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NAVEGACIN AREA 1 ED NAVEGACIN AREA 1 ED

MDULO 1: CNS: NAVEGACIN Y COMUNICACIONES

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INDICE INTRODUCCIN ........................................................................................... 5 OBJETIVOS DEL MDULO .............................................................................. 6 1. 2. SISTEMAS DE AYUDA A LA NAVEGACIN AREA....................................... 7 EL SISTEMA DE ATERRIZAJE POR INSTRUMENTOS (ILS)............................ 9 2.1. Descripcin general de los equipos ILS en Tierra...................................... 9 2.2. Descripcin general del equipo de a Bordo ILS....................................... 11 2.3. Categoras de actuacin del ILS........................................................... 15 2.4. Descripcin del Localizador (LLZ)......................................................... 17 2.5. Equipo de Tierra (LLZ) ....................................................................... 17 2.6. Seales de Navegacin. ..................................................................... 19 2.7. Combinacin y separacin de las seales de radiofrecuencia en el LLZ. ..... 22 2.8 Caractersticas del sistema radiante del LLZ ........................................... 23 2.9. 2.10 Red tpica de alimentacin del sistema radiante del LLZ...................... 25 Modulacin espacial ...................................................................... 26

2.11. Diagrama de radiacin del LLZ .......................................................... 27 2.12. Sensibilidad al desplazamiento angular del LLZ .................................... 28 2.13. Cobertura del localizador .................................................................. 30 2.14. Monitores y parmetros a supervisar en el LLZ.................................. 31

2.15. Generalidades de la senda de planeo (GS, Glide Slope) ......................... 32 2.16. Sistema de antenas de la senda de planeo y antena imagen .................. 34 2.17. Tipos de sistemas de antenas para la senda de planeo .......................... 36

Mdulo 1: CNS: Navegacin y Comunicaciones

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Los Derechos de Propiedad Intelectual son de Aeropuertos Espaoles y Navegacin Area (Aena).

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2.18. Caractersticas de la GS de referencia de nulo null reference (NRGS) .... 37 2.19. Caractersticas de la GS de referencia banda lateral sideband reference (SGS) .................................................................................................... 39 2.20. Caractersticas de la GS de efecto captura capture effect (CEGS) ......... 41 2.21. Caractersticas de la GS de referencia efecto captura (CEGS) .............. 43 2.22. Requisitos de cobertura y codos de la superficie de descenso de la GS .... 46 3. EL RADIOFARO OMNIDIRECCIONAL DE MUY ALTA FRECUENCIA (VOR) ........... 48 3.1. Descripcin general del equipo de Tierra............................................... 48 3.2. Descripcin del equipo de Tierra VOR convencional CVOR........................ 49 3.3. Errores del equipo transmisor del VOR convencional o CVOR ................... 54 3.4. Descripcin del equipo de Tierra VOR Doppler DVOR .............................. 58 3.4.1 Equipo de a Bordo VOR.................................................................. 65 4. EL EQUIPO MEDIDOR DE DISTANCIAS (DME) ............................................. 68 4.1. Consideraciones generales.................................................................. 68 4.2. Descripcin general del equipo de Tierra............................................... 69 4.3. Medida de distancia ........................................................................... 71 4.4. Caractersticas de los impulsos de la Interrogacin y Respuesta ............... 72 4.5 Nmero esperado mximo de aeronaves simultneas atendidas por una estacin terrestre DME ............................................................................. 74 5. LA NAVEGACIN GLOBAL POR SATLITE(GNSS) ......................................... 76 5.1. Introduccin ..................................................................................... 76 5.2. Constelacin de satlites o segmento espacial del GPS. .......................... 78 5.3. El segmento de Tierra del GPS ............................................................ 80


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5.4. El segmento Usuario GNSS ................................................................. 82 5.5. Principios del posicionamiento GNSS .................................................... 83 5.6. Perturbaciones sobre las seales GNSS ................................................ 85 5.7. Estructura de la seal GNSS ............................................................... 86 5.8. Estructura del mensaje de navegacin en el GPS ................................... 88 5.9. Receptores GNSS .............................................................................. 89 6. SISTEMAS DE COMUNICACIONES ............................................................. 91 6.1. Introduccin General ......................................................................... 91 6.2. Servicios aeronuticos de Comunicaciones ....................................... 92

6.3. Comunicaciones de voz .....................................................................104 6.4. Interrelacin de sistemas ..................................................................112 6.5. Comunicaciones Tierra Aire................................................................114 6.6. Comunicaciones de datos ..................................................................128 6.7. Protocolos y Estndares de comunicaciones de datos.............................131 6.8. Tipos de redes de datos ....................................................................133 6.9. Tipos de Interface ............................................................................136 6.10. Tipologas de una red de comunicaciones. ..........................................137 6.11. Estndares OSI e IP........................................................................140


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INTRODUCCINBienvenidos al mdulo 1 Nos proponemos que al finalizar el mdulo te sientas en condiciones de participar en trabajos relacionados con las ayudas a la navegacin area y las comunicaciones aeronuticas. Por supuesto, no te convertirs en un especialista, pero s estars en condiciones de entender qu es lo que hacen los diferentes sistemas, como, porque y para que lo hacen. Al mismo tiempo, tendrs una perspectiva ms global, si en la actualidad ya trabajas en actividades tcnicas con radio-ayudas o comunicaciones aeronuticas. Por ltimo, si ya eres un profesional de experiencia en estas materias, esperamos que el contenido del mdulo te sirva de refresco y te recuerde o actualice algo de t inters. El material incluido en el mdulo es abundante y exige del alumno un esfuerzo considerable para su lectura y asimilacin. Para vuestra tranquilidad os informamos que es suficiente con adquirir la visin general y, solo, aquellas partes destacadas como importante, para saber ms, recuerde, o resumen.


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OBJETIVOS DEL MDULODescripcin funcional y principales caractersticas tcnicas de los sistemas y equipos que soportan la navegacin y las comunicaciones requeridas en la navegacin area. Se describirn las caractersticas funcionales y tcnicas de los diferentes sistemas de ayuda a la navegacin area, basados en tierra y en el espacio, as como las comunicaciones tierra/aire y tierra/tierra. A la finalizacin del mdulo se espera que el alumno sea capaz de: Entender el funcionamiento, desde el punto de vista tcnico de las ayudas a la navegacin area, Conocer las principales aplicaciones de los diferentes sistemas de ayuda a la navegacin area Entender el funcionamiento, desde el punto de vista tcnico de los sistemas de comunicaciones, empleados en la navegacin area, Hacer uso de los conocimientos adquiridos en el desarrollo de su actividad profesional.


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1.

SISTEMAS DE AYUDA A LA NAVEGACIN AREA.IMPORTANTE

Los sistemas de navegacin area son aquellos que ayudan a los comandantes de aeronaves a navegar utilizando sensores o fuentes de informacin de diversa naturaleza. Estos sistemas constituyen en su conjunto, en terminologa OACI, todos los elementos tcnicos incluidos en la letra N del concepto CNS/ATM. Una clasificacin vlida de estos sensores es la presentada en la figura 1.1

1.1. Clasificacin de los principales sistemas de ayuda de Navegacin rea


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Los denominados no autnomos son aquellos que requieren equipos terrestres o espaciales como fuentes de informacin, en tanto que los autnomos no necesitan fuentes externas. Los sistemas no autnomos ms importantes son: El sistema de aterrizaje por instrumentos o ILS El radiofaro omnidireccional de VHF o VOR El equipo medidor de distancias DME y los Sistemas de navegacin global por satlites GNSS En las siguientes secciones se describen las caractersticas operacionales y tcnicas ms importantes de los equipos mencionados previamente.


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2.

EL SISTEMA DE ATERRIZAJE POR INSTRUMENTOS (ILS)

2.1. Descripcin general de los equipos ILS en Tierra IMPORTANTE El sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS) es una combinacin de estaciones transmisoras independientes denominadas: Localizador, Senda de Descenso, Radiobalizas o DME. El ILS proporciona a las aeronaves, dentro de su volumen de cobertura, informacin de: - Guiado acimutal (Localizador) - Guiado cenital (Senda de Descenso) y - De distancia (Radiobalizas o DME) Para que el piloto, sin referencias visuales externas, pueda alcanzar un punto de la trayectoria de descenso situado a una altura, denominada altura de decisin y que cobra especial relieve en condiciones de nubes bajas y visibilidad reducida, aumentando de ste modo el nmero de operaciones bajo ciertos mnimos meteorolgicos. Las seales electromagnticas en el espacio se generan independientemente por cada estacin transmisora y se radian simultneamente, para proporcionar tres indicaciones diferentes para la navegacin: - izquierda-derecha (Localizador) - hacia arriba-hacia abajo (Senda de Descenso) y - de distancia al umbral (Radiobalizas o DME) La disposicin habitual de estas estaciones dentro del aeropuerto se observa en las Figuras 1.2.


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El

Localizador

(LLZ)

y

la

Senda

de

Descenso

(GP)

tienen

principios

de

funcionamiento anlogos, aunque su frecuencia de portadora y su sistema radiante son diferentes. Los dos tienen como misin materializar una superficie de situacin o guiado para el avin, de rumbo el LLZ y de descenso la GP, indicndole a ste cuanto se haya separado de esta superficie en un. Las frecuencias de portadora estn apareadas, es decir, a una frecuencia del Localizador (108-118 MHz) le corresponde slo una frecuencia de la Senda de Descenso (329-335 MHz). Las Radiobalizas exterior, intermedia y final (OM, MM e IM) son transmisores cuyo diagrama de radiacin (DDR) tiene forma de abanico, perpendicular a la superficie de rumbo materializada por el LLZ. Su misin es suministrar informacin de distancia al umbral, para lo cual lo que hace es activar el receptor de a bordo del avin cuando ste pasa aproximadamente sobre la vertical de cada una de las Radiobalizas. Para este fin, tambin puede emplearse un DME, con lo que se consigue informacin de distancia de forma continua.


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Figura 1.2. Ubicacin tpica de las estaciones terrestres e indicaciones del ILS.

2.2. Descripcin general del equipo de a Bordo ILS Las seales de guiado acimutal, cenital y de distancia emitidas por cada uno de los subsistemas LLZ, GP y Radiobalizas son captadas, procesadas y presentadas por el equipo de a bordo ILS. Las partes fundamentales que constituyen el mencionado equipo se presentan en la Figura 1.2. Los componentes del equipo de a bordo son:


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Tres antenas, como mnimo, con sus correspondientes lneas de transmisin para la captura de cada una de las seales procedentes de cada subsistema. Una unidad selectora. Dos unidades indicadoras, una para las seales procedentes de las Radiobalizas y otra para las seales procedentes de los subsistemas LLZ y GP. IMPORTANTE Las antenas van situadas, normalmente, en el morro de la aeronave, de esta forma el DDR puede ser directivo hacia adelante. La unidad selectora permite al piloto seleccionar la frecuencia de trabajo, para sintonizar el receptor/procesador, a fin de obtener informacin de la estacin ILS seleccionada. Est ubicada en la cabina de la aeronave. Figura 1.3: Componentes del equipo ILS de a bordo.

Figura 1.3. Componentes del equipo ILS de a bordo.

IMPORTANTE La informacin procedente del LLZ y de la GP se presenta normalmente en el indicador de de agujas cruzadas CDI (Cross Deviation Indicator) (Figura 1.4.). ste dispone para el LLZ de una aguja vertical que se desplaza horizontalmente, indicando cuando est en su posicin central que la aeronave va alineada con el eje de la pista.Mdulo 1: CNS: Navegacin y Comunicaciones 12


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Para la informacin de la GP existe una aguja horizontal que se desplaza verticalmente dependiendo de la posicin de la aeronave con respecto a la trayectoria de descenso. La posicin central de la aguja en este caso define el ngulo de planeo establecido (3). La posicin de ambas agujas indica siempre mando y nunca desviacin, es decir, si la aeronave se encuentra a la derecha del eje de la pista, la aguja se desplazar a la izquierda indicando que el avin debe volar hacia este lado. En la Figura 1.4 se observa las diferentes posiciones de las aeronaves para el LLZ y para la GP.


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Figura 1.4. Indicador de desviacin CDI (arriba) del ILS e indicaciones (abajo).

Las seales recibidas por una antena situada normalmente en la parte inferior del fuselaje, procedentes de las Radiobalizas excitan a unos indicadores luminosos. El color de esos indicadores vara dependiendo de la radiobaliza de que se trate.


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2.3. Categoras de actuacin del ILS IMPORTANTE Segn el anexo 10 de la OACI (10 3.1.1.), existen tres categoras operacionales para el ILS: - Instalacin ILS de categora de actuacin I: Un ILS que proporciona informacin de guiado desde el lmite de cobertura del ILS hasta el punto en que el eje de rumbo del localizador corta la trayectoria ILS de planeo a una altura de 60m o menos, por encima del plano horizontal que contiene el umbral. Instalacin ILS de categora de actuacin II: Un ILS que proporciona informacin de guiado desde el lmite de cobertura del ILS hasta el punto en que el eje de rumbo del localizador corta la trayectoria ILS de planeo a una altura de 15m o menos, por encima del plano horizontal que contiene el umbral. Instalacin ILS de categora de actuacin III: Un ILS que proporciona informacin de guiado desde el lmite de cobertura de la instalacin hasta la superficie de la pista, y a lo largo de la misma. (No confundir con categoras operacionales que se encuentran en Anexo X Adjunto C 2.1.1 de la OACI) Las fotografas siguientes muestran: primero dos tipos diferentes de sistemas radiantes del Localizador, abajo a la izquierda la antena de una radiobaliza del ILS y a la derecha un mstil de antenas de la Senda de Planeo, por ltimo, se muestran otros mstiles de antenas de Sendas e Planeo.


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2.4. Descripcin del Localizador (LLZ) IMPORTANTE Proporciona rumbo o guiado acimutal a las aeronaves durante las fases finales de la aproximacin a la pista, guiando al piloto mediante indicaciones del desplazamiento horizontal de una aguja en un medidor diferencial o de cero central que indica: volar a derecha, en rumbo, volar a izquierda. Las seales que salen del receptor ILS de a bordo tambin pueden incorporarse directamente al piloto automtico y al sistema de gestin de vuelo. IMPORTANTE Al sintonizar el LLZ a bordo se sintoniza, con el mismo control, simultneamente la GP y, en su caso, el DME. Si la informacin de distancia se obtiene de las radiobalizas su frecuencia es siempre la misma (75MHz). En la aeronave existe un receptor superheterodino de VHF que detecta la seal del VHF del LLZ y se procesa en los circuitos de filtrado que separan las seales flyright (de 90Hz) y fly-left (de 150Hz) aplicndolas a un medidor diferencial (de cero central) llamado CDI. Existe tambin una pequea bandera, cerca del borde del CDI, normalmente oculta, que aparecer cuando la seal que reciba no tenga el nivel mnimo de densidad de potencia requerido o falla el mismo.

2.5. Equipo de Tierra (LLZ) IMPORTANTE El equipo de tierra consiste en una instalacin que transmite una radiofrecuencia de portadora comprendida dentro del espectro de VHF, entre 108 y 112 MHz; modulada en amplitud al 20% por dos tonos de 90 Hz + 150 Hz (denominados seales de navegacin). A la seal modulada se la denomina seal de CSB (portadora ms banda lateral).


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IMPORTANTE Al mismo tiempo la instalacin transmite seal de bandas laterales con portadora suprimida, o banda lateral combinada, modulada con los mismos tonos de 90Hz 150 Hz (obsrvese el signo indicando la inversin de fase de los 150Hz), llamada seal de SBO (banda lateral). El sistema radiante del LLZ est formado por una red ( array) que emite energa electromagntica (EEM) con polarizacin horizontal. El conjunto de antenas es simtrico con relacin al eje extendido de la pista, situado aproximadamente entre 200 y 300 metros del extremo de pista. El diagrama general de bloques del equipo transmisor, en su configuracin bifrecuencia o efecto captura, se presenta en la figura 1.5.

Figura 1.5: Configuracin general de un transmisor de LLZ bifrecuencia.


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2.6. Seales de Navegacin. IMPORTANTE Las seales de navegacin del LLZ del ILS son los tonos de 90 y 150Hz presentados en la figura 1.6. Normalmente son estos tonos tienen coherencia de frecuencia, es decir, por cada 5 ciclos de 150Hz se tienen exactamente 3 ciclos de 90Hz.

Figura 1.6: Seales de navegacin de 90 y 150Hz.

La suma de las seales de 90 y 150 Hz, cuando pasan simultneamente por cero hacia positivo cada tres ciclos de 90 y 5 de 150 Hz, da como resultado la forma de onda presentada en la figura 1.7. Moduladora de la portadora: 90+150 Hz


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Figura 1.7: Resultado de sumar las seales de navegacin de 90 y 150Hz.

Al presentar sobre un osciloscopio la seal suma, junto con ella misma invertida, el resultado tiene un aspecto como el mostrado en la figura 1.8, y se denomina curva del beso o kiss pattern. La figura 1.9 (arriba) representa el resultado de combinar la seal de 90Hz, con la misma fase que en el grfico de la figura 1.7, pero con la seal de 150Hz invertida. La misma figura, en su parte inferior, representa la misma onda pero rectificada.

Figura 1.8: Resultado de presentar la suma y su inversa de las seales de navegacin de 90 y 150Hz.


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Figura 1.9: Resultado de presentar la diferencia de las seales de navegacin de 90 y 150Hz.


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2.7. Combinacin y separacin de las seales de radiofrecuencia en el LLZ. Para la funcin de combinar portadora o bandas laterales o dividir una radiofrecuencia en dos se emplea en el LLZ normalmente el 1.10 puente 6 / 4, formado por tramos de lnea de transmisin de determinada longitud, ver figura

Figura 1.10: Combinador y divisor de radiofrecuencia, formado a partir de tramos de lneas de transmisin.


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El principio de funcionamiento se presenta a travs de los grficos de la figura 1.11.

Figura 1.11: Funcionamiento del puente de 6/4.

2.8 Caractersticas del sistema radiante del LLZ IMPORTANTE El nmero de elementos de antena en una red o array determina el ancho del haz resultante de los diagramas de radiacin. Este ancho es inversamente proporcional a la apertura o longitud de la red y, para tener lbulos secundarios pequeos, es necesario tambin tener un nmero grande de elementos. Con una pequea apertura el diagrama de radiacin puede producir suficiente radiacin para iluminar superficies reflectantes as como paredes de hangares, edificio terminal y lneas de alta tensin.


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La seal de SBO reflejada en estas superficies crea multitrayectoria o multipath, causando una alteracin de la DDM, variando la superficie de rumbo y el sector de sensibilidad afectando finalmente el guiado lateral de la aeronave. Para minimizar el problema multipath se aaden elementos de antena, creando de este modo un array de antenas de apertura ancha, concentrando ms la energa de SBO cerca del eje de la pista, resultando reflexiones dbiles. Esto reduce la amplitud de las oscilaciones (o scalloping) en la informacin de guiado a expensas de reducir la seal en ngulos laterales. Por consiguiente, el array de antenas del LLZ en la radiacin de directivo debera producir una superficie de rumbo libre de codos y una sensibilidad al desplazamiento constante dentro del sector de curso, para ello el sistema debe cumplir los siguientes requerimientos: Un haz estrecho y simtrico de CSB asegura una fuerte seal a lo largo del eje del curso y una forma que asegure una baja radiacin a cada lado para prevenir reflexiones de edificios, aeronaves en movimiento y otros objetos cerca de la pista y su extensin. Un haz antisimtrico de SBO estrecho para lograr una DDM lineal a lo largo del sector de sensibilidad, teniendo un nulo en la lnea del curso. Una radiacin de pequeos lbulos, tanto como sea posible en la mayor parte de los ngulos de azimut para prevenir la generacin de codos en el curso. Existen distintos tipos de arrays de antenas encaminados a lograr los objetivos reseados anteriormente y cuya diferencia entre s es el tipo de antenas, la separacin entre ellas y los distintos modelos de alimentacin teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: Si dos elementos de antena son alimentados en fase, radiarn un mximo de seal a lo largo del eje perpendicular al array. Esto es independiente de la distancia entre ambas antenas. La radiacin en otros azimut depender del nmero y espaciado entre elementos.


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Los lbulos laterales deben estar -35 dB por debajo del lbulo principal, lo que se puede lograr jugando con la radiofrecuencia que alimenta a las antenas. amplitud en la intensidad de

2.9.

Red tpica de alimentacin del sistema radiante del LLZ

La figura 1.12 muestra como las radiofrecuencias de portadora (CSB) y bandas laterales (SBO) que salen del equipo transmisor se distribuyen hasta la alimentacin de cada antena. En los sistemas radiantes, cada antena estar alimentada por dos seales, una de CSB y otra de SBO. La radiofrecuencia de CSB estar alimentando en fase a cada par de antena, en tanto que la seal de SBO lo estar en oposicin.

Figura 1.12: Red de alimentacin para un array de LLZ basado en puentes de 6/4.


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2.10

Modulacin espacial IMPORTANTE

Es el tipo de modulacin en amplitud que consiste en sumar en el punto de recepcin los campos electromagnticos radiados por caminos separados pero de frecuencia coherente. Uno de los campos est compuesto por la portadora modulada (CSB); el otro campo denominado de banda lateral compuesto por la seal de banda lateral combinada resultante de suprimir la portadora (SBO). Cuando se reciben ambas seales en cualquier punto del volumen de cobertura se tendr una modulacin en amplitud como consecuencia de la superposicin de ambos campos de portadora y banda lateral. La particularidad de este tipo de modulacin en amplitud es que, al seguir caminos distintos las radiofrecuencias correspondientes no se encuentran necesariamente en fase, r lo que afecta a la modulacin resultante. La modulacin de amplitud clsica por una seal moduladora armnica ser: e = Ep (1 + m cosmt )cosot que desarrollando tendremos: e = Ep cosot + m Ep cosmt cosot, El primer trmino corresponde a la portadora (P) y el segundo a la banda lateral combinada (BLC). e = Epcosot+(mEp/2)cos (o+m)t+(mEp/2)cos (o-m)t stos trminos corresponden a la portadora (P), banda lateral superior (BLS) y banda lateral inferior (BLI) respectivamente. La modulacin espacial resultante cuando hay coincidencia de fase entre PBL y BLC consigue un mximo rendimiento. El ndice de modulacin efectiva cuando no hay coincidencia de fase entre las radiofrecuencias de portadora (CSB) y banda lateral (CBO) es: me =m cos Donde es la diferencia de fase.


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2.11. Diagrama de radiacin del LLZ IMPORTANTE Las seales radiadas, procedentes del transmisor y sistema de antenas del LLZ, se propagan de tal modo que a lo largo del eje fsico extendido de la Pista, segn muestra la figura 1.13. las amplitudes de los tonos de 90 Hz y 150 Hz detectados son iguales; de este modo los tonos son aplicados a un medidor diferencial, que indicar que la antena de la aeronave se encuentra sobre el curso. La radiacin del sistema de antenas produce un diagrama de portadora (CSB) formado por radiofrecuencia modulada en amplitud por los tonos de 90Hz + 150Hz cada una de ellos modulando en amplitud al 20% y otro N formado por dos lbulos, cada uno de ellos a ambos lados del eje, modulado por los mismos tonos de 90Hz 150Hz cuyas fases son iguales para el tono de 90Hz, pero opuesta para el de 150Hz. Los diagramas de banda lateral son tales que modifican el nivel de uno de los tonos detectados de 90 Hz o 150 Hz, varindolo proporcionalmente al desplazamiento angular de la antena del Rx respecto al eje de la pista e inversamente proporcional al otro.

Figura 1.13: Diagrama de radiacin del LLZ


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Estos diagramas proporcionan un cambio lineal en la predominancia de cada tono, lo que se traduce en un desplazamiento o deflexin del indicador de desviacin o CDI, hacia derecha o izquierda, de acuerdo con la predominancia de un tono u otro. La deflexin a fondo de escala a ambos lados del centro se logra con una diferencia en profundidad de modulacin o DDM de 0.155, que el receptor ILS convierte en una corriente diferencial de 150A.

2.12. Sensibilidad al desplazamiento angular del LLZ IMPORTANTE El sector angular para el que existe proporcionalidad entre el ngulo de situacin de la aeronave con el eje de pista y la DDM, medida en el receptor, se llama ancho de curso y est estandarizado por la OACI de forma que, en el umbral de la pista de aproximacin, la deflexin a fondo de escala del CDI ocurre a 105m a cada lado del eje de la pista. El sector angular comprendido ms all del sector de sensibilidad 35 a cada lado de la pista se llama sector de Clearance. Esta es una zona angular en la cual el CDI se mantendr completamente deflectado a fondo de escala, para lo que la corriente ser mayor de 150A, debido a la predominancia de uno de los tonos detectados respecto al otro. Las seales fly-left o fly-right en esta rea de Clearance, se llaman tambin seales de Clearance. (Ver figura 1.15)


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Figura 1.15: Caractersticas de la DDM en el sector de sensibilidad y clearance.


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2.13. Cobertura del localizador El LLZ debe proporcionar suficiente seal en todos los puntos del volumen de cobertura. sta se extender desde el centro del sistema de antenas hasta las distancias especificadas en la figura 1.16 y a una altura igual o superior a 600m por encima de la elevacin del umbral o 300m por encima del punto ms alto dentro de las reas de aproximacin intermedia y final, de ellos el que resulte ms elevado. Para localizadores de instalaciones ILS de categora de actuacin I (la menos exigente) la intensidad de campo elctrico mnima en la trayectoria de planeo del ILS y dentro del sector de rumbo del Localizador no ser inferior a 90V/m (equivalente a -107dBW/m2) desde una distancia de 10NM hasta una altura de 60m por encima del plano horizontal que contenga al umbral. Cuando la cobertura se logre mediante un LLZ bifrecuencia o de efecto captura, que usa dos portadoras, una de ellas proporciona un diagrama de radiacin en el sector de rumbo frontal y la otra portadora un diagrama fuera de dicho sector, la relacin de las intensidades de seal de las dos portadoras en el espacio dentro del sector de rumbo frontal hasta los lmites de cobertura no ser menor de 10 dB.


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Figura 1.16: Volumen de cobertura mnima del LLZ.

2.14. Monitores y parmetros a supervisar en el LLZ IMPORTANTE El Monitor o supervisor es un componente de la instalacin terrestre que tiene como objeto vigilar que los parmetros de la seal radiada estn dentro de los lmites de tolerancia exigidos, con objeto de garantizar la calidad de las seales en el espacio (integridad). Para ello se verifica la seal radiada en tres puntos; superficie de rumbo, lmite del sector de sensibilidad y punto de menor DDM fuera del sector de rumbo. Los valores que se supervisan son; %de DDM, % de modulacin (SDM) y nivel de seal de RF.


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Los monitores pueden utilizar antenas prximas al array o bien captadores integrados en el propio array, que utilizan muestras extradas de las antenas y tras un proceso de combinacin, se obtienen seales que simulan los tres puntos anteriores; del eje de curso, sensibilidad de desplazamiento y clearance, extrayendo de cada uno de ellos los valores de DDM, SDM y nivel de RF. Estos valores son comparados con unos lmites o tolerancias prefijadas que garantizan la calidad de la seal; en caso de que alguna de las seales sobrepase estos valores la unidad de control provocar una accin de basculamiento o apagado de la instalacin, si tras el retardo correspondiente persiste la condicin de alarma. La integridad de la seal es imprescindible para evitar que una aeronave en aproximacin reciba gua falsa o errnea. Evitando que ocurra un accidente fatal durante el aterrizaje debido a fallas o deficiencias del Sistema total.

2.15. Generalidades de la senda de planeo (GS, Glide Slope) IMPORTANTE La instalacin GS del ILS proporciona guiado vertical o cenital a la aeronave durante la maniobra de aproximacin a la pista. El guiado se realiza mediante las indicaciones de una aguja de desplazamiento vertical en un medidor diferencial con cero central que indicar: volar arriba, en rumbo de descenso, volar abajo. En la aeronave, un receptor superheterodino estndar de UHF detecta la seal de la GS y los circuitos de filtrado separan los tonos de fly-up (150Hz) y flydown (90Hz) y las aplica al un medidor llamado CDI. Una pequea bandera cerca 0 del borde del CDI, normalmente oculta, aparecer cuando la seal no tenga el nivel de densidad de potencia mnimo requerido por el receptor de la aeronave o falla ste. Las seales procedentes de la GS se propagan de tal modo que a lo largo de la pendiente de descenso (normalmente unos 3) las amplitudes de los tonos de 90Hz y 150Hz detectados son iguales, indicando que la antena de la aeronave se encuentra exactamente en el curso de descenso.


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El equipo de tierra transmite dos diagramas de radiacin, uno denominado de portadora que radia UHF (CSB). Esta portadora est modulada en amplitud al 40% por cada uno de los tonos de 90 y 150 Hz. Al mismo tiempo, se radia una seal coherente de bandas laterales con portadora suprimida con los mismos tonos de 90 - 150 Hz, llamada seal SBO. Estos diagramas son tales que el nivel resultante de los tonos detectados de 90Hz y 150Hz vara en sentido contrario y proporcionalmente al desplazamiento angular de la antena receptora con relacin al ngulo nominal de descenso. Por lo tanto, el diagrama proporciona un cambio lineal en la predominancia de cada tono, lo que se traduce en un desplazamiento o deflexin del indicador del CDI hacia abajo o arriba de acuerdo con la diferencia de amplitud de un tono u otro. El sector angular en el que se mantiene la relacin de proporcionalidad entre apartamiento angular e indicacin de la aguja del CDI se denomina ancho del curso de descenso y est estandarizado angularmente para un valor de 0.24 del ngulo nominal de descenso, que corresponde a la deflexin fondo de escala, esto se logra con una corriente de 150A equivalente a 0.175DDM. El diagrama de bloques de un transmisor de senda de descenso es similar al del localizador descrito con anterioridad. La figura 1.17 muestra una configuracin tpica de bloques para un transmisor de senda de descenso de efecto captura.

Figura 1.17: Diagrama funcional de bloques de una senda de descenso bifrecuencia o de efecto captura.Mdulo 1: CNS: Navegacin y Comunicaciones 33


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2.16. Sistema de antenas de la senda de planeo y antena imagen IMPORTANTE Las configuraciones ms comunes del sistema radiante de una senda de planeo se componen de un mstil vertical con 2 o hasta tres elementos o antenas. En estos casos el diagrama de radiacin resultante se basa en las reflexiones de la seal radiada sobre el terreno. El campo elctrico radiado por una antena es reflejado por las superficies conductoras, si estas son conductoras perfectas, el campo reflejado no sufrir prdida de energa, siendo reflejado totalmente. Considerando una antena colocada a la distancia d sobre tierra, como muestra la figura 1.18, suponiendo sta plana y conductora perfecta, siendo Ir la corriente que alimenta la antena real. En un punto P se recibir energa por el camino directo r1 y el reflejado r2. Puede observarse que, por la geometra de la figura, que la onda reflejada puede considerarse como radiada por una antena colocada a una distancia d debajo de tierra, denominada antena imagen de Ar, o antena Ai. El anlisis matemtico se simplifica suponiendo que la energa reflejada procede de la antena imagen; adems si P es un punto distante de las antenas, los trayectos r1, r2, y ro pueden considerarse paralelos, como muestra la figura 1.19. Si la antena Ar se supone polarizada horizontalmente y situada sobre un plano de tierra ideal, las ecuaciones de las antenas real e imagen pueden expresarse:

donde I es la amplitud y el nmero siguiente la fase relativa de la corriente de las antenas real e imagen. Observar la semejanza de las antenas alimentadas por corrientes Ir e Ii con las antenas alimentadas en oposicin de fase. La intensidad relativa radiada en el plano vertical es:


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donde indica el ngulo de elevacin del punto P respecto al plano de tierra, tomado desde el punto medio de la lnea que une ambas antenas. Los mximos se encuentran cuando el ngulo (hsen ) sea igual a 90, 270, 450, etc. y los nulos cuando (hsen ) sea igual a 0 o 180.

Figura 1.18: Trayectorias de las ondas directa y reflejada que alcanzan el punto de recepcin P.

Figura 1.19: Trayectorias de las ondas directa y reflejada que alcanzan el punto de recepcin P aplicando la hiptesis de campo lejano.


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2.17. Tipos de sistemas de antenas para la senda de planeo En funcin de las caractersticas del terreno, delante del mstil de las antenas de la GS, el sistema radiante deber ser de alguno de los siguientes tipos:

El ltimo de los tipos (endfire) se emplea muy raramente y, por lo tanto, no se describe a continuacin. Las caractersticas de la radiofrecuencia que alimenta a las antenas y su posicin, con relacin al terreno, de los dems tipos estn contenidos en las secciones siguientes.


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2.18. Caractersticas de la GS de referencia de nulo null reference (NRGS) IMPORTANTE En general la GS de referencia de nulo, monofrecuencia, es la configuracin ms elemental, basada en concepto de antena imagen, requiere escenarios casi ideales; como opcin demanda terreno llano delante de las antenas, entre 360 y 720m, y un ngulo mnimo sin obstculos equivalente a 2/5 por debajo del ngulo nominal de descenso.

Figura 1.20: Sistema radiante de la NRGS.

Tiene como ventaja que el ngulo de descenso no es sensible a los cambios en las alimentaciones de radiofrecuencia a las antenas. Solamente afecta al ancho del sector de sensibilidad. El sistema radiante consta de dos antenas alimentadas por portadora, la antena inferior (CSB) y banda lateral, la antena superior, (SBO). La alimentacin es directa sin necesidad de Unidad de Distribucin de Antenas (ADU) esto supone un bajo precio respecto a los dems sistemas. La mayor desventaja es que necesita de reas de reflexin grandes y prximas a condiciones ideales y que la seal radiada en ngulos bajos es alta, provocando la formacin de codos causados por reflexin de objetos.


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Las alimentaciones son muy simples, CSB alimenta a la antena inferior y SBO a la superior; la primera crea un lbulo con mximo de seal en el ngulo de descenso y el primer nulo en el ngulo doble y un segundo mximo a tres veces el ngulo de descenso, en ste segundo lbulo la fase de RF est invertida 180. La radiacin de SBO producida por la antena superior crea el doble lbulos que la antena inferior, de forma que el primer lbulo tiene su primer mximo en la mitad del ngulo de descenso y el primer nulo en el ngulo de la GS, la radiacin tendr tambin un segundo mximo a 1.5 del ngulo de GS; de ste modo la radiacin de SBO tiene un nulo en el ngulo de descenso y slo la seal de CSB es la que determina 0 DDM. El diagrama de radiacin vertical viene dado por: E = 2 A sen ( 360/ h sen ) donde A es la amplitud, es la longitud de onda, h es la altura de la antena inferior. Para una GS Null Reference de frecuencia 333.3Mhz., tendremos: h1 (CSB) = 4.30m ; h2 (SBO) = 2.h1 = 8.60m La forma de los diagramas de radiacin de las antenas del NRGS se muestran en la figura 1.21.


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Figura 1.21: diagramas de radiacin de las antenas del NRGS.

2.19. Caractersticas de la GS de referencia banda lateral sideband reference (SGS)

Figura 1.22: Sistema radiante de la SGS


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IMPORTANTE La configuracin de referencia banda lateral es la mejor solucin cuando el terreno casi ideal, se reduce a un par de centenares de metros por delante del mstil de antenas. En cambio, no admite los obstculos lejanos. Como regla general el terreno llano delante de las antenas se reduce a un mnimo de 240 m y el ngulo mnimo de obstculos de 2/4 del ngulo nominal de descenso. La SBR es una Senda diseada para disminuir la radiacin en los ngulos bajos y reducir la iluminacin sobre objetos que produciran reflexiones. De este modo se reducen los codos en la senda de descenso. La antena inferior est situada a la mitad de la altura de la antena inferior de la Null Reference, de ste modo el lbulo de radiacin de CSB se eleva el doble por lo que el mximo de CSB se sita a 6 y tendr su primer nulo a cuatro veces el ngulo de elevacin (12). El nivel de seal ser 3dB menos en el ngulo de descenso comparado con la Null Reference. La distancia vertical entre las antenas es igual que en la NR pero la altura de la antena superior es el 75% de la altura de la antena de SBO de la NR. Por sta razn el nulo de SBO ahora se ha elevado a de la altura de la antena. La portadora solo se transmite por la antena ms baja (A1). La alimentacin de SBO de la antena A2 tiene la misma amplitud y fase que para la Null Reference; la antena A1 es alimentada con SBO con la misma amplitud pero en oposicin de fase. Ver figura 1.22. Para 3 las alturas de las antenas para 333.3Mhz de una GS SBR ser: H1 = 4.30 m y H2 = 6.45m;


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Figura 1.23: Diagramas de radiacin de la senda de planeo SGS.

2.20. Caractersticas de la GS de efecto captura capture effect (CEGS) IMPORTANTE Este sistema radiante para GS se desarrolla para conseguir la mnima radiacin en ngulos bajos, para evitar que la seal reflejada de objetos, montaas, edificios, etc. perturbe la seal en el espacio logrando minimizar los codos y tener, de este modo, una aproximacin ms lineal. Ver figura 1.24.


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Figura 1.24: Sistema radiante de la CEGS.

En general, la solucin efecto captura, es la ms costosa, pero es tambin la que mejor se adapta a escenarios difciles; requiere terreno llano mnimo delante de las antenas de uno 360 m y con un ngulo mnimo sin obstculos de 2/3 del ngulo nominal de descenso. El sistema tiene muy poca radiacin en ngulos bajos, situacin especialmente vlida para terrenos adversos, donde el ngulo del horizonte es elevado, o los objetos potenciales de reflexin estn localizados en delante del sistema de antenas. El sistema de antenas es el 50% ms alto que el NRGS y 100% ms alto que el SRGS, por esta razn debe localizarse alejada del eje de pista (aproximadamente unos 122m) y siguiendo criterios de franqueamiento de obstculos. El bajo nivel de seal radiada para ngulos bajos, a menos de 1.5 se suple con una seal separada, llamada de CLEARANCE, cuya misin es asegurar suficiente seal de volar arriba o FLY-UP. Esta seal adicional es una portadora de frecuencia 8 Khz por encima o debajo de las radiofrecuencias de CSB y SBO y modulada en amplitud con seal de 150 Hz al 80% (otros sistemas aplican 25 % de 90 Hz y 55% de 150 Hz). La seal de CLEARANCE se radia a ngulos muy bajos y tiene casi cero nivel de campo a lo largo del ngulo GS. El receptor captar ambas seales de CSB+SBO y CLR pero dar predominancia a la ms fuerte, suprimiendo la ms dbil, esto se llama efecto captura en un receptor de radio.Mdulo 1: CNS: Navegacin y Comunicaciones 42


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2.21. Caractersticas de la GS de referencia efecto captura (CEGS) El sistema radiante de la CEGS produce tres diagramas de radiacin; el de portadora (CSB), el de banda lateral (SBO) y el de Clearance (CLR). Las caractersticas de cada uno de ellos se describen a continuacin. DIAGRAMA DE CSB El diagrama de radiacin vertical de CSB se genera por seales procedentes de las antenas A1 y A2. Las seales de CSB que alimentan las antenas A1 y A2 estn en oposicin de fase, de esta forma, para ngulos bajos se produce una cancelacin de las seales de CSB, mientras que en el entorno del ngulo nominal de descenso, de unos 3, habr niveles adecuados. Ver figura 25. Diagrama de SBO Las condiciones de amplitud y fase de las seales que alimentan las antenas A1 y A3 contribuyen al nulo en el ngulo nominal de descenso de unos 3 y, al mismo tiempo, la A2 da un nulo a estos 3; por lo tanto el diagrama resultante presentar tambin dicho nulo. En ngulos bajos, cerca de la horizontal las seales de A1 y A3 estn en oposicin de fase con la seal de la antena A2 produciendo una cancelacin casi completa de la seal de SBO; esta reduccin de la radiacin en ngulos bajos permite que la CEGS no le afecte la presencia de reflectores potenciales a 1 de elevacin aproximadamente que producira alteracin en la seal de curso. Ver figura 1.26.


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Figura 1.25: Diagramas de radiacin de la CSB en la senda de planeo CEGS.

Figura 1.26: Diagramas de radiacin de la SBO en la senda de planeo CEGS.


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Diagrama de CLR Con el propsito de suplir la falta de cobertura, por bajo nivel de seal de Flyup, debido a la cancelacin tanto de CSB como de SBO en ngulos bajos, se transmite la seal de clearance, alimentando para ello con igual de amplitud y fase las antenas A1 y A3. Este diagrama ofrece fuertes seales en ngulos bajos y altos con marcado o mnimo en el ngulo de Senda, de este modo la seal de CLR transmitida no afecta a las seales recibidas dentro del sector de sensibilidad. Para ello se requiere un ajuste adecuado de la potencia de las seales de CSB y Clearance para que sta ltima predomine ms de 10 dB en ngulos bajos, y la seal de Curso predomine por encima de 10 dB en ngulos cerca de la senda. La igualdad de los niveles de potencia de CSB y Clearance existen en el punto de efecto captura que est situado tpicamente a 1.7 de elevacin. Ver figura 1.27.

Figura 1.27: Diagramas de radiacin de CLR en la senda de planeo CEGS.


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2.22. Requisitos de cobertura y codos de la superficie de descenso de la GS La figura 1.28 muestra el volumen de cobertura, dado en alzado y planta, mnimo para la senda de planeo.

Figura 1.28: Cobertura mnima de la GS en alzado y en planta.

La figura 1.29 muestra el nivel mximo de los codos de la senda de descenso para las diferentes categoras de operacin y distancias a la pista.


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Figura 1.29: mximo de los codos de la senda de descenso para las diferentes categoras de operacin


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3. EL RADIOFARO OMNIDIRECCIONAL DE MUY ALTA FRECUENCIA (VOR)3.1. Descripcin general del equipo de Tierra. El radiofaro omnidireccional de VHF (VOR o Very High Frecuency Omnidireccional Range) es un equipo de ayuda a la Navegacin Area en distancias medias (VOR de ruta) y cortas (TVOR o VOR terminal). Este sistema fue desarrollado en 1944 como un equipo no experimental operativo para los Estados Unidos. Fue adoptado como estndar para la navegacin en ese pas 1946 y tres aos despus por la OACI. El VOR transmite una frecuencia dentro de la gama comprendida entre 108 y 118 MHz. IMPORTANTE En la actualidad es la base de la Navegacin Area convencional, constituyendo los vrtices o nodos de las rutas areas en las cartas de navegacin. El alcance depender de la potencia de emisin y de las condiciones orogrficas, pero podemos considerar un alcance nominal de aproximadamente 200 millas. La estacin VOR proporciona informacin de azimut interpretada como 360 radiales. La seal de radiofrecuencia del VOR contiene dos seales de navegacin: seal de 30 Hz de REFERENCIA con fase independiente alrededor de la estacin y la seal de 30 Hz VARIABLE que cambia un grado en fase por cada cambio de un grado en azimut. Ver Figura 1.30. El receptor de a bordo detecta las dos seales de navegacin y compara sus fases y muestra la diferencia en grados, indicando as la posicin del radial donde se encuentra la aeronave.


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Figura 1.30: Indicaciones a bordo del VOR.

La forma de cumplir este requisito se consigue haciendo que la fase de una de ellas sea independiente del azimut (fase de referencia o seal de referencia, REF.), mientras que la fase de la otra seal debe variar con el azimut (fase variable o seal variable, VAR.). La variacin de la fase con el azimut se consigue mediante DDR dinmicos, obtenidos normalmente a partir de sistemas radiantes estticos, simulando antenas giratorias. Existen dos tipos de instalaciones terrestres VOR, denominadas VOR Convencional o CVOR y VOR Doppler o DVOR, sin embargo, el receptor de a bordo es el mismo para ambos casos y no diferencia a uno de otro.

3.2. Descripcin del equipo de Tierra VOR convencional CVOR La estacin terrestre CVOR transmite un diagrama de radiacin no direccional una portadora de frecuencia entre 112 y 118 MHz modulada en amplitud al 30% de profundidad de modulacin por una seal de 9960 Hz que est previamente modulada en frecuencia por una seal de 30 Hz de referencia (REF).


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Adems, transmite una portadora sin modular con diagrama de radiacin giratorio con forma de 8. Este es el patrn de radiacin caracterstico de un dipolo, una figura en forma de ocho formando ngulos rectos con respecto al plano del dipolo, y con ambos lbulos de igual intensidad y polaridad opuesta. Si el dipolo gira a 30 revoluciones por segundo, esta seal modulara en espacio al campo de radio frecuencia anterior no direcional. Girando a 30 revoluciones por segundo la modulacin espacial en amplitud ser de 30 Hz. Esta modulacin de espacio es la componente de la seal variable de una seal CVOR (VAR). La obtencin del diagrama de radiacin giratorio, que produce la seal variable, se hace a travs de dos radiofrecuencias con forma de banda lateral, moduladas por dos seales coherentes de 30Ha y desfasadas entre s 90. La figura 1.31 muestra un diagrama de bloques de un transmisor tpico CVOR, mientras la figura 1.32 indica como se forma el diagrama de radiacin giratorio a partir de dos diagramas (NW/SE y NE/SW) alimentados por banda lateral.

Figura 1.31: Diagrama de bloques de un transmisor CVOR.


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Figura 1.32: Suma de dos diagramas de radiacin alimentados con banda lateral para formar el nico diagrama de radiacin giratorio en el CVOR.

La antena VOR utiliza una antena de cuatro ranuras opuestas dos a dos alimentadas como se muestra en la figura 1.33. Las envolventes son dos seales de 30 Hz con un desfasaje de 90, este desfasaje resulta necesario para que su composicin configure el diagrama de radiacin, en forma de 8 y giratorio.


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Figura 1.33: Bandas laterales que alimentan a las ranuras NW/SE y NE/SW para formar el nico diagrama de radiacin giratorio en el CVOR. La onda inferior presenta la seal de 9960Hz modulada en frecuencia por los 30Hz REF.

La antena del CVOR es, normalmente, los elementos dipolo.

una antena cilndrica de cuatro ranuras,

similar a un conjunto de dos dipolos cruzados, es decir, las ranuras funcionan como

El transmisor del CVOR para producir el campo de portadora, excita a las 4 ranuras con una seal en fase, las polaridades de estos lbulos producen un diagrama no direcional o circular de fase constante a lo largo de los 360 de la estacin.


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La seal portadora est modulada en amplitud por la subportadora de 9960 Hz, mientras que la de referencia de 30 Hz modula en frecuencia a esta subportadora. El gonimetro del transmisor produce las seales variables y sincroniza en fase la seal de referencia, de modo que estn en fase cuando el azimut, con respecto a la antena, coincide con el norte magntico. El gonimetro del VOR, para producir la seal variable, excita a las mismas ranuras pero por parejas; cada par de ranura es atacado por una seal de banda lateral combinada y portadora suprimida, modulada a 30 Hz para variar su amplitud a dicha frecuencia entre cero y un mximo. Los campos producidos por estas dos seales son diagramas de seal en forma de ochos cruzados pero variando constantemente en amplitud, determinando la radiacin de un diagrama resultante tambin en forma de ocho girando en sentido de las agujas del reloj.

Figura 1.33: Antena de 4 ranuras NW/SE y NE/SW alimentada en su parte superior por la portadora, que contiene a la seal de referencia y, en su parte inferior, por las dos bandas laterales procedentes del gonimetro.

La BLC al sumarse con la portadora PBL y transmitida en forma no direccional constituye una modulacin en amplitud de 30 Hz; y la fase de esta respecto de la de 30 Hz FM en retraso igual al ngulo del acimut en donde se encuentra el punto de recepcin.


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La condicin VOR exige que en el NM, origen de azimut, las seales de REF y VAR estn en fase, es decir, el mximo positivo de seal de REF debe coincidir con el mximo positivo de seal VAR.

3.3. Errores del equipo transmisor del VOR convencional o CVOR Cada equipo de transmisin en un sistema VOR produce errores de orientacin que pueden ser dibujados en una curva de error; sta se puede considerar compuesta o formada por la suma de los errores producidos por la antena y el transmisor. El principal carcter distintivo de la curva de error de la estacin es el error pico a pico del mismo; es decir, la separacin en grados entre el error en la direccin ms positiva y el de la direccin ms negativa. El error en cualquier orientacin y la posicin relativa de la curva con respecto a la lnea de referencia del error cero se considera menos relevante. IMPORTANTE Para determinar las posibles causas de error de la estacin transmisora, es conveniente separar de la curva de error de comprobacin en tierra en sus principales componentes, denominador: - Alineamiento - Duantal - Cuadrantal - Octantal


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Los errores diferentes se obtienen a travs de una prueba el tierra o ground check, que se realiza captando la seal radiada por antenas situadas muy cerca de la antena transmisora (ver fugura 1.34). A continuacin se describen los diferentes errores anteriores. Error de alineamiento Se obtiene por la media aritmtica de los errores captados por las antenas perifricas situadas en los 16 puntos de prueba, dicho error implica una mala orientacin de la antena.

Figura 1.34: CVOR con la antena central cubierta por un radomo y las antenas perifricas, utilizadas en un ground check.

Error duantal Se denomina as por tener una distribucin peridica a lo largo de los 360 con un nico ciclo, los errores mximos toman dos valores opuestos, uno positivo y el otro negativo. Se produce cuando hay desacoplo o asimetra de emisin entre las dos ranuras de un mismo par (Si existe en los dos pares aparece error duantal doble). Se corrige actuando sobre los condensadores que varan la capacidad de las ranuras pertenecientes al par desacoplado. Ver figura 1.36.


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Si el error en valor absoluto es mayor que 0. se actuar sobre los condensadores por pares en sentidos opuestos, cuidando que no aumente la potencia reflejada.

Figura 1.35: Errores duantales en un CVOR.


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Error cuadrantal Presenta cuatro valores mximos, dos positivos y dos negativos, la distribucin es peridica a lo largo de los 360. Generalmente se debe a un desajuste entre las bandas laterales, ya sea por diferencia de potencia o por desajuste de la fase de la RF respecto a la portadora. Antes de analizar y corregir este tipo de error tiene que estar bien ajustada la cuadratura de fase de las seales de audio. Los errores son mximos en los puntos cardinales y nulos en sus bisectrices.

Figura 1.36: Errores cudrantales en un CVOR.

Error octantal Este error tambin es peridico, presentando cuatro ciclos a lo largo de los 360, tiene por tanto 4 mximos positivos y cuatro mximos negativos. Este tipo de error es debido a la geometra de las ranuras y solo se debe ajustar en fbrica posicionando las placas terminales de las ranuras. Suele ser menor de 0.3. No deben corregirse errores de menos de 0.5.


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Cada ajuste puede afectar a los dems errores hasta conseguir que la amplitud mxima de la curva de errores sea de 1.5.

3.4. Descripcin del equipo de Tierra VOR Doppler DVOR IMPORTANTE El equipo de radionavegacin DVOR, desarrollado a partir del sistema VOR convencional, es capaz de producir una seal de azimut considerablemente ms precisa mediante el uso del efecto Doppler y de su sistema de antena formado por elementos no direccionales. Las instalaciones de DVOR se usan principalmente all donde las condiciones geogrficas son difciles, dadas sus altas prestaciones. La seal RF radiada por el DVOR es modulada por dos ondas sinusoidales de 30 Hz. Ambas seales de 30 Hz tienen cierta relacin entre sus fases, que depende de la direccin en que se recibe la seal. La relacin entre fases es idntica al ngulo geogrfico entre el Norte y la direccin de la aeronave relativa al radiofaro (azimut). La diferencia de fase medida en el receptor de a bordo corresponde al ngulo azimut. Ver figura 1.37


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Figura 1.37: Diferencia de fases de las seales de navegacin en un DVOR.

Comparadas con un VOR convencional, en el DVOR las funciones de las oscilaciones de 30 Hz han sido intercambiadas. Esto significa que la seal de 30 Hz que modula en amplitud la portadora VHF, ahora sirve de seal de referencia, mientras que la seal de 30 Hz direccional modulada en frecuencia (seal variable) se contiene en la subportadora de 9960 Hz.


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La portadora se emite omnidireccionalmente por una antena central fija. Adems de estar modulada por la seal de referencia de 30 Hz, est modulada en amplitud con voz (de 300 a 3000 Hz) y con cdigo de identificacin. La seal de la subportadora de 9960 Hz se emite por las antenas de banda lateral, el cual se puede considerar que gira en una trayectoria circular (Ver figura 1.38). Las seales de bandas laterales (f0 +9960 Hz y f0 -9960 Hz) se emiten por las antenas dispuestas radialmente girando electrnicamente con una frecuencia de 30 Hz, el efecto Doppler har que la subportadora sea modulada en frecuencia en funcin del azimut. En la banda de frecuencias entre 108 y 118 Mhz se requiere un crculo de radio R de entre 7.5 y 6.5 m para poder mantener la desviacin de frecuencia de 480 Hz que es lo estipulado por la OACI. La ecuacin que se usa para determinar el valor de R se deriva del efecto Doppler. Los diferentes mtodos que se usan para generar las dos seales de 30 Hz en el VOR y en el DVOR slo tienen importancia internamente. El receptor del VOR de a bordo no tiene forma de saber si recibe la seal de una estacin CVOR o DVOR.


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Figura 1.38: Conjunto de antenas del DVOR.


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Figura 1.39: Recepcin de las seales de navegacin de 30 Hz en un DVOR..

La figura 1.39 muestra como se genera la modulacin de frecuencia de la seal dependiente de la direccin con ayuda del efecto Doppler. El incremento de frecuencia f depende de la velocidad con que giran (electrnicamente) que es fn =30Hz, del dimetro D de la rbita y de la longitud de onda de la seal radiada media 0. La relacin se expresa de la siguiente manera: f = f 0 x (D/ 0) x fn Si, como muestra la figura 1.40, la antena A empieza su rbita en el punto 1 y contina por el 2 y el 3 hasta el 4, las frecuencias recibidas por los dos observadores B1 y B2 cambiarn en funcin del tiempo. Si una seal de referencia con la misma frecuencia es emitida al mismo tiempo por una antena central M omnidireccional, la diferencia de fase entre la seal de referencia (de la antena M) y la de frecuencia variable (de la antena A) ser proporcional al azimut (de la posicin del observador), es decir, que la relacin entre las fases de las seales A y M es una funcin del azimut. El punto de referencia es el polo magntico (punto 1), donde ambas seales estn en fase.


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Figura 1.40: Recepcin de las seales de navegacin de 30 Hz en un DVOR.

La mejor forma de realizar el movimiento orbital de las seales de banda lateral con la frecuencia de giro de 30 Hz es por medio de mtodos electrnicos. Para ello se instalan equidistantes en la rbita unas 50 antenas omnidireccionales fijas. Una unidad de conmutacin de antena alimenta las antenas en secuencia, de tal forma que simula a una antena que gira a la velocidad deseada. Para conseguir, en el caso de 50 antenas perifricas, este efecto la unidad conmutadora de antena activa simultneamente la alimentacin de radiofrecuencia a la antena 1 con la banda lateral superior (f0 + 9960 Hz) y la antena 26 con la banda lateral inferior (f0 9960 Hz), (ver figura 41). Cuando las antenas 1 y 26 alcanzan su pico de radiacin, se activan las antenas adyacentes 2 y 27 respectivamente. Tan pronto como estas alcanzan su pico de radiacin, la banda lateral superior de la antena 1 se conmuta a la 3, mientras simultneamente la banda lateral inferior pasa de la antena 26 a la 28. Este mtodo de activacin de las antenas de las bandas laterales y la modulacin de las seales de banda lateral resulta en una rotacin de los focos de radiacin de las bandas laterales superiores e inferiores de forma continua.


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Figura 1.41: Alimentacin de las antenas que producen la modulacin de frecuencia por efecto Doppler..

La figura 1.42 muestra una instalacin DVOR.

Figura 1.42: Estacin de tierra tpica de un DVOR.


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3.4.1 Equipo de a Bordo VOR El equipo embarcado VOR es el encargado de recibir, procesar y presentar la informacin proporcionada por la estacin de tierra para su explotacin en forma manual (piloto) o forma automtica (piloto automtico). El diagrama general del equipo de a bordo se muestra en la figura 1.43.

Figura 1.43: Diagrama de bloques de un receptor VOR.

La antena es la encargada de recibir la informacin procedente de la estacin de tierra. La situacin de la antena es, generalmente, el estabilizador vertical y est constituida por ranuras situadas a ambos lados del estabilizador para proporcionar un DDR lo ms no direccional posible. Por su parte, la lnea de transmisin es normalmente coaxial, de unos 50 de impedancia caracterstica de bajas prdidas. La unidad selectora permite al piloto seleccionar la frecuencia de trabajo, para sintonizar el receptor/procesador, a fin de obtener informacin de la estacin VOR seleccionada. Est ubicada en la cabina de la aeronave. El receptor es del tipo clsico superheterodino de simple o doble conversin, su misin es proporcionar al procesador las seales que modulan en amplitud a la portadora. El receptor est formado por un amplificador de RF, mezclador, oscilador local, amplificador FI y detector. El procesador tiene como misin la separacin de las seales de referencia, variable e identificacin, as como la comparacin de fases de las seales de navegacin de 30 Hz para la obtencin de informacin til a las funciones de navegacin y guiado del piloto.


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Las seales remoduladas, entregadas por el receptor, se separan entre si mediante filtros. A la salida de cada uno de ellos tendremos: Seal de 1020 Hz de identificacin, enviada al sistema integrado de audio para ser escuchada por el piloto. Seal de 30 Hz que modula directamente en amplitud a la portadora. Seal de subportadora de 9960 Hz, que modula en amplitud a la portadora y que, a su vez, est modulada en frecuencia por los 30 Hz FM. La seal de subportadora se discrimina, con el objeto de recuperar los 30 Hz FM. Una vez obtenidas las dos seales de navegacin se procede a la comparacin de sus fases, que podr hacerse segn dos fines: la navegacin y el guiado. La funcin navegacin tiene como misin el presentar al piloto, en una unidad indicadora denominada RMI (Radio Magntica Indicator), el radial de situacin de la estacin VOR respecto de la aeronave. La funcin guiado tiene como misin indicar al piloto la desviacin, con relacin al radial seleccionado, as como si se est acercando (TO) o alejando (FROM) de la estacin, el instrumento correspondiente se denomina CDI (Curse Deviation Indicator). Partiendo de las dos seales de navegacin, ambas de 30 Hz, y cuya diferencia de fase es igual al ngulo que representa la diferencia de azimut entre dos radiales: el de situacin de la antena de Rx y el radial de referencia origen de azimut es, generalmente es el radial orientado al Norte magntico. El interfase del instrumento de a bordo con el piloto contiene los elementos siguientes: a) Selector de Radiales (CS) que bsicamente un desfasador que retrasa la fase de la seal de 30Hz, que previamente ha sido demodulada FM y que estaba en la subportadora de 9960Hz, en un determinado ngulo que coincide con el radial que el piloto quiere seguir en vuelo.


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b) Indicador de Desviacin (DI) que un miliampermetro polarizado de cero central con una aguja vertical sobre la que acta la seal de error de un comparador de fase, si el error es positivo la aguja se desva a la izquierda y al contrario cuando el error es negativo, mantenindose centrada cuando es nulo. c) Indicador de Sentido (TFI) o indicador de To-From es, en esencia, un rel polarizado que funciona con la seal de error del segundo comparador de fase, la palabra TO aparecer cuando la seal de error sea positiva.


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4. EL EQUIPO MEDIDOR DE DISTANCIAS (DME)4.1. Consideraciones generales IMPORTANTE La informacin de distancia ofrecida por el DME ha tenido hasta ahora un valor complementario y era utilizada conjuntamente con la proporcionada por otro sistema de navegacin, de ah que el DME se encuentre coemplazado con otras radioayudas como son VOR, ILS o MLS. En la actualidad, debido a la implantacin de la RNAV, est constituyndose en un equipo bsico para la navegacin area, por lo que ya hay planes de instalacin de estos equipos en solitario. Un DME proporciona informacin de distancia a una aeronave dotada del equipo adecuado. IMPORTANTE Tpicamente se emplea junto con el VOR para constituir el sistema de ayuda a la navegacin area de corto alcance normalizado por OACI. La banda de frecuencia asignada al DME es la de 960 a 1215 MHz. La informacin de distancia entre el emplazamiento y la posicin de la aeronave se obtiene al medir el intervalo de tiempo entre la interrogacin y la recepcin. Esta informacin de distancia se presenta al usuario en un indicador con presentacin digital. El equipo de tierra DME se asocia normalmente con un VOR y, en alguna ocasin, sustituye a las radiobalizas en un Sistema ILS, ubicndose en este caso junto con la senda de descenso.


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4.2. Descripcin general del equipo de Tierra IMPORTANTE El equipo de tierra de un sistema DME est constituido por equipos electrnicos que reciben y transmiten seales de caractersticas apropiadas (transpondedor), una antena, un equipo de supervisin (monitores) y componentes auxiliares para garantizar la integridad y continuidad operacional, un esquema general de este equipo se presenta en la figura1.44.

Figura 1.44: Esquema general de un equipo de tierra DME


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El equipo electrnico est constituido por un receptor y un transmisor respondiendo al esquema que se presenta en la figura 1.45. Los impulsos de interrogacin producidos desde el avin se reciben en la antena y son dirigidos al receptor que los convierte en impulsos de vdeo que se tratan en el procesador, envindose de la forma apropiada al transmisor como impulsos de respuesta.

Figura 1.45: Diagrama de bloques de un equipo de tierra DME.


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4.3. Medida de distancia El transmisor de a bordo, Interrogador, enva pares de impulsos codificados de interrogacin con una secuencia aleatoria. Estos impulsos recibidos en tierra por la unidad Transpondedora del DME, retransmite pares de impulsos de respuestas sincronizados con los de interrogacin y un retardo nominal de 50 s en modo X (56 s en modo Y) en una gama de frecuencia separada 63 MHz de la frecuencia de interrogacin. Este retardo entre la recepcin de los pulsos de interrogacin y la transmisin de sus correspondientes pulsos de respuesta, llamado retardo principal, se introduce para que una aeronave que vuele prxima al equipo terrestre puedea completar la transmisin de la interrogacin y, despus, desactivar su transmisor antes de que el receptor empiece a recibir los pares de pulsos de respuesta. El receptor de a bordo recibe todas las respuestas, incluyendo las correspondientes a otras aeronaves y selecciona la respuesta a su interrogacin mediante un circuito de coincidencia basado en un proceso estroboscpico automtico. Mediante este proceso identifica las respuestas propias, por el hecho de que la secuencia aleatoria de interrogacin es diferente para cada aeronave y, por lo tanto, solamente las respuestas a su propia interrogacin tienen la necesaria coincidencia para habilitar el medidor de distancias. El proceso estroboscpico comienza con la funcin bsqueda despus de sintonizar un nuevo canal del transpondedor o por interrupcin seria de las seales radiadas. Durante este proceso el equipo de a bordo interroga en una gama de repeticin aleatoria de 120 a 150 pares de impulsos por segundo; el proceso de bsqueda puede durar como mximo 20 segundos, el sistema estroboscpico se bloquea y de acuerdo con los impulsos reconocidos comienza la funcin seguimiento; durante esta operacin el circuito de tiempo mide el lapso entre las seales de interrogacin y respuesta proporcionando informacin continua de la distancia de la aeronave al radiofaro. El rgimen de repeticin aleatoria de interrogaciones durante este proceso es de 24 a 30 pares de impulsos por segundo. Durante la funcin bsqueda el Interrogador hace una primera estimacin para habilitar la ventana de recepcin de respuesta. Si las distancias estimadas no son correctas debe hacer una nueva aproximacin.


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Existen circuitos de memoria a bordo que mantienen la ltima informacin de distancia durante 10 segundos para permitir la operacin de seguimiento tras una interrupcin transitoria de la seal radiada.

4.4. Caractersticas de los impulsos de la Interrogacin y Respuesta

Figura 1.46: formas de la onda que conforma los pares de pulsos en el DME.

La banda en que opera el DME entre 960 y 1.215 MHz est dividida en 256 canales de emparejamiento de frecuencias de interrogacin-respuestas separadas 63 MHz, la separacin entre canales contiguos es de 1 MHz. Puede transmitir por cualquiera de los 252 canales relacionados en el Anexo10 de la OACI (126 de modo X y 126 de modo Y) adems de otros 100 canales adicionales para el MLS. Dentro de los canales de funcionamiento del DME, estos se dividen en 126 canales para cada modo X o Y con diferente codificacin de impulsos:


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Modo X: Separacin entre el par de impulsos de Interrogacin: 12 s. Separacin entre el par de impulsos de Respuesta: 12 s. Retardo principal de las respuesta: 50 s.

Modo Y: Separacin entre el par de impulsos de Interrogacin: 36 s. Separacin entre el par de impulsos de Respuesta: 30 s. Retardo principal de las respuestas: 56 s.


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Figura 1.47: Asignacin de frecuencias de interrogacin y respuesta en los modos X e Y.

4.5 Nmero esperado mximo de aeronaves simultneas atendidas por una estacin terrestre DME Se puede hacer una estimacin del nmero mximo interrogaciones de aeronaves que puede obtener respuesta del transpondedor o equipo de tierra.


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Se supondr que el 95% del tiempo el transpondedor est ocupado atendiendo aeronaves que interrogan en rgimen de seguimiento, y el 5% del tiempo ocupado atendiendo a aeronaves en la fase de bsqueda. El tiempo muerto del receptor se supondr de 60 s (periodo de tiempo siguiente a la recepcin de una interrogacin durante el cual el receptor no acepta la interrogacin siguiente). Con estas asignaciones como ejemplo el presupuesto conduce a la atencin de unas 100 aeronaves. Los clculos se basan en los siguientes regmenes de pulsos: 120 125 interrogaciones/s durante la funcin bsqueda. 20 25 interrogaciones/s durante la funcin seguimiento. 1 monitor a 20/20 interrogaciones de nivel fuerte y dbiles. 1 supervisor de la seal que produce en total 78 interrogaciones/s. A partir de estos datos, se obtienen las siguientes interrogaciones por segundo: 5 x 125 = 625 interrogaciones/s (bsqueda) 95 x 25 = 2375 interrogaciones/s (seguimiento) Total de interrogaciones: 625+2375+78 = 3078 interrogaciones/s Si aumenta el nmero de aeronaves en funcin bsqueda aumenta por consiguiente el nmero de interrogaciones. Sin embargo, cuando se superan las 2700 +/- 90 interrogac./seg. el equipo terrestre captar solo las ms prximas variando la sensibilidad del receptor.


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5. LA NAVEGACIN GLOBAL POR SATLITE(GNSS)5.1. Introduccin La navegacin basada en satlites es hoy una realidad que ha convertido la navegacin en una aplicacin masiva, trascendiendo los mbitos clsicos martimo o areo. IMPORTANTE Desde el punto de vista OACI, la navegacin area fue uno de los objetivos dentro del concepto CNS/ATM, aprobado en la X Conferencia de Aeronavegacin, celebrada en 1989 (Ver figura 1.50). Incluso las siglas GNSS fueron introducidas entonces y ponen de manifiesto que es una navegacin de cobertura global y que no se basa en infraestructura de navegacin terrestre.

Figura 1.49: Diagrama de bloques de un ADF.

Sin embargo, para lograr determinadas prestaciones, puede requerir elementos complementarios o aumentaciones, habindose identificado tres tipos, segn donde se encuentra localizada la aumentacin:


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ABAS, aumentaciones ubicadas en la propia aeronave. GBAS, aumentaciones soportadas por infraestructura terrestre. SBAS, aumentaciones basadas en otros satlites, distintos a los de la constelacin, normalmente geoestacionarios. IMPORTANTE La configuracin bsica GNSS est compuesta de tres segmentos, como muestra la figura 1.51, el segmento espacial, el terrestre y los usuarios.

Figura 1.51: Segmentos que constituyen el sistema GNSS.

Cada segmento desempea un papel diferente dentro de la operacin global: Segmento del espacio: Formado por una constelacin de satlites, que transmiten continuamente una seal que incluye el mensaje de la navegacin que permite determinar la posicin de cada satlite en cualquier instante y del tiempo en que se ha producido la informacin. Tiene cobertura global con un promedio de ocho satlites simultneamente observables con una elevacin mnima de 15. Segmento del control: Las constelaciones GNSS, como el GPS, se controlan con un segmento terrestre. La funcin de este segmento es mantener el estado operacional de la constelacin.Mdulo 1: CNS: Navegacin y Comunicaciones 77


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Segmento del usuario: Consiste en todos los potenciales usuarios del sistema. El usuario tiene el receptor que sigue las seales emitidas por los satlites seleccionados y que le sirven para calcular la posicin, la velocidad, la actitud y el tiempo tridimensionales. Actualmente existen dos constelaciones desplegadas, GPS (americana) y GLONASS (rusa) y otra en desarrollo (Galileo, Europea).

5.2. Constelacin de satlites o segmento espacial del GPS. La configuracin orbital de la constelacin GPS era inicialmente de 24 satlites distribuidos en tres rbitas circulares con inclinaciones de 63 grados. Los anillos eran equidistantes alrededor del ecuador y las altitudes orbitales a los 20380km. Esta altitud da dos perodos orbitales por da sideral y repitiendo su huellar sobre la Tierra. Esta configuracin suministra un mnimo de seis satlites a la vista en cualquier momento, con un mximo de 11.

Figura 1.52: Constelacin Actual (vista desde el ecuador y los polos respectivamente)


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Esa configuracin inicial se ha cambiado por la constelacin original propuesta. La nueva inclinacin se ha reducido a 55 grados y el nmero de planos orbitales se ha aumentado a seises, el nmero de satlites es formado actualmente por 31. La tabla siguiente demuestra a GPS principal parmetros basados en los satlites: Nmero de los satlites en funcionamiento Plano orbital 31 Seis igualmente espaciados

con nudos ascendentes a 60 Radio orbital Velocidad Excentricidad Velocidad angular Periodo Inclinacin 26561,75 km. 3.8704 km/s Inferior a 0.002 1.454*10-4 rad/s 12 h mean sidereal time 55 grados nominal

Los satlites del GPS tienen actitud estabilizada en las tres ejes y utilizan paneles solares como fuente de alimentacin primaria. La antena que radia y recibe las seales tiene una ganancia que realza la energa recibida o trasmitida desde la Tierra. El diseo de los satlites tiene como promedio doble o triple redundancia y tienen una vida til que supera los 7 aos. informacin fiable en cuatro dimensiones Los satlites del GPS no necesitan (tres espaciales y tiempo). La supervisin y control continuas, esto significa que deben ser capaces de suministrar previsibilidad de la posicin orbital es fcilmente alcanzable debido a que las rbitas son de gran altitud y no son afectadas por la friccin atmosfrica. Muchos otros factores (tales como presin solar, variaciones en geopotencial, etc.) que afectan a la posicin orbital pueden ser modelados y considerados.


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Por su parte, el segmento espacial GLONASS est caracterizado por: 24 Satlites 3 planos Orbitales: 64.8 Inclinacin 19100 km Altitud 11 h 16 m Periodo Orbital Planos separados entre s por 120 Satlites en cada plano separados por 45.

5.3. El segmento de Tierra del GPS El segmento de tierra tiene los objetivos siguientes: Mantener los satlites en su rbita apropiada con maniobras de comando pequeas. Hacer las correcciones y los ajustes a los relojes y adems carga de pago, segn se necesite. Seguir los satlites del GPS y generar y los mensajes ascendentes de los datos de la navegacin a cada uno de los satlites. Ordenar las reubicaciones importantes en caso de fallo en los satlites reduciendo al mnimo el impacto. Para hacer esto, el segmento de tierra consiste en: Cinco la estaciones de supervisin, 4 estaciones la Tierra para transmitir los mensajes ascendentes y una estacin central de control.


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Los emplazamientos se ha seleccionado con una separacin significativa en su longitud respectiva para permitir una mxima visibilidad de la constelacin. Las estaciones de supervisin contienen mltiples receptores GPS para seguir las frecuencias L1 y L2, tanto sus cdigos como portadoras de cada satlite a la vista. Estas estaciones tambin contienen los relojes estndares del cesio redundantes para que los receptores del GPS los utilicen como oscilador de la referencia. La informacin recogida se enva de nuevo a la estacin de control principal. El procesador entonces estima los calendarios astronmicos, el error de reloj y los otros parmetros de los datos de la navegacin para cada satlite. Estos datos de la navegacin tendrn valor para un mnimo de 14 das entre actualizaciones. Los datos de la navegacin se transmiten entonces a las antenas de tierra para su transmisin a los satlites. Cada satlite puede aceptar un mensaje ascendente 3 veces por da, aproximadamente con 8 horas de espaciamiento. Cada mensaje ascendente contiene muchas pginas que alimentan al procesador del segmento espacial del GPS

Figura 1.53: Segmento Terrestre GPS.


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5.4. El segmento Usuario GNSS Los usos del GNSS son ilimitados. Una lista parcial de estos incluye: Navegacin de la tierra: Vehculos de supervisin Rutas mnimas Mejoras en la programacin de viajes Gestin del trfico Control del incumplimiento de las normas

Navegacin martima: Ocenica Costera Aproximacin a los puertos Rutas internas navegables

Navegacin area: De ruta De rea terminal de maniobras Gestin del trfico areo Aproximaciones y aterrizaje instrumentales Movimiento en superficies de los aeropuertos

Navegacin espacial: Lanzamie

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