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Sistemas de navegación - Monografía



 
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Aviación. Aeronaves. Tren de aterrizaje. Tráfico aéreo. VOR. Señales



SISTEMA VOR


Es un sistema de navegación de corto y medio alcance en VHF y libre de estáticos.
Actualmente, es el sistema más empleado en todo el mundo para la navegación, basándose en un importante y cada vez más extensa red de aerovías. Constituye, por otra parte, una ayuda para las aproximidades instrumentales, aunque sean de no precisión.
Los sistemas VOR constan de una instalación en tierra, emisor y antena y una instalación a bordo de la aeronave, compuesta por una antena, un receptor, un servoamplificador y un indicador.


EQUIPO DE TIERRA. 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 e 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.

SISTEMA TACAN



Las siglas TACAN significan  tactical air navigation, y este es un tipo de ayuda a la navegación de uso militar.
La información que proporciona al piloto es la de azimut y la distancia  con respecto a la instalación de tierra, dando pues, en cada instante, la posición del avión.
El equipo de tierra esta constituido por un receptor- transmisor y una antena giratoria para la transmisión de información de marcaciones magnéticas y la distancia. La distancia la recibe el piloto a trabes de su equipo radio telemétrico (DME).
El TACAN trabaja en UHF y puede ser sintonizado en uno de los 126 canales que le han sido asignados a este tipo de radioayuda. Los canales van espaciados 0.5 Mhz.
La identificación de las estaciones TACAN es auditiva, en código MORSE, y esta compuesta por tres letras que se repiten una vez cada 30 segundos.
La cobertura del equipo es similar a la del VOR y su exactitud puede calibrarse en +- 1°-
El cono de silencio en los TACAN es muy grande, del orden de 13 o 15 NM a 40.000. por ello, y para evitar errores, únicamente se considera pasada la estación, cuando el equipo DME indique un incremento de distancia.
Los indicadores de abordo que usa el equipo TACAN, son los mismos que los utilizados para el VOR.

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



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

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 (U N) la navegación e infamación de actitud del avión se lleva a cabo por medio del N U , que a su vez puede subdividirse en :

·    unidad de referencia inercial
·    unidad electrónica de referencia inercial
·    unidad computadora electrónica

2.    unidad selectora de modos ( MSU)el modo de operación del sistema inercial , se selecta a trabes 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(BU)

alimentan al sistema en caso de fallo de las fuentes primarias de energía.

SISTEMA OMEGA



Este es un sistema radioeléctrico de navegación englobado en el area de navegación y que por consiguiente disfruta de sus ventajas. aunque NO ES UN SISTEMA autónomo como en INS , sus caracteres operacionales son muy parecidos.
El equipo de abordo esta constituido por las antenas  ,la calculadora de navegación y los indicadores, siendo estos dos últimos componentes similares a los usados por el sistema inercial.
El equipo de tierra consta de una red de 8 estaciones transmisoras distribuidas de tal manera que puedan proporcionar una señal de cobertura mundial.
Estas estaciones transmiten un señal de fase estable en la banda de VLF, a causa de la baja frecuencia de la emisión , las señales tienen un alcance de miles de millas. Las ocho estaciones están situadas en Noruega, Liberia, Hawai, Dakota del norte (USA), isla de la reunión, Argentina , Australia y Japón.
Cada estación transmite en cuatro frecuencias básicas de navegación consecutivamente: 10.2KHZ, 11.3Khz y 13.6 Khz. esta transmisión en cuatro frecuencias previene la interferencia de señales entre las estaciones, y esta programada de tal modo que durante cada intervalo en la transmisión de una estación , solo otras tres están emitiendo cada una en distinta frecuencia.
Con ocho estaciones transmisoras y con 0.2 seg. De intervalo entre cada transmisión , el ciclo completo se efectúa cada 10 seg.
Independientemente de las cuatro frecuencias básicas comunes a todas las estaciones, cada una de ellas tiene su propia frecuencia y son las siguientes:

A.     Noruega       12.1
B.    Liberia        12.0
C.    Hawai          11.8
D.    Dakota         13.1
E.    La Reunión     12.3
F.    Argentina      12.9
G.    Australia
H.    Japón          12.8

La estación G australiana no tiene asignada por el momento ninguna frecuencia propia debido a su reciente instalación , y actualmente esta en periodo de pruebas.

USO OPERACIONAL DEL OMEGA


La red omega de estaciones proporciona señales para la navegación con una exactitud de +- 2 NM dependiendo del grado de sensibilidad del equipo receptor - procesador de a bordo ( computadora de navegación ) .
Como ya se ha dicho, esta es muy similar a la usada por el sistema inercial.
Mediante la sintonización de las estaciones de tierra, el equipo de abordo puede llevar al avión a cualquier posición que haya programada el piloto en forma de coordenadas geográficas. La presentación de las rutas a seguir se hace en instrumentos indicadores , siendo el mas usado para ello el HSI.
Las radio señales de las estaciones omega pueden ser afectadas por algunas variables que pueden influir en la fidelidad de las mismas.
Estas variables incluyen la variación de la velocidad de la fase de la señal durante el día , la absorción de las capas atmosféricas polares y las perturbaciones ionosféricas propiciadas por la actividad solar. Así como la variación diurna de la fase puede ser compensada por el equipo de a bordo, un exceso de actividad solar y su efecto sobre la propagación de las señales del omega , no tienen corrección posible.
Cuando se detecta  una alteración en la ionosfera, los organismos apropiados se encargan de hacerlo conocer a trabes de los correspondientes Notam.
A los 16 minutos después de cada hora una estación preparada a tal efecto en USA , emite información acerca del estado operacional de cada una de las estaciones OMEGA.
A los 47 minutos después de cada hora , la estación OMEGA de Hawai emite una
información similar.

Autor:

Paula Emilce





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