Un sistema de vigilancia y para evitar colisiones en formación para una formación de múltiples aviones,

que comprende: - un transpondedor (415) para recibir interrogaciones y transmitir respuestas; - un módulo de vigilancia y para evitar colisiones acoplado de forma comunicativa al transpondedor (415), comprendiendo el módulo un procesador para evitar colisiones y un interrogador (410) para generar interrogaciones, procesar respuestas a sus interrogaciones, generar información a presentar a un piloto y ejecutar algoritmos para evitar colisiones, - un primer transceptor (450) acoplado al procesador para evitar colisiones y el interrogador (410), para establecer un enlace de comunicaciones para recibir/transmitir información de vigilancia en red, en el que esta información se comunica entre los miembros de la formación, y - un segundo transceptor (482) para recibir información de vigilancia en red a través de un enlace de red (390) desde otros miembros de la formación, en el que dicho módulo incluye al menos dos modos de operación: (i) un modo activo que posibilita que el primer transceptor (450) realice activamente la vigilancia trasmitiendo interrogaciones para solicitar respuestas de los transpondedores de aviones cercanos, y (ii) un modo pasivo en el que el primer transceptor (450) no está realizando de forma activa la vigilancia transmitiendo interrogaciones para solicitar respuestas de los transpondedores de aviones cercanos, y durante el cual se realiza una vigilancia continua usando la información de vigilancia en red recibida por el transceptor (482)

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a métodos y sistemas para evitar colisiones entre aviones; más particularmente, aunque no exclusivamente, la invención define un sistema de vigilancia y para evitar colisiones para múltiples aviones en una formación.

Actualmente, la mayoría de los aviones utilizan sistemas que proporcionan a los pilotos información para evitar colisiones potenciales en el aire y/o en tierra. Hay muchas variedades de sistemas para evitar colisiones (CAS) y sistemas de detección de conflictos en aviones que están dentro de la siguiente categoría general: (1) sistemas pasivos; y (2) sistemas activos. Los sistemas para evitar colisiones activos utilizan emisiones de transmisión desde el avión para determinar información pertinente relativa a otro avión en la zona, y/o proporcionar su propia información relativa a otro avión en la zona. El sistema activo más extendido usado en Estados Unidos hoy en día es el Sistema de Alerta de Tráfico y para Evitar Colisiones o “TCAS”. (TCAS se conoce internacionalmente como ACAS

o Sistema para Evitar Colisiones en el Aire).

El TCAS ofrece a los pilotos de aviones privados, comerciales y militares información fiable para evitar colisiones potenciales con otro avión, y es obligatorio para aviones con una capacidad de treinta o más pasajeros. El TCAS es una familia de dispositivos aéreos que funcionan independientemente de los sistemas de Control de Tráfico Aéreo (ATC) con base en tierra. Desde la creación del TCAS, han evolucionado tres niveles de control diferentes: TCAS I, que está destinado a aviones para aviación local y general, y solo proporciona un aviso de proximidad, ayudando al piloto a tomar contacto visual con el avión intruso; TCAS II, que está destinado a aerolíneas comerciales y aviones de negocios para proporcionar a los pilotos notificaciones de tráfico y resolución en el plano vertical; y TCAS III, que aún tiene que ser aprobado por la FAA, que proporcionará supuestamente notificaciones de resolución en el plano tanto horizontal como vertical. TCAS II se describe en el documento D0-185A proporcionado por RTCA, Inc.

El TCAS detecta la presencia de un avión cercano equipado con transpondedores que responden a las interrogaciones en Modo C o Modo S del ATCRBS. Cuando se detecta un avión cercano, el TCAS sigue y evalúa continuamente el potencial de este avión para colisionar con el avión propio.

Para vigilancia, las interrogaciones del TCAS se transmiten por un canal de interrogación (por ejemplo, a 1030 MHz) desde el avión equipado con TCAS a cualquier avión dentro del intervalo de la transmisión. La interrogación solicita una respuesta del avión equipado con el transpondedor dentro del intervalo de la transmisión para proporcionar su posición pertinente y/o información pretendida. El avión equipado con el transpondedor dentro del intervalo de la interrogación transmitida, responde por un canal de respuesta (por ejemplo, a 1090 MHz) proporcionando su información asociada. Esta información puede incluir altitud, posición, rumbo, velocidad aerodinámica, identificación del avión y otra información del avión dentro del intervalo para ayudar al TCAS en el seguimiento y evaluación de las posibilidades de colisión con aviones en el intervalo.

Básicamente, el TCAS es un sistema de vigilancia y un sistema para evitar colisiones. Para seguir aviones cercanos

o “intrusos”, y muestra un símbolo que representa un avión circundante en las pantallas de tráfico localizadas en la cabina. Los símbolos mostrados permiten a un piloto mantener conocimiento del número, tipo y posición de los aviones en las proximidades de su propio avión.

Para evitar colisiones, el TCAS predice el tiempo hasta el punto de aproximación más cercano (CPA) del intruso y una distancia de separación en el CPA, calculando el intervalo, velocidad de cierre, velocidad vertical y altitud. El TCAS proporciona la capacidad de seguir a otro avión dentro de un cierto intervalo, evaluando colisiones potenciales, presentando/anunciando notificaciones de tráfico (TA) y, dependiendo del tipo de sistema usado, (por ejemplo, TCAS II) recomendando una acción evasiva en el plano vertical para evitar potenciales colisiones, conocido también como Notificaciones de Resolución (RA).

Debe observarse que, en ciertas circunstancias, el avión puede no ser detectado por el TCAS, por ejemplo, un avión no equipado con transpondedores operativos no puede responder a las interrogaciones, un avión militar equipado con sistemas de identificación de amigos o enemigos (IFF) que funciona en modo 4 no responde a las interrogaciones, y los aviones que pueden no oír las interrogaciones por unas razones u otras (por ejemplo, interferencias, están bajando el tren de aterrizaje cuando el intruso se está siguiendo solo con la antena inferior o interferencia limitante).

Las Administraciones de Aviación Federales (FAA) establecen directrices para las zonas de colisión, aviso y precaución, para implementación del TCAS II. Un volumen de espacio define estas áreas, y/o un tiempo tau () para penetración en ese espacio, alrededor del avión equipado con TCAS. Los ejemplos de una zona de conexión 110, zona de aviso 115 y zona de precaución 150 de un avión 105 equipado con TCAS II se ilustran en las Figs. 1A (vista superior) y 1B (vista en perspectiva). Si el avión 120 que se aproxima penetra realmente en la zona de precaución 150 puede designarse como un intruso y puede emitirse una notificación de tráfico al piloto o tripulación del avión 105 equipado con TCAS. La TA puede consistir en un aviso audible y una pantalla visual que indica la distancia y el rumbo relativo del intruso 120. Si un intruso 122 penetra en la zona de aviso 115, puede emitirse una notificación de resolución a la tripulación o al piloto del avión 105 equipado con TCAS. La RA puede ser correctiva o preventiva, y puede consistir de instrucciones para ascender o descender a una velocidad vertical recomendada, o advertir al piloto de que no haga cambios en la velocidad vertical actual.

Las formas, dimensiones horizontal y vertical de las áreas respectivas son una función del intervalo y velocidad de cierre del avión 120 que se aproxima.

El dominio espacio-temporal para las interrogaciones del TCAS está limitado porque cada interrogación-respuesta tarda un cierto periodo de tiempo. Cuando varios aviones diferentes están interrogando en las mismas proximidades, la cantidad de respuestas del transpondedor puede saturar el espacio aéreo circundante y provocar problemas de seguimiento del ATC. Para superar este problema, el TCAS está diseñado con una lógica que, cuando un cierto número de aviones equipados con TCAS están dentro de una proximidad predeterminada entre sí, la potencia de salida y las interrogaciones del procesador se reducen. Esto se conoce como Interferencia Limitante. La reducción de la potencia de salida acorta eficazmente el intervalo de seguimiento del TCAS intruso. Las áreas de baja densidad de tráfico permiten un aumento de la potencia de transmisión, mientras que las áreas de alta densidad detráfico (denominadas a menudo Áreas de Control Terminal “TCA”) requieren una potencia de transmisión reducida. Por ejemplo, el TCAS de un avión que vuela sobre la parte occidental de Kansas puede tener un intervalo de interrogación de 80 mn (millas náuticas) o mayor, mientras que un avión que vuela cerca de Chicago puede reducir su intervalo de interrogación hasta 5 mn, con mayor margen de enlace. La reducción de la potencia de transmisión desde un área de baja densidad a un área de alta densidad puede ser como mucho de 10 dB. Esto se hace para reducir las interferencias RF entre otros aviones equipados con TCAS y para reducir las interferencias RF con las estaciones de seguimiento en tierra de ATC.

Ciertos aviones, típicamente aviones militares, con frecuencia vuelan en grupos de múltiples aviones, conocidos como formaciones. Ocurre un problema cuando todos los aviones en una formación dada son interrogados activamente con sus TCAS. En particular, el TCAS de los aviones en y fuera de la formación puede detectar una densidad aparentemente alta de aviones en un área de tráfico, debido a la formación y, de esta manera, reducir la potencia de transmisión de sus emisiones respectivas y reducir su sensibilidad de recepción para compensar la densidad percibida. Este tipo de ajuste de intervalo innecesario debido a una potencia de transmisión reducida y una sensibilidad del receptor reducida se denomina "Interferencia... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de vigilancia y para evitar colisiones en formación para una formación de múltiples aviones, que comprende:

- un transpondedor (415) para recibir interrogaciones y transmitir respuestas;

- un módulo de vigilancia y para evitar colisiones acoplado de forma comunicativa al transpondedor (415), comprendiendo el módulo un procesador para evitar colisiones y un interrogador (410) para generar interrogaciones, procesar respuestas a sus interrogaciones, generar información a presentar a un piloto y ejecutar algoritmos para evitar colisiones,

- un primer transceptor (450) acoplado al procesador para evitar colisiones y el interrogador (410), para establecer un enlace de comunicaciones para recibir/transmitir información de vigilancia en red, en el que esta información se comunica entre los miembros de la formación, y

- un segundo transceptor (482) para recibir información de vigilancia en red a través de un enlace de red (390)

desde otros miembros de la formación, en el que dicho módulo incluye al menos dos modos de operación:

(i) un modo activo que posibilita que el primer transceptor (450) realice activamente la vigilancia trasmitiendo interrogaciones para solicitar respuestas de los transpondedores de aviones cercanos, y

(ii) un modo pasivo en el que el primer transceptor (450) no está realizando de forma activa la vigilancia transmitiendo interrogaciones para solicitar respuestas de los transpondedores de aviones cercanos, y durante el cual se realiza una vigilancia continua usando la información de vigilancia en red recibida por el transceptor (482).

2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una pantalla para presentar información en la pantalla de tráfico generada por el procesador (410).

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que el procesador genera información en la pantalla de tráfico relacionada con el avión en formación y que no está en formación circundante.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que la pantalla comprende una unidad de visualización integrada que presenta, en formato visual, la información de la pantalla de tráfico relacionada con el avión en formación y que no está en formación, generada por el procesador.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que el primer transceptor funciona a una frecuencia diferente que el segundo transceptor.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que el segundo transceptor comprende un transceptor del Equipo de Mantenimiento de Estación (SKE).

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que el módulo comprende una unidad receptora/transmisora del Sistema de Alerta de Tráfico y para Evitar Colisiones (TCAS).

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que procesador realiza cálculos para evitar colisiones basándose en la información recibida por el segundo transceptor.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que la información de vigilancia en red comprende datos relacionados con una identificación y posición del avión en formación y que no está en formación cercano.

10. El sistema de la reivindicación 9, en el que los datos comprenden al menos uno de datos SKE, datos de Emisión de Vigilancia Dependiente Automática (ADS-B) y datos de respuesta a la interrogación.

11. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador (410) está configurado para generar

- una primera señal de alarma cuando se detecta una colisión potencial con un avión que no está en la formación, y

- una segunda señal de alarma cuando se detecta una colisión potencial con un avión en la formación.

12. Un método para realizar el seguimiento de un avión y evitar colisiones en una formación de múltiples aviones, que se realiza en el sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos un avión en la formación está interrogando y al menos un avión en la formación no está interrogando, comprendiendo el método:

- realizar vigilancia del tráfico interrogando al avión para obtener información de vigilancia en red respecto al avión cercano;

- transmitir la información de vigilancia en red del avión interrogante al avión que no interrogante; y

- determinar una amenaza de colisión potencial, por el avión no interrogante, basándose en la información de vigilancia en red transmitida.

13. El método de la reivindicación 12 en el que realizar la vigilancia del tráfico comprende enviar una señal de

interrogación a un avión en las proximidades, y recibir una respuesta desde un avión próximo.

14. El método de la reivindicación 12, en el que la transmisión comprende adicionalmente comunicar la información

de navegación relacionada con una posición del avión interrogante, al avión no interrogante. 5

15. El método de la reivindicación 12, en el que la determinación de la amenaza de colisión potencial comprende:

- calcular una posición del avión no interrogante respecto al avión interrogante; y

- comparar la posición relativa calculada respecto a la información de vigilancia en red transmitida.

10 16. El método de la reivindicación 15, que comprende adicionalmente emitir un primer aviso cuando la amenaza de colisión potencial se determina para una colisión con un avión que no está en la formación, y emitir un segundo aviso cuando la amenaza de colisión potencial se determina para una colisión con un avión en la formación.

17. El método de la reivindicación 16, en el que el primer aviso comprende uno de una alerta de tráfico y una 15 notificación de resolución y el segundo aviso comprende una alerta de equivocación.

18. El método de la reivindicación 17, en el que cuando el primer aviso es la notificación de resolución, el avión no interrogante empieza a interrogar.

19. El método de la reivindicación 12, en el que la información de vigilancia en red comprende al menos uno de datos SKE, datos de Emisión de Vigilancia Dependiente Automática (ADS-B) y datos de respuesta a interrogación.