Procesado de señal y teoría de la comunicaciónagamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/it/rd/apuntes/radiofaros.pdf · un mismo transmisor desde conociendolarutayla distancia al transmisor

Procesado de señal y teoría de la comunicaciónProcesado de señal y teoría de la comunicación

RadiofarosRadiofaros

Procesado de señal y teoría de la comunicaciónProcesado de señal y teoría de la comunicación

ContenidosContenidos

� Radiogoniometría

� RadiofarosNDB (Nondirectional beacons)� NDB (Nondirectional beacons)

� VOR (VHF Omnidirectional

� DME (Distance Measuring

� TACAN (Tactical Air navigation)


beacons)

2

beacons)

Omnidirectional Range)

Measuring Equipment)

navigation)

RadiogoniometríaRadiogoniometría

1. Introducción

2. Frecuencias usadas

3. Antenas Transmisoras

4. Antenas Receptoras

5. Exactitud

1. Introducción

2. Frecuencias usadas

3. Antenas Transmisoras

4. Antenas Receptoras

5. Exactitud

RadiogoniometríaRadiogoniometría

ReferenciasReferencias

� Radionavigation Systems, Börje

� 2001 Federal Radionavigationof Defense and Departmentof Defense and Department

� 2005 Federal RadionavigationDefense and Department of

ReferenciasReferencias

Börje Forsell. Prentice Hall, 1991.

Radionavigation Systems Report, Departmentof Transportation.

4

of Transportation.

Radionavigation Systems Plan, Department ofTransportation.

Introducción (I)Introducción (I)


� Determinación de la direccióncuya geolocalización escuya geolocalización esequipo receptor de radio

� Se necesitan determinaruna a un transmisor, o bienun mismo transmisor desdeconociendo la ruta y la distancia

Introducción (I)Introducción (I)

dirección al transmisor o radiofaro,es conocida, por medio de un

5

es conocida, por medio de undireccional o radiogoniómetro.

determinar o bien dos direcciones, cadabien determinando la dirección adesde dos puntos diferentes y

distancia entre ellos.

Introducción (II)Introducción (II)


� La radiogoniometría esorientación por medio deorientación por medio de

� Se utilizan unos transmisorescomo en ocasiones transmisorestipos de comunicación porcomunicación en VHF deaeropuerto para encontrar

Introducción (II)Introducción (II)

es el método más antiguo dede ondas de radio.

6

de ondas de radio.

transmisores específicos o radiofaros, asítransmisores de radiodifusión y otros

por radio (por ejemplo: la señal dede un avión se puede usar en un

encontrar su dirección).

Frecuencias usadasFrecuencias usadas

� Cualquier frecuencia es válidapara escoger una frecuencia determinada1. El alcance deseado para el transmisor

2. La exactitud que se pretende que

3. Las reglas de asignación de frecuencias

� Las frecuencias más usada estánconcretamente, los radiofaros

� Las frecuencias más usada estánconcretamente, los radiofarosoperan normalmente entre 255

� A estas frecuencias, la ondamientras que por la noche las reflexionesimportantes a largas distancias.

� La desventaja de este rangoantenas transmisoras y su bajalongitudes de onda implicadas son

Frecuencias usadasFrecuencias usadas

para la radiogoniometría. Los criteriosdeterminada sontransmisor

que tenga el sistema

frecuencias a nivel internacional

están en el rango de 0.2 a 1.7 MHz. Máspara la navegación marítima y aérea,

7

están en el rango de 0.2 a 1.7 MHz. Máspara la navegación marítima y aérea,y 415 kHz.

de superficie domina durante el díareflexiones ionosféricas pasan a ser más.

de frecuencias es el tamaño de lasbaja eficiencia radiativa dado que lasson aún mayores

Directividad de una antena (I)Directividad de una antena (I)

Si estuviésemos tratando con una linterna veríamos que la intensidad de la luz radiada varía con el ángulocon el ángulo

Directividad de una antena (I)Directividad de una antena (I)

8

Directividad de una antena (II)Directividad de una antena (II)

En el caso de una antena tenemos un comportamiento semejante tanto en transmisión como tanto en transmisión como en recepción.

La directividad de la antena es su habilidad para concentrar la radiación en una dirección.

Directividad de una antena (II)Directividad de una antena (II)

Pmax/2

9

∆θ3dBPmax

Directividad de una antena (III)Directividad de una antena (III)

� La directividad es proporcional al cociente λ/L donde L es la longitid característica de la antena. En una agrupación de antenas, la habilidad de En una agrupación de antenas, la habilidad de cada antena para transmitir/recibir los frentes de onda con fases diferentes mejora la capacidad de hacer más estrecho el haz.

� El error en la definición de la dirección se puede aproximar como

ϕ =∆

Directividad de una antena (III)Directividad de una antena (III)

La directividad es proporcional al cociente λ/L donde L es la longitid característica de la antena. En una agrupación de antenas, la habilidad de

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En una agrupación de antenas, la habilidad de cada antena para transmitir/recibir los frentes de onda con fases diferentes mejora la capacidad de hacer más estrecho el haz.

El error en la definición de la dirección se puede

NSLπ

λ

2

2=

Antenas transmisorasAntenas transmisoras

� La antena más común es el mástil vertical, de tal manera que la señal radiada está polarizada verticalmente y la antena tiene un diagrama de radiación toroidalradiación toroidal

� La antena se elige que searesonante a la frecuencia en laque se usa para obtener unancho de banda estrecho, lo quepor otro lado introducebastantes pérdidas, siendo laseficiencias del 5-10 %.

� La potencia de radiación es delorden de 100 W.

Antenas transmisorasAntenas transmisoras

11

Antenas ReceptorasAntenas Receptoras

� Los receptores han de ser más pequeños que los transmisores, motivo por el cual se usan a menudo antenas de cuadro.

� Los ceros son más agudos que� Los ceros son más agudos quelos máximos de manera que sonmás adecuados para localizardirecciones.

� Un ejemplo de antena deagrupación es el de la figura:una antena omnidireccionalañade un sentido de direccióncuando se combina con undesfase añadido de 900.

Antenas ReceptorasAntenas Receptoras

12

Radiogoniómetros DopplerRadiogoniómetros Doppler

� Un sistema receptor Doppler ha de ser mayor que la longitud de onda, lo cual obliga a usar frecuencias de VHF y UHF.

� Los radiogoniómetros Doppler de un aeropuerto hacen uso de las propias señales de comunicación de los aviones, entre 118-137 MHz para el señales de comunicación de los aviones, entre 118-137 MHz para el caso civil y 230-400 MHz para el militar.

� Los sistemas Doppler consisten deun gran número de antenas (~30)montadas sobre una plataformacircular.

� Cada receptor entra enfuncionamiento de manerasecuencial de manera que se simulala rotación de una sola antena.

Radiofaro

Radiogoniómetros DopplerRadiogoniómetros Doppler

13

)2sin( 0ϕπλ

π

λ+== tf

dfvf rot

rotshiftDoppler

d

Radiofaro

φ0

ExactitudExactitud

� La exactitud de los diferentesdepende mucho deincluyendo la época deldistancia al transmisor, ladistancia al transmisor, lacondiciones de montaje de

� La exactitud puede ser superioragrupaciones de antenas

ExactitudExactitud

diferentes radiogoniómetroslas condiciones locales,

del año, la hora del día, lala calidad del receptor o las

14

la calidad del receptor o lasde la antena receptora.

superior a 1o si se utilizanantenas o goniómetros Doppler.



� RadiofarosNDB (Non-directional beacons)� NDB (Non-directional beacons)





beacons)

15

beacons)



navigation)


� Definición: Un radiofaro es una estación de radio situada en una posición perfectamente geolocalizada, que se usa como ayuda en la navegación aérea o marina y que hace posible localizar la posición relativa y/o la dirección de la estación receptora

� Hay dos tipos fundamentales de radiofaros:� Hay dos tipos fundamentales de radiofaros:� Radiofaros no direccionales (NDB

goniómetros automáticos (ADF -� Sistemas de señal compuesta, que permiten determinar la dirección y/o

el alcance haciendo uso de la información contenida en la señal (VOR, DME, TACAM)

� Hoy en día muchos de estos sistemas están perdiendo pujanza frente a los sistemas tipo GPS, más exactos y con receptores muy sencillos de usar. Sin embargo, el bajo coste de los sistemas ADF los mantiene en uso, a la vez que por ejemplo la sostenibilidad financiera de otros sistemas más caros como el VOR los compromete de manera creciente.


Definición: Un radiofaro es una estación de radio situada en una posición perfectamente geolocalizada, que se usa como ayuda en la navegación aérea o marina y que hace posible localizar la posición relativa y/o la dirección de la estación receptoraHay dos tipos fundamentales de radiofaros:

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Hay dos tipos fundamentales de radiofaros:Radiofaros no direccionales (NDB - Non directional beacons -) con

Automatic Direction Finders -)Sistemas de señal compuesta, que permiten determinar la dirección y/o el alcance haciendo uso de la información contenida en la señal (VOR,

Hoy en día muchos de estos sistemas están perdiendo pujanza frente a los sistemas tipo GPS, más exactos y con receptores muy sencillos de usar. Sin embargo, el bajo coste de los sistemas ADF los mantiene en uso, a la vez que por ejemplo la sostenibilidad financiera de otros sistemas más caros como el VOR los compromete de manera

Radiofaros no direccionales (NDB) (I)Radiofaros no direccionales (NDB) (I)

� Los NDB pueden operar afrecuencias entre 190 kHz y 1.75MHz, siguiendo la normativa de laICAO (International Civil AviationOrganization). En la práctica utilizanfrecuencias de 190 a 493 kHz y de510 a 530 kHz en los EEUU y de280 a 530 kHz en Europa con un280 a 530 kHz en Europa con unhueco entre 495 y 505 kHzreservado para servicios deemergencia marítima internacional.

� La navegación NDB involucra doselementos : el ADF (AutomaticDirection Finder) que detecta laseñal NDB y el transmisor NDBmismo. Los ADF determinan ladirección relativa hacia la estaciónNDB. Esto queda representado enun indicador llamado indicador derumbo (RBI, relative bearingindicator).

Radiofaros no direccionales (NDB) (I)Radiofaros no direccionales (NDB) (I)

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Radiofaros no direccionales Radiofaros no direccionales

� Cada NDB queda identificado pordos o tres letras. Puede haber excepcioneslos identificadores incluyen números

� Los NDBs norteamericanos se clasificansalida: a) baja potencia (< 50 W),salida: a) baja potencia (< 50 W),c) alta potencia (>2,000 W).

� Incluso con la llegada de sistemasrange) o la navegación GPS, los NDBsde navegación más usados mundialmente

� Los NDBs tienen una ventaja principalsofisticado: las señales NDB siguenmanera que se pueden detectar adesventaja es su mayor sensibilidadla presencia de terreno montañoso,tormentas eléctricas, especialmenteradiofaro.

Radiofaros no direccionales Radiofaros no direccionales (NDB) (II)(NDB) (II)

una señal de código Morse de una,excepciones: en Canadá, por ejemplo,

números.clasifican atendiendo a su potencia deW), b) potencia media (50-2,000 W) y

18

W), b) potencia media (50-2,000 W) y

sistemas como el VOR (VHF omnidirectionalNDBs continúan siendo los sistemas

mundialmente.principal sobre el sistema VOR, más

siguen la curvatura de la Tierra, de tala mayor distancia y menor altura. A

sensibilidad a las condiciones atmosféricas, amontañoso, a la refracción en la costa y a las

especialmente a distancias considerables del

Comments on propagation (I)Comments on propagation (I)

The mechanism whereby a radiothe air between transmitterschiefly on the frequency ofparadigms that describeparadigms that describeatmosphere:� Ground wave

� Skywave

� Troposphere scatterering

� Line of sight

Comments on propagation (I)Comments on propagation (I)

radio signal transmits throughtransmitters and receivers depends

of the wave. There are fourpropagation in the Earth’s

19

propagation in the Earth’s

Comments on propagation (II)Comments on propagation (II)

� Ground wave• Below ~3 MHz, and depending

and moisture conditions if onconductor, currents are inducedfollow its curvature and topography

• Very long distance communications• Very long distance communicationsfrequencies.

• Vertical polarised waves haveones, which get more rapidly

Comments on propagation (II)Comments on propagation (II)

depending on surface type -water or land-on land, the ground behaves as perfect

induced on the Earth’s surface, and wavestopography.

communications are possible at these

20

communications are possible at these

have a much longer reach as horizontalrapidly attenuated

Comments on propagation (III)Comments on propagation (III)

� Skywave• At HF (3-30 MHz) the main

by reflection and refractionionosphere (50-300 km)

• Broadcast television frequenciesskywavesskywaves

• There is a skip distance betweenfirst position at which the wave

Comments on propagation (III)Comments on propagation (III)

way of propagation is by skywave, i.e.refraction at the different layers of the

frequencies (VHF, UHF) propagate as

21

between the transmitting antenna and thewave can be received

Comments on propagation (IV)Comments on propagation (IV)

� Line of sight• At frequencies above the

mechanism is ray-like, straightmechanism is ray-like, straighttransparent

Comments on propagation (IV)Comments on propagation (IV)

VHF-UHF range the most importantstraight propagation; the ionosphere is

22

straight propagation; the ionosphere is

Comments on propagation (V)Comments on propagation (V)

� Tropospheric Scattering• At frequencies above about

in the troposphere, below the

• Although it is a way of extendinglink, the signal level maychanging tropospheric conditionschanging tropospheric conditions

• However, for some applicationsproviding a high capacity communications

Comments on propagation (V)Comments on propagation (V)

400 MHz there is significant scatteringthe ionosphere.

extending the range of a communicationbe low and subject to fading due to

conditions.

23

conditions.

applications it is a practical method ofcommunications channel.

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Omnidirectional RangeOmnidirectional Range

� El sistema VOR opera en diversosen la banda 108-117.95 MHz, dejandoHz de separación entre canal y canal,quedó estandarizado en 1949.

� A estas frecuencias, las distorsiones� A estas frecuencias, las distorsionesatmosféricas son preácticamentedespreciables.

� La propagación es tal que se ha deel radiofaro dentro de la línea visual

� La potencia transmitida es de unos

� El sistema VOR indica la direcciónavión al transmisor, definiendo asíde posición (LOP) o radial. La intersecciónde dos radiales da una posición o fix

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--) (I)) (I)

canalesdejando 50

canal, y

distorsiones

24

distorsionespreácticamente

de tenervisual.

unos 200W.

dirección delasí la línea

intersecciónfix.


� La antena transmisora VOR convencionaltiene un diagrama de radiación compuestoque consiste de una parte no direccionalmás dos componente con forma deque resultan en un diagrama con formacardioide. La polarización es horizontalcardioide. La polarización es horizontal

� El cardioide resultanteelectrónicamente a una velocidad angularde 30 vueltas por segundo (30 Hz), lose consigue con una modulaciónamplitud a 30 Hz de los componentesforma de ocho que tiene un desfaserelativo de 90o.

� Un receptor en la dirección α recibe unadependiente de la dirección, que trasdemodulada es una función lineal de α.

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--)) (II)(II)

convencionalcompuestodireccional

ocho,forma de

horizontal.

25

horizontal.

rotaangularlo que

modulación encomponentes en

desfase

una señaltras ser

Comments on analogue modulation theory (I)Comments on analogue modulation theory (I)

The general expression for a sinusoidal

2cos()( = Atv

The three parameters A, fpurpose of transmitting informationamplitude, frequency and phase

2cos()( = Atvc

Comments on analogue modulation theory (I)Comments on analogue modulation theory (I)

sinusoidal carrier is

)2 φπ +tf

26

fc and Φ may be varied for theinformation giving respectivelyphase modulation.

)2 φπ +tfc

Comments on analogue modulation theory (II)Comments on analogue modulation theory (II)

� Amplitude modulation (AM)

modulation ofdepht

2cos()]2cos(1[)(

==

+=

m

tfmKtv mc ππ

� Frequency modulation (FM)

modulation ofdepht ==K

m

mcc

f

ftfKtv

∆==

+=

index modulation

2sin(2cos[)(

β

πβπ

Comments on analogue modulation theory (II)Comments on analogue modulation theory (II)

(AM)

amplitude signal modulating

)

=a

tfc

27

(FM)

amplitudecarrier dunmodulate=

K

m

c

m

f

f

t

∆

)]


� La antena transmisora VORconvencional tiene un diagrama deradiación compuesto que consiste deuna parte no direccional más doscomponente con forma de ocho, queresultan en un diagrama con forma decardioide. La polarización escardioide. La polarización eshorizontal.

� El cardioide resultante rotaelectrónicamente a una velocidadangular de 30 vueltas por segundo(30 Hz), lo que se consigue con unamodulación en amplitud a 30 Hz delos componentes en forma de ochoque tiene un desfase relativo de 90o.

� Un receptor en la dirección α recibeuna señal dependiente de la dirección,que tras ser demodulada es unafunción lineal de α.

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--)) (II)(II)

Parte procedentede la antena no direccional

VORdede

dosquedees

28

α

α

sinsincos

coscoscos

cos)(VOR

twtwa

twtwa

twtv

mc

mc

c

+

+

=

Segunda antena con diagrama enforma de ocho

Antena condiagrama en

forma de ocho

no direccional

)]cos(1[cos)(VOR α−+= twatwtv mc

es

rotavelocidadsegundo

unade

ocho

recibedirección,

una


� Se transmite adicionalmenteno direccional. Se trata de una9960 Hz que, a su vez, estáEl índice de modulación es 16

Además, la señal está modulada� Además, la señal está moduladaMorse a 1020 Hz [f(t)= código

cos)(VOR = wtv c

cos(b+

cos)(VOR = wtv c

cos(b+

)(tf+

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--)) (III)(III)

adicionalmente otra señal a través de la antenauna señal AM de subportadora amodulada en frecuencia a 30 Hz.

16. [b=0.3, fu= 9960 Hz, ß=16]

modulada en amplitud por un código

29

modulada en amplitud por un códigocódigo Morse, fi= 1020 Hz]

)]cos(1[ α−+ twatw mc

)]coscos( twtw mu β+

)cos(1[ α−+ twatw mc

)coscos( twtw mu β+

]cos) twi


El receptor VOR

La fase de la FM se ha seleccionado defase con la rotación de 30 Hz en todo

norte (α=0) ⇒ la medida de lanorte (α=0) ⇒ la medida de la

demoduladas a 30 Hz da una dirección

La reglamentación actual establece que la exactitud del Receptor debe de ser de 0.4 grados con una fidelidad del 95%. La exactitud absoluta del sistema VOR es aproximadamente de 1.40. Sin embargo, los tests de calidad indicanque con un grado de fidelidad del 99.94% el sistema VOR tiene un error inferior a

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--)) (IV)(IV)

de tal manera que la modulación es entodo instante cuando el cardioide apunta al

diferencia de fase entre dos señales

30

diferencia de fase entre dos señales

dirección no ambigua

La reglamentación actual establece que la exactitud del Receptor debe de ser de 0.4 grados con una fidelidad del 95%. La exactitud absoluta del sistema VOR es aproxima-

. Sin embargo, los tests de calidad indicanque con un grado de fidelidad del 99.94% el sistema VOR tiene un error inferior a ±0.35°.


VOR Doppler

El multicamino o multipath essistemas VOR. Una manera detamaño, más direccionales, ytamaño, más direccionales, yseñales FM son menos sensiblesConectando secuencialmentepodemos simular una antena másde las ventajes de la FM.

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--)) (V)(V)

es la principal fuente de error de losde corregirlo es usar antenas de mayor

otra es utilizar el hecho de que las

31

otra es utilizar el hecho de que lassensibles a las reflexiones que las AM.

las antenas de una agrupaciónmás grande y beneficiarnos también


El futuro del VOR

Como ocurre con otros sistemas,al GPS. El sistema VOR necesitaal GPS. El sistema VOR necesitaárea de cierta extensión. Ademásconsideramos los sistemas deAugmentation System (WAAS) o(LAAS). Este último pretende usarVHF que el VOR para transmitirpodría implicar el cierre de las instalacionesotras frecuencias para evitar interferencias

Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR Radiofaro omnidireccional de VHF (VOR --VHF VHF Omnidirectional RangeOmnidirectional Range--) ) (VI)(VI)

sistemas, el VOR está en desventaja frentenecesita numerosas estaciones para cubrir un

32

necesita numerosas estaciones para cubrir unAdemás la exactitud del GPS, más aún si

GPS extendidos, como el Wide Areao el Local Area Augmentation Systemusar la misma banda de frecuencias

transmitir su mensaje de corrección. Estoinstalaciones VOR o su desplazamiento a

interferencias.



� RadiofarosNDB (Non-directional beacons)� NDB (Non-directional beacons)





beacons)

33

beacons)



navigation)

Equipo telemétricoEquipo telemétricoMeasuring EquipmentMeasuring Equipment

1. Descripción del sistema

2. Procedimiento de búsqueda

3. Seguimiento

4. Transpondedor

5. Exactitud

6. El futuro del DME

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Distance Measuring EquipmentMeasuring Equipment--))

Descripción del sistema

Procedimiento de búsqueda

Equipo telemétricoEquipo telemétricoEquipmentEquipment

� Mediante la medida del tiempodesde un cierto vehículo, típicamentela estación de tierra y de vueltadistancia entre ambos (Principio

� Las frecuencias de portadora� Las frecuencias de portadora1213 MHz.

� La potencia de pico transmitida

� El alcance directo (slant range)aproximadamente 370 km, loequivale a un alcance sobreaproximadamente 120 km.

� El sistema DMR quedó estandarizadoen 1959.

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (I)) (I)

tiempo de tránsito de un pulsotípicamente aerotransportado, avuelta se puede determinar la

(Principio del radar).

portadora están en el rango de 962 a

35

portadora están en el rango de 962 a

transmitida va de 50 a 1000W.

range) máximo del sistema es delo que a una altura de 3 a 6 km

sobre la línea de la Tierra de

estandarizado a nivel internacional


� El avión está equipado con un Interrogadordenomina un Transpondedor.

� Las instalaciones de un DME normalmenteincluyen sistemas VOR o ILS (Instrumentconjuntamente: los canales de frecuenciasemparejadas con canales en VHF deloperacional, el piloto solamente ha deinterrogador del DME se sintoniza automáticamenteinterrogador del DME se sintoniza automáticamente

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (II)) (II)

Interrogador y la estación terrena con lo que se

normalmente están localizados en estaciones que(Instrument Landing System) y se utilizanfrecuencias UHF de los canales DME estándel VOR y del ILS. Desde el punto de vistade sintonizar la frecuencia del VOR/ILS y el

automáticamente al canal DME correspondiente.

36

automáticamente al canal DME correspondiente.


� El rango de frecuencias del DME está126 de respuesta con una separación entre

� Los canales de interrogación están localizados

� Los canales de respuesta ocupan dos1213 MHz

� Cada canal de interrogación está acopladocolocado 63 MHz por encima o por debajo,colocado 63 MHz por encima o por debajo,

� Si está instalado junto con un sistemacombinada como un sistema de dirección

� Los pulsos de un DME se transmitensemianchura de 3.5 µs y, con una separación

� Modo X (militar): separación de 12 µs

� Modo Y (civil): separación de 36 µs para

� El transpondedor de la estación terrenadespués de 50 µs de retardo junto conEl interrogador aerotransportado identificael intervalo temporal entre el comienzotranspondedor terreno.

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (III)) (III)

dividido en 126 canales de interrogación yentre canales de 1 MHz:

localizados entre 1025 y 1150 MHz

dos rangos de frecuencia: 962-1024 MHz y 1151-

acoplado con un canal de respuesta específico,debajo, dependiendo del canal en uso

37

debajo, dependiendo del canal en uso

sistema VOR, ambos funcionan de maneradirección + alcance

en pares, tienen una forma gaussiana conseparación que depende del uso o modo:

µs tanto para interrogación como para respuesta

para interrogación y 30 µs para respuesta

terrena recibe el tren de pulsos y los retransmitecon un código Morse de identificación propia.

identifica su propia corriente de pulsos y midecomienzo de su interrogación y la respuesta del



� Ya que un interrogador puede estara 100 aeronaves, necesitamos queidentificar la señal de respuesta queenviando las interrogaciones con unapulsos de manera que se crea unapulsos de manera que se crea una

� Durante la búsqueda la frecuencia120 a 150 Hz en términos de pares

� Después de un cierto tiempo τ una

abre una ventana de recepción deida y vuelta de 3 km.

� τ aumenta linealmente como τ =

de 2400 µs correspondiente a un espacio

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (IV)) (IV)

estar respondiendo simultáneamente hastaque el receptor DME tenga una manera de

que le corresponde a él: esto se haceuna separación pseudoaleatoria entre los

firma única.

38

firma única.

frecuencia de repetición de pulsos o PRF es depares de pulsos.

una vez transmitido un par de pulsos, se

de 20 µs, que corresponde a un viaje de

18 10-3 t/150 y escanea un segmento

espacio de unos 370 km en 20 segundos



1/120 s

1/150 s

1/140 s

t0 +∆t

1/140 s

Pulsotransmitido

Pulsosrecibidos

Pulsosrecibidos

Pulsosrecibidos

Pulsotransmitido

Pulsotransmitido

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (DME) (V)) (DME) (V)

1/130 s

39

Pulsosrecibidos

Pulsosrecibidos

Pulsotransmitido

Pulsotransmitido


Seguimiento� Una vez terminada la búsqueda,

ventana temporal se centra enal punto que da el mayor númeropulsos de repuesta y el receptoral modo de seguimiento, enal modo de seguimiento, entransmite de 24 a 30 pares depor segundo

� Según la distancia entre el avióntranspondedor terreno varía,ventana temporal siguemovimiento del avíon de talque continúa centrado alrededorpunto de máxima respuesta.

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (VI)) (VI)

búsqueda, laen torno

número dereceptor pasa

en el que

40

en el quede pulsos

avión y elvaría, la

sigue elmanera

alrededor del


Transpondedor� Además de enviar respuestas

interrogaciones, cada transpondedortransmite un código Morse dede tres letras con pulsos gaussianosµs de semianchura a una PRFcada 37.5 o 75 segundos, dondecada 37.5 o 75 segundos, dondedura 1/8 s y una línea 3/8 s.

� Un transpondedor DME está diseñadoservir a 100 aviones a la vez,estadística típica de 95 enseguimiento y 5 en modo de búsqueda

� Hay dos momentos durante lostranspondedor no está transmitiendorespuestas:

� durante los 50 µs que siguende una interrogación

� durante la transmisión de código

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (VII)) (VII)

respuestas a lastranspondedor

identificacióngaussianos de 3.5

de 1350 Hzdonde un punto

41

donde un punto

diseñado paravez, con unaen modo de

búsquedalos cuales eltransmitiendo

a la recepción

código Morse


Exactitud� La exactitud del sistema DME

Un valor típico de 0.1 nm (nauticalcomo referencia.

� Las fuentes de error son

� inexactitudes debidas al equipo

1. los 50 µs de retardointerrogación están sujetos

2. Detección por parte del

� reflexiones (fenómeno de

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (VIII)) (VIII)

DME es normalmente de 100 a 300 m.(nautical miles) (185 m) se da a veces

42

equipo

retardo tras la recepción de unasujetos a un error de ±1 µs

del receptor

de multicamino o multi-path)


El futuro del DME

Es probable que las instalacionesEs probable que las instalacionesprogresivamente mientras queo Galileo tomen su lugar y senavegación aérea. Sin embargo,mucho y todavía se construyen

Equipo telemétricoEquipo telemétrico (DME (DME --Distance Measuring Distance Measuring EquipmentEquipment--) (IX)) (IX)

instalaciones del DME se retiren

43

instalaciones del DME se retirenque los sistemas satelitales como GPS

se conviertan en el estandar de laembargo, a día de hoy el sistema se usa

construyen radiofaros DME.

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisiónPrecise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment


2. Circuito de retardo, atenuación y comparación (Delay, attenuate and compare circuit, DAC)

3. Ventajas y desventajas del DME/P comparado con el DME/N

4. Modos de aproximación inicial (IA) y final (FA)

5. Exactitud

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--))

Circuito de retardo, atenuación y comparación (Delay, attenuate

Ventajas y desventajas del DME/P comparado con el DME/N

Modos de aproximación inicial (IA) y final (FA)

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisiónDistance Measuring EquipmentDistance Measuring Equipment

� El sistema DME se puede usar juntoel Sistema de Aterrizaje por Microondas(Microwave Landing System , MLS)dar la distancia, lo que proporcionatodas las coordenadas de aterrizajenecesariasnecesarias

� Sin embargo, el DME convencional,denominaremos a partir de aquí DME/N,es demasiado inexacto para tal uso

� En el DME de precisión se empleaprocesado de banda anchaconseguir una exactitud adecuada.

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Precise Distance Measuring EquipmentDistance Measuring Equipment--) (I)) (I)

junto conMicroondasMLS) para

proporcionaaterrizaje

45

convencional, queDME/N,

uso.

empleapara

.


� Una señal de banda ancha deDME/P ha de satisfacer losiguiente:� un tiempo de subida

suficientemente rápido paraalcanzar un cierto umbral depotencia lo antes posible una vezpotencia lo antes posible una vezque ha llegado el pulso

� los canales adyacentes no debeninterferir

� La forma del pulso que satisfaceestos requisitos es una envolventedel tipo cos/cos2 (=coseno alcuadrado para el extremo dedelante del pulso y coseno simplepara el de cola)

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--) (II)) (II)

delo

subidapara

devez

46

vez

deben

satisfaceenvolvente

alde

simple


� Para las medidas de alcanceiniciar la respuesta en el transpondedor,detectado. Se usa para elloinformación de fase se deshecha

� Todos los métodos implementadosde llegada del pulso (time-ofde llegada del pulso (time-oftanto las especificaciones depotencia.

� La principal manera de mejorarseñales de multicamino ïapropiada es la llamadaatenuación y comparacióncompare circuit ,DAC)

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--)(III))(III)

alcance en el interrogador o paratranspondedor, el DME ha de ser

detección de la envolvente y ladeshecha.

implementados para estimar el tiempoof-arrival, TOA) han de satisfacer

47

of-arrival, TOA) han de satisfacerde exactitud como las de nivel de

mejorar el DME es rechazar lasï Para ello, una técnica

llamada circuito de retraso,comparación (delay, attenuate and


Circuito de retardo, atenuacióncomparación (Delay, attenuatecompare circuit ,DAC)

1. El circuito compara una versión retardadadel pulso con una versión atenuadamismo pulsomismo pulso

2. Se declara que un pulso ha llegadoel pulso retardado excede la señalpulso atenuado. Un retardo de 100una atenuación de entre ~-5 dBresulta en un nivel de umbral dea 18 dB por debajo del pico delEstos valores son un compromisobuen comportamiento ante multicaminopresencia de ruido

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--) (IV)) (IV)

atenuación yattenuate and

retardadaatenuada del

48

llegado cuandoseñal del100 ns y

y -6 dBentre 15

del pulso.compromiso entre

multicamino y


Ventajes del DAC

1. El punto de detección es independientetiempo de ascenso del pulso.

2. Se evita el multicamino.2. Se evita el multicamino.

Desventajes del DAC

Ya que el espectro de frecuenciastransmitida del DME/P hafiltraciones entre canales adyacentessistema.

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--) (V)) (V)

independiente de la amplitud y del.

49

frecuencias es más ancho, la potenciaha de ser inferior para evitaradyacentes ï Menor alcance del


� Ya que los valores de exactitudaltos son únicamente necesarioscercanías del aeropuerto, elusa durante la aproximaciónaeropuerto hasta llegar a unosaeropuerto hasta llegar a unosde la pista de aterrizajeapproach (IA) phase).

� Entre los 15 km y los 12encontramos en una fase de

� A distancias inferiores a loscambia al DME/P (final approachphase)

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Distance Measuring EquipmentPrecise Distance Measuring Equipment--) (VI)) (VI)

exactitud másnecesarios en las

el DME/N seaproximación al

unos 15 km

50

unos 15 kmaterrizaje (initial

12 km nostransición

12 km, seapproach (FA)


� La frecuencia de interrogaciónbúsqueda del IA y en el modoseguimiento del IA .

� Los anchos de banda del receptormodo IA y de 3.5-4.5 MHz enmodo IA y de 3.5-4.5 MHz en

� Ya que el DME/P utiliza lasDME/N, la capacidad extraDME/P y su emparejamientomultiplexado temporal: el intervaloun par se varía.

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Precise Distance Measuring EquipmentDistance Measuring Equipment--) (VII)) (VII)

interrogación es de 40 Hz en los modos demodo FA, y de 16 Hz en el modo de

receptor son de 300-400 kHz en elen el FA.

51

en el FA.

las mismas frecuencias que elde espacio para los canales del

emparejamiento con el MLS se consigue porintervalo entre los dos pulsos de


Exactitud

PFE= Path following error; CMN= Control motion noise

Equipo telemétrico de precisiónEquipo telemétrico de precisión (DME/P (DME/P ––Precise Precise Distance Measuring EquipmentDistance Measuring Equipment--) (VIII)) (VIII)

52

CMN= Control motion noise

Navegación aérea tácticaNavegación aérea tácticaNavigation, TACAN)Navigation, TACAN)


2. TACAN vs. VOR

3. Exactitud

4. Futuro del TACAN

Navegación aérea tácticaNavegación aérea táctica (Tactical Air (Tactical Air Navigation, TACAN)Navigation, TACAN)

Descripción del sistema

Navegación aérea tácticaNavegación aérea tácticaTACAN) (I)TACAN) (I)

� TACAN es un sistema de apoyonavegación aérea de corto alcancefunciona en el rango de frecuencias de1213 MHz.

� Se puede describir como unaconjunta de carácter militar del VOR/DMEque mide tanto distancias como direccionesque mide tanto distancias como direcciones

� Se utiliza sobre todo paraoperaciones militares pero también apoyaveces los sistemas civiles graciasfuncionalidad DME.

� La parte DME del TACAN opera conmismas especificaciones que losciviles. Por tanto, como ocurre con laspara reducir el número de estaciones,TACAN están colocalizadas coninstalaciones VOR. Estás estacionesmultifunción se denominan VORTAC

Navegación aérea tácticaNavegación aérea táctica (Tactical Air Navigation, (Tactical Air Navigation, TACAN) (I)TACAN) (I)

apoyo a laalcance que

de 962 a

versiónVOR/DME

direcciones.

54

direcciones.apoyar

apoya aa su

con lasDMEs

las DMEs,estaciones, las

con lasestaciones

Tactical Air Navigation (TACAN) (II)Tactical Air Navigation (TACAN) (II)

TACAN vs. VOR

Como el VOR

1. El diagrama de radiaciónrotante, que como vimos seen amplitud cuya fase dependeen amplitud cuya fase dependetranspondedor.

2. Junto con el cardiode hay unaenvía como referencia de fase

Tactical Air Navigation (TACAN) (II)Tactical Air Navigation (TACAN) (II)

de la antena es un cardiodetraduce en una señal moduladadepende de la dirección al

55

depende de la dirección al

una señal omnidireccional que sefase.

Tactical Air Navigation (TACAN) (III)Tactical Air Navigation (TACAN) (III)

TACAN vs. VOR

Distinto del VOR

1. La señal se transmite en forma degaussiana y 12 µs de separación,(excepto en que hay una modulación(excepto en que hay una modulacióndiagrama de radiación de la antena)

2. El cardiode rota a una velocidad demitad de la velocidad de rotación de

3. La señal de referencia consiste de

4. Mientras que el VOR utiliza las frecuenciasTACAN opera a frecuencias entre 962

Tactical Air Navigation (TACAN) (III)Tactical Air Navigation (TACAN) (III)

de pares de pulsos con una envolvente, exactamente igual al modeo DME X

modulación en amplitud adicional debida al

56

modulación en amplitud adicional debida alantena)

de 15 vueltas por segundo (15 Hz), lade un sistema VOR.

12 pares de pulsos separados 18 µs.

frecuencias en el rango 108-117.95 MHz,962 y 1213 MHz, como el DME.

Tactical Air Navigation (TACAN) (V)Tactical Air Navigation (TACAN) (V)

TACAN vs. VOR

Distinto del VOR

5. El diagrama de radiación tienemuchos lóbulos gracias a la adiciónantenas reflectivas, lo que hace posibleantenas reflectivas, lo que hace posiblemejore la determinación de la fasela dirección del transpondedor.

Tactical Air Navigation (TACAN) (V)Tactical Air Navigation (TACAN) (V)

un perfil deadición de 9posible que se

57

posible que sefase y por tanto

Tactical Air Navigation (TACAN) (VI)Tactical Air Navigation (TACAN) (VI)

Exactitud

La parte VOR, a pesar de laoperativamente se observa una

La parte DME tiene la mismaLa parte DME tiene la mismaque un DME civil (0.1 nautical

Futuro del TACAN

TACAN no está encriptadoenemigo. Esto es una desventaja

Tactical Air Navigation (TACAN) (VI)Tactical Air Navigation (TACAN) (VI)

la mejora teórica de un factor 9,una mejora del orden de 1.5-2.

misma especificación de exactitud

58

misma especificación de exactitudnautical mile).

y puede ser utilizado por eldesventaja frente al GPS militar.

Documents

Procesado de señal y teoría de la comunicaciónagamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/it/rd/apuntes/radiofaros.pdf · un mismo transmisor desde conociendolarutayla distancia al transmisor