miércoles, 11 de febrero de 2015

Los errores del sistema RNAV y las áreas de incertidumbre

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.

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 aceptado por la OACI para una estación VOR convencional es de unos +/- 5º (los últimos desarrollos de los sistemas VOR-Doppler dan como resultado menor error)
  • Las estaciones DME son mucho más precisas. Hace tiempo se aceptaba un error de 0.5 millas náuticas 3% lo que fuera mayor. Hoy en día las nuevas tecnologías dan como resultado que la precisión haya aumentado mucho. Se acepta por la OACI un error máximo de ¼ de milla náutica más un  1.25% de la distancia medida, pero no es infrecuente ver estaciones con errores de tan solo 185 metros (+/- 0.1 nm).
  • El error máximo permitido o la OACI para los sistemas IRS/INS es de no más de 2 millas náuticas por hora de vuelo.

El error del sistema GNSS es el más bajo de todos, sobre todo si este cuenta con algún tipo de aumentación. La geometría es muy importante a la hora de fijar la posición de la aeronave en RNAV. Existen una serie de limitaciones como se ve a continuación. Si la geometría es óptima se pueden usar dos estaciones VOR y obtendremos un área de incertidumbre relativamente pequeña según sea la distancia.



Si la geometría de las estaciones no es la óptima entonces el área de incertidumbre se incrementa. Igual que en el ejemplo anterior, cuanto más lejos de las estaciones se haga el cruce de radiales, más amplia resultará el área de incertidumbre.



En la ilustración inferior se puede ver el incremento del área de incertidumbre si usamos una estación VOR y una DME. El error del DME en el ejemplo se mantiene constante, pero al distanciarnos de la estación el área de incertidumbre se incrementa fundamentalmente porque el VOR tiene un error mucho mayor.





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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