Sistema y método para la prevención de colisiones utilizando una posición interna dentro de una formación cerrada.

Un sistema para la prevención de colisiones en vuelo en formación,

comprendiendo el sistema: medios de transpondedor de enlace de datos, en una primera aeronave, para la recepción de datos de difusión que comprende información de posición de una segunda aeronave; y

medios informáticos TCAS del sistema de prevención de colisiones y alerta de tráfico, en la primera aeronave, para la comunicación con dichos medios de transpondedor de enlace de datos; y para el procesamiento de los datos de difusión recibidos para determinar la posición relativa de la aeronave de la primera y segunda aeronave;

caracterizado por que los medios informáticos TCAS suprimen al menos uno de los avisos de tráfico y avisos de resolución

Sistema y mïtodo para la prevenciïn de colisiones utilizando una posiciïn interna dentro de una formaciïn cerrada

Antecedentes de la invenciïn La presente invenciïn se refiere en general al campo de la aeronïutica para sistemas de prevenciïn de colisiones (CAS) . Mïs especïficamente, la presente invenciïn se refiere en general a sistemas de alerta y prevenciïn de colisiones y los transpondedores de trïfico en el aire. El sistema de prevenciïn de colisiïn que se describe en el presente documento tiene la capacidad de posicionar y separar las aeronaves en una gran formaciïn de vuelo durante, por ejemplo, la noche/condiciones meteorolïgicas instrumentales.

Estimuladas por la colisiïn de dos aeronaves sobre el Gran Caïïn en 1956, las aerolïneas iniciaron un estudio de los conceptos de prevenciïn de colisiones. A finales de 1980, un sistema de anticolisiïn de a bordo ha sido desarrollado con la colaboraciïn de las compaïïas aïreas, la industria de la aviaciïn, y la Administraciïn Federal de Aviaciïn (FAA) . El sistema, denominado Sistema de Alerta de Trïfico y Prevenciïn de Colisiïn II (TCAS II) fue ordenado por el Congreso para ser instalado en la mayorïa de aeronaves comerciales a principios de 1990. Una cronologïa del desarrollo de los sistemas anticolisiïn de a bordo se puede encontrar en "Introduction to TCAS II", impreso por el Administraciïn Federal de Aviaciïn del Departamento de Transporte de EE.UU., marzo 1990.

El desarrollo de un CAS aïreo eficaz ha sido el objetivo de la comunidad de la aviaciïn durante muchos aïos. Sistemas anticolisiïn de a bordo proporcionan protecciïn contra las colisiones con otras aeronaves y son independientes del control del trïfico aïreo basado en tierra. Como es bien apreciada en la industria de la aviaciïn, evitar esas colisiones con otras aeronaves es una tarea muy importante. Por otra parte, la prevenciïn de colisiones es un problema tanto para las aeronaves militares como comerciales por igual. Ademïs, un gran nïmero de interrogantes simultïneos TCAS a partir de elementos de aeronaves en formaciïn cerrada genera interferencia de radiofrecuencia (RF) significativa y, potencialmente, podrïa degradar la efectividad de mantener criterios precisos de posiciïn/de separaciïn con respecto a otras aeronaves y obstïculos. Por lo tanto, para promover la seguridad del transporte aïreo, son altamente deseables los sistemas que eviten la colisiïn con otras aeronaves.

Ademïs de los problemas descritos anteriormente, es deseable que las aeronaves, en concreto aeronaves militares, realicen lanzamientos de precisiïn desde el aire, encuentros, reabastecimientos en vuelo y misiones aire-tierra por la noche y en cualquier condiciïn climïtica, incluyendo condiciones meteorolïgicas instrumentales (IMC) con una baja probabilidad de detecciïn. Ademïs, es deseable que se permita que tan pocas como 2 de estas aeronaves hasta tantas como 250 aeronaves mantener la posiciïn de formaciïn y la separaciïn en alcances seleccionables de 500 pies a 100 nm en todas las altitudes de las Reglas de Vuelo Instrumental (IFR) como se describe en la Directrices para la Planificaciïn de Defensa. Ademïs, el sistema debe ser compatible (principalmente debido a cuestiones de costes) con los sistemas de equipamiento de la estaciïn de mantenimiento actual (SKE) o que no serï capaz de volar en formaciïn IMC con aeronaves equipadas con SKE.

Haciendo referencia a la figura 1, en ella se muestra un diagrama de bloques de un sistema TCAS convencional. Se muestra en la figura 1 una antena direccional TCAS 10, una antena omnidireccional TCAS 11, y una unidad de equipo TCAS 12, que incluye un receptor I2A, un transmisor I2B, y un procesador 12C. Tambiïn se muestran un anunciador aural 13, pantalla de aviso de trïnsito (TA) 14, y pantallas de aviso de resoluciïn 15. Alternativamente, las pantallas de TA y RA se combinan en una pantalla (no mostrada) . El transpondedor se compone de una unidad de transpondedor 16A, un panel de control 16B, y antenas de transpondedor 16C y 16D. La TCAS y el transpondedor operan juntos para funcionar como un sistema de prevenciïn de colisiones. Los expertos en la tïcnica entienden que esto es simplemente ilustrativo de un TCAS convencional. Por ejemplo, muchas otras configuraciones son posibles, tales como la sustituciïn de antena omnidireccional 11 con una antena direccional tal como es conocido por los expertos en la tïcnica. El funcionamiento de la TCAS y sus distintos componentes son bien conocidos por los expertos en la tïcnica y no son necesarios para la comprensiïn de la presente invenciïn.

En un sistema TCAS, tanto el interrogador y el transpondedor estïn en el aire y proporcionan un medio para la comunicaciïn entre aeronaves. El transpondedor responde a la consulta transmitiendo una respuesta que es recibida y procesada por el interrogador. En general, el interrogador incluye un receptor, un convertidor analïgico a digital (A/D) , un cuantificador de vïdeo, un detector de borde de ataque, y un decodificador. La respuesta recibida por el interrogador consiste en una serie de impulsos de informaciïn que pueden identificar la aeronave, o contener la altitud u otra informaciïn. La respuesta es una seïal de posiciïn de pulso modulado (PPM) que se transmite, ya sea en un formato de sistema de baliza de radar de control de trïfico aïreo (ATCRBS) o en un formato de selecciïn de modo (Modo-S) .

Una aeronave equipada con TCAS II puede controlar a otras aeronaves en un plazo aproximado de un radio de 20 millas de la aeronave equipada con TCAS II. (La patente US No. 5.805.111, Mïtodo y aparato para realizar un rango extendido TCAS, describe un TCAS de alcance extendido) . Cuando se determina que una aeronave intrusa es una amenaza, el sistema TCAS II alerta al piloto del peligro y da al piloto el rumbo y la distancia a la aeronave intrusa. Si la amenaza no se ha resuelto y es probable una colisiïn o hay riesgo de colisiïn, entonces el sistema TCAS II informa al piloto para tomar una acciïn evasiva, por ejemplo, subir o bajar para evitar una colisiïn.

En el pasado, sistemas adicionales a los descritos anteriormente han sido desarrollados para proporcionar la prevenciïn de colisiones para aeronaves que vuelan en formaciïn. Un tipo de sistema es proporcionado por AlliedSignal Aerospace y es conocido como sistema de evasiïn de colisiïn de alerta de trïfico mejorado (ETCAS) . El ETCAS proporciona una evasiïn de colisiïn normal y vigilancia, y un modo de formaciïn/bïsqueda para misiones militares especïficas.

El ETCAS de AlliedSignal se queda corto de varias maneras. En primer lugar, una vez que una aeronave se une a la formaciïn, el ETCAS solo o en combinaciïn con cualquier otro sistema de a bordo no mantiene la posiciïn y la separaciïn de las aeronaves dentro de la formaciïn. El ETCAS es simplemente una herramienta de conocimiento de la situaciïn que designa los elementos de formaciïn al recibir el cïdigo Modo 3/A transmitido desde el transpondedor de la aeronave; el ETCAS no hace interfaz con otros sistemas de la aeronave para compensar errores de posiciïn de la formaciïn. El ETCAS es en realidad un sistema de identificaciïn del elemento de la formaciïn de la aeronave y de encuentro que se queda corto como un verdadero sistema de prevenciïn de colisiïn de posicionamiento dentro de la formaciïn. En segundo lugar, la pantalla del indicador de velocidad vertical/alerta de resoluciïn de trïfico (VSI/TRA) del ETCAS no anuncia la velocidad relativa (velocidad-alcance) de la formaciïn de cabeza y el elemento aeronave. El ETCAS es sïlo marginalmente eficaz sin velocidad relativa de la aeronave de la formaciïn anunciada en la pantalla VSI/TRA. Por lo tanto, el piloto no tiene ninguna referencia de la velocidad relativa para mantener la posiciïn de la formaciïn con la aeronave de cabeza, especialmente durante maniobras de giro crïticas. En tercer lugar, la tïcnica de formaciïn/modo de bïsqueda del ETCAS se basa enteramente en los interrogatorios TCAS activos. Los interrogatorios del transpondedor y las respuestas del Modo-S transpondedor resultantes aumentan significativamente la interferencia de recepciïn de RF con una gran formaciïn de aeronaves y podrïan degradar la efectividad de mantener criterios precisos de posiciïn/separaciïn. Ademïs, el aumento del nivel de material compuesto de RF inhibe gravemente que una gran formaciïn atraviese de forma encubierta el espacio aïreo sin ser detectada.

Otro problema se presenta en los sistemas anteriores, en los que la estaciïn de mantenimiento de equipos (SKE) en las aeronaves militares existentes puede soportar una formaciïn de sïlo 16 aeronaves.

Un sistema y un procedimiento definido por las caracterïsticas de pre-caracterizaciïn de las reivindicaciones... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para la prevenciïn de colisiones en vuelo en formaciïn, comprendiendo el sistema: medios de transpondedor de enlace de datos, en una primera aeronave, para la recepciïn de datos de difusiïn que comprende informaciïn de posiciïn de una segunda aeronave; y medios informïticos TCAS del sistema de prevenciïn de colisiones y alerta de trïfico, en la primera aeronave, para la comunicaciïn con dichos medios de transpondedor de enlace de datos; y para el procesamiento de los datos de difusiïn recibidos para determinar la posiciïn relativa de la aeronave de la primera y segunda aeronave; caracterizado por que los medios informïticos TCAS suprimen al menos uno de los avisos de trïfico y avisos de resoluciïn.

2. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los medios informïticos TCAS inhiben la transmisiïn de interrogatorios de aviso de trïfico.

3. El sistema de la reivindicaciïn 2, que comprende ademïs medios, en la primera aeronave, para la visualizaciïn de la posiciïn relativa de la aeronave de la primera y segunda aeronave a un operador de la primera aeronave.

4. El sistema de la reivindicaciïn 3, en el que los medios de visualizaciïn son ademïs para la visualizaciïn de la velocidad relativa de la segunda aeronave.

5. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que dichos medios de transpondedor de enlace de datos permite un enlace de datos de selecciïn de modo.

6. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los datos de difusiïn comprenden datos de vigilancia dependiente automïtica de transmisiïn ADS-B.

7. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los datos de difusiïn comprenden datos del sistema de posicionamiento global.

8. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los datos de difusiïn comprende datos de seïales espontïneas de Modo-S.

9. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los datos de transmisiïn comprenden datos de posiciïn en el aire de seïales espontïneas extendidas.

10. El sistema de la reivindicaciïn 1, en el que los datos de transmisiïn comprende datos de velocidad en el aire de seïales espontïneas extendidas.

11. El sistema de la reivindicaciïn 1, donde los medios informïticos TCAS son ademïs para la actualizaciïn de la posiciïn relativa de la aeronave de la segunda aeronave de conformidad con informaciïn adicional de posiciïn recibida por los medios del transpondedor de enlace de datos.

12. El sistema de la reivindicaciïn 1 en el que:

los medios de transpondedor de enlace de datos son ademïs para transmitir datos de difusiïn de 20 segundos que comprenden informaciïn de posiciïn de la primera aeronave y la identificaciïn de la primera aeronave; y los medios informïticos TCAS estï atenuando ademïs la transmisiïn de los segundos datos de difusiïn.

13. El sistema de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs medios informïticos de misiïn, en la primera aeronave, para la generaciïn de comandos de direcciïn para mantener la separaciïn entre la primera aeronave y la segunda aeronave de conformidad con los datos recibidos desde los medios informïticos TCAS, comprendiendo los datos la posiciïn relativa de la aeronave de la primera y la segunda aeronave.

14. Un procedimiento para evitar colisiones en vuelo en formaciïn, comprendiendo el procedimiento: una etapa para recibir, en una primera aeronave, datos de difusiïn que comprenden la identificaciïn y la posiciïn de una segunda aeronave; una etapa para determinar la posiciïn de la primera aeronave a partir de datos de navegaciïn recibidos; una etapa para determinar la posiciïn relativa de la aeronave de la primera y segunda aeronave de conformidad con la posiciïn de la segunda aeronave y la posiciïn de la primera aeronave; y una etapa para determinar si la identificaciïn de la segunda aeronave corresponde a la identificaciïn de un elemento de la formaciïn; caracterizado por una etapa para suprimir al menos uno de los avisos de trïfico y avisos de resoluciïn.

15. El procedimiento de la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs:

una etapa para el posicionamiento de la segunda aeronave con respecto a la primera aeronave sobre la base de los datos de difusiïn.

16. El procedimiento de la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs:

una etapa para el procesamiento de los datos de difusiïn del ordenador TCAS en un ordenador de la misiïn; y una etapa para la transmisiïn de un resultado del procesamiento por el ordenador de misiïn.

17. El procedimiento de la reivindicaciïn 16, en el que el resultado del procesamiento por el ordenador de la misiïn comprende un comando de direcciïn para mantener una separaciïn entre la primera aeronave y la segunda aeronave.

18. El procedimiento de la reivindicaciïn 16, en el que la identificaciïn de la segunda aeronave comprende al menos una de una direcciïn en modo-s y una identificaciïn del vuelo.

19. El procedimiento de la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs:

una etapa para alertar a un operador de la primera aeronave cuando un intruso penetra en un perïmetro predefinido de la primera y segunda aeronaves que vuelan en formaciïn.

20. El procedimiento de la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs:

una etapa para inhibir la transmisiïn de mensajes del sistema de baliza de radar de control de trïfico aïreo, cuando vuelan en formaciïn.

21. El procedimiento de la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs:

una etapa para el cïlculo de alcance objetivo, velocidad de alcance, altitud relativa, velocidad de altitud, y rumbo a partir de los datos de difusiïn recibidos para determinar si una aeronave intrusa se introduce en un espacio aïreo predefinido de la primera aeronave.