11.3.2: Sistemas no autónomos

Los sistemas no autónomos requieren de la información generada por estaciones terrestres o satélites para determinar la posición, rumbo y/o velocidad de la aeronave. De esta manera, la estación de transmisión (transmisora) produce ondas electromagnéticas que son recibidas en el punto de recepción (receptor).

La información suministrada es referida como observables (puede ser una distancia, un curso, etc.). Dicha información localiza la aeronave dentro de una llamada superficie de situación, es decir, si lo observable es la distancia, se sabe que la aeronave está ubicada en algún punto en la superficie de una esfera con centro el centro de transmisión.

Más precisamente, una superficie de situación es el locus geométrico del espacio que es compatible con los observables. Los tipos de superficies de situación son:

• Plano perpendicular a la superficie de tierra donde se ubica la aeronave. Lo observable es el curso.
• Superficie esférica con el centro en la estación de transmisión. Lo observable es la distancia.
• Hiperboloide de revolución, siendo los focos dos centros de transmisión externos que intercambian información. Lo observable es la distancia.

En general, utilizando información proveniente únicamente de un transmisor, es imposible localizar una aeronave; se necesitan más fuentes de información. Si se intersectan dos superficies,

se obtiene una curva. Si se intersectan tres (o más) superficies, se obtiene un punto (si es más de tres, idealmente también un punto). Por lo tanto, para ubicar una aeronave se necesitan dos transmisores (generando dos superficies) más la altitud dada por el altímetro, o tres transmisores (generando tres superficies).

Pasamos ahora a la discusión para analizar cómo se obtienen tales observables, es decir, cómo podemos determinar una distancia o un curso utilizando estaciones terrestres o satélites. Se obtienen utilizando diferentes técnicas basadas en campos electromagnéticos, a saber:

• Radiotelemetría.
• Radiogoniometría.
• Haz de escaneo.
• Modulación espacial.
• Efecto Doppler.

Radiotelemetría: Se basa en la consideración de que las ondas electromagnéticas viajan a velocidad constante, la velocidad de la luz (c = 300000 km/s), y en línea recta ⁸. Bajo estos supuestos, si medimos el tiempo que toman las ondas desde el instante en que el transmisor emite la onda y la recibe de vuelta después de ser reiniciada por el receptor (la aeronave), mediante un simple análisis cinemático se puede obtener la distancia.

Radiogoniometría: Se basa en la consideración de que el campo eléctrico y magnético que constituyen una onda electromagnética son ambos perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Mediante esta técnica, midiendo las fases de los campos eléctrico y magnético de la onda, se puede determinar el ángulo que forma el eje longitudinal de la aeronave con la dirección de la onda transmitida.

Haz de exploración: Se basa en que la onda electromagnética emitida por el transmisor tiene un diagrama de radiación dinámica ⁹, con un lóbulo principal estrecho y lóbulos secundarios muy pequeños. El receptor (avión) solo se ilumina (irradia) si el lóbulo principal apunta a la aeronave. De esta manera, conociendo la ley de movimiento del diagrama de radiación, cuando se ilumina la aeronave se puede obtener la dirección entre el transmisor y la aeronave.

Figura 11.6: Diagrama de radiación de haz de exploración y una antena de radar que produce una radiación direccional. Observe que el radar es un sistema de vigilancia.

Modulación espacial: Esta técnica es original de la navegación aérea. Se utilizan dos ondas electromagnéticas diferentes. El primero es la señal de referencia, generando un campo magnético omnidireccional para que todos los puntos de la región reciban la misma información. Este tipo de antenas se conocen como antenas isotrópicas, y su radiación se conoce como radiación isotrópica u omnidireccional. La segunda señal genera un campo magnético direccional (ya sea estático o dinámico). La comparación entre las fases de la señal de referencia y la señal direccional determina la dirección de la aeronave.

Efecto Doppler: Se basa en el cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente generadora (transmisor) con respecto al receptor (aeronave). De esta manera, se puede obtener la distancia entre el transmisor y la aeronave.

Cuadro 11.2: Ayudas de navegación basadas en la superficie de situación y la técnica.

Cuadro 11.3: Clasificación de las ayudas a la navegación con base en la fase de vuelo.

El Cuadro 11.2 y el Cuadro 11.3 muestran una clasificación de las diferentes ayudas de navegación en función de las diferentes técnicas y las diferentes superficies de situación, y una clasificación de las diferentes ayudas de navegación en función de las diferentes fases de vuelo, respectivamente.

Los más importantes que utilizan la técnica de radiotelemetría son de dos tipos: los que localizan la aeronave en esferas; los que localizan la aeronave en hiperboloides revolucionales. Los más importantes entre los primeros son: DME (Distance Measurement Equipment); TACAN (Tactical Air Navigation equipment) ¹⁰, utilizados típicamente en la aviación militar; GNSS (Global Navigation Satellites Systems); Radar11 (Radio detection and range) ¹². Debido a su importancia, solo analizaremos más a fondo los sistemas DME y GNSS. La radiotelemetría también es utilizada de otra manera por los llamados sistemas hiperbólicos (aquellos sistemas que localizan la aeronave en hiperboloides revolucionales): LORAN-C, Omega, DECCA. Ninguno de ellos se está utilizando hoy en día. Debido a su importancia histórica, nos centraremos en LORAN-C.

En cuanto a las ayudas a la navegación que utilizan la técnica de radiogoniometría, la más importante es: NDB (NON-Directional (radio) Beacon). ¹³ Para aquellos que utilizan modulación espacial, los más importantes son: VOR (rango de radio omnidireccional VHF); ILS (Instrument Landing System). El ILS ya ha sido estudiado en el Capítulo 9. Nos centraremos en el VOR ¹⁴. Finalmente, analizaremos las ayudas de navegación que utilizan el haz de exploración. Esta técnica se basa en concentrar la radiación de ondas electromagnéticas en una dirección particular. Se deben utilizar antenas grandes y frecuencias altas. Los sistemas más importantes son: MLS (Microwave landing system); Radar (radio detección y alcance).

Figura 11.7: VOR-DME.

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8. Observe que el hecho de que la luz viaje en línea recta se demostró falso en la teoría de la relatividad general de Einstein. Dentro de la atmósfera (usando transmisor terrestre con aviones como receptores) se puede asumir como hipótesis una línea recta. Al utilizar satélites, la trayectoria es una curva y la línea recta debe ser corregida.

9. Un diagrama de radiación es una representación gráfica de la intensidad de una señal radiada en cada dirección. En algunos casos, existe un lob principal y lóbulos secundarios de menor intensidad.

10. Equivalente al uso conjunto de un VOR y un DME.

11. Este sistema utiliza técnicas tanto de radiotelemetría como de haz de barrido.

12. este sistema es específico de la vigilancia y se analizará posteriormente.

13. El equipo de a bordo que captura la información se llama Buscador Automático de Dirección (ADF). Así, a veces, estos equipos se denominan como un todo NDB-ADF.

14. Fuente: Wikipedia: VOR