Procedimiento de ayuda al aterrizaje de una aeronave utilizando GPS y MLS en el marco de una aproximación axial calculada.

Procedimiento de ayuda a la aproximación y al aterrizaje de una aeronave (11) que utiliza un sistema deposicionamiento por satélite y un sistema MLS en el marco de una aproximación axial calculada,

comprendiendo elsistema MLS una pista de aterrizaje (1), una estación de emplazamiento (4) y una estación de azimut (5),definiendo la pista de aterrizaje (1) un sistema de referencia cartesiano directo Rc que comprende, como ejes, un ejelongitudinal de la pista de aterrizaje (1), llamado primer eje (x), un eje transversal de la pista de aterrizaje (1) quepasa por la estación de emplazamiento (4), llamado segundo eje (y) y un eje perpendicular a los primer y segundoejes, llamado tercer eje (z), un punto de intersección entre el primer eje (x) y el segundo eje (y) que define el centrodel sistema de referencia Rc, llamado punto de la pista (6),

comprendiendo la estación de emplazamiento (4) una antena de emplazamiento (7) y comprendiendo la estación deazimut (5) una antena de azimut (8), comprendiendo cada antena un centro de fase, estando los centros de fase delas antenas de emplazamiento (7) y de azimut (8) situados en un plano paralelo a un plano (x, y) a una distancia dzdel punto de la pista (6) de acuerdo con el tercer eje (z),

caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

(41) crear un punto de referencia Pref de las mismas coordenadas que las del centro de fase de la antena deazimut (8) y/o de la antena de emplazamiento (7),

(42) determinar una distancia Ρ entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) mediante el sistema deposicionamiento por satélite,

(43) determinar un ángulo de azimut (θR) entre una recta que pasa por el centro de fase de la antena de azimut(8) y la aeronave (11) y un plano paralelo a un plano (x, z) que pasa por el centro de fase de la antena de azimut(8),

(44) determinar un ángulo de emplazamiento (Ρ) entre una recta que pasa por el centro de fase de la antena deazimut (8) y la aeronave (11) y el plano paralelo al plano (x, y) que pasa por los centros de fase de las antenasde emplazamiento (7) y de azimut (8),

(45) determinar, a partir de la distancia Ρ entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11), del ángulo deazimut y del ángulo de emplazamiento, la posición de la aeronave (11) con respecto al punto de referencia Pref,comprendiendo la determinación de la distancia Ρ entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) las siguientesetapas:

crear, en el sistema de referencia Rc, un punto intermedio (A) de las mismas coordenadas (λA, ΦA, hA) que lascoordenadas (λMLS, ΦMLS, hMLS) del punto de la pista (6) siguiendo el primer eje (x) y el segundo eje (y) y demisma coordenada que el punto de referencia Pref siguiendo el tercer eje (z),

determinar una distancia dMLS entre el punto intermedio (A) y la aeronave (11),

determinar un ángulo de azimut θref entre el plano (x, z) y una recta que pasa por el punto de referencia Pref y laaeronave,

determinar una distancia dy entre el punto de la pista (6) y el punto de referencia Pref siguiendo el segundo eje(y),calcular la distancia Ρ entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) mediante la relación **Fórmula**.

Procedimiento de ayuda al aterrizaje de una aeronave utilizando GPS y MLS en el marco de una aproximación axial calculada La invención se refiere a un procedimiento de ayuda a la aproximación y al aterrizaje de una aeronave utilizando un sistema de aterrizaje por microondas y un sistema de posicionamiento por satélite. La invención se refiere, más particularmente, a un procedimiento de ayuda a la aproximación y al aterrizaje de una aeronave utilizando un sistema de aterrizaje por microondas en el marco de una aproximación axial calculada.

El sistema de aterrizaje por microondas, llamado MLS, acrónimo de la expresión anglosajona “Microwave Landing System”, es un sistema de ayuda a la aproximación y al aterrizaje instrumental que proporcionará a una aeronave su posición en coordenadas esféricas en un sistema de referencia vinculado a la pista de aterrizaje, es decir un ángulo de azimut, un ángulo de emplazamiento y una distancia entre la pista de aterrizaje y la aeronave véase el artículo “A Rotated-Coordinate gaussian Position Reconstruction Algorithm for the Microwave landing System” de F.D. Powell, Journal of the institute of Navigation, vol. 37, No. 3, 1990) . La distancia entre la pista y la aeronave es proporcionada por un equipo auxiliar de medición de la distancia, conocido con el acrónimo DME por la expresión anglosajona “Distance Measurement Equipment” y que funciona en una frecuencia diferente o por un sistema de posicionamiento por satélite. El MLS se ha desarrollado para paliar los inconvenientes del sistema de aterrizaje instrumental, llamado ILS, acrónimo de la expresión anglosajona “Instrument Landing System”, y ha sido adoptado por la organización de aviación civil internacional (OACI) para suceder al ILS. El MLS permite realizar aproximaciones curvas y segmentadas, aterrizajes de las categorías I, II y III y un aumento de la cadencia de aterrizaje de las aeronaves gracias a una disminución de la separación entre las aeronaves.

El MLS, tal como ha sido normalizado por la OACI, transmite señales de guiado lateral, es decir un ángulo de azimut, y de guiado vertical, es decir un ángulo de emplazamiento, utilizando una técnica de haces de barrido con referencia temporal y una señal multiplexada en el tiempo. La utilización de una señal multiplexada en el tiempo permite la transmisión de señales de guiado lateral y vertical en el mismo canal de radiofrecuencia sin crear interferencias entre las señales de guiado lateral y las señales de guiado vertical. Las señales de guiado se emiten en una frecuencia cercana a 5 Gigahertzios (GHz) por una estación de azimut y una estación de emplazamiento. La estación de azimut está colocada al final de la pista mientras que la estación de emplazamiento está situada al lado de la pista, a aproximadamente 300 metros (m) del umbral de comienzo de pista. Cada estación transmite un haz de barrido estrecho que realiza un barrido de ida y vuelta a velocidad angular constante del espacio de cobertura según la coordenada angular considerada. Una antena y un receptor de a bordo de la aeronave reciben el haz de barrido una primera vez durante el barrido de ida y una segunda vez durante el barrido de vuelta. De este modo, es posible determinar el ángulo de azimut y el ángulo de emplazamiento mediante la siguiente relación lineal:

en la que e es el ángulo de azimut o el ángulo de emplazamiento, T un intervalo de tiempo entre la recepción de las pasadas de ida y de vuelta del haz de barrido, T0 el valor del intervalo de tiempo T para un ángulo e nulo y v la velocidad angular de barrido. T0y v son constantes definidas por las normas internacionales sobre el MLS.

El sistema de aterrizaje por microondas con aproximación axial calculada, llamado MLS-cc, acrónimo de la expresión anglosajona “Microwave Landing System -Computed Centerline”, es un MLS en el que la estación de azimut no está colocada al final de la pista sino que está desplazada a un lado de la pista de aterrizaje. El desplazamiento de la estación de azimut puede utilizarse normalmente en dos casos particulares. En el primer caso, la estación de azimut está situada en las proximidades de la estación de emplazamiento con fines de sencillez de despliegue del MLS. Esta configuración se encuentra principalmente en el caso de equipos tácticos desplegados en terrenos improvisados y no preparados. En el segundo caso, el MLS-cc se utiliza para la aproximación a una pista secundaria no equipada con un MLS pero situada en la zona de cobertura de la pista equipada con el MLS. En los dos casos, debido al desplazamiento de la estación de azimut, el receptor de la aeronave mide un ángulo, llamado ángulo de azimut real, que no corresponde al ángulo de azimut en el sentido convencional del término, llamado ángulo de azimut virtual. Es necesario, por lo tanto, calcular el ángulo de azimut virtual para poder proporcionar al piloto una información recentrada con respecto al eje de pista. Para evaluarlo, es necesario calcular la posición de la aeronave en un sistema de referencia cartesiano centrado en un punto de referencia en el suelo, llamado punto en el suelo. Este punto en el suelo es, por ejemplo, una de las dos estaciones o el punto de intersección entre el eje de pista y una recta perpendicular al eje de pista y que pasa por la estación de emplazamiento. Este punto de intersección se denomina MLS datum point (punto de referencia del MLS) .

El cálculo de la posición de la aeronave se realiza mediante un sistema de 3 ecuaciones con 3 incógnitas, parametrizado por el ángulo de azimut real, el ángulo de emplazamiento y una distancia entre la aeronave y el punto en el suelo. Al ser no lineales estas ecuaciones, se utilizan algoritmos iterativos para resolver el sistema. Convencionalmente, los algoritmos iterativos son de tipo Gauss-Seidel o Newton-Raphson.

Utilizando un sistema de posicionamiento por satélite, es posible utilizar el MLS datum point como punto en el suelo para la determinación de la distancia con la aeronave. Sin embargo, existen riesgos vinculados a los comportamientos de los algoritmos iterativos en esta situación, como se expone en la norma DO-226.

Con el objetivo de optimizar la rapidez de convergencia hacia la posición de la aeronave y la precisión de esta posición, pueden utilizarse dos algoritmos iterativos sucesivamente, el primero para converger rápidamente alrededor de la posición de la aeronave, el segundo para obtener una mejor precisión de esta posición. Dicha combinación de algoritmos presenta, sin embargo, el inconveniente de complicar la determinación de la posición de la aeronave, haciendo difícil la implantación de los algoritmos iterativos y su validación. Por otro lado, estos algoritmos son lentos de ejecutar, costosos en términos de carga de cálculo y arriesgados en comportamiento, en particular debido a riesgos de soluciones múltiples, de divergencia y de estacionariedad. Finalmente, estos algoritmos degradan la precisión de cálculo debido a su naturaleza iterativa, en particular la propagación de errores.

Los algoritmos iterativos son ejecutados por el receptor de la aeronave, por ejemplo un receptor multimodal, llamado MMR, acrónimo de la expresión anglosajona “MultiMode Receiver”. El MMR comprende una cadena de radiofrecuencia, un procesador de señales digitales, llamado DSP, acrónimo de la expresión anglosajona “Digital Signal Processor”, un receptor de sistema de posicionamiento global, mejor conocido con el acrónimo “GPS” por la expresión anglosajona “Global Positioning System” y un microprocesador. La cadena de radiofrecuencia recibe señales procedentes de diferentes sistemas, en particular las señales de guiado procedentes de la estación de azimut y de la estación de emplazamiento. El procesador procesa las señales procedentes de la cadena de radiofrecuencia para extraer los ángulos de azimut y de emplazamiento, pero también palabras auxiliares contenidasen las señales de guiado. El receptor GPS puede ser interno o externo. Éste transmite las posiciones del avión. El microprocesador asegura varias funciones entre las cuales un cálculo de la distancia entre el MLS datum point yla aeronave, un cálculo de la posición de la aeronave a partir de los algoritmos iterativos, un cálculo de desviaciones entre la posición del avión y un eje de descenso óptimo, una gestión del equipo y una interfaz de comunicación con un enlace de un bus de avión, por ejemplo un bus ARINC, abreviatura para la serie de normas “Aeronautical Radio Incorporated”. El microprocesador comprende un dispositivo de gestión de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de ayuda a la aproximación y al aterrizaje de una aeronave (11) que utiliza un sistema de posicionamiento por satélite y un sistema MLS en el marco de una aproximación axial calculada, comprendiendo el sistema MLS una pista de aterrizaje (1) , una estación de emplazamiento (4) y una estación de azimut (5) , definiendo la pista de aterrizaje (1) un sistema de referencia cartesiano directo Rc que comprende, como ejes, un eje longitudinal de la pista de aterrizaje (1) , llamado primer eje (x) , un eje transversal de la pista de aterrizaje (1) que pasa por la estación de emplazamiento (4) , llamado segundo eje (y) y un eje perpendicular a los primer y segundo ejes, llamado tercer eje (z) , un punto de intersección entre el primer eje (x) y el segundo eje (y) que define el centro del sistema de referencia Rc, llamado punto de la pista (6) , comprendiendo la estación de emplazamiento (4) una antena de emplazamiento (7) y comprendiendo la estación de azimut (5) una antena de azimut (8) , comprendiendo cada antena un centro de fase, estando los centros de fase de las antenas de emplazamiento (7) y de azimut (8) situados en un plano paralelo a un plano (x, y) a una distancia dz del punto de la pista (6) de acuerdo con el tercer eje (z) , caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

(41) crear un punto de referencia Pref de las mismas coordenadas que las del centro de fase de la antena de azimut (8) y/o de la antena de emplazamiento (7) ,

(42) determinar una distancia p entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) mediante el sistema de posicionamiento por satélite,

(43) determinar un ángulo de azimut (eR) entre una recta que pasa por el centro de fase de la antena de azimut

(8) y la aeronave (11) y un plano paralelo a un plano (x, z) que pasa por el centro de fase de la antena de azimut (8) ,

(44) determinar un ángulo de emplazamiento (q) entre una recta que pasa por el centro de fase de la antena de azimut (8) y la aeronave (11) y el plano paralelo al plano (x, y) que pasa por los centros de fase de las antenas de emplazamiento (7) y de azimut (8) ,

(45) determinar, a partir de la distancia p entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) , del ángulo de azimut y del ángulo de emplazamiento, la posición de la aeronave (11) con respecto al punto de referencia Pref, comprendiendo la determinación de la distancia p entre el punto de referencia Pref y la aeronave (11) las siguientes etapas:

crear, en el sistema de referencia Rc, un punto intermedio (A) de las mismas coordenadas (AA, <A, hA) que las coordenadas (AMLS, <MLS, hMLS) del punto de la pista (6) siguiendo el primer eje (x) y el segundo eje (y) y de misma coordenada que el punto de referencia Pref siguiendo el tercer eje (z) , determinar una distancia dMLS entre el punto intermedio (A) y la aeronave (11) , determinar un ángulo de azimut eref entre el plano (x, z) y una recta que pasa por el punto de referencia Pref yla aeronave, determinar una distancia dy entre el punto de la pista (6) y el punto de referencia Pref siguiendo el segundo eje (y) , de referencia Pref y la aeronave (11) mediante la relación

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la determinación de la distancia dMLS entre el punto intermedio (A) y la aeronave (11) comprende las siguientes etapas:

determinar las coordenadas (AM, <M, hM) de la aeronave (11) , determinar las coordenadas (AMLS, <MLS, hMLS) del punto de la pista (6) , determinar las coordenadas (AA, <A, hA) del punto intermedio (A) a partir de las coordenadas (AMLS, <MLS, hMLS) del punto de la pista (6) , calcular la distancia dMLS entre el punto intermedio (A) y la aeronave (11) a partir de las coordenadas (AM, <M, hM) de la aeronave (11) y las (AA, <A, hA) del punto intermedio (A) .

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las coordenadas (AMLS, <MLS, hMLS) del punto de la pista (6) se determinan a partir de señales emitidas por la estación de emplazamiento (4) o la estación de azimut (5) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque las coordenadas (AM, <M, hM) de la aeronave (11) son determinadas por un sistema de posicionamiento global (GPS) .

5. Receptor multimodal con el que puede estar equipada una aeronave (11) para ayuda a la aproximación y al aterrizaje con aproximación axial calculada que comprende medios de adquisición de señales de radiofrecuencia y medios de procesamiento de las señales de radiofrecuencia, caracterizado porque comprende, además, medios

para determinar una posición de una aeronave (11) mediante el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

6. Receptor multimodal de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el receptor multimodal comprende un receptor de sistema de posicionamiento por satélite.