Verificación de validez de información de posición de un vehículo.

Un procedimiento de validación de datos recibidos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos,

en elque los vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5')en mensajes en Modo S ES, que son mensajes ADS-B en conformidad con el formato en Modo S ES,caracterizado porque comprende las etapas de:

recibir (S1), con una disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica de una unidad (3) de recepción, unaseñal (13; 13', 13") que transporta datos de posición que comprenden un mensaje en Modo S ES, que indicanuna posición supuesta (PADS-B(5); PADS-B(5'), PADS-B(15")) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5', 15")de radio, y

1estimar (S2) el azimut desde la unidad (3) de recepción hasta dicha fuente (5; 5', 15") de radio utilizandodicha disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica y la señal recibida (13; 13', 13");

estimar (S3), por medio de equipos de medición de la distancia, siendo al menos uno de los equipos de radarprimario (19, 31), de los equipos de detección y de medición de distancias por láser [LADAR] (33), y delequipo de radar secundario de vigilancia (19, 35), la distancia entre la unidad (3) de recepción y la fuente (5;5', 15") de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal que se propaga entre las mismas a unavelocidad conocida;

calcular (S4) una posición estimada (PEST(5); PEST(5'), PEST(15")) de la fuente (5; 5', 15") de radio con base en elazimut estimado y en la distancia estimada, y

determinar (S5) un valor de desviación que indique la desviación/coincidencia entre la posición supuesta(PADS-B(5); PADS-B(5'), PADS-B(15")) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada(PEST(5); PEST(5'), PEST(15")) de la fuente (5; 5', 15") de radio.

Verificación de validez de información de posición de un vehículo

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de la vigilancia de tráfico y, más en particular, a un procedimiento de validación de datos de posición que indican supuestamente la posición de un vehículo.

Técnica antecedente Vigilancia de tráfico y gestión de tráfico En la actualidad, la vigilancia del tráfico aéreo está gestionada por sistemas de control de tráfico aéreo (ATC) utilizando radares primarios y secundarios. Los sistemas de ATC en desarrollo en la actualidad utilizan técnicas distintas o complementarias en la vigilancia del tráfico aéreo. Un sistema tal es el denominado radiodifusión de vigilancia dependiente automática (ADS-B) que se espera que, a la larga, sustituya progresivamente los sistemas actuales como una fuente de información de ATC.

La idea básica del sistema de ADS-B es que todas las aeronaves radiodifundan su propio vector de estado, que comprende información de posición y de estado, a todas las aeronaves y a las estaciones terrestres cercanas. Por lo tanto, cada aeronave tiene una imagen completa del tráfico circundante y el tráfico cercano a una estación terrestre puede ser monitorizado en tierra.

El enlace de datos instalado en un avión (transpondedor) , que permite la funcionalidad concebida, es central para el concepto de ADS-B. En la actualidad existen tres tipos distintos de enlaces de datos que están siendo considerados: Modo S ES, Modo 4 VDL y UAT.

El Modo S ES es una extensión del sistema convencional de radar secundario de vigilancia en Modo S. El Modo 4 VDL es un estándar recién desarrollado para un transpondedor de enlace de datos compatible con los requerimientos de ADS-B. Solo se considera UAT para la aviación general en los EE. UU.

Evitación de colisiones y provisión de separación En la actualidad, la evitación de colisiones y la provisión de separación están mecanizadas por los controladores de tráfico aéreo, los pilotos o el sistema TCAS. La característica básica en el sistema TCAS es el uso de transpondedores y antenas. Una explicación muy simplificada del sistema TCAS es que envía una solicitud desde el transpondedor. Si hay otra aeronave en el entorno se devuelve una respuesta al sistema TCAS que entonces conoce la distancia hasta la otra aeronave (al medir el tiempo desde la solicitud hasta la respuesta recibida) y normalmente también en qué dirección está ubicada la otra aeronave (al utilizar una antena direccional) . Entonces, el sistema TCAS utiliza esta información para emitir avisos y maniobras sugeridas de resolución si se determina que son necesarios.

Una desventaja de los sistemas TCAS actuales son las incertidumbres en la posición relativa determinada (especialmente a grandes distancias) debidas a las incertidumbres en las antenas direccionales y las distancias estimadas hasta las aeronaves circundantes. Estas incertidumbres pueden tener como resultado avisos molestos procedentes del sistema. Por lo tanto, los sistemas TCAS actuales no son considerados candidatos adecuados para futuros sistemas anticolisión y/o de provisión de separación.

El sistema de ADS-B y su posibilidad de proporcionar automáticamente a cada aeronave información relacionada con el tráfico circundante desarrollan la funcionalidad, tal como una provisión de separación y una evitación de colisiones automáticas o semiautomáticas. Estas funciones son particularmente importantes en un control del vuelo de vehículos aéreos no tripulados (UAV) pero también pueden ser importantes como una característica preventiva en aeronaves pilotadas.

Considerando los inconvenientes conocidos del TCAS, la ADS-B parece un candidato muy adecuado para futuros sistemas para la evitación de colisiones y la provisión de separación utilizando combinaciones de sensores tales como, por ejemplo, cámaras, radar y transpondedores de ADS-B. A veces, los sistemas de vigilancia de aeronaves instalados en aeronaves para la evitación de colisiones y la provisión de separación son denominados sistemas de detección y evitación.

Desafortunadamente, los actuales sistemas de ADS-B adolecen de una desventaja. Se tiene que confiar en que la información de posición recibida procedente de tráfico aéreo circundante es correcta. Esto es tanto un problema de protección como de seguridad, de protección en el sentido de que si el sistema transmisor emite una posición errónea puede provocar una situación peligrosa, y de seguridad en el sentido de que el sistema llega a ser propenso a un uso malicioso al emitir informes de posición falsificados.

Por ejemplo, si un mensaje de ADS-B indica una posición errónea de la aeronave desde la que es transmitido, las decisiones tomadas con base en ese mensaje de ADS-B pueden tener consecuencias devastadoras. Un operario de un sistema de ATC basado en datos de ADS-B o un piloto/piloto automático de una aeronave que utiliza un sistema de vigilancia de aeronaves basado en ADS-B puede ser engañado para dar instrucciones/controlar una aeronave hacia la aeronave, en vez de a alejarse de la misma, que transmite el mensaje erróneo de ADS-B.

Sumario Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de vigilancia de vehículos que sea menos propenso a errores y menos sensible a un uso malicioso.

Se consigue este objetivo por medio de un procedimiento para validar datos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos, en el que los vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a los vehículos circundantes en mensajes en Modo S ES, ateniéndose los mensajes ADS-B al formato en Modo S ES. El procedimiento implica las etapas de:

recibir, con una disposición de antena radiogoniométrica de una unidad de recepción, una señal que transporta datos de posición que comprenden un mensaje en Modo S ES, que indican una posición supuesta de un vehículo, transmitida desde una fuente de radio;

estimar el azimut, o marcación, desde la unidad de recepción hasta dicha fuente de radio, utilizando dicha disposición de antena radiogoniométrica y la señal recibida;

estimar, por medio de equipos de medición de la distancia, siendo al menos uno de los equipos de radar primario, de los equipos de detección y de medición de distancias por láser, y/o de los equipos de radar secundario de vigilancia, la distancia entre la unidad de recepción y la fuente de radio con base en el tiempo de vuelo de una señal que se propaga entre las mismas a una velocidad conocida;

calcular una posición estimada de la fuente de radio con base en el azimut estimado y la distancia estimada, y

determinar un valor de desviación que indica la desviación/coincidencia entre la posición supuesta de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada de la fuente de radio,

Al estimar el azimut y la distancia hasta una fuente de radio que transmite datos de posición relacionados con una posición supuesta de un vehículo, y al calcular una posición estimada de dicha fuente de radio con base en el azimut y en la distancia estimados, el anterior procedimiento proporciona una forma para determinar si la fuente de radio está ubicada realmente en la posición dada por los datos de posición que transmite.

Dado que se utiliza el procedimiento en un sistema de comunicación automática de vigilancia de vehículos, lo que significa que cada vehículo transmite datos de posición que indican su propia posición, una desigualdad entre la posición supuesta de un vehículo según los datos recibidos y la posición estimada de la fuente de radio indica que algo no está bien y que no puede confiarse de forma indiscriminada en los datos recibidos de posición.

Por lo tanto, se puede utilizar el valor determinado de desviación como un indicador de la fiabilidad de los datos recibidos de posición.

El equipo de medición de la distancia es en una realización el equipo de radar primario o equipo de LADAR, y la distancia a la fuente de radio se estima sobre la base del tiempo de vuelo, TOF, de una señal de radar o una señal de impulso de láser de LADAR.

El equipo de medición de la distancia comprende en una realización un radar orientable conectado a medios de control y medios de accionamiento para orientar el radar orientable, que comprende además la etapa de orientar el radar orientable basándose en los datos de posición contenidos en los mensajes en Modo S ES.

El equipo de medición de la distancia es en una realización el equipo de radar secundario de vigilancia y la distancia a la fuente de radio se estima sobre la base del tiempo transcurrido entre la transmisión de una solicitud/interrogación y... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de validación de datos recibidos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos, en el que los vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5’) en mensajes en Modo S ES, que son mensajes ADS-B en conformidad con el formato en Modo S ES,

caracterizado porque comprende las etapas de:

recibir (S1) , con una disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica de una unidad (3) de recepción, una señal (13; 13’, 13”) que transporta datos de posición que comprenden un mensaje en Modo S ES, que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5’, 15”) de radio, y

estimar (S2) el azimut desde la unidad (3) de recepción hasta dicha fuente (5; 5’, 15”) de radio utilizando dicha disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica y la señal recibida (13; 13’, 13”) ; estimar (S3) , por medio de equipos de medición de la distancia, siendo al menos uno de los equipos de radar primario (19, 31) , de los equipos de detección y de medición de distancias por láser [LADAR] (33) , y del equipo de radar secundario de vigilancia (19, 35) , la distancia entre la unidad (3) de recepción y la fuente (5;

5’, 15”) de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal que se propaga entre las mismas a una velocidad conocida; calcular (S4) una posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el azimut estimado y en la distancia estimada, y determinar (S5) un valor de desviación que indique la desviación/coincidencia entre la posición supuesta

(PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utiliza dicho valor de desviación como un indicador de la fiabilidad de los datos recibidos de posición.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el equipo de medición de la distancia es un equipo de

radar primario (19, 31) o equipo de LADAR (33) y en el que la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio se estima (S2) con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal de radar o una señal de impulso de láser de LADAR.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el equipo de medición de la distancia comprende un radar orientable conectado a medios de control y medios de accionamiento para orientar

el radar orientable, que comprende además la etapa de orientar el radar orientable basándose en los datos de posición contenidos en los mensajes en Modo S ES.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que el equipo de medición de la distancia es el equipo de radar secundario de vigilancia (19, 35) , y en el que la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio se estima (S2) sobre la base del tiempo transcurrido entre la transmisión de una solicitud/interrogación y la recepción de una respuesta.

6. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que el equipo de radar secundario de vigilancia comprende un interrogador (35) , comprende además la etapa de radiodifundir una solicitud de presencia por medio de dicho interrogador (35) inmediatamente tras la recepción de un mensaje en Modo S ES.

7. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos para aplicaciones de vigilancia de vehículos, en el que los vehículos

(3, 5; 5’) transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5’) en mensajes en Modo S ES, ateniéndose los mensajes ADS-B al formato en Modo S ES, caracterizado porque comprende:

medios (21, 23) de estimación del azimut adaptados para recibir una señal (13; 13’, 13”) que transporta datos de posición que comprenden un mensaje en Modo S ES, que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS

B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5’; 15”) de radio, estando adaptados, además, dichos medios (21, 23) de estimación del azimut para estimar (S1) el azimut hasta dicha fuente (5; 5’, 15”) de radio utilizando dicha señal recibida (13; 13’, 13”) ; un equipo de estimación de la distancia, siendo al menos uno de los equipos de radar primario (19, 31) , de los equipos de detección y de medición de distancias por láser [LADAR] (33) , y/o de los equipos de radar

secundario de vigilancia (19, 35) , adaptado para estimar (S2) la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal recibida desde la misma, señal que se propaga a una velocidad conocida; un medio (43) de cálculo adaptado para calcular (S4) una posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el azimut estimado y en la distancia estimada, y

un medio (45) de comparación adaptado para determinar (S5) un valor de desviación que indique la desviación/coincidencia entre la posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5, 15”) , de radio.

8. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 7, en el que el equipo de medición de la distancia es un equipo de radar primario (19, 31) o equipo de LADAR (33) adaptado para estimar (S2) la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal de radar o una señal de impulso de láser de LADAR.

9. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 7 u 8, que comprende además un radar orientable conectado a medios de control y medios de accionamiento para orientar el radar orientable basándose en los datos de posición contenidos en los mensajes en Modo S ES.

10. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 7, en el que el equipo de medición de la distancia es el equipo de radar secundario de vigilancia (19, 35) , adaptado para estimar (S2) la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio sobre la base del tiempo transcurrido entre la transmisión de una solicitud/interrogación y la recepción de una respuesta.

11. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 10, en el que el equipo de radar secundario de vigilancia comprende un interrogador (35) , dispuesto para radiodifundir una solicitud de presencia inmediatamente tras la recepción de un mensaje en Modo S ES.

12. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que comprende, además, un medio discriminante (47) conectado a un módulo (49) de información para informar a un usuario del sistema de tráfico de vehículos circundantes y/o a una unidad (51) de decisión y de maniobra para controlar un vehículo en el que está incluido el sistema (17) , estando adaptado dicho medio discriminante (47) para desechar datos de posición que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo que, según el valor de desviación determinado por el medio (45) de comparación, se desvía sustancialmente de la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) desde la que se recibieron los datos de posición.

13. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12 , en el que dicho medio (19) de estimación del azimut comprende al menos una antena direccional (21) para recibir las señales (13; 13’, 13”) que transportan los datos de posición y circuitería (23) del transceptor conectada a dicha antena direccional (21) para estimar el azimut hasta las fuentes (5; 5’; 15”) de radio desde las que se reciben las señales (13; 13’, 13”) .

14. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, en el que dicho sistema (17) de vigilancia de vehículos está ubicado en una aeronave (3) y es utilizado en un sistema (17) de 30 vigilancia de aeronaves para aplicaciones de provisión de separación y/o de evitación de colisiones.

15. Un vehículo (3, 5; 3, 5’) , caracterizado porque comprende un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14.

16. Una estación terrestre (7) de control de tráfico aéreo [ATC] para la vigilancia del tráfico aéreo, caracterizada porque comprende un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14.