Las radioayudas dentro de la PBN
Las radioayudas a la navegación aérea pueden clasificarse desde el punto de vista de su alcance como:
Corto alcance
- NDB (requiere infraestructura terrestre)
- VOR (requiere infraestructura terrestre)
- DME (requiere infraestructura terrestre)
- Doppler (sistema autónomo)
- INS/IRS (sistema autónomo)
- GNSS (sistema pasivo, requiere de una constelación de satélites)
- Sistemas hiperbólicos (requieren infraestructura terrestre)
En rojo se destacan
los sistemas que no se utilizan en el concepto de la PBN debido principalmente
a la cantidad de errores intrínsecos del sistema, a la falta de integridad o a
una combinación de ambas.
En el contexto de la
PBN no se consideran los sistemas hiperbólicos ni los que se basan en el efecto
Doppler embarcado. De la misma forma se ha descartado el uso de las estaciones
NDB por ser poco precisas y muy sensibles a los errores producidos por fuentes
externas.
Como ya se viene
diciendo a lo largo de este Blog, la tendencia general es la de usar la
navegación por satélite cada vez más.
Existe un
paralelismo entre dos de estas radioayudas que resulta muy interesante. Se
trata del sistema DME y el GNSS. Los principios de cálculo de distancia son
similares, se basan en saber cuánto tiempo le lleva a la señal radio eléctrica
en alcanzar un receptor, pero el sistema DME es activo. Esto quiere decir que
la aeronave interroga activamente a la estación en tierra, mientras que el GNSS
(GPS, por ejemplo), es pasivo. En otras palabras, la señal del GPS nos
atraviesa ahora mismo porque se emite constantemente. No somos capaces de
captarla a no ser que dispongamos de un receptor que sea capaz de captar la
señal.
En otras entradas de este Blog también se hace un breve repaso de las radio ayudas que forman parte de
la filosofía PBN y, aunque no son consideradas radio ayudas, se pueden encontrar artículos del
sistema de Gestión de vuelo (FMS) y la representación electrónica de datos
(EFIS) por estar integrados con el resto de ellas.
El nuevo concepto de navegación
Cada estado miembro necesita considerar cual es la política y la infraestructura de NAVAIDS cuando define sus requerimientos PBN. Por ejemplo; en los Estado Unidos de América se tiende a usar el sistema de posicionamiento global GPS que es de su misma nacionalidad, mientras que otros estados no quieren verse comprometidos por una tecnología que nos es propia y prefieren usar sus radioayudas terrestres u otros sistemas de satélites.
De las radioayudas terrestres que considera la PBN (VOR y DME), se recomienda siempre el uso del DME sobre el VOR por ser más preciso. Muchas aeronaves modernas, como por ejemplo la nueva familia de E-Jets de la casa Embraer, solo efectúa posicionamiento a través de una pareja DME/DME con la mejor geometría posible y en caso de que uno de ellos no estuviera disponible el sistema optaría automáticamente por sintonizar una pareja VOR/DME, pero nunca una pareja VOR/VOR. En general, la jerarquía para el posicionamiento de una aeronave de última generación por parte de un moderno sistema de navegación de área sería la siguiente:
Cuando la constelación GNSS tiene la correcta geometría y los test internos dan como buena la señal recibida, el moderno sistema RNAV automáticamente la emplea para posicionar la aeronave. Si el sistema GNSS pierde la integridad o no pasa los test internos, el sistema de posicionamiento pasa automáticamente a fijar la posición en el espacio por medio de un par de estaciones DME. La degradación de alguna estación DME podría conllevar el cambio automático a VOR/DME. En última instancia, si todas las radioayudas anteriores estuvieran inoperativas, el sistema automáticamente emplearía el sistema inercial autónomo abordo de la aeronave. Esta autoselección de sensores es uno de los requerimientos para el uso de la navegación de área avanzada (Advanced-RNAV).
Una de las funcionalidades con las que cuentan los modernos sistemas de gestión de vuelo actuales es la posibilidad de deseleccionar radioayudas que se consideren inoperativas, bien por encontrarse en una situación de mantenimiento o bien por considerar que puedan introducir errores en el cálculo de posición. Otra de las funcionalidades que equipan a estos sistemas de gestión es la posibilidad de predecir si se va a contar con la integridad requerida en la llegada al destino por medio de la función de predicción RAIM.
En la ilustración superior se puede ver una indicación típica de un sistema de la casa AIRBUS que muestra al piloto cual es el método de navegación primario. Debajo se muestra la unidad MCDU de los modernos E-Jet. En la página “progress” se aprecia la degradación de la precisión (incremento de la EPU) al usarse DME/DME o IRS para el cálculo de la posición de la aeronave.
Errores máximos en un sistema RNAV
Tal como se aprecia en la ilustración inferior, existe un área de incertidumbre que se muestra en gris, y que hace referencia a la inexactitud o indeterminación de la posición de la aeronave. Ello es debido a que se utilizan sistemas basados en radio ayudas que tienen diversas limitaciones. Dichas limitaciones se acrecientan, tal como se puede observar si en vez de utilizar las estaciones para navegar hacia o desde ellas, las utilizamos para volar alejados de ellas en ruta paralelas. En la ilustración se aprecia que el error más grande se produce al volar lejos del waypoint creando un área de incertidumbre de 5.7 x 5.7 millas náuticas.
La ilustración muestra los errores al volar directamente o paralelamente a una estación VOR/DME convencional. Como vemos, los factores que afectan la precisión de este tipo de navegación son los mismos que los que afectan a los sistemas de radio ayudas convencionales VOR/DME.
El error de posición que se obtiene utilizando dos estaciones DME resulta en dos áreas de incertidumbre debido a al hecho de intersectar dos arcos DME. Si la distancia entre las dos áreas fuera muy grande podríamos descartar una de ellas como ilógica. El problema de la ambigüedad se produce cuando ambas áreas están geográficamente muy juntas, en ese e caso necesitaríamos una tercera estación DME para resolver la ambigüedad.
El ángulo de corte entre dos estaciones se denomina también DOP o Dilution of Precision en inglés, lo que equivaldría a decir área de incertidumbre o área en la que la precisión se diluye. Este Angulo es muy importante a la hora fijar la posición de la aeronave, esa es la razón por la cual se evita hacer esto de forma manual. Los modernos sistemas RNAV efectúan esta operación automáticamente, con el llamado Auto-Tunning. Dentro de la lógica del Auto-Tunning están implantadas las normas de la OACI para fijar la posición de la aeronave. En estas normas se requiere que el Angulo de corte sea cuasi-ortogonal o lo que es lo mismo, a 90° o lo más cercano a 90° que se pueda dentro de unos límites establecidos. Esto también equivaldría a decir que la DOP se reduce al mínimo. En la ilustración inferior se puede ver el ángulo de corte de dos estaciones DME que se usan para fijar la posición de la aeronave.
En la ilustración inferior se muestran dos tipos de geometría distintos. Uno de ellos es ortogonal (perpendicular), con una DOP mínima. El otro presenta una alta DOP debido a una intersección poco ortogonal.
La OACI limita en su manual los ángulos de corte a no menos de 30° y no más de 150°. En la ilustración inferior se muestran estos ángulos máximos y mínimos. El área pintada en verde contiene todas las posiciones que una aeronave puede tener para encontrarse dentro de los máximos y mínimos autorizados por la OACI. El avión de arriba está situado en el mínimo permitido de 30° y el avión de abajo está en el máximo de 150°. Cualquier posición intermedia es válida para proporcionar un fijo con garantías de precisión suficientes. La función Auto-Tunning en realidad va interrogando a las estaciones DME que se encuentran a su paso cuando estas se hayan con la mejor geometría posible. El calculador de vuelo tiene en cuenta la ruta y las estaciones DME se encuentran en la base de datos del sistema RNAV. A medida que la aeronave se desplaza por su ruta va fijando su posición cuando encuentra la mejor geometría.
Para una explicación más detallada de lo que aquí se expone se recomienda leer el Anexo 10 volumen I de la OACI.
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