Dispositivo de radar aerotransportado multifunción de banda ancha con una amplia cobertura angular que permite la detección y el seguimiento.

Dispositivo de radar aerotransportado que permite la detección de blancos para la implementación de una función (50) de detección y de evitación de obstáculos,

que comprende una pluralidad de módulos (41) de antenas, al menos un módulo (41) de antena que comprende un módulo (411, 520) de emisión, y al menos un módulo (41) de antena que comprende un módulo (412, 510) de recepción, estando los módulos (41) de antenas fijos con respecto a la aeronave (1) dispuestos en la superficie de la aeronave (1), caracterizado porque el dispositivo (50) de radar funciona en modos activo y pasivo, formando los módulos (41) de antenas unos haces de emisión y de recepción con una anchura y unas características adaptadas a la dirección considerada.

Dispositivo de radar aerotransportado multifunción de banda ancha con una amplia cobertura angular que permite la detección y el seguimiento

La presente invención se refiere a un dispositivo de radar multifunción aerotransportado de banda ancha con una amplia cobertura angular que permite la detección y el seguimiento para una función de detección y de evitación de obstáculos. Esta se aplica en particular al campo de los radares aerotransportados y, de manera más particular, al campo de los radares que permiten la realización de una función de detección y evitación de obstáculos, habitualmente designada según la terminología anglosajona "Sense and Avoid".

Vehículos aéreos con vuelo asistido, e incluso vehículos aéreos sin piloto, comúnmente designados con el acrónimo UAV procedente de la terminología anglosajona "Unmanned Aircraft Vehicles", o también con el término "drones", circulan actualmente en zonas aisladas. Sin embargo, el espacio de Circulación Aérea General, habitualmente designado con el acrónimo CAG y por el cual se desplazan en particular aeronaves civiles, está abocado a poblarse con un número creciente de vehículos de los tipos mencionados. Es, por consiguiente, necesario que estas aeronaves se puedan desplazar en todas las clases de espacio, y atravesar fronteras, sin representar por ello un riesgo para las personas. De este modo, estas aeronaves deben demostrar un nivel de seguridad al menos igual al de las aeronaves que llevan un piloto a bordo, ya estén pilotadas, preprogramadas o bien funcionen de manera totalmente autónoma. Los drones deben, en particular, implementar un sistema de tipo "Sense and Avoid", que les permite la detección de objetos que se presentan potencialmente como obstáculos en su desplazamiento, y la implementación de procedimientos de evitación llegado el caso. Un sistema de tipo "Sense and Avoid" se basa en una función "sense" de detección y de seguimiento, así como en una función "avoid" de evitación, la cual debe modificar de forma preventiva la ruta de la aeronave en una zona de protección, tradicionalmente definida por una esfera centrada en la aeronave, con un radio de 1500 m. Esta función de evitación, para los equipos cooperativos, la realiza el TCAS, siglas que corresponden al término anglosajón "Traffic Alert Collision Avoidance System", o bien el T2CAS, siglas que corresponden al término anglosajón "Terrain and Traffic Collision Avoidance System" si la detección del suelo se integra mediante un acoplamiento con los datos suministrados por un radio-altímetro con el que la aeronave está equipada.

Un sistema de tipo "Sense and Avoid" puede presentar un riesgo para la seguridad de las personas, y debe por consiguiente cumplir con unas estrictas exigencias en términos de fiabilidad y de eficacia. Dichas exigencias se especifican en algunas normas, por ejemplo en la norma STANAG4671 de la OTAN. Resulta en particular necesario que un sistema de tipo "Sense and Avoid" tenga una cobertura angular al menos equivalente a la cobertura visual de un piloto humano, esto es, de manera tradicional, alrededor de ± 110o en azimut y alrededor de ± 20° en elevación. También se exige que el sistema sea eficaz sean cuales sean las condiciones meteorológicas. Todas estas exigencias se traducen en especificaciones del sistema de radar aerotransportado, y determinan en particular los rendimientos angulares de este, así como el alcance, debiendo tomar en consideración el tiempo de actualización de la información. Estas exigencias exigen en particular la elección de un equilibrio entre el alcance y el tiempo de actualización de la información, en un sector angular muy amplio.

Los sistemas de radares con los que están equipadas las aeronaves conocidas del estado de la técnica comprenden en particular al menos una antena mecánica giratoria o con barrido electrónico. Dichos sistemas funcionan a una elevada frecuencia, y disponen por consiguiente de un haz fino. De este modo, permiten un seguimiento preciso, pero por el contrario su velocidad de barrido debe ser extremadamente elevada, de tal modo que cubra el amplio sector angular requerido a un ritmo suficiente. Además, dichos sistemas presentan el inconveniente de precisar una excrecencia en la estructura del dron, que acoge la estructura de antena motorizada o con barrido electrónico. Este inconveniente tiene como consecuencia limitaciones aerodinámicas y/o de tamaño. Igualmente, la estructura de la aeronave incorpora sistemáticamente elementos tales como un tren de aterrizaje, alas, etc. que representan otras tantas máscaras, que exigen una posición casi única de la estructura de antena. Esta posición se sitúa habitualmente en el morro de la aeronave, que es la parte más expuesta a los choques, por ejemplo en caso de impacto de pájaros. Al estar centralizada la estructura de la antena en este nivel, un choque en el morro de la aeronave puede por tanto provocar una pérdida total de la función de "Sense and Avoid". La redundancia de dicho sistema es, además, delicada, e incluso imposible de realizar en la práctica.

Otro inconveniente de los sistemas conocidos del estado de la técnica se basa en el hecho de que estos no permiten la realización de una pluralidad de funciones basadas en la misma arquitectura material. En particular, el segmento radar de los sistemas previstos para realizar la función de "Sense and Avoid" en los drones funciona en una banda milimétrica, tradicionalmente en las bandas Ka o Ku. Ahora bien, la banda Ka, por ejemplo, no permite una detección de las condiciones meteorológicas, al no poder los radares de haz estrecho y con barrido permitir la realización simultánea de más de una función. De este modo, un radar con barrido no permite, por ejemplo, detectar de forma fiable un radar meteorológico, que funciona a su vez con barrido, ya que la probabilidad de interceptación de las señales es baja.

Otro inconveniente de los sistemas conocidos del estado de la técnica también se basa en el hecho de que un barrido de la antena tienen como consecuencia una probabilidad de detección de los obstáculos relativamente baja. Además, los sistemas conocidos del estado de la técnica no permiten una jerarquización de la peligrosidad de los

blancos detectados. En estos sistemas, el seguimiento de los blancos solo se puede realizar en modo muestreo, con por consiguiente riesgos de confusión, principalmente en presencia de ecos parásitos a nivel de tierra, o bien de vehículos terrestres. Estos sistemas permiten una focalización sobre unos blancos particulares, mediante el paso de un modo de vigilancia a un modo de seguimiento, sin embargo dicho paso afecta a la detección de nuevos blancos potencialmente peligrosos.

De este modo, el seguimiento de blancos múltiples, o seguimiento "multiblanco", está limitado por las limitaciones mecánicas impuestas a la antena. Se puede recurrir a unas velocidades de barrido muy elevadas, por ejemplo unos tiempos de barrido inferiores a 2 segundos, sin embargo esto implica una reducido tiempo de integración en el blanco, y requiere el empleo de elevadas potencias de emisión. Por consiguiente, en los sistemas conocidos del estado de la técnica, al ser largos los tiempos de segunda observación, y al ser corto el tiempo de integración en el blanco, no es posible para la cadena de recepción resolver las carencias ligadas al barrido. Las potencias de emisión necesarias para el cumplimiento de la función de "Sense and Avoid" son, por lo tanto, importantes, con los siguientes inconvenientes:

- un gran consumo;

- la necesidad de un funcionamiento del radar en modo pulsado;

- la necesidad de recurrir a unas frecuencias de funcionamiento más elevadas, con el objetivo de permitir una segregación espacial satisfactoria, en detrimento del rendimiento;

- la dificultad de garantizar una disipación térmica eficaz, al estar el emisor centralizado;

- la necesidad de destinar el morro de la nave, de una manera tradicional, a la implementación de la función de "Sense and Avoid";

- la dificultad de garantizar una inmunidad satisfactoria a las radiaciones electromagnéticas, a causa de la fuerte potencia de emisión;

- la dificultad de hacer seguro un sistema que se basa en elementos en movimiento con una criticidad mayor;

- el barrido de la antena tiene como consecuencia un seguimiento discontinuo de los blancos, al muestrearse estos al ritmo del barrido. También es necesario asociar a cada barrido los ecos detectados en las pistas correspondientes, incluso durante los giros del portador, salvo si el sistema inercial de este último está integrado en el sistema de seguimiento, siendo entonces el sistema inercial crítico para la función de "Sense and Avoid";

- las limitaciones... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de radar aerotransportado que permite la detección de blancos para la ¡mplementación de una función (50) de detección y de evitación de obstáculos, que comprende una pluralidad de módulos (41) de antenas, al menos un módulo (41) de antena que comprende un módulo (411, 520) de emisión, y al menos un módulo (41) de antena que comprende un módulo (412, 510) de recepción, estando los módulos (41) de antenas fijos con respecto a la aeronave (1) dispuestos en la superficie de la aeronave (1), caracterizado porque el dispositivo (50) de radar funciona en modos activo y pasivo, formando los módulos (41) de antenas unos haces de emisión y de recepción con una anchura y unas características adaptadas a la dirección considerada.

2. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los módulos (41, 510, 520) de antenas son conformes con la superficie de la aeronave (1).

3. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los módulos (41) de antenas son planos.

4. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los módulos (41) de antenas están dispuestos sobre el revestimiento de la aeronave (1).

5. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los módulos (41) de antenas están dispuestos bajo el revestimiento de la aeronave (1).

6. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque funciona en banda X, en modo secuencial o en modo continuo.

7. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los módulos (41) de antenas están dispuestos en un bloque unitario adaptado para ser fijado en el morro (20) de la aeronave (1).

8. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los módulos (41) de antenas están dispuestos de manera distribuida en las diferentes partes de la superficie de la aeronave (1).

9. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, unos medios (52) de tratamiento que reciben unos módulos (412, 510) de recepción y que envían los datos tratados a los módulos (411, 520) de emisión, y que producen unos datos de seguimiento de los blancos detectados en los modos activo y pasivo.

10. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los medios (52) de tratamiento envían unos datos a los módulos (411, 520) de emisión adaptados para formar haces que se diferencian de acuerdo con las diferentes zonas angulares de detección definidas cerca de la aeronave (1).

11. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está adaptado para emplearse como un radar meteorológico durante unas ventanas temporales determinadas.

12. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque los medios (52) de tratamiento reciben, además, unos datos (54) relativos a la aeronave (1) que comprenden Informaciones relativas a su altitud, su velocidad y/o su actitud, explotadas dinámicamente por los medios (52) de tratamiento.

13. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque se define una primera zona (31) angular de detección delante de la aeronave (1), mediante una abertura angular a ambos lados del eje principal de la aeronave (1) en el plano principal de la aeronave (1), definiéndose una segunda zona (32) angular de detección mediante una representación en el plano principal de la aeronave (1) que se extiende desde el límite de dicha primera zona de detección hasta la perpendicular al eje principal de la aeronave (1), extendiéndose una tercera zona (33) angular de detección sustancialmente por detrás de la aeronave (1) desde el límite de dicha segunda zona (32) angular de detección.

14. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque los medios (52) de tratamiento hacen que varíen dinámicamente la forma de la onda de emisión, los tiempos de integración y/o los módulos (510, 520) de antenas utilizados en función de los datos (54) relativos a la aeronave (1).

15. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque los medios (52) de tratamiento producen una ventana temporal durante la cual el dispositivo (50) de radar aerotransportado se sintoniza con la frecuencia de los radares meteorológicos aerotransportados, lo que permite su detección.

16. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque los medios (52) de tratamiento están adaptados para detectar el fallo de un módulo (41) de antena y para modificar llegado el caso los haces formados por los módulos (41) de antenas adyacentes de tal modo que se compense la pérdida de detección ocasionada.

17. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16,

caracterizado porque los medios (52) de tratamiento comprenden una caja (521) de herramientas que generan los datos relativos a la función de detección y evitación, que comprenden las pistas filtradas, los blancos pasivos detectados, las detecciones de radares meteorológicos aerotransportados, las asociaciones de blancos, los tiempos de reacción requeridos, los puntos y ángulos de colisión predichos, las detecciones de nubes frontales, la altitud

calculada de la aeronave (1) y/o las detecciones frontales de pájaros.

18. Dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17, caracterizado porque está adaptado para controlar un dispositivo de evitación instalado a bordo de la aeronave (1).

19. Sistema (1) de aterrizaje automático para aeronave, que comprende un dispositivo (50) de radar aerotransportado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y al menos una baliza (71)

radioeléctrica en tierra cerca de una pista (70) de aeropuerto, caracterizado porque el dispositivo de radar aerotransportado está configurado, durante unas ventanas temporales determinadas, para emitir y/o recibir unas señales específicas respectivamente con destino a y/o procedentes de las balizas (71) radioeléctricas en tierra.