Planificación de transmisión para sistemas de tierra ADS-B.

Un método para radiodifundir mensajes en un sistema (100) de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente

Automático - (ADS-B),

que comprende:

detectar (204) que un nuevo objetivo (105a) ha entrado en el espacio aéreo controlado;

identificar los clientes relevantes (206) para el nuevo objetivo;

seleccionar un primer conjunto de estaciones de tierra (208) que comprende unas estaciones de tierra cuyas transmisiones de mensajes radiodifundidas pueden ser satisfactoriamente recibidas por cada uno de los clientes relevantes;

calcular (210) un segundo conjunto de estaciones de tierra desde, al menos, el primer conjunto de estaciones de tierra, el primer conjunto de estaciones de tierra comprende menos estaciones de tierra que un número de estaciones de tierra en el primer conjunto de estaciones de tierra, y el segundo conjunto de estaciones de tierra es suficiente para alcanzar todos los clientes relevantes por medio de mensajes radiodifundidos; y

radiodifundir mensajes que contienen información sobre el nuevo objetivo (105a) solamente desde las estaciones de tierra en el segundo conjunto de estaciones de tierra.

Planificación de transmisión para sistemas de tierra ADS-B CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al control del tráfico aéreo, y más particularmente a los sistemas y métodos relacionados con las transmisiones de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El ADS-B es un sistema nuevo de control del tráfico aéreo que puede añadirse o incluso sustituir a los sistemas de radar convencionales. El ADS-B utiliza la tecnología del Sistema de Navegación Global por Satélite ("GNSS") y emplea unos enlaces de radiodifusión de comunicaciones relativamente simples. Para un avión dado, la información precisa de la posición procedente del GNSS se combina con otra información del avión tal como la velocidad, dirección, altitud, y número de vuelo. Estos datos combinados (colectivamente "información") son después radiodifundidos simultáneamente a otro avión con capacidad de ADS-B y a las estaciones de tierra o transceptores por satélite, que pueden posteriormente retransmitir la información a los centros de Control de Tráfico Aéreo ("ATC"), y/o de vuelta a otro avión con capacidad de ADS-B. Típicamente, un sistema ADS-B comprende una pluralidad de estaciones de tierra interconectadas para recibir y volver a radiodifundir una información con respecto a un avión o aeronaves individuales.

Como se ha observado, y como se muestra en la Figura 1, en un sistema ADS-B una información sobre la situación y otros "valores discretos" (por ejemplo, velocidad, dirección, altitud, etc.) de aeronaves (conocidos como "objetivos") puede ser reunida por muchas estaciones de tierra. La información puede ser recogida a partir de las transmisiones recibidas directamente del objetivo propiamente dicho (cuando el objetivo tiene el equipo necesario) o de otros sistemas de vigilancia tales como los radares legados. Las estaciones de tierra intercambian información a través de los enlaces terrestres o por radio y a continuación las estaciones de tierra radiodifunden mensajes sobre la posición actual y valores discretos del objetivo al avión con capacidad de ADS-B (conocidos como "clientes").

Para que el sistema funcione de forma efectiva es crítico que los clientes reciban radiodifusiones al día y puntual sobre los objetivos. No obstante, el espectro de radiodifusión ADS-B está muy lleno, lo que da lugar una mayor interferencia y a una calidad general más baja de recepción de los clientes.

El estado actual de la técnica con respecto a la radiodifusión de mensajes de la estación de tierra se describe en varias patentes cedidas a Rannoch Corporation, que incluyen la Patente de EEUU 6.567.043 B2, la Patente de EEUU 6.633.259 B1, y la Patente de EEUU 6.806.829 B2. Estas patentes describen una técnica por medio de la cual un sistema envía a cada cliente radiodifusiones a través de una estación de tierra con la mejor recepción en el cliente. Tal estación de tierra puede estar en la línea de visión del cliente, puede tener la mayor probabilidad de recepción en el cliente dado, o puede simplemente ser la más cercana al cliente.

El documento WO 02/08784 describe una aplicación de un sistema de vigilancia de tipo ADS-B en el que el uso de recursos de VHF está limitado y optimizado.

Un defecto significativo de la planificación de la radiodifusión descrito en estas patentes es la posibilidad de un nivel alto de duplicación de radiodifusiones. Más específicamente, con referencia a la Figura 1, suponiendo que la estación de tierra 110a tiene la mejor recepción en el cliente 105a, mientras que la estación de tierra 110b tiene la mejor recepción en el cliente 105b, aunque la estación 110b puede ser recibida por el cliente 105a. En el esquema de la técnica anterior, ambas estaciones de tierra 110a y 110b radiodifunden el mismo mensaje. Dado, por ejemplo, un espacio de aeropuerto lleno y la operación de las técnicas de radiodifusión de mensajes ADS-B existentes, el nivel de duplicación podría ser bastante alto, lo que disminuiría la calidad general de las comunicaciones del tráfico aéreo.

Existe por lo tanto la necesidad de mejorar la infraestructura de la ADS-B, y particularmente la Infraestructura relacionada con las transmisiones o radiodifusiones de los mensajes de la estación de tierra.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con unas realizaciones de la presente invención definida en la reivindicación 1 del método así como en la reivindicación 16 del sistema correspondiente, de un sistema de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B) o de un sistema para determinar un subconjunto de estaciones de tierra desde una pluralidad de estaciones de tierra para radiodifundir mensajes sobre un avión objetivo, el número de mensajes radiodifundidos por la estación de tierra se mantiene en un mínimo mediante el uso de al menos varias metodologías diferentes descritas en dichas reivindicaciones y reivindicaciones dependientes. A pesar de que se pueden radiodifundir menos mensajes en comparación con las técnicas anteriores, la información sobre los objetivos es sin embargo proporcionada a todos los clientes.

Los anteriores intentos de reducir el número de mensajes radiodifundidos por la estación de tierra han emparejado clientes y estaciones de tierra basándose en un mejor algoritmo de recepción. Esto es, la estación de tierra que

proporciona la mejor recepción a un cliente dado es designada para radiodifundir mensajes ADS-B a ese cliente. Otras estaciones de tierra no necesitan radiodifundir los mismos mensajes. A menudo, la estación de tierra que está más cerca al cliente terminará siendo la estación de tierra designada para ese cliente. En lugar de este enfoque, para cada cliente las realizaciones de la presente invención separan las estaciones de tierra en dos grupos: un primer grupo que incluye las estaciones de tierra que tienen una recepción satisfactoria en el cliente, y un segundo grupo que incluye las restantes estaciones de tierra que no tienen una recepción satisfactoria en el cliente. De acuerdo con los principios generales de la presente invención, un cliente debería recibir radiodifusiones desde las estaciones de tierra en el primer grupo solamente, y por otra parte, recibir radiodifusiones solamente sobre objetivos que son relevantes a ese cliente.

De acuerdo con las características de la presente invención, para cada objetivo se ha determinado qué clientes son relevantes para este objetivo. Esto es, se ha determinado qué clientes deberían recibir los mensajes sobre este objetivo (ya que no todos los clientes necesariamente necesitan conocer todos los objetivos que se están siguiendo). Por lo tanto se determina a continuación un conjunto apropiado de estaciones de tierra para radiodifundir estos mensajes. Un conjunto de estaciones de tierra optimizado debería preferiblemente satisfacer dos criterios:

cada cliente relevante puede recibir radiodifusiones desde al menos una estación de tierra en el conjunto de estaciones de tierra;

el número de estaciones de tierra en el conjunto de estaciones de tierra es mínimo.

Como los conjuntos óptimos respectivos de las estaciones de tierra para los diferentes objetivos son independientes entre sí, la búsqueda de conjuntos óptimos puede ser realizada en paralelo, lo que de este modo reduce el tiempo de trabajo total de la metodología. La búsqueda de un conjunto óptimo se realiza preferiblemente de un modo rápido ya que la situación en una aplicación de control del tráfico aéreo típica cambia constantemente. Más específicamente, y a modo de ejemplo solamente, suponiendo una zona de seguridad de 27,78 km (15 millas náuticas) alrededor de un cliente y una velocidad de 926 km/h (500 nudos), 15*60/500 = 1,8 minutos para un cambio completo de vecindad. De este modo la búsqueda de un conjunto óptimo es preferiblemente del orden de segundos hasta uno o varios minutos.

Las realizaciones de la presente invención proporcionan varios enfoques posibles para calcular conjuntos de estaciones de tierra: una técnica relativamente lenta que está garantizada para encontrar la mejor solución, una técnica mucho más rápida que encuentra una solución buena (pero no necesariamente la mejor), y una serie técnicas intermedias que cambian velocidad por optimización en diversos grados. Dependiendo del número de estaciones de tierra, uno puede aplicar la técnica lenta, la técnica rápida, o una metodología adaptatlva que determine, en cada iteración, una estrategia mejor (o más deseable) para continuar la búsqueda.

Estas técnicas disminuyen de forma significativa la duplicación de radiodifusiones inherente al estado actual de la técnica, y por lo tanto mejoran la calidad de las comunicaciones... [Seguir leyendo]

1. Un método para radiodifundir mensajes en un sistema (100) de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B), que comprende:

detectar (204) que un nuevo objetivo (105a) ha entrado en el espacio aéreo controlado; identificar los clientes relevantes (206) para el nuevo objetivo;

seleccionar un primer conjunto de estaciones de tierra (208) que comprende unas estaciones de tierra cuyas transmisiones de mensajes radiodifundidas pueden ser satisfactoriamente recibidas por cada uno de los clientes relevantes;

calcular (210) un segundo conjunto de estaciones de tierra desde, al menos, el primer conjunto de estaciones de tierra, el primer conjunto de estaciones de tierra comprende menos estaciones de tierra que un número de estaciones de tierra en el primer conjunto de estaciones de tierra, y el segundo conjunto de estaciones de tierra es suficiente para alcanzar todos los clientes relevantes por medio de mensajes radiodifundidos; y

radiodifundir mensajes que contienen información sobre el nuevo objetivo (105a) solamente desde las estaciones de tierra en el segundo conjunto de estaciones de tierra.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la detección (204) de que un nuevo objetivo ha entrado en el espacio aéreo controlado comprende la recepción de una transmisión ADS-B desde el nuevo objetivo.

3. El método de la reivindicación 1, en donde la detección (204) de que un nuevo objetivo ha entrado en el espacio aéreo controlado comprende la detección del nuevo objetivo (105a) mediante el uso del radar.

4. El método de la reivindicación 1, que además comprende generar (300) una lista de clientes relevantes para cada uno de una pluralidad de objetivos (105a, 105b,...).

5. El método de la reivindicación 1, que además comprende realizar el método en paralelo para una pluralidad de

objetivos.

6. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo comprende:

(a) seleccionar (701), del primer conjunto de estaciones de tierra, una estación de tierra con la mayor cobertura de clientes relevantes; y

(b) determinar (703) si dicha estación de tierra con la mayor cobertura de clientes relevantes cubre todos los clientes relevantes.

7. El método de la reivindicación 6, que además comprende:

(c) seleccionar (705), del primer conjunto de estaciones de tierra, un par de estaciones de tierra con la mayor cobertura de clientes relevantes; y

(d) determinar si dicho par de estaciones de tierra con la mayor cobertura de clientes relevantes cubre todos los clientes relevantes.

8. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo comprende:

(a) seleccionar (801), del primer conjunto de estaciones de tierra, una estación de tierra con el mayor número de clientes relevantes cubiertos;

(b) añadir (803) dicha estación de tierra con el mayor número de clientes relevantes cubiertos a una lista de estaciones de tierra para radiodifundir mensajes; y

(c) determinar (805) si dicha estación de tierra con el mayor número de clientes relevantes cubiertos cubre todos los clientes relevantes.

9. El método de la reivindicación 8, que además comprende:

(d) seleccionar, del primer conjunto de estaciones de tierra, una estación de tierra con el siguiente número mayor de clientes relevantes cubiertos;

(e) añadir dicha estación de tierra con el siguiente número mayor de clientes relevantes cubiertos a la lista de las estaciones de tierra; y

(f) determinar si dicha estación de tierra con el número mayor de clientes relevantes cubiertos y dicha estación de tierra con el siguiente número de clientes relevantes cubiertos conjuntamente cubren todos los clientes relevantes.

10. El método de la reivindicación 1, en donde dicho cálculo comprende:

(a) establecer una primera profundidad de búsqueda que representa un número de estaciones de tierra para ser considerada juntamente en la determinación de los clientes relevantes cubiertos;

(b) seleccionar (901) del primer conjunto de estaciones de tierra una estación de tierra con el mayor número de clientes relevantes cubiertos;

(c) seleccionar (907) del primer conjunto de estaciones de tierra un número de estaciones de acuerdo con la primera profundidad de búsqueda k e identificar los clientes relevantes asociados con dicho número de estaciones de tierra de acuerdo con la primera profundidad de búsqueda k; y

(d) determinar (905) si los clientes relevantes cubiertos por dicha estación de tierra con el mayor número de clientes relevantes cubiertos y dicho número de estaciones de tierra de acuerdo con una primera profundidad de búsqueda k cubren conjuntamente todos los clientes relevantes.

11. El método de la reivindicación 10, que además comprende determinar si la primera profundidad de búsqueda k es mayor que un valor predeterminado.

12. El método de la reivindicación 10, que además comprende incrementar un valor de la primera profundidad de búsqueda k para proporcionar una segunda profundidad de búsqueda k y repetir los pasos (b)-(d) con la segunda profundidad de búsqueda k.

13. El método de la reivindicación 10, que además comprende ajustar dinámicamente la primera profundidad de búsqueda k basándose en un número de estaciones de tierra en el primer grupo de estaciones de tierra.

14. El método de la reivindicación 1, en donde la identificación de una pluralidad de clientes relevantes comprende determinar si el avión objetivo seleccionado está situado dentro de un volumen predefinido alrededor de clientes potenciales.

15. El método de la reivindicación 1, en donde los mensajes son mensajes en un sistema (100) de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B).

16. Un sistema para controlar cuál de una pluralidad de estaciones de tierra (110a...110e) debería radiodifundir mensajes en un sistema (100) de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B), en donde el sistema comprende:

una pluralidad de estaciones de tierra interconectadas (110a...11 Oe); y

un controlador (115) en comunicación con cada una de las estaciones de tierra, en donde el controlador está configurado para:

detectar que un objetivo (105a) ha entrado en el espacio aéreo controlado; identificar los clientes relevantes (105b, 105c) para el objetivo;

seleccionar un primer conjunto de estaciones de tierra de la pluralidad de estaciones de tierra interconectadas, y el primer conjunto de estaciones de tierra comprende las estaciones de tierra cuyas transmisiones de mensajes radiodifundidos pueden ser satisfactoriamente recibidas por cada uno de los clientes relevantes; y

calcular un segundo conjunto de estaciones de tierra de, al menos, el primer conjunto de estaciones de tierra, el segundo conjunto de estaciones de tierra comprende menos estaciones de tierra que un número de estaciones de tierra en el primer conjunto de estaciones de tierra, y el segundo conjunto de estaciones de tierra es suficiente para alcanzar todos los clientes relevantes por medio de los mensajes radiodifundidos.

17. El sistema de la reivindicación 16, que además comprende una base de datos en comunicación con el controlador (115).

18. El sistema de la reivindicación 16, en donde el controlador (115) está configurado además para identificar clientes relevantes determinando si el objetivo está situado dentro de un volumen predeterminado que rodea a un cliente potencial.

19. El sistema de la reivindicación 16, en donde el volumen predeterminado es un cilindro.

20. El sistema de la reivindicación 16, en donde los mensajes son mensajes de Radiodifusión de Vigilancia Dependiente Automático - (ADS-B).

21. El sistema de la reivindicación 16, en donde dicho controlador está además configurado para realizar los pasos del método de las reivindicaciones 6 a 13.