Sistemas de Navegación Aérea Cap-3

EQUIPO DE TIERRA DE NAVEGACIÓN AÉREA.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

La operación de un equipo VOR de tierra esta basada en la diferencia de fase entre dos señales que emite: una de referencia y otra variable. La fase de referencia, de 30 hz. es omnidireccional, es decir, se transmite desde la estación en forma circular, permaneciendo constante en todos los sentidos. Esta señal de referencia modula en frecuencia a una onda subportadora de 9.960 hz. , la cual modula a su vez en amplitud a la portadora.

La fase variable, también de 30 hz. , modula en amplitud a la onda portadora y se transmite a trabes de una antena direccional que gira a una velocidad de 1.800 rpm.

El VOR emite un numero infinito de haces que pueden verse desde la estación, como si fuera los radios de una rueda. Estos haces son conocidos como radiales y se identifican por su marcación magnética de salida de estación.

Los radiales de un VOR son infinitos, pero el equipo de abordo es capaz de diferenciar 360 de ellos.

En una estación de VOR, un sistema de monitores y dos transmisores, aseguran un servicio continuo de funcionamiento. Si la señal del equipo se interrumpe por cualquier causa , o varían sus fases, el sistema de monitores desconecta el equipo defectuoso, conectando a su vez un transmisor auxiliar y excitando una alarma en el panel de control que indica un fallo en el sistema. El equipo transmisor trabaja en VHF en la banda de 112 Mhz a 118 Mhz, en frecuencia que termina en décimas pares o impares, y centésimas impares. Se podrán usar frecuencias comprendidas entre 108 y 112 mhz cuando:

• Se usen en VOR de cobertura limitada únicamente
• No se usen solo frecuencias que terminen bien en décimas pares o centésimas
• Impares de Mhz
• No se utilicen estas frecuencias para el sistema ILS
• No ocasionen interferencias al ILS

Las distintas estaciones de VOR se clasifican por su altitud y distancia libre de interferencias a la que pueden recibir. Existen dos criterios sobre el particular: el americano y el de OACI.

La clasificación americana de la F.A.A. es la siguiente:

•  T-VOR. VOR : terminal o de recalada
•  L-VOR.VOR: de baja altitud
• M-VOR.VOR: de medio alcance
•  H-VOR.VOR: de gran altitud

Los alcances de los distintos tipos de VOR no deben confundirse con una mayor o menor potencia de emisión de las estaciones de tierra, pues ésta es prácticamente la misma para todos, situándose alrededor de los 200 w.

EQUIPO DE ABORDO

Cuatro son los componentes del equipo de a bordo del sistema VOR.

Estos son:

• ANTENA
• RECEPTOR
• SERVOAMPLIFICADOR
• INDICADOR

ANTENA: cabe destacar su forma en “V”, su ubicación es siempre en el estabilizador vertical de cola o en la parte superior del fuselaje. Su misión consiste en recibir las líneas de flujo electromagnético emitidas por la estación de tierra y transmitirlas al receptor.

RECEPTOR: la función del receptor consiste en interpretar o medir, con ayuda de los indicadores, la diferencia de fase entre las dos señales, la de referencia y la variable, emitidas por el equipo de tierra

SERVOAMPLIFICADOR: la energía electromagnética llega desde el emisor de tierra hasta la antena de a bordo. Desde allí es enviada al receptor, donde es convertida en impulsos eléctricos. Estos impulsos no bastaran para producir las deflexiones necesarias en indicador de VOR, por lo que se tienen que ser tratados por un servoamplificador. Una vez amplificados los impulsos ya pueden ser transmitidos al indicador.

INDICADOR: la función única de indicador del VOR, es mostrar al piloto su situación con respecto a la estación de tierra en cualquier momento. La información es clara y precisa y da, constantemente indicaciones de mando, o de que debe hacer el piloto, para mantener a la aeronave sobre una ruta determinada.

SELECCIÓN DE LA ESTACIÓN VOR

dibujo VOR  escuadron69-aviación simulada

En el panel de instrumentos la brújula del VOR posee una aguja denominada CDI (Course Desviation Idicator o “indicador de desviación de curso) esta se moverá hacia la izquierda o hacia la derecha de acuerdo a como este posicionado el avión con respecto al RADIAL. Además tendremos un marcador que nos dirá TO o FROM (en muchos casos es un triangulo apuntando hacia delante o hacia atrás) conforme si la estación VOR se encuentra delante o detrás del avión. Para seber en que radial estamos exactamente se debe girar el OBS (Omni Bearing Selector) o “selector de orientación”, hasta que la aguja del CDI se centre exactamente en el centro del compás y el marcador TO/FROM se encuentre en TO. Cabe remarcar que el dial del OBS se puede encontrar en el mismo VOR o en el display del piloto automático “COURSE”. Entonces podremos observar en el OBS en que RADIAL de ese VOR estamos ubicados. Para ir hacia esa estación tendremos que girar nuestro avión hacia el curso que nos indique el OBS.

Dado que a aerovías son generadas en su mayoría por radiales de VOR, para volar sobre ellas debemos interceptar uno de estos radiales.

CARACTERÍSTICAS DE LA SEÑAL TRANSMITIDA.

• Frecuencia: entre 112 y 118 Mhz.( de 108 a 112 Mhz para usos especiales).
• Polarización horizontal.
• Propagación muy rectilínea.
• Separación de al menos 50 Khz entre canales adyacentes (estaciones VOR cercanas) para evitar interferencias.
• Identificador único de cada estación VOR.

ESTRUCTURA DE LA SEÑAL TRANSMITIDA.

•  Compuesta de 2 señales de navegación, 1 señal de audio y una señal de identificación ( que se transmite en MORSE dos veces por minuto).
• Se transmiten 2 cuadros cruzados, formando uno omnidireccional, de manera que se genera un diagrama en forma de cardioide que gira a 30 rps, a través del cual se emite la portadora.
• El giro de la cardioide modula an AM a la portadora transmitida.
• Se transmite una subportadora a 9960 HZ de la portadora principal, que es modulada por la señal de referencia (que es una señal sinusoidal a 30 Hz.). Esta subportadora también modula en AM a la portadora principal.
• Existe una sincronización de forma que la fase de la señal de referencia es 0 cuando el pico de la cardioide apunta hacia el Este.
• Se emite una canal vocal a 1020 HZ de la portadora principal.

EQUIPO VOR EN EL AVIÓN

Antenas: aunque antes se utilizaban antenas de cuerno ahora se utilizan antenas de parche situadas sobre el avión, que son más aerodinámicas.

El equipo que se encarga de la recepción, amplificación y demodulación de la señal, separando además las diferentes componentes.

EQUIPO VOR EN LA ESTACION TERRESTRE.

Se dispone de un generador de portadora principal y de señales moduladores, un equipo de modulación y un sistema radiante (de unos 2000 W de potencia), estando todo ello coordinado con un equipo auxiliar de mando y control de la instalación.

SISTEMA VORTAC

El VORTAC es una radioayuda que combina las funciones del VOR y de los TACAN, y transmite información en azimut en VHF y UHF y de distancia en UHF. De esta manera tanto las aeronaves equipadas con VOR, DME, TACAN, recibirán información de azimut y distancia al VORTAC.

SISTEMA LORAN

El long range navigation, LORAN es un sistema de navegación hiperbólica radioeléctrico e largo alcance, que opera en baja y media frecuencia.

Este equipo proporciona información de posición midiendo la diferencia de tiempo en microsegundos, entre la llegada de dos señales de radio desde dos estaciones transmisoras de tierra.

Para navegar con el sistema LORAN es necesario sintonizar dos grupos de estaciones en tierra. Cada uno de ellos esta constituido por dos equipos emisores que reciben el nombre de estación primaria y estación secundaria.

Lógicamente, cada grupo de estaciones LORAN emitirá en frecuencias distintas. Centrándose el estudio en uno de los grupos transmisores, el proceso seguido es el siguiente:

La estación principal del grupo LORAN emite ondas electromagnéticas de radio que son captadas por el avión y por la estación secundaria, la cual envía sus propias señales hacia la aeronave.

Las señales que lanza la estación principal llegan al equipo de abordo antes que las de la estación secundaria, con una diferencia de tiempo tal, que dependerá de la posición del avión. El receptor LORAN analizara la diferencia de tiempo entre las dos señales.

Esa diferencia de tiempo determinara una línea sé situación que debido a la posición relativa de las estaciones principal y secundaria, y al recorrido que deba efectuar las ondas hasta llega al avión, tendrá la forma e una hipérbola.

La aeronave puede estar situada en cualquier punto de la hipérbola. Pues en cada uno de sus puntos, la diferencia de tiempo en la llegada de las señales de las estaciones LORAN, es constante.

Para conocer exactamente la posición del avión sobre la hipérbola será necesario sintonizar otro grupo LORAN para llevar a cabo el mismo procedimiento. Una vez hallada la nueva diferencia de tiempos, sobre la carta de navegación, podrá buscarse otra línea hiperbólica, correspondiente al grupo últimamente sintonizado, que este de acuerdo con la diferencia de tiempos determinada por el receptor de a bordo.

El equipo LORAN consiste en una receptor de baja y media frecuencia y una pantalla de rayos catódicos en la cual aparecen una serie de líneas producidas por la recepción en el avión de las ondas lanzadas desde tierra. Con una plantilla especial se mide la diferencia de tiempos ente las señales representadas en la pantalla.

SISTEMA ADF

dibujo ADF  escuadron69-aviación simulada

Uno de los sistemas de radio navegación mas antiguos es el ADF (automatic direction finder {}_ 0.) por el nombre de su equipo en tierra NDB. Su funcionamiento se basa en la determinación de la dirección de llegada de las ondas de radio emitidas desde el radio faro ubicado en tierra NDB.

El concepto básico de radio compás es el de un indicador en el instrumento de cabina que apunta hacia la estación y muestra así la posición de su moro con las estación. Esta relación se conoce como marcación relativa independientemente del rumbo del avión, la aguja indicadora mostrara la marcación relativa. El indicador del VOR estará centrado cuando el avión se encuentre sobre el radial seleccionado, pero independientemente del rumbo. La aguja del ADF estará en el centro solamente cuando la estación este justo enfrente del morro del avión . de esta forma, lo fundamental de esta radio ayuda es que proporciona información sobre la dirección en que se encuentra la estación .

El ADF constituye un apoyo a la navegación de sistemas que operan en VHF , y por lo tanto podrá usarse cuando este tipo de navegación basada en onda de alcance visual no es posible. El radio compás al trabajar en las bandas LF y M F recibe las señales emitidas por los NDB en ondas de tierra.

Este equipo se usa para la identificación de posición, para recibir comunicaciones en baja y media frecuencia, seguimiento de las rutas magnéticas y como procedimiento de aproximación instrumental de no precisión.

La composición del equipo consta de dos partes bien definidas:

•  Equipo de tierra: NDB
•  Equipo de abordo: ADF

El equipo de tierra es un transmisor convencional MF que funciona a una frecuencia en la banda de 200 KHZ a 500 KHZ, que emite una portadora interrumpida modulada en intervalos regulares por un tono que da el indicativo de la radiobaliza en el código de MORSE.

El equipo de abordo consta de 4 componentes

• Sistemas de antenas
• Receptor
• Servoamplificdor
• Indicador

ANTENAS: las antenas típicas varían desde antenas en “T” de 25 m de altura y 50 m de longitud para radiofaros de largo alcance, a torres de 10 m aisladas de tierra y antenas “whip” que varían de 10 a 20 m de longitud.

Los parámetros que afectan el rendimiento de un sistema de antenas cortas es el sistema de puesta a tierra. Las antenas cortas presentan una resistencia a la radiación extremadamente baja.

La resistencia de tierra depende de la extensión del sistema de puesta a tierra , la naturaleza y humedad del suelo.

La antena de sentido consiste en despejar el error de ambigüedad que tiene la antena loop.

Esta antena puede instalarse tanto en el interior como en el exterior de la aeronave.

Si va colocado en el exterior, dicha antena va desde un aislante en la cabina hasta el estabilizador vertical de cola.

Cuando las señales de la antena loop y la antena de sentido se suman, resulta que una de las posiciones de nulo de la primera desaparece. Queda pues, solo una posición nulo que indicara el sentido de la estación emisora. Se ha logrado con esta suma la determinación de la dirección y el sentido en el que se encuentra la estación de tierra.

RECEPTOR: es el equipo capaz de transformar la energía electromagnética recibida, en energía eléctrica, cuya amplitud esta en función de la posición relativa de la antena receptora respecto de la trayectoria de propagación del campo electromagnético procedente del transmisor de tierra que va instalado en uno de los paneles de la cabina y debe ser de fácil acceso.

SERVOAMPLIFICADOR: consiste en un amplificador de impulsos eléctricos que le llegan y transmitirlos a los indicadores. De esta manera, la aguja indicadora ya es sensible a las señales eléctricas que recibe.

INDICADORES: existen dos tipos de indicadores de radiocompás: el de carta fija y el de carta móvil o RMI. Ambos son accionados por el mecanismo transmisor y muestran la posición angular de la antena loop en relación con el eje longitudinal del avión.

El indicador de carta fija es una rosa graduada en 360° con señales para las divisiones de 5 y 10°.

Los rumbos cuadrantes se representan por el símbolo del punto cardinal. El índice de 90° vendrá señalado por la lectura correspondiente a 180 por la letra S , el de 270 por la letra W y el de 360 por la letra N

DME

DME significa Distance Measuring Equipment o “Equipo Medidor de Distancia”. Este quipo es autónomo pero trabaja generalmente asociado a una estación VOR e indica en el display del equipo DME la distancia que hay desde el avión hasta la estación VOR e indica en el display del equipo DME la distancia que hay desde el avión hasta la estación VOR que se halla seleccionada (medida en Mn).

Se trabaja en banda C (960 – 1215 Mhz.) y se utilizan 252 canales de 1 Mhz., comprendidos entre los 961 y los 1213 Mhz. El avión emplea los 126 canales centrales (desde 1024 hasta 1150 Mhz.) y el radiofaro DME utiliza el resto, cumpliéndose siempre que el canal de interrogación del avión y el de la estación terrestre están separados por 63 Mhz, con la idea de simplificar la circuitería necesaria.

La señal transmitida consta de 2 pulsos de 3.5 s, separados por un intervalo de 12 0 36 s según su uso sea militar o civil. En recepción se suman ambos pulsos, de forma que se mejora la relación señal a ruido.

El modo de funcionamiento es bastante simple. Una vez recibidos los 2 pulsos enviados por el avión, se espera un tiempo de 50 s antes de responder. El avión calcula el tiempo que ha tardado en recibir la respuesta, obteniendo a partir de éste la distancia.

ILS

El ILS (Intrument Landing Sistem o “sistema de aterrizajes por instrumentos) es el más preciso sistema de aproximación actualmente usado. Un ILS básicamente incluye un localizador (localizer), aguja vertical que determina la alineación derecha – izquierda en relación con la pista, y un Glide Slope o “senda de descenso”, aguja horizontal que define el ángulo de descenso.

El ILS también incluye marcadores (Generalmente tres: Marcador Externo (O); Marcador Medio (M); Marcador Iterno (I)) que define puntos específicos a lo largo de la aproximación final hacia la pista. El ILS opera en un rango de 108.00 hasta 112.00 Mhz, y utiliza para su función generalmente el instrumental del VOR.

ESTRUCTURA DEL ILS.

El ILS está formado por tres subsistemas independientes:

• Localizador
• Senda de planeo
• Balizas marcadoras

LA SENDA DE PLANEO

Su objetivo es producir en el espacio un plano perpendicular al de acercamiento con una inclinación aproximada de 2.5°. Este es el plano de descenso, la base para generar este plano de descenso es generar una onda electromagnética de tal forma que por la parte superior de ese plano se reciba una portadora UHF modulada en AM por un tono de 90 Hz y por la parte inferior reciba esa portadora pero modulada con un tono de 90 Hz. cuando el avión se encuentre en el plano de descenso detectará con la misma intensidad ambos tonos.

La senda de planeo consta de dos (o tres en algunas ocasiones) antenas, que son dipolos horizontales. La antena inferior estará alimentada por una señal CSBSBO. La señal que recibiría un recepto colocado a un cierto ángulo de elevación respecto de la estación es una señal proporcional a la suma de las señales procedentes dela antena inferior y de la antena superior. Hemos de decir que la senda de planeo es menos precisa que el localizador. Hay que tener cuidado también en la senda de planeo con los falsos ejes que pueden surgir en ceros sucesivos. Se distinguen por tener una mayor inclinación. El tercer cero es muy peligroso y puede confundir al piloto tomando un plano de descenso equivocado.

La forma de eliminar ese tercer cero es diseñando la altura de la antena inferior de manera que presente un nulo en esa elevación.

Para acabar hemos de mencionar la antena modificadora. Esta tercera antena se añade en algunos casos para compensar el hecho de que la trayectoria obtenida con el sistema comentado sea una hipérbola que no llega hasta el suelo. Esto se produce cuando el equipo de la senda de planeo no puede estar situado en el eje de la pista. Con la antena modificadora se emite una señal que modifica los diagramas de descenso. Suele colocarse próxima a la antena superior.

LAS BALIZAS MARCADORAS.

Marcan el paso de la aeronave por encima de ellas. Están constituidas por unos pequeños transmisores, los cuales transmiten la señal por un sistema de antenas que forman un diagrama de radiación en forma de abanico

Puede haber dos o tres balizas marcadoras:

Dos son obligatorias:

OM (Outer Marker) a 8 Km del inicio de la pista y MM (Midlle Marker) a 1 Km de la pista.

Una es optativa:

IM ( Inner Marker) a 300 m del inicio de la pista.

Conforme un avión va pasando por encima de estas balizas se encienden en la cabina del piloto unas luces de color púrpura (OM), ámbar (MM) y blanco (IM).

EL EQUIPO EMBARCADO.

El equipo embarcado comprende las antenas, los receptores de VHF (localizador) y UHF ( senda de planeo) convencionales y detectores diferenciales . En cuanto a la información que el piloto recibe en cabina este se presenta en un instrumento de agujas cruzada, de tal manera que cuando estas están perpendiculares es que el avión se encuentra en la trayectoria adecuada de aproximación

SISTEMA INERCIAL (INS)

Este es un sistema de navegación autónomo que se basa su funcionamiento en las fuerzas de inercia, dando constantemente información de posición del avión y parámetros tales como TAS , rumbo, deriva y velocidad del viento entre otros. Todo el proceso se realiza a trabes de una plataforma inercial sensible a los movimientos del avión con respecto a la superficie terrestre . esta plataforma , o unidad de referencia inercial , envía información a un computador que la presenta en los instrumentos de navegación.

Los elementos básicos son:

•  1. unidad de navegación (INU) la navegación e información de actitud del avión se lleva a cabo por medio del NU , que a su vez puede subdividirse en :

• a. unidad de referencia inercial
• b. unidad electrónica de referencia inercial
• c. unidad computadora electrónica

• 2. unidad selectora de modos (MSU) el modo de operación del sistema inercial , se selecta a través del MSU.
• 3. unidad de control (CDU) la unidad de control esta compuesta por un teclado, visor digital y un selector de información que proporciona datos como alineación, navegación, sistema operacional; etc.
• 4. unidad de baterías (IBU) alimentan al sistema en caso de fallo de las fuentes primarias de energía.

Paula Emilce