puede ser utilizada para el aterrizaje.

Para proporcionar esta informacin de forma continua al piloto, se utilizan dos sistemas radioelctricos complementarios, el ILS y el DME-P, divididos cada uno en dos segmentos, los equipos de tierra instalados en el aeropuerto y los instrumentos de a bordo instalados en el avin. El sistema ILS de tierra se divide en dos subsistemas, el Localizador y la Senda de Planeo:

El Localizador (LLZ) es una emisora que proporciona gua lateral mediante de dos haces de radio en VHF. Los dos haces definen un plano vertical que pasa por el eje de pista y su prolongacin y proporciona la informacin de desplazamiento acimutal con respecto a ese plano. Las antenas del localizador se sitan ms alldel extremo de pista y dan informacin de guiado durante toda la maniobra de aproximacin y aterrizaje e incluso durante el rodaje por la pista. El localizadoradems transmite en cdigo Morse el indicativo de la estacin.

La Senda de Planeo (GP, Glide Path) define por medio de dos haces un plano inclinado que pasa de forma segura por encima de los obstculos que pueda ha-ber en la aproximacin. Adems la pendiente de este plano permite a las aerona-ves realizar un descenso a 2.5-3 de pendiente. Las antenas de la senda de planeo se instalan prximas al umbral (THR: Threshold) a un lado de la pista y la informacin de guiado que proporcionan llevaa la aeronave hasta el punto de contacto con la pista.


ILS: Principio de Funcionamiento

El sistema DME de aterrizaje (DME-P o DME-Precision) proporciona a la aeronave de forma continua informacin de distancia hasta el umbral de la pista. Las antenas del DME-P se instalan prximas al umbral junto con las de la senda de planeo y su frecuencia se relaciona conla del localizador de modo nico (para ahorrarse tener que sintonizarlo independientemente). La referencia de distancia cero se establece en el umbral.

Antiguamente la informacin de distancia se proporcionaba mediante una lnea de radiobalizas a 75 MHz instaladas en puntos especficos eindicados en las cartas de aproximacin. Los transpondedores DME de aterrizaje proporcionan estas ventajas:

La informacin de distancia es continua, lo que mejora y facilita los procedimientos de aproximacin.

No requiere instalaciones en el exterior del aeropuerto, abaratando la instalacin.

Con las tres informaciones de planos horizontal, vertical y distancia, el piloto es capaz de conocer su posicinen el espacio y guiar instrumentalmente a la aeronave hasta la pista incluso en condiciones de baja visibilidad.

Si estas tres informaciones se introducen en el sistema del piloto automtico, ste ser capaz de guiar al avin de forma completamente automtica y segura hasta la pista facilitandoel trabajo del piloto durante esta crtica fase del vuelo.


ILS: Caractersticas de la Seal

El Localizador (LOC), la Emisora de Senda de descenso (GP) y las radiobalizas (de existir) emiten Onda Continua (CW), con polarizacin hori-zontal y las bandas: Localizador : 40 Canales de 108-112 MHz (banda de FM) Senda de Descenso: 40 canales de 329-335 MHz (VHF) Radiobalizas: todas a 75 MHz.El DME-P emite respuesta al interrogador de la aeronave y opera, como el DME de Navegacin (DME-N) en 960-1125 MHz. Existe una relacinfija entre cada frecuencia del LOC, la frecuencia del GP y la frecuencia del DME.As, si el LOC opera a 109.5 MHz, el GP operar a 333.6 MHz y el DME estar en su canal 32 y as ser siempre. Con esta relacin fija, bastacon sintonizar el canal LOC de aterrizaje designado y todas las dems radioayudas sern sintonizadas automticamente, reduciendo la carga detrabajo del piloto.El LOC genera un haz de curso mediante la modulacin en amplitud de la portadora con tonos a 90 Hz y a 150 Hz, por encima y por debajo de la frecuencia de la portadora (por ejemplo, 109.5 MHz+90 Hz, 109.5 MHz-150 Hz). La seal resultante es una portadora con bandas laterales(Carrier with Sidebands, CSB). La seal CSB radia un patrn de suma para proporcionar cobertura general en el rea de aproximacin. Ademas

se genera una seal slo de bandas laterales (Side Bands Only, SBO). La seal SBO se generaquitando un porcentaje a la energa de cada banda lateral y desplazndola en fase.

La seal SBO se emite en un patrn de diferencia, con su nulo alineado con la direccin de aproximacin. Los lobulos del patrn de diferencias tienen fa-ses opuestas ( y por tanto tambin las bandas laterales de 90 y 150 Hz).El resultado es que en la lnea central donde la seal SBO es nula, slo sepuede detectar la seal CSB con bandas laterales de igual amplitud, de modoque el receptor puede proporcionar un curso hacia la pista.A cada lado de la lnea central, la seal SBO crece rpidamente en amplitud,de modo que la banda lateral de 90 Hz dominar a la izquierda de la direccinde aproximacin y la banda lateral de 150 Hz dominar a la derecha.La mayor limitacin del ILS es su sensibilidad al entorno en forma de re-flexiones no deseadas de los haces en estructuras circundantes (multi-path) e interferencias con emisoras comerciales de FM (especialmente el LOC). El multipath slo se puede resolver efectivamente limitando el trficoen reas muy afectadas del aeropuerto. Las interferencias con la radio FM co-mercial se puede paliar con receptores de a bordo ms sensibles.



El receptor ILS mide la magnitud de DDM y entrega una seal de desviacin del curso. As, cuando domina la seal de 90 Hz, el indicador del receptor mostrar vuelo a la derecha y cuando domina la seal de 150 Hz mostrar vuelo a la izquierda. La seal de desviacin es propor-cional al ngulo de azimut 5. La anchura de haz CBS/SBO est entre 5 a 10. Adems suele haber otro haz CBS/SBO,de menor potencia y de mayor ngulo (35), con una portadora a 16 KHz respecto al haz principal. Estesegundo haz se denomina haz de limpieza (Clearance Beam) y sirve para que el receptor, mediante tcnicas de demodulacin pueda distinguirsi la seal recibida proviene de un camino de lnea de mira o de un camino reflejado (multipath). Los caminos reflejados son comunes en losaeropuertos debido a la gran cantidad de dispersores de radio existentes (edificios, hangares, etc).El localizador (LOC) se compone de una antena con dos dipolos llamadaCSB y un conjunto de antenas de dipolo llamadas SBO. Sea ICSB la corrienteque alimenta a los 2 dipolos CSB e Ii,SBO la que alimenta a los N dipolosSBO:

[ ][ ]

0 150 90 0

0 150 90 0

150 90

1 ( ) ( ) ( ) ,

( ) ( ) cos( ) ,2 150 , 2 90 , 0.2

i

I I msen t msen t sen t

I I K sen t sen t tHz Hz m

= + += = = =

CSB

i,SBO

Una aeronave recibir las seales CSB y SBO:

[ ][ ][ ][ ]

[ ] [ ]

150 90 0 0 0 0

150 90 0 0

150 90 0 150 90 01

1501

1 ( ) ( ) ( ) ( )

2 1 ( ) ( ) cos( ) ( )

( ) ( ) cos( ) ( ) ( ) cos( )

2 ( )

n

i i ii

n

i ii

V msen t m sen t sen t sen t

msen t m sen t sen t

V K sen t sen t t sen t sen t t

K sen t sen

=

=

= + + + + + == + +

= + + + =

=

CSB

SBO

[ ]90 0 0 22( ) ( ) ; , ii i ddsen t sen sen t sen sen = =Agrupando trminos, la seal recibida ser una onda modulada en AM con dos tonosde 150 y 90 Hz y porcentajes demodulacin m150, m90:

0 01 1

150 900 0

cos cos,

cos cos

n n

i i i ii i

m K sen m K senm m

= =

+ = =

150 150 90 90 0[1 ( ) ( )] ( )V m sen t m sen t sen t + +recibida



150 90 150 901

222 , 2 ( )2cos( )

ni

ii

dSDM m m m m m K sen send sen

== + = = = DDM

La suma de profundidad de modulacin (SDM) para cualquier ngulo de aproximacin es constante. Sin embargo la diferencia de profundidadde modulacin,DDM, depende del ngulo de aproximacin :

A partir de la matemtica se tiene que: En el Eje de Pista, =0, ai=0 y m150=m90 A la Derecha del eje de pista, >0, ai>0 y m150>m90 A la Izquierda del eje de pista,



La seal de la emisora GP es muy similar a la seal del LOC. La banda lateral a 90 Hz domina sobre la Senda de Descenso mientras que la banda lateral a 150 Hz domina bajo la Senda de Descenso.

0 150 90 0

0 150 90 0

[ ][1 ] , m=0.4

I I sen t sen t sen tI I m sen t m sen t sen t

= += + +

SBO

CSB

La emisora GP, en su configuracin ms simple, se compone de dos antenas dipolaresmontadas en un mstil, sobre una superficie muy plana para que refleje bien la radiofrecuencia.Por efecto imagen, se tienen otras dos antenas bajo el plano de reflexin, con un desfase de180 respecto a las antenas reales. La antena real superior es la SBO (Side Band Only) y laantena real inferior es la CSB (Carrier with Side Bands). Las antenas reales se alimentan con:

con una profundidad de modulacinde 40%.

Realizando las sumas vectoriales y considerando el desfase geomtrico, se tiene que el receptor de GP recibe dos seales:[ ][ ][ ][ ]

150 90 0 0

150 90 0 1 0 1

1

1 ( ) ( )

( ) ( )2 2,

V msen t m sen t sen t sen t

V K sen t sen t sen t sen th Hsen sen

= + + + = + +

= =

CSB

SBO

luego el receptor recibir una seal proporcional a:[ ]150 150 90 90 01 1

150 90

1 cos

,

receptorV m sen t m sen t tm sen sen m sen senm m

sen sen

+ + += =

con una Suma de profundidad de modulacin y una Diferencia de profundidad de modulacin dadas por :

150 90 90 150 122 ,SDM m m m DDM m m sensen

= + = = = El receptor GP se quedar con la diferencia de am-plitudes:

90 15024 ( )HA A sen sen =

La Senda de Planeo sigue el eje del segundo nulo de la diferencia de amplitudes. El primer nulo se encuentraen =0 (sobre el eje de la pista) y el segundo est en :

12 H sen =

lo que produce un ngulo comprendido entre 2 y 4. La OACI recomienda ajustar H y para que el ngulo deaproximacin est en 2.5. Existen otros nulos pero dan pendientes ms inclinadas y son fcilmente descartadospor el receptor.


ILS: Geometra de Guiado

Las emisoras ILS (localizador y senda de planeo) conforman en el espacio una distribucin espacial de la diferencia en la profundidad de modu-lacin (DDM): La trayectoria terica de aproximacin o Senda de Descenso, desde la perspectiva del receptor, ser

el lugar geomtrico de DDM cero (amplitudes idnticas para las modulantes de 90 y 150 Hz):que corresponde a un hiperboloide de revolucin centrado en la vertical de la antena GP (esla figura geomtrica definida a partir de la constancia de una diferencia). La direccin de mxima recepcin de la seal del LOC coincidir con eleje de la pista. Un plano vertical a la pista y paralelo a su eje cortar al hiperboloide de DDM nula en una hiprbola. Por tanto la curva seguida porla aeronave en su senda final de aproximacin ser una hiprbola.En el receptor ILS de a bordo se reciben dos seales, S1(DDM) y S2(DDM) quesern funcin de la posicin de la aeronave respecto a la trayectoria terica de aproximacin. El alcance tpico en distancia de un ILS ronda los 8 km, por lo que la fase de aproximacin terminal comienza aproximadamente en esa zona.En el sistema antiguo de marcacin de distancias por radiobalizas, el lmite exterior del ILS estaba marcado en 3.9 mn (7.2 km). En el modelomoderno de ILS con DME-P, el lmite exterior es convencional y se establece sobre las 4 mn, siendo marcado este lmite por la sensibilidad del receptor de a bordo o por las indicaciones de certificacin de cada aeropuerto.

( , , )DDM f x y z=1

2

( , , ) 0 (LOC)( , , ) 0 (GP)f x y zf x y z

==


ILS: Emisora ILS

Las antenas del localizador (LOC) estn situadas a 1000 pies al final de la pista y se componen de 8 o 14 antenas Yagui-Udda, ptimas paraFM-VHF. Operan como una red de fase, de modo que pueden transmitir tres patrones de radiacin: uno con el lbulo central alineado con el eje de la pista (patrn de suma) y los otros dos desalineados 5 a la derecha y a la izquierda del eje longitudinal de la pista (haz diferencia a 90 Hz y haz diferencia de 150 Hz).

Las antenas de la Senda de Aproximacin (GP) se organizan como tres conjuntos de antenas reflectoras situados sobre un mstil. Las tresantenas reflectoras producen tres patrones, de modo similar a los pa-trones de la antena LOC. La tecnologa de antena reflectora es msapropiada para la mayor frecuencia y sobre todo para poder aprovecharlas reflexiones en el suelo para conformar verticalmente los haces. A-

provechando el efecto de reflexin en el suelo (efecto imagen) se tieneel equivalente a una antena virtual con 6 reflectores, 3 reales y 3 porimagen elctrica en tierra.Las tres antenas reflectoras se disponen a unos 300 m al lado de la pis-ta, apuntando en su eje longitudinal hacia el umbral de pista, y situa-das del umbral la distancia que, para esa configuracin de suelo, haceque la hiprbola de Senda de Descenso tenga su punto ms bajo de15 a 23 pies (de 4.5 a 7 metros).


ILS: Emisora ILS

En muchos aeropuertos se mantienen las Radiobalizas de Distancia. Estas radiobalizas transmiten un cdigo Morse en 75 MHz e indicanposicin y altura aproximada a la que se encuentra el avin durante la aproximacin.

Radiobaliza Exterior (OM Outer Marker): localizada a 3.9 millas nuticas (7.2 km) del umbral de la pista. Emite dos rayas Morse por segundo a 400 Hz, mostrndose en cabina un indicador azul y el tono audio de Morse. Radiobaliza Intermedia (MM, Middle Marker): localizada justo en el punto de no retorno o punto de decisin en la senda de aproximacin. Informa, en condiciones de baja visibilidad, que el contacto con la pista es inminente. Est modulada con un tono de 1300 Hz, punto y raya Morse, mostrndose en cabina como un indicador mbar y el tono audio Morse. Radiobaliza Interior (IM, Inner Marker): si est instalada, indica, en condiciones de baja visibilidad, que se est sobre el umbral de la pista.En esta posicin un avin normalmente llega a las condiciones mnimas de Categora II (altura de decisin 100 pies, visibilidad de 1200 pies). Modulacin Morse de 6 puntos por segundo,3000 Hz.

El equipo DME-P (DME Precision) sustituye a las Radiobalizas,hablndose de ILS enhanced. Tcnicamente es muy similar al DME de Navegacin (DME-N para distinguirlos).Ofrece dos modos de operacin: Aproximacin Inicial (InitialApproach, IA) y Aproximacin Final (Final Approach, FA). Elmodo IA es idntico al de cualquier DME-N. En modo FA propor-ciona una precisin mayor. La diferencia entre ambos modos esla tcnica por la que se establece el umbral de deteccin radar (i.e., la tcnica CFAR empleada). El modo IA opera hasta 8 mndel umbral de pista y desde ah hasta el aterrizaje acta el FA.El transponder se encuentra en tierra, dentro de un aeropuerto ypor tanto rodeado de mltiples dispersores de seal radar. Estageometra facilita que existan caminos de propagacin de la se-al diferentes al de la lnea de mira entre interrogador y transpon-

der (fenmeno de multicamino o multipath) ). Una deteccin temprana del eco facilita que slo se detecte el eco proveniente de la lnea de mira porque es el primero en llegar. Para un DME-P se declara deteccin al 18% de la amplitud de pico de la seal, mientras que en el DME-N se declara al 50%. A cambio, se necesita una relacin Seal/Ruido ms favorable que para el caso DME-P; en este caso no es un gran problema debido a la cercana relativa entre trans-ponder e interrogador. La precisin de la medida de distancia del DME-P es de 15 m con una confianza del 95% a 2 millas de distancia.

Radiobaliza OM

Transponder DME-P


ILS: Receptor ILS

En un sistema ILS de a bordo hay dos receptores de AM, uno para la seal del Localizador (Localizer o receptor LOC, orientacin en azimut) y otro para la seal de la emisora de Senda de Descenso (Glide Path o receptor GP, orientacin en elevacin). Cualquiera de los dos receptores tienen control automtico de ganancia (AGC) para compensar cambios en la intensidad de la seal recibida.

El receptor LOC puede ser el mismo que el receptor VOR (receptor VOR/LOC). Tiene mucho sentido hacerlo as puesto que ambos proporcio-nan orientacin en azimut. Por este motivo las seales LLZ usan las mismas frecuencias y polarizacin que el VOR (con lo que tambin se reu-tiliza la antena VOR como antena LLZ). El indicador del tipo indicador de desviacin de curso (Course Deviation Indicator, CDI), igual que el in-dicador VOR.Esta coincidencia es comn en aviacin general aunque en aviacin comercial los receptores son distintos.En el receptor hay dos filtros para separar las seales de 90 y 150 Hz. Esas seales son rectificadas y enviadas a un microampermetro. La a-guja del microampermetro (o el indicador digital correspondiente) deflecta hacia la seal de mayor intensidad (de mayor profundidad de modulacin). As, para una profundidad de modulacin de 0.175, con mayor modulacin en 90 Hz, el receptor estar demasiado a la izquierda del curso correcto, por lo que la aguja se inclinar a la derecha para indicar al piloto la correccin de curso apropiada. Si la mayor modulacin se produce en los 150 Hz, lo que indica receptor demasiado a la derecha del cur-so, tendremos una desviacin a la izquierda de la aguja indicadora. Si se trata de un indicador digital EFIS, el icono emular a la aguja de un indicadorLOC electromecnico.

El receptor GP es esencialmente lo mismo. Se di-ferencia del receptor LOC en la orientacin de las agujas, en este caso habr una aguja que bajar sise detecta ms intensidad en la seal GP de 90 Hz(indica mucha altura) y subir si detecta ms inten-sidad en la seal GP de 150 Hz(indica poca altura).

La aguja vertical indica direccin de pista

Aguja Centrada= Alineamiento Correcto

47 es la distancia DME en metros a

cabecera de pista

La aguja horizontal indica por debajo, por encima de la Senda de Descenso

Agujas Centradas= Senda de Descenso Correcta

Flag NAV activado indica aprox. ILS

Pista

Senda de Descenso Correcta

Cono de Descenso

El localizador tiene un cdigo Morse para identificarse. El Cdigo de Identificacin comienza siempre con la letra I para indicar que se trata de una estacin ILS. El tono es el mismo que en el VOR, 1020 Hz. El cdigo Ident se repite cada 10 s como mnimo. Por ejemplo, el aero-puerto de Barajas, Madrid, identifica su ILS como cdigo IMAA en la pista 33L.Hoy en da slo es normal encontrarse la Radio-baliza OM,habiendo sido las otras dos sustituidas por el sistema DME-P.En Categora III las seales del ILS son enviadasal piloto automtico para realizar un aterrizaje auto-mtico. Cada aparato certificado para Cat III tieneuna altura de decisin y mnimos de visibilidad esta-blecidos en su certificacin.

La indicacin del DME-P se puede leer en el indica-dor del DME de Navegacin (DME-N) y tambin enel indicador de ILS, expresado en metros.


ILS: Receptor ILS

Hay dos receptores, prcticamente idnticos,uno para la seal de LOC y otro para la seal de GP.


MLS: Principio de Funcionamiento

El Microwave Landing System, MLS, es un sistema de aterrizaje de precisin todo tiempo que emplea haces de radar para la gua del avin ensu fase de aterrizaje. Originalmente (aos 80) fue propuesto como sustituto del ILS. Se puede entender como la combinacin de un DME-P paramedir distancias radiales y de un radar biesttico 3D, con emisores en tierra y receptor en el avin para marcar posicin angular. En total hay5 radiofaros radar: de gua acimutal, de gua en elevacin, de acimut posterior (opcional), de enderezamiento (aeropuertos con mucho trfico)y DME/P (Precision Distance Measurement Equipment). Existe una estacin central que sincroniza todos los radiofaros, transmite las seales deidentificacin y otros datos, las seales OCI (Out of Clearance Indication) y la seal de clearance (fly left/fly right) que permite situar al piloto enla zona de guiado proporcional.Los transmisores radar emiten haces en abanico (fan beam) con una precisin de 1 en la seccin estrecha del haz. As, el transmisor de eleva-cin emite un haz con un ancho de 40 en azimut y 1 en elevacin y el haz de azimut emite su haz con 1 en elevacin y 40 en azimut. El

haz de elevacin cumple el papel del LOC del ILS mientras que el haz de azimut hace las veces del GP del ILS.MLS proporciona gua de precisin no slo en el rea de aterrizaje (sobre 8 km hasta la cabecera dela pista) sino tambin en el rea de aproximacin terminal (sobre 40 km). Esta cualidad permite que las aeronaves se aproximen en rutas curvadas (en azimut y en elevacin) hacia la cabecera de pis-ta, aumentando la flexibilidad en la aproximacin. MLS permite operaciones en todas las categoras,incluido el enclavamiento con el piloto automtico (aterrizaje au-tomtico en Cat III).

RECEPTORMLS


MLS: Principio de Funcionamiento

Una aeronave iluminada por los haces de radar de MLS determina su posicin angular en azimut y elevacin por coincidencia en la recepcin de dos haces. El principio se conoce como INTERSCAN (INTERval SCANnning) y tambin como Time Reference Scanning Beam (TRSB). Loshaces estn barriendo de un lado a otro (TO and FROM) continuamente, el haz de elevacin arriba y abajo entre 0 y 15; el haz de azimut 40 respecto al centro de la pista. Sea que el haz de elevacin, por ejemplo en el barrido TO intercepta al receptor de la aeronave, sta marca el instante de recepcin. Un tiempo despus recibir el haz de retorno (por ejemplo el FRO). El intervalo temporal entre la recepcin de los hacesest directamente relacionado con el ngulo de elevacin segn la frmula:

donde es el ngulo de elevacin en grados, V es la velocidad de barrido (tpicamente 20/msec), T0 es el valor de la di-ferencia de tiempos en la lnea vertical central y t es el intervalo entre el haz HACIA y el haz DESDE. Para el haz de a-zimut el funcionamiento es anlogo. Las estaciones MLS transmiten funciones de ngulo (principio TRSB) y de datos

(mensajes), en 200 canales, de 5031.0 MHz a 5190.7 MHz.

0( )2

V T t =El sistema MLS no ha alcanzado el uso esperado: su mayor frecuencia de opera-cin y su mayor direccionalidad y alcance lo hacen ms sensible a ecos parsitosque el sistema que pretende sustituir (ILS). En aeropuertos donde el ILS producaecos parsitos por cercana de edificios y otras estructura no se puede pensar ensustituirlo por el MLS porque el problema se agrava. Adems es necesario cambiarla infraestructura del ILS por otra de MLS, tanto en el segmento de vuelo como en la pista deaterrizaje.El sistema que est realmente sustituyendo al ILS es el DGPS (LAAS). Entretantoen muchos aeropuertos se ha suplementado el ILS clsico con el DME/P del MLS.

AN/TRN 45 Mobile MLS


LAAS/GBAS: Principio de Funcionamiento

LAAS CAT I IBLS CAT III

El Satelite Landing System, SLS (o LAAS/GBAS, Local Area Augmentation System/ Ground Based Augmentation System) ser el sustituto delILS, a mucho menor costo. En la aeronave no hay que aadir instrumento alguno porque vale el navegador GPS ya existente; en el aeropuertola infraestructura se reduce a tres o ms receptores GPS, un ordenador de clculo de correcciones y una radio VHF para difundirlas. Ademspresenta otras ventajas: un slo sistema LAAS cubre todas las pistas, permite aproximaciones en rutas curvadas (como el MLS, con mayorcobertura an) y proporciona servicios de navegacin terrestre de precisin durante el taxi de las aeronaves. Al no estar basado en haces (comoILS/MLS) no tiene problemas con los multiecos provenientes de edificaciones cercanas. AENA ha montado un SLS de Honeywell en el aeropuertode Mlaga durante 2005 (el aeropuerto Ruiz Picasso est rodeado de construcciones y ha tenido problemas con rebotes de seal ILS).Un SLS actual permite aproximaciones Cat I, estando previsto que para 2008 puedan servirse aproximaciones Cat II/III. El sistema IBLS (Impro-ved Beacon Landing System) consigue Cat III (aterrizaje automtico, error de posicionamiento ~10 cm en la senda final de aterrizaje) . Consisteen un DGPS aumentado con dos pequeas radiobalizas en la senda de aproximacin conocidas como pseudosatlites o pseudolites.Un pseudolite es una emisora miniaturizada de corto alcance de seal GPS, perfectamente localizada en el suelo. La presencia de la seal delpseudolite est garantizada por los servicios aeroportuarios. Esa seal es recibida por el receptor DGPS (que ya ha eliminado los errores deionosfera de la seal de GPS de los satlites) para eliminar el error de GDOP.

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName (http://www.color.org) /PDFXTrapped /Unknown

/Description >>> setdistillerparams> setpagedevice

avionica y sistemas de navegaciÓn

Documents