Los Sistemas de Posicionamiento por Satélite en la Navegación

Los Sistemas de Posicionamiento por Satélite
en la Navegación Aérea
Dr. Luis Pérez Sanz
Profesor Titular de Navegación y Circulación Aéreas
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica
Departamento de Infraestructura, Sistemas Aeroespaciales y Aeropuertos
Universidad Politécnica de Madrid (U.P.M.)
Introducción
La aparición de los sistemas de posicionamiento por satélite ha originado
grandes expectativas en cuanto a los beneficios operacionales que éstos
pueden ofrecer al Transporte Aéreo y en particular a la navegación aérea.
En este texto se tratará de exponer cual ha sido el impacto que desde sus
inicios, estos sistemas están tenido en la navegación aérea, analizándose
también la situación actual y futura.
La Navegación Aérea. Vuelos VFR e IFR.
No es fácil encontrar una definición común al concepto de navegación aérea.
Consultando distinta bibliografía se pueden encontrar casi tantas definiciones
como autores, por lo tanto no se pretende en estas líneas ofrecer una definición
más, sino por el contrario, intentar exponer las actividades que podrían
constituir la navegación aérea.
La navegación en cualquiera de sus versiones, terrestre, marina o aérea tiene
una característica común, es necesario considerar un punto origen y otro
destino, para con ellos definir la ruta que debe seguirse de uno a otro. La
definición de esos puntos y la ruta que los une son sin duda actividades que
formarían parte de la navegación, pero por supuesto que no son las únicas, es
necesario además determinar la posición del móvil, para que al compararse
con la ruta deseada, se puedan realizar las acciones de guiado sobre el
vehículo para que siga esa ruta.
En los comienzos de la aviación todos los vuelos requerían poder observar el
exterior para realizar la navegación (determinar la posición del móvil), hecho
por el cual, cuando la meteorología era adversa, el vuelo debía ser cancelado.
La necesidad de conseguir una regularidad en las operaciones aéreas hizo que
se desarrollasen los medios técnicos y operacionales de la navegación,
llegándose a definir lo que hoy se conoce como vuelos VFR e IFR.
Los vuelos VFR (Visual Flight Rules) son aquellos que se realizan bajo las
Reglas de Vuelo Visual es decir, es necesario observar el exterior para poder
navegar y evitar los obstáculos y a otras aeronaves. Esta necesidad solo puede
ser cubierta cuando las condiciones meteorológicas lo permiten. A estos
efectos se han definido unos parámetros que sirven para determinar cuando es
factible realizar un vuelo VFR. Cuando la meteorología existente permite
garantizar los mínimos de separación a las nubes y de visibilidad se dice que
existen condiciones VMC (Visual Meteorological Conditions). En estas
condiciones se podrán desarrollar vuelos VFR.
Por el contrario, si las condiciones meteorológicas que se presentan no hacen
posible la separación de las nubes ni se dispone de la visibilidad requerida, se
dice que las condiciones son IMC (Instrumental Meteorological Conditions) y en
ellas no se podrán realizar vuelos VFR, siendo por lo tanto obligatorio el vuelo
IFR.
El poder operar cuando la meteorología no es suficientemente buena requerirá
de unos medios técnicos y operacionales adicionales respecto a los de los
vuelos VFR. Estos requerimientos se refieren tanto a la parte aire, es decir
aeronave y tripulación, como a la parte externa a la aeronave, aeropuerto e
infraestructura terrestre y/o espacial.
La aeronave debe llevar a bordo el equipo de navegación necesario para el
vuelo que vaya a realizar, además la tripulación deberá estar en posesión de la
calificación IFR. En cuanto a la parte terrestre, deberá existir una
infraestructura adecuada, que consistirá en una red de radioayudas para la
fase de vuelo en ruta y de un aeropuerto dotado con ciertos sistemas
(radioayudas, sistemas de iluminación, etc.) para las fases de aproximación y
aterrizaje. Es importante resaltar que un vuelo IFR requerirá que el conjunto
aeronave y espacio aéreo/aeropuerto en el que se desenvuelve debe cumplir
con los requisitos que a ese efecto se establezcan.
Sistemas de Posicionamiento
Según se ha indicado una actividad fundamental en la navegación aérea es la
determinación de la posición de la aeronave. Cuando la meteorología o la
altura de vuelo no permiten identificar visualmente accidentes geográficos o
puntos singulares del terreno es necesario disponer a bordo de sistemas que
permitan obtener la posición buscada, habiéndose llamado a éstos, “de ayuda
a la navegación”.
No todos los sistemas de ayuda a la navegación proporcionan la misma
información, casi todos ellos materializan una línea de situación1, la cual puede
ser bien distinta dependiendo del sistema, así han existido sistemas
hiperbólicos, esféricos y acimutales. Con estos sistemas se puede determinar
1
Línea de situación: Lugar geométrico de los puntos que cumplen con el valor de la medida realizada:
diferencia de fases, diferencia de tiempos, etc.
el punto en el que la aeronave se encuentra mediante la intersección de dos o
más líneas de situación.
En los inicios de los años 80 se comienza a escuchar el término “Sistema de
Posicionamiento Global”. Estos sistemas de cobertura mundial, sirven para
determinar la posición de un punto mediante intersección de líneas de situación
esféricas. Esta posición tratada adecuadamente puede ser utilizada en
múltiples campos.
Resumiendo lo hasta ahora expresado, son necesarios sistemas que permitan
a la aeronave determinar su posición cuando la meteorología no es la
adecuada o cuando el vuelo se desarrolla a altura y/o velocidad no adecuadas
para determinar la posición por simple referencia visual exterior. Los sistemas
que se utilizan para este fin se denominan de ayuda a la navegación y se
pueden clasificar de diversas formas según el criterio que se utilice para ello.
Un criterio de clasificación interesante es la ubicación de los sistemas, en este
sentido se podrían hacer dos grandes grupos. Por un lado se encontrarán los
autónomos que son aquellos que están íntegramente ubicados en el interior de
la aeronave y por otro, los que requieren una fuente de información exterior a
ella. Dentro de éstos se podrían clasificar a su vez en terrestres y en espaciales.
Los terrestres incluyen aquellos que la transmisión de la señal de navegación
es realizada desde estaciones fijas en tierra y las espaciales incluyen a los que
la fuente de información está en el espacio.
Los primeros sistemas espaciales de posicionamiento
En la sección anterior se mencionó que en los años 80 se comenzó a extender
la utilización del término sistema de posicionamiento global, ello fue debido a la
aparición de unos sistemas que según la clasificación descrita se denominarían
espaciales. Los dos primeros sistemas espaciales fueron el GPS (Global
Positioning System) y el GLONASS (Global Navigation Satellite System).
Puesto que este texto solo pretende mostrar el proceso de introducción de
estos sistemas en la navegación aérea, no se expondrán sus características
técnicas, por el contrario solo se relacionarán algunos datos de interés para el
fin que se pretende.
GPS: Sistema mundial de determinación de la posición explotado por los
Estados Unidos de América
Primer satélite del Bloque I lanzado en febrero del 78.
Initial Operational Capability (IOC): Diciembre 93.
Full Operational Capability (FOC): Abril 95.
GLONASS: Sistema de Navegación por Satélite explotado por la
Federación Rusa.
Primer satélite lanzado en Octubre del 82.
Actualmente la constelación no está completa (14 satélites en
operación en Mayo de 2006)
Según lo anterior, será desde finales de los 70/comienzo de los 80 el inicio de
un cambio conceptual en los sistemas de ayuda a la navegación.
Comité FANS (Future Air navigation System)
Coetáneamente, a comienzo de los años 80 la aviación civil reconoce las
limitaciones crecientes de los sistemas CNS/ATM2 del momento. En 1983 la
OACI estableció un comité especial con el objetivo de identificar los futuros
sistemas de CNS/ATM que permitiesen afrontar con garantías la aviación del
siglo 21. Este comité se denominó “FANS: Special Committee on Future Air
Navigation Systems”.
En 1988, el Comité FANS concluyó que la utilización de la tecnología basada
en satélite era la única solución viable de afrontar las limitaciones que existían
entonces y las que se presentarían en el futuro. Este comité recomendó un
nuevo concepto acerca de: Comunicaciones, Navegación, Vigilancia y Gestión
del Tránsito Aéreo (CNS/ATM).
En 1991, el nuevo concepto CNS/ATM
fue recomendado por la 10ª
Conferencia de Navegación Aérea. La 29ª sesión de la Asamblea de OACI
adoptó el concepto desarrollado.
En 1993, el Comité FANS completa la primera edición del Plan Global. “Global
Coordinated Plan for Transition to the ICAO CNS/ATM Systems”.
En 1998, OACI publica el documento “Global Air Navigation Plan for CNS/ATM
Systems” siendo éste una versión mejorada del realizado en 1993.
Necesidad de normalización del uso de los sistemas de
posicionamiento por satélite
Al inicio de la década de los 90 se vislumbra la inminente puesta en servicio de
los sistemas de posicionamiento por satélite hasta ahora en desarrollo3.
A mediados de los 90 se comienza a asimilar la capacidad que estos sistemas
pueden llegar a ofrecer, no solo en el campo aeronáutico sino en otros muchos
completamente distintos.
En la navegación aérea se comienza a observar un aspecto inquietante,
especialmente para las Autoridades Aeronáuticas y es que debido a las
prestaciones en cuanto a exactitud que el GPS ofrece, su facilidad de uso y lo
más importante, el precio de los receptores, hacen que su utilización, en
particular por la aviación general, se extienda rápidamente originándose la
2
3
CNS/ATM: Communication, Navigation & Surveillance/Air Traffic Management
Estas fechas corresponden al Sistema GPS el cual siempre ha ido por delante de GLONASS.
necesidad de normalizar su utilización, explicando ampliamente
funcionamiento y lo que es más importante, sus limitaciones.
su
La OACI junto con otras organizaciones ponen en marcha los grupos de trabajo
necesarios para la normalización del uso de los sistemas de posicionamiento
por satélite, definiéndose así un nuevo término, el GNSS. Estas siglas
corresponden a las palabras Global Navigation Satellite System, solución
propuesta por la OACI para nombrar a cualquier sistema de navegación por
satélite, es decir tanto el GPS como el GLONASS se integrarían dentro de este
nombre más genérico.
Fases de Vuelo
En la década de los 90, aunque se comenzase a utilizar el término GNSS,
detrás de él todas las personas conocían que existía solo un sistema dispuesto
para su utilización, el GPS; y otro que aún estaba en vías de desarrollo 4 .
Debido a ello muchas veces se intercambian los términos GPS y GNSS.
Como se ha indicado en la sección anterior, la utilización del GPS se comienza
a extender de forma rápida, en algunos casos se utiliza como sistema
complementario en vuelos VFR, sin embargo se comienza a detectar su
utilización no solo en estos vuelos y además de forma no regularizada.
Por otro lado, el anuncio dado por el servicio de Guardacostas de Estados
Unidos de que el 30 de septiembre de 1997 el sistema OMEGA quedaría fuera
de servicio, “dispara” las alarmas de diversas compañías aéreas, las cuales
utilizaban este sistema para hacer los vuelos oceánicos o los denominados
remotos (zonas donde las radioayudas terrestres no ofrecen cobertura). Con
este anuncio, estas compañías no dispondrían de sistema alternativo de
navegación, pues muchas de sus aeronaves no disponían de sistema Inercial.
En esas fechas, mediados de los 90, la FAA normaliza el uso del GPS en
zonas oceánicas/remotas. De forma similar la JAA edita una TGL (Temporary
Guidance Leaflet) la cual tiene la misma finalidad que la correspondiente de la
FAA. Con esta TGL, en España la Dirección General de Aviación Civil edita su
Circular Operativa 2/97 la cual normalizaría la utilización del GPS como medio
suplementario de navegación en áreas oceánicas/remotas.
¿Medio Suplementario de Navegación?. Hasta estos momentos, este término
no existía. ¿Cual era su significado?.
Los sistemas de ayuda a la navegación utilizados hasta esos momentos eran
básicamente los terrestres, NDB; VOR, DME, ILS y en alguna fase de vuelo el
sistema Inercial. A todos ellos se les exige unas prestaciones operacionales
Exactitud, Disponibilidad, Continuidad del servicio e Integridad. Estos sistemas
los cumplían para las fases de vuelo en los que serían utilizados. Sin embargo
4
A la fecha de 4 de Mayo de 2006 la constelación del sistema GLONASS dispone de 14 satélites
operativos.
el GPS, sistema de finalidad militar y especificado para tal fin, no cumple todas
las prestaciones operacionales exigibles a un sistema de ayuda a la
navegación civil por lo que su utilización debe hacerse con ciertas
precauciones. De esa situación surgen las definiciones de sistemas de
navegación como Medio Único, Medio Suplementario y Medio Primario.
El sistema de ayuda a la navegación como Medio Único satisface por si mismo
las prestaciones operacionales exigibles en la fase de vuelo en la que va a ser
utilizado. Dado que el GPS no cumplía con todas ellas hubo de normalizarse su
utilización bajo alguna de las otras dos formas.
Lo primero que se planteó fue normalizar su utilización como Medio
Suplementario. Un sistema de navegación como medio suplementario es aquel
que satisface Exactitud e Integridad, pero no disponibilidad ni continuidad del
servicio para las fases de vuelo en las que vaya a utilizarse. Como solución a
esta deficiencia se propone llevar a bordo un sistema de navegación certificado
como medio único para la fase de vuelo en cuestión.
Sin embargo con esta solución el problema aún no estaba resuelto. ¿Como
podrían desarrollar sus vuelos las aeronaves que sin tener inercial (recuérdese
que el Omega dejaría de estar en uso) tuviesen que hacer vuelos
oceánicos/remotos?. La utilización como medio suplementario no era suficiente
pues requería llevar a bordo otro sistema como medio único. La solución que
se encontró, analizada la fuente del problema del GPS, fue definir una nueva
clase, Medio de navegación Primario. Un medio primario de navegación se
definiría como aquél que satisface exactitud e integridad y los otros dos
parámetros se evaluarían con anterioridad al vuelo, es decir mediante un
método normalizado se evaluaría el estado que la constelación GPS tendría
durante el periodo de tiempo en que la aeronave solo dispondría del sistema
GPS para navegar, es decir no tendría un medio único adicional. Si el resultado
de la verificación previa al vuelo fuese positiva, el vuelo podría desarrollarse
con el sistema GPS como medio primario de navegación, es decir sin llevar a
bordo otro sistema certificado como medio único para esa fase de vuelo.
Aterrizaje
Aproximación
Llegada
(STAR)
Ruta
Salida
(SID)
Figura 1: Fases de Vuelo
Despegue
Utilización del GNSS en cualquier fase de vuelo
El comité FANS concluyó que la utilización de la tecnología basada en satélite
era la única solución viable para afrontar las limitaciones que existían entonces
y las que se presentarían en el futuro. De ello surge la idea de la utilización del
GNSS en cualquier fase de vuelo.
Recordando que los sistemas GPS y GLONASS son de origen militar, al tratar
de utilizarlos en cualquier fase de vuelo se comprueba que sus prestaciones no
son suficientes por lo que se necesita incorporarlos ciertas mejoras de tal forma
que se logren las exigidas en cada caso.
La solución vino a llamarse “Aumentaciones”. Este término traducido del inglés
“Augmentation” hace referencia a las soluciones técnicas que se propusieron
para que los sistemas GPS y GLONASS pudieran ser utilizados en las distintas
fases de vuelo. Así se distinguen tres clases de aumentaciones:
•
SBAS (Space Based Augmentation System): Sistema de aumentación
basado en el espacio.
En un sistema de amplia cobertura (Área Regional), por el cual el
usuario recibe información de aumentación transmitida desde un satélite.
El SBAS complementa las constelaciones principales de satélites
“aumentando” la exactitud, integridad, continuidad y disponibilidad para
la navegación, suministradas dentro de un área de servicio que
ordinariamente abarca múltiples aeródromos.
Las funciones del SBAS son las siguientes:
•
•
•
•
Telemetría: proporcionar señal adicional de pseudodistancia con
indicador de exactitud a partir de un satélite SBAS.
Estado de los satélites GNSS: Determinar y transmitir el estado
de funcionalidad de los satélites GNSS.
Correcciones diferenciales básicas: Correcciones de efemérides y
de reloj de los satélites GNSS (rápidas y a largo plazo) que han
de aplicarse a las medidas de pseudodistancia.
Correcciones diferenciales precisas: determinar y transmitir
correcciones ionosféricas.
El SBAS se pensó para ser un sistema a utilizar desde la fase de vuelo
en ruta hasta aproximaciones de precisión de categoría I5
•
GBAS (Ground Based Augmentation System):
aumentación basado en estaciones terrestres.
Sistema
de
En este sistema la información en cuanto a aumentación recibida por el
usuario proviene directamente de un transmisor terrestre.
5
El diseño se realiza para alcanzar la CAT I, con posterioridad se comprueba que las prestaciones
exigidas para esta categoría no se conseguirían con este sistema.
El GBAS complementa las constelaciones principales de satélites
“aumentando” la exactitud, integridad, continuidad y disponibilidad para
la navegación, suministradas dentro de un área de servicio local.
Las funciones del GBAS son las siguientes:
•
•
•
•
•
Proporcionar correcciones locales de pseudodistancia.
Proporcionar datos relativos al GBAS.
Proporcionar datos del tramo de la aproximación final.
Proporcionar datos pronosticados de disponibilidad de fuente
telemétrica; y
Proporcionar vigilancia de la integridad de las fuentes telemétricas
GNSS.
El GBAS es un sistema cuyas prestaciones permitirían
aproximaciones de precisión en cualquiera de sus categorías.
•
ABAS (Airborne Based Augmentation
aumentación basado en la aeronave.
System):
realizar
Sistema
de
En este sistema la información en cuanto a aumentación recibida por el
usuario proviene directamente de la información disponible en la
aeronave.
El ABAS es una aumentación para proporcionar datos de navegación en
las fase de vuelo en ruta. Investigaciones recientes van encaminadas a
demostrar la viabilidad de su utilización hasta en diversos procedimientos
de aproximación.
Navegación Convencional y Navegación de Área (RNAV)
En la navegación convencional las rutas o segmentos de los procedimientos
sobrevuelan la vertical de las instalaciones que los definen. Esta situación hace
que la capacidad en determinados sectores del espacio aéreo sea pequeña en
comparación con la demanda existente. Para incrementar esta capacidad una
de las soluciones es que el diseño de las rutas ATS fuese menos restrictivo es
decir, salvar la necesidad de dirigirse hacia las estaciones. Se debería disponer
de la posibilidad de diseñar rutas más directas, adaptándose a las necesidades
operativas reales. Esta situación es facilitada por la navegación de área,
usualmente conocida como RNAV.
En la navegación de área, la aeronave puede volar en cualquier trayectoria
marcada por puntos que a su vez, son fijados por las distintas radioayudas, no
siendo necesario el sobrevuelo de las mismas. En la figura 2 se muestra una
representación de rutas convencionales y una ruta RNAV
Con carácter teórico la navegación de área podría realizarse utilizando distintos
sensores, así podrá haber navegación de área VOR/DME, DME/DME, GNSS.
Sin embargo cuando se intenta llevar a la práctica, pueden requerirse muchas
estaciones terrestres en el caso del VOR/DME o DME/DME, especialmente si
se pretenden diseñar procedimientos de aproximación o salida instrumental, en
los cuales por encontrarse la aeronave a bajas altitudes, la posibilidad de
recepción de las estaciones terrestres disminuye. Con esta situación se prevé
que el GNSS con sus distintos elementos o configuraciones se convertirá en el
principal sistema de ayuda a la navegación para facilitar este tipo de
navegación.
Ruta Convencional
Ruta RNAV
Figura 2: Navegación Convencional/Navegación de Área
Estrategia de navegación para la CEAC
La planificación de la implantación de las aplicaciones RNAV para los Estados
de la CEAC6 es la que Eurocontrol presenta en su Estrategia de Navegación y
que se incluye en la figura 3.
Figura 3: Implantación de aplicaciones RNAV en la CEAC
6
CEAC: Conferencia Europea de Aviación Civil.
Como hitos importantes en la implantación de la RNAV, se menciona que en
Abril del 98 se puso en servicio la BRNAV7 por encima del nivel de vuelo 245
en los Estados de la CEAC. Actualmente se está en proceso de implantación
de la PRNAV 8 en determinadas Áreas Terminales (TMA’s). En un futuro
próximo se estará en disposición de implantar la RNP RNAV9, aplicación que
presentará todos los beneficios de la RNAV en conjunción con la no
dependencia de un sensor de navegación determinado. Para todas estas
aplicaciones, el GNSS será sin duda alguna el elemento técnico clave del éxito.
Racionalización de la infraestructura
De forma similar, Eurocontrol también ofrece en su estrategia de navegación
unas líneas generales en cuanto a la planificación del despliegue/retirada de la
infraestructura de navegación para todas las fases de vuelo. Por supuesto las
fechas son orientativas y deben utilizarse como declaración de intenciones que
los Estados deben considerar al realizar sus planificaciones.
Figura 4: Planificación despliegue/retirada de infraestructura
Observando la figura 4 puede comprenderse la importancia que tendrán en el
futuro de la navegación el sistema DME y los sistemas GNSS en sus distintas
configuraciones. Se prevé el uso del DME en la navegación de área,
especialmente en el área terminal por proporcionar exactitudes de ± 1 NM. Los
sistemas GNSS serán utilizados en cualquier fase de vuelo
7
BRNAV: Navegación de área básica. Exactitud ± 5NM en el 95% del tiempo de vuelo
PRNAV: Navegación de área de precisión. Exactitud ± 1NM en el 95% del tiempo de vuelo
9
RNP RNAV: Prestaciones de Navegación Requeridas (Required Navigation Performance) RNAV.
Aplicación de navegación en la que no se especifica el sensor utilizado.
8
Procedimientos futuros en el espacio aéreo terminal
Si la implantación de la navegación de área está suponiendo un cambio
sustancial en la organización, diseño y gestión del espacio aéreo en general,
donde realmente la situación será más notoria es en el Área Terminal, en el
cual la gestión del tráfico es más complicada por estar las aeronaves en vuelo
de evolución, es decir ascendiendo desde la fase inicial del despegue hasta
incorporarse al vuelo en ruta o descendiendo desde ésta hasta la fase de
aterrizaje.
La situación que se prevé en cuanto a los procedimientos de vuelo en el TMA
en los próximos años será la siguiente:
Procedimientos de salida instrumental (SID’s): Con aplicación de la
PRNAV
Procedimientos de llegada instrumental (STAR’s): Con aplicación de la
PRNAV
Transiciones al Localizador (desde el punto de finalización de las
llegadas hasta la aproximación intermedia o final): Con aplicación de la
PRNAV (Véase figura 5).
Procedimientos de aproximación instrumental: Convencionales, RNAV y
RNP x RNAV, donde la x significa la exactitud requerida en millas
náuticas.
Figura 5: Transiciones al Localizador. Ejemplo
En un futuro un poco más lejano se utilizará en todos ellos la aplicación
RNPxRNAV con unos valores de exactitud inferiores a 0,3 es decir inferiores a
± 0,3 NM. En resumen, el futuro será:
•
•
a corto plazo: la RNAV en sus distintas aplicaciones
a medio y largo plazo: la RNP RNAV
En estos momentos con el fin de normalizar conceptos relativos a la
navegación de área se está desarrollando un nuevo concepto que es el de
“Performance Based Navigation” (PBN) 10 dentro del mismo se incluyen la
RNAV y la RNP, sin embargo debido a que el concepto aún está en desarrollo
y por ello sujeto a modificaciones, no se desarrollará en este texto.
Procedimientos de aproximación instrumental
Previamente a la aparición del GNSS los procedimientos de aproximación se
clasificaban en dos grupos, Precisión y No Precisión
Los procedimientos de Precisión (PA) son los que disponen de guiado
electrónico horizontal y vertical en la aproximación final. La aeronave vuela el
procedimiento utilizando el concepto de Altitud de Decisión (DA), es decir
cuando se llega a ese punto si no se han obtenido las referencias visuales
exteriores se interrumpe la aproximación y se comienza la aproximación
frustrada. La figura 6 muestra este concepto.
Aproximación de Precisión
Aproximación
Frustrada
DA/H
OCA/H
Aproximación
Final
RWY
Figura 6: Aproximación de Precisión
La aproximación de No Precisión (NPA) es aquella en la que solo existe guiado
horizontal en la aproximación final, utilizándose por ello el concepto de mínima
altitud de descenso (MDA). La aeronave sin guiado vertical desciende hasta
esta altitud, continua en vuelo horizontal hasta el punto de aproximación
frustrada, llegado al cual si el piloto no ha obtenido las referencias visuales
exteriores se interrumpe la aproximación comenzándose la aproximación
frustrada. La figura 7 muestra este concepto.
10
Performance Based Navigation: Este es un nuevo concepto promovido por la OACI para armonizar y
clarificar el concepto de Prestaciones de Navegación Requerida (RNP) dentro de un escenario RNAV.
Aproximación de No Precisión
Aproximación
Frustrada
Aproximación
Final
MDA/H
OCA/H
RWY
Figura 7: Aproximación de Precisión
Con la aparición del GNSS se comenzaron a analizar las posibilidades de este
sistema para soportar aproximaciones instrumentales. El sistema ofrecía
guiado horizontal y vertical, sin embargo sus prestaciones operacionales no
eran suficientes para que se pudiesen realizar con él aproximaciones de
Precisión. Se decidió por ello incluir una nueva categoría de las aproximaciones
la cual se denominaría en un principio procedimientos NPV (Non Precision
Approach with Vertical Guidance), Aproximación de No Precisión con Guiado
Vertical. Dado que esta denominación contenía conceptos opuestos (No
precisión implica sin guiado vertical), se decidió sustituir el término NPV por el
de APV (Approach Procedure with Vertical Guidance) Procedimiento de
Aproximación con Guiado Vertical, término que se mantiene en la actualidad.
En la figura 8 se muestra la nueva clasificación de los procedimientos de
aproximación, si bien es cierto que en estos momentos se está trabajando
mucho en este campo existiendo ciertos desacuerdos entre los expertos, por lo
que la clasificación final puede ser algo diferente.
Procedimiento de Aproximación
No Precisión
NPA
Aproximación con
guiado vertical
APV-I
-------
APV-II
-------
PA-I
Precisión
Sistemas de Navegación
Navegación de Area
Convencional
RNAV
NDB
VOR/DME
VOR
DME/DME
LOC
GNSS Básico
Guiado lateral: Igual a NPA.
PA-II
PA-III
ILS
MLS
ILS
MLS
ILS
MLS
Guiado Vertical:
VNAV-Baro
SBAS
GBAS
SBAS
GBAS
SBAS
GBAS
GBAS
GBAS
Figura 8: Aproximación de Precisión
En la figura 8 se muestran las tres categorías NPA, APV y PA. Dentro de las
APV existen dos tipos de procedimientos APV I y APV II, los cuales se refieren
a distintas prestaciones operacionales, de forma similar a las categorías I, II y
III de las de Precisión. En la misma figura se incluyen los sistemas que podrán
soportar cada uno de los procedimientos, llamando la atención que si el futuro
es la navegación de área, los procedimientos serán realizados utilizando algún
elemento del GNSS.
Nueva Terminología en las IAC’s
La utilización del GNSS en los procedimientos de aproximación instrumental ha
suscitado la necesidad de definir nuevos métodos y términos, en particular en
lo relativo a la publicación de los valores de la OCA/H11 según el tipo de guiado
disponible.
En la figura 9 se muestra el método para publicar los valores de la OCA/H en
un procedimiento convencional de no precisión. En la tabla inferior izquierda de
la figura se muestra para las categorías de aeronave A, B, C y D el valor de la
OCA/H que en el ejemplo es 2330/400 pies.
Aproximación de No Precisión
Aproximación
Frustrada
Aproximación
Final
MDA/H
OCA/H
RWY
Figura 9: Publicación de la OCA/H en un NPA
11
OCA/H. Altitud/Altura de franqueamiento de obstáculos. Es la altitud o altura por debajo de la cual no
se podrá continuar la aproximación en condiciones instrumentales.
Actualmente, al disponerse de nuevos medios técnicos los cuales proporcionan
también distintos niveles de prestaciones, se está trabajando para normalizar la
publicación del valor de la OCA/H en un entorno RNAV según el tipo de guiado
ofrecido en la aproximación. Según se muestra en la figura 10 se propone
utilizar tres nuevas líneas12 en la tabla de la OCA/H.
• LNAV (Lateral Navigation) corresponderían al valor de la OCA/H
cuando solo existe guiado lateral. Dentro de esta clase existen a su vez
dos subgrupos
o Con perfil vertical volado manualmente, equivalente a un
procedimiento de no precisión y utilizando el concepto de MDA/H
descrito anteriormente. El guiado lateral sería ofrecido por GPS +
RAIM13 o SBAS.
o Con perfil vertical volado automáticamente. A efectos de diseño
del procedimiento es un procedimiento de no precisión, con la
diferencia de que se vuela bajo el concepto de DA en lugar de
MDA. Los sistemas que pueden utilizarse para el guiado lateral
son los mismos que en el caso anterior y para el guiado vertical
se puede utilizar la información procedente el baroaltímetro.
Como el procedimiento se vuela bajo el concepto DA debe
aumentarse el valor de la OCA/H para considerar la pérdida de
altura al iniciar la frustrada.
• LNAV/VNAV (Lateral/Vertical navigation). Esta línea de la tabla
correspondería a un procedimiento con prestaciones APV (existe guiado
vertical). El procedimiento se calcula como APV, se vuela con concepto
DA y los sensores que se utilizan para el guiado lateral son GPS+RAIM
o SBAS y para guiado vertical la información barométrica. En Estado
Unidos para el guiado vertical también se utiliza el SBAS.
• LPV (Localizer Performance with vertical guidance). Es un procedimiento
en el cual el guiado lateral tiene las mismas prestaciones que el
proporcionado por el Localizador del ILS, siendo en este caso
proporcionado por el SBAS. El perfil vertical se vuela automáticamente
utilizando para ello la información obtenida del SBAS. Es un
procedimiento con prestaciones APV volado con el concepto DA.
12
Esta propuesta está en estudio por lo que no se descarta que exista alguna modificación en el sentido de
ampliar con alguna línea más.
13
RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Función del receptor para asegurar el
cumplimiento de la integridad.
En la IAC
Volado como
Performance MDA/DA
LNAV con perfil vertical
volado manual.
LNAV
LNAV con perfil vertical
volado automático. Usa
Baro como sensor
MDA
NPA
MDA volado
como DA
LNAV/VNAV
APV/Baro VNAV, perfil
vertical automático.
Altura barométrica como
sensor en el FMS
APV
DA
LPV
APV/SBAS con perfil
vertical automático.
Altura geométrica como
sensor.
APV
DA
Sistemas
LNAV
GNSS
(GPS + RAIM
o SBAS)
Sistemas
VNAV
N/A
Baro as
Advisory
GNSS
Baro o
(GPS + RAIM
SBAS (USA)
o SBAS)
GNSS
(SBAS)
GNSS
(SBAS)
Figura 10: Significado de las nuevas líneas en las cartas de aproximación
Un ejemplo de aplicación de esta nueva forma de publicar los valores de la
OCA/H se muestra en la figura 11. Esta carta corresponde a un procedimiento
con prestaciones APV utilizando como sensor de guiado lateral el GNSS o el
DME/DME y como guiado vertical la información de altimetría barométrica. Este
procedimiento fue realizado dentro del 5º Programa Marco de la Comisión
Europea en el proyecto denominado APPROVE.
Aproximación
de Precisión
APV
Aproximación
Frustrada
DA/H
OCA/H
Aproximación
Final
RWY
Figura 11: Proyecto APPROVE. AD Sevilla, Procedimiento APV
Conclusiones
A lo largo de este texto se ha querido resaltar como la aparición de los
sistemas de posicionamiento por satélite está modificando el concepto de los
procedimientos de navegación aérea. Desde sus inicios, en los que no se tenía
experiencia en la utilización de los mismos, hasta el momento actual en el que
habiéndose aprendido muchísimo se es consciente del largo camino que queda
por recorrer.
Durante este tiempo se ha avanzado principalmente en la mejora de las
prestaciones de las constelaciones básicas, lanzando satélites de nueva
generación los cuales cubren parte de las deficiencias de sus predecesores.
Se ha lanzado un nuevo proyecto de sistema de posicionamiento global, el
Galileo. En la especificación de este sistema se ha utilizado la experiencia
adquirida con los sistemas GPS y GLONASS proporcionando soluciones a sus
limitaciones y principalmente identificando los servicios que los usuarios
necesitan. El sistema Galileo está en fase de despliegue, habiéndose puesto
en órbita con éxito en estos momentos el primer satélite, el cuál formará parte
de la constelación final.
Por otro lado, se han desarrollado las especificaciones técnicas y
operacionales de la aumentación SBAS, siendo al día de hoy sistemas
disponibles, entre ellos el EGNOS (Sistema Europeo) y el WAAS (Sistema
Americano).
La aumentación GBAS aunque también se ha desarrollado en gran medida,
aún no ha sido certificada para las aproximaciones de precisión de categoría I;
no obstante se espera que en breve tiempo se consiga este hito. Las
categorías II y III deberán esperar aún algunos años hasta verse implantadas.
La utilización de estos sistemas en la navegación aérea no ha hecho más que
empezar. Se está en la fase de adquisición de experiencia, que por otro lado es
un aspecto esencial si la implantación quiere hacerse con seguridad.
Como conclusión final cabe mencionar que en estos momentos no se está en
disposición de fijar fechas en cuanto a retirada de los sistemas tradicionales o
si todos ellos se retirarán, lo que no cabe duda es que los sistemas de
posicionamiento por satélite jugarán un papel esencial en los futuros
procedimientos de navegación aérea.
Bibliografía
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AIP España
Documentos de Trabajo del Grupo de Aproximaciones RNAV (RAFG
RNAV Approaches Focus Group) Eurocontrol.
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Dirección General de Aviación Civil.
Proyecto “APPROVE”. 5º Programa Marco. Comisión Europea
Websites:
o ICAO.int
o ecacnav.com
o tycho.usno.navy.mil/gps
o glonass-center.ru
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