ES2523646T3 - Sistema para evitar la colisión entre una aeronave y un obstáculo - Google Patents

Sistema para evitar la colisión entre una aeronave y un obstáculo Download PDF

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ES2523646T3 ES04013503.0T ES04013503T ES2523646T3 ES 2523646 T3 ES2523646 T3 ES 2523646T3 ES 04013503 T ES04013503 T ES 04013503T ES 2523646 T3 ES2523646 T3 ES 2523646T3
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Abstract

Un aparato para detectar y advertir a una aeronave acerca de un obstáculo aéreo, que comprende: una unidad de campo situada, en uso, en la proximidad de un obstáculo aéreo para advertir a una aeronave del obstáculo aéreo, incluyendo dicha unidad de campo: un sistema de radar para determinar si la aeronave está dentro del área de cobertura del radar en la proximidad del obstáculo aéreo; estando el aparato caracterizado por: el área de cobertura del radar, en uso, incluyendo una primera zona de advertencia y una segunda zona de advertencia; incluyendo adicionalmente la unidad de campo una unidad central de procesamiento para identificar cuando la aeronave está dentro de la primera zona de advertencia y la segunda zona de advertencia, estando configurada la unidad central de procesamiento para procesar información del sistema de radar para determinar un rumbo, altura y velocidad de una aeronave, y para determinar que la aeronave tiene un rumbo y altura que pueden dar como resultado que la aeronave colisione con el obstáculo aéreo si se mantienen el rumbo y la altura, en el que se proporciona una primera señal de advertencia a la aeronave cuando la aeronave entra en la primera zona de advertencia, y se proporciona una segunda señal de advertencia a la aeronave cuando la aeronave entra en la segunda zona de advertencia.

Description

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DESCRIPCIÓN
Sistema para evitar la colisión entre una aeronave y un obstáculo
La invención se refiere a sistemas que evitan la colisión entre una aeronave y un obstáculo sobre el terreno, y se refiere en particular a sistemas de este tipo que comprenden un dispositivo de radar para la detección de una aeronave en vuelo y un dispositivo para advertir al operario de la aeronave acerca de un posible obstáculo de colisión que está cerca de la aeronave.
Accidentes en los que aviones o helicópteros chocan con líneas de energía eléctrica se producen una o dos veces al año en Noruega y casi cada semana en los Estados Unidos. Con frecuencia, estos accidentes dan como resultado la pérdida de vidas humanas y sustanciales daños materiales. Los accidentes son una clara indicación de que la señalización actual de las líneas de energía eléctrica y otros obstáculos aéreos no es lo suficientemente buena. La señalización de obstáculos aéreos usando un sistema que evita la colisión entre una aeronave y un obstáculo, denominado en lo sucesivo OCAS, puede reducir considerablemente el número de accidentes de este tipo.
El documento US 5.351.032 da a conocer un sistema de radio de corto alcance, en el que el sistema proporciona al piloto de una aeronave advertencias sonoras y visuales acerca de una línea de energía eléctrica próxima. El sistema comprende un pequeño transmisor de banda estrecha que utiliza energía de la línea de energía eléctrica, donde el transmisor de banda estrecha puede estar instalado encima de una torre de línea de energía eléctrica o dentro de bolas de advertencia ya existentes de la línea de energía eléctrica. El transmisor de banda estrecha proporciona una señal de advertencia continua a la aeronave que se aproxima al transmisor de banda estrecha implantado, y un receptor instalado a bordo de la aeronave capaz de recibir la señal de advertencia procedente del transmisor de banda estrecha activará, tras recibir la señal de advertencia, una alarma sonora y visual para alertar al piloto de la aeronave sobre el peligro potencial. Por tanto, el sistema requiere que una parte del mismo, en este caso un receptor adaptado al sistema, esté ubicada en la aeronave, y solo será eficaz a la hora de advertir a una aeronave que tenga una parte del sistema instalada en la misma. Por lo tanto, una aeronave que no tenga un receptor de este tipo instalado no podrá beneficiarse de la posible advertencia que pueda emitir el transmisor de banda estrecha. Además, el sistema no incluye ningún medio para determinar la distancia entre la aeronave y el obstáculo, siendo por tanto cuestión de suerte que el receptor de la aeronave capture la señal de advertencia a una corta o a una larga distancia, lo que puede dar como resultado una advertencia tardía o una advertencia innecesaria para una aeronave que esté a gran distancia pero, no obstante, dentro del alcance máximo determinado por la propagación potencial de las ondas de radio, la presencia o ausencia de fuentes de ruidos y la sensibilidad del receptor en cuestión.
La patente de EE. UU. 5936552 describe un formato de presentación visual para un sistema de conocimiento de la situación del suelo que se basa en una aeronave equipada con un receptor capaz de recibir y procesar una señal de posicionamiento desde un sistema de posicionamiento por satélite. La patente de EE. UU. US5892462 describe un sistema de evitación de colisión con el terreno adaptativo que usa sensores a bordo de la aeronave para generar un mensaje de evitación de colisión con el terreno. La solicitud de patente europea EP 0526052 describe un sistema de advertencia de colisión que se basa en una señal transmitida a un receptor en una aeronave, que en respuesta a la señal obtiene el valor de la altitud de la aeronave y transmite esta información, junto con un código de identificación, a un receptor establecido en el terreno para un procesamiento subsiguiente por un comparador. La solicitud internacional WO01/25725 describe un procedimiento y aparato para alertar a embarcaciones submarinas de condiciones peligrosas, en el que un sistema de navegación a bordo compara la información relativa a la posición y profundidad del suelo y obstáculos para diferentes ubicaciones en la tierra frente a varios indicadores de la posición de la embarcación. El documento US6133867 describe un sistema de gestión de tráfico aéreo y de evitación de colisión integrado en el que un ordenador a bordo utiliza un sistema de navegación por satélite para determinar de forma continua parámetros de movimiento de objeto y calcular la posibilidad de colisión. El documento US5157615 describe un dispositivo de alerta de tráfico de aeronaves y de evitación de colisión que usa un dispositivo a bordo para localizar y responder a réplicas de transpondedor de otra aeronave.
Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una solución que pueda dar una advertencia al operario de una aeronave con el fin de evitar una colisión entre una aeronave y un obstáculo, que supere las desventajas de las soluciones conocidas anteriores.
La presente invención proporciona un sistema que evita la colisión entre una aeronave y un obstáculo, caracterizada por las características expuestas en las reivindicaciones de patente independientes adjuntas.
Características ventajosas adicionales de la invención se exponen en las reivindicaciones de patente dependientes adjuntas.
En la siguiente descripción se explicará con mayor detalle la presente invención con la ayuda de ejemplos y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
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la Fig. 1 es una representación estructural que muestra los elementos principales de un sistema OCAS según la invención; la Fig. 2 es una ilustración de un ejemplo de una unidad OCAS según la invención; la Fig. 3 muestra una unidad OCAS según la invención y una realización de un mástil que será una parte integrante de un sistema OCAS; la Fig. 4 es una ilustración esquemática de un ejemplo de la determinación de una frontera de advertencia vertical para una solución OCAS según la invención; la Fig. 5 es una ilustración esquemática de un ejemplo de zonas de detección y de advertencia en un ejemplo de la utilización de un sistema OCAS según la invención para advertir acerca de un obstáculo de línea de energía eléctrica a una aeronave que se desplaza a una velocidad inferior a 200 nudos; la Fig. 6 es una ilustración esquemática de un ejemplo de zonas de detección y de advertencia en un ejemplo de la utilización de un sistema OCAS según la invención para advertir acerca de un obstáculo de línea de energía eléctrica a una aeronave que se desplaza a una velocidad superior a 200 nudos; la Fig. 7 es una ilustración esquemática de un ejemplo de zonas de detección y de advertencia en un ejemplo de la utilización de un sistema OCAS según la invención para advertir acerca de un punto fijo a una aeronave que se desplaza a una velocidad inferior a 200 nudos; la Fig. 8 es una ilustración esquemática de un ejemplo de zonas de detección y de advertencia en un ejemplo de la utilización de un sistema OCAS según la invención para advertir acerca de un punto fijo a una aeronave que se desplaza a una velocidad superior a 200 nudos; la Fig. 9 indica, en principio, dos posibles tipos de advertencia que pueden ser componentes de un sistema OCAS según la invención; la Fig. 10 es un esquema genérico de un posible escenario que implica una instalación de un sistema OCAS según la invención en una línea de energía eléctrica y zonas de detección y de advertencia para una aeronave que se desplaza hacia la instalación del sistema; la Fig. 11 muestra una configuración de antena para un radar en un sistema OCAS según la invención; la Fig. 12 es un diagrama esquemático más detallado de una arquitectura de antena de radar como la mostrada en la Fig. 11; la Fig. 13 es un diagrama esquemático más detallado de una arquitectura de antena como la mostrada en la Fig. 11 con la adición de componentes electrónicos de control y de generación de señales; la Fig. 14 es una ilustración esquemática de ejemplos de diseños de panel de antena para una arquitectura de antena como la mostrada en la Fig. 11 o la Fig. 12 para una solución OCAS según la invención; la Fig. 15 es una ilustración esquemática de un ejemplo de una red de alimentación para diseños de panel de antena para una arquitectura de antena como la mostrada en las Fig. 10, 11 o 12 para una solución OCAS según la invención; la Fig. 16 es una ilustración esquemática de un armazón de soporte casi cilíndrico y de un radomo para una arquitectura de antena como la mostrada en las Fig. 11, 12 o 13, con una sugerencia de montaje para un posicionamiento favorable de una antena VHF no direccional; y la Fig. 17 es una ilustración esquemática de más detalles del armazón de soporte en una arquitectura de antena como la mostrada en las Fig. 11, 12, 13 o 16, donde cada panel de antena individual está cubierto por un radomo de paneles para una solución OCAS según la invención.
Un sistema OCAS según la invención comprende unidades que se comunican entre sí y que también están dispuestas para comunicarse con una parte central, por ejemplo un OCC (centro de control OCAS). El estado de las unidades de campo OCAS puede supervisarse desde un OCC, con notificaciones a, por ejemplo, NOTAM o una página web. Las áreas de advertencia pueden reprogramarse con el OCC, y las unidades de campo OCAS también pueden actualizarse y repararse desde el mismo.
A continuación sigue una breve descripción de las características principales del funcionamiento del sistema. Una unidad de campo OCAS estará situada normalmente en la proximidad de un obstáculo aéreo sobre el cual va a advertir la unidad OCAS. Una de las dichas unidades de campo OCAS consiste principalmente en un dispositivo de radar, una radio VHF, una fuente de alimentación y un mástil.
Un radar que es parte de un sistema OCAS según la invención está dispuesto para tener un bajo consumo de energía, y está construido para buscar continuamente en su área de cobertura aeronaves en movimiento. Tras la detección de una aeronave, el radar está dispuesto para seguir a la aeronave como un blanco definido. En la unidad de campo OCAS se calcula y se registra el rumbo, la altura y la velocidad de este blanco. La unidad de campo OCAS está dotada de un dispositivo que sigue el rumbo, la altura y la velocidad registrados, y está dispuesta para activar una advertencia para permitir que el piloto maniobre para alejarse de manera segura del obstáculo aéreo si el rumbo, la altura y la velocidad del blanco tienen dichas características que hay un peligro de colisión con el obstáculo aéreo.
La radio VHF de una unidad de campo OCAS, que es una parte integrante de un sistema según la invención, permite el control remoto de luces de advertencia, señales de advertencia sonoras y comunicaciones dentro de una red de unidades de campo OCAS.
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La unidad de campo OCAS está diseñada para un bajo consumo de energía y normalmente se le proporcionará energía procedente de baterías y/o paneles solares. Este modo de suministro de energía hace que la unidad de campo sea autosuficiente en lo que respecta a la energía e independiente del suministro de energía procedente de una red de distribución eléctrica. Como un complemento al suministro de energía procedente de baterías y paneles solares, la unidad de campo OCAS puede estar dotada de una unidad de suministro de energía o de una conexión para la red de distribución eléctrica, lo que permite el funcionamiento incluso si las baterías o los paneles solares no son capaces de suministrar la energía eléctrica necesaria. Una solución de suministro de energía de este tipo generará de manera ventajosa bajos costes de mantenimiento y una instalación y funcionamiento simplificados en ubicaciones remotas y accesibles.
Una unidad de campo OCAS estará montada normalmente en un mástil. El mástil, que es parte de un sistema OCAS según la invención, está construido de manera flexible con módulos que facilitan su transporte. Por tanto, es fácil de ensamblar y una unidad de campo OCAS completa está construida de esta manera y sus materiales se seleccionan para que la unidad sea resistente a condiciones climatológicas adversas. Además, el mástil y la unidad de campo OCAS están diseñados y construidos según requisitos medioambientales actuales y, por tanto, se mezclan con el entorno y permiten un posicionamiento óptimo del radar. Un sistema OCAS según la invención tiene varios modos de funcionamiento, de los cuales uno mantiene la unidad de radar real en funcionamiento para supervisar continuamente el área de cobertura del radar, mientras que las otras partes del sistema “duermen”. Con el radar en el modo de funcionamiento, esta área de cobertura está definida por dos zonas de advertencia. Las dos zonas de advertencia son una zona de advertencia para una señal luminosa y una zona de advertencia para una señal sonora. En caso de que se detecte una aeronave en la zona de advertencia de señal luminosa, un sistema OCAS según la invención activa una señal luminosa montada en o cerca del obstáculo aéreo para ayudar a que el operario o el piloto de la aeronave detecte visualmente la ubicación del obstáculo. Si, a pesar de la advertencia de señal luminosa de la primera zona de advertencia la aeronave no realiza ninguna maniobra evasiva, sino que continúa su desplazamiento hacia la segunda zona de advertencia, se activa una señal acústica proporcionada a través de una radio VHF. La señal de advertencia audible proporcionada por la radio VHF es característica, distintiva y fácil de reconocer, y se transmite en todas las frecuencias VHF pertinentes a una aeronave que esté dentro del alcance de la radio VHF. Una radio VHF, o una radio que se hace funcionar en otras bandas de frecuencia y que sea parte de un sistema OCAS según la invención, está dotada de un dispositivo de programación de manera que puedan definirse algunas frecuencias que no transporten la advertencia sonora.
Un dispositivo de radar en un sistema OCAS según la invención incluye una unidad de procesamiento de señales de radar que determina si un objeto detectado está dentro del área de detección definida y dentro de las zonas de advertencia definidas. Las áreas de detección y las zonas de advertencia se definen mediante la programación de la unidad de procesamiento y por el área de cobertura real del radar, de manera que las zonas de advertencia están limitadas en el plano vertical. Normalmente, esta limitación en el plano vertical para un sistema OCAS según la invención se definirá de manera que los objetos, o blancos, que estén, o lleguen, a una altura inferior a 50 metros por encima del punto más alto del obstáculo aéreo asociado desencadenen una advertencia.
El sistema de radar en un sistema OCAS según la invención está dispuesto para determinar si un blanco tiene un rumbo y una altura que pueden dar como resultado que el blanco colisione con el obstáculo aéreo si se mantienen el rumbo y la altura identificados. Si el rumbo y la altura del blanco tienen dichas características, la advertencia luminosa se activará cuando el blanco esté en la zona de advertencia. La zona de advertencia estará por tanto definida parcialmente por la velocidad y la dirección del blanco y ocupa un área según estos factores con el fin de activar una advertencia con tiempo suficiente antes de que se produzca una posible colisión. El tiempo de advertencia se calcula por tanto para ayudar a que el piloto vea el obstáculo y maniobre para alejarse del obstáculo y evitar la colisión.
Una advertencia luminosa puede ser, por ejemplo, una luz estroboscópica que parpadee aproximadamente 40 veces por minuto.
Una advertencia acústica a través de una radio VHF puede ser normalmente una señal que se transmite con una duración de 5,5 segundos y que alerta al aviador del hecho de que está en la proximidad de un obstáculo aéreo.
Un sistema OCAS según la invención también puede estar dotado de un dispositivo para seguir un blanco que se detecte dentro del alcance del radar y para seguir al blanco con una advertencia cuando el blanco entre en una zona de advertencia, pero que posteriormente deja de emitir nuevas advertencias si el blanco está moviéndose lentamente y permanece en la zona de advertencia durante mucho tiempo. Esto es ventajoso, por ejemplo, si es necesario llevar a cabo alguna tarea en o en la proximidad inmediata de un obstáculo aéreo, tal como una línea de energía eléctrica, usando un helicóptero u otra aeronave que se desplace lentamente. En este caso, la advertencia se emitirá de la manera habitual cuando la aeronave entra por primera vez en la zona de advertencia, pero no se emitirán nuevas advertencias siempre que la aeronave permanezca en la zona de advertencia. En caso de que la aeronave salga de la zona de advertencia y vuelva a entrar, se activará como antes una nueva advertencia, ya sea una advertencia luminosa o sonora.
Un sistema OCAS según la invención puede incluir varias unidades de campo OCAS. Las unidades de campo OCAS
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están dotadas de medios de comunicación para comunicarse entre sí, y pueden intercambiar información relacionada con un blanco detectado dentro del alcance de la unidad de campo.
Opcionalmente, una unidad de campo OCAS según la invención puede estar equipada con sistemas de comunicación para la comunicación con un centro de operaciones OCAS que, por ejemplo, puede estar ubicado en estaciones de supervisión ya existentes. La supervisión OCAS será por tanto otra parte importante de la supervisión del sistema. Desde un centro de funcionamiento OCAS puede supervisarse el estado técnico y operativo de cada centro de campo OCAS y puede realizarse un diagnóstico remoto sencillo, seguido posiblemente de una rectificación de fallos de las partes de la unidad de campo OCAS que están diseñadas para una rectificación de fallos remota. La posibilidad de una supervisión remota, un diagnóstico remoto y una rectificación de fallos remota dará como resultado bajos costes de inspección en comparación con la inspección manual de sistemas anteriormente conocida, y proporcionará una mayor seguridad como resultado de esta posibilidad de notificación de funcionamiento en tiempo real. La capacidad de notificación remota OCAS permite que el estado del sistema se notifique automáticamente a otras unidades que son responsables de sistemas asociados con la gestión del transporte aéreo permitiendo así, por ejemplo, que los pilotos y operarios conozcan el estado del sistema mediante una notificación a través de NOTAM.
La figura 11 muestra un ejemplo de una realización de una solución de antena preferida para una antena de radar OCAS que tiene ocho paneles de antena dispuestos como los lados de un octógono. Durante el funcionamiento, la antena octogonal 320 estará posicionada de manera que cada panel de antena 310 esté dispuesto de manera vertical con un “campo de visión” que supera 1/8 de la circunferencia y, debido a un solapamiento con paneles adyacentes, el ensamblado de ocho paneles proporcionará una cobertura de 360º. Cada panel de antena comprende una pluralidad de elementos de antena 311 que se seleccionan según la frecuencia, los requisitos de cobertura vertical, etc.
La Fig. 12 es un diagrama esquemático de la arquitectura mostrada en la Figura 8, pero con menos elementos de antena 311, donde se ilustra cómo las señales se llevan hacia/desde los elementos de antena 111, a través de una combinación de conmutadores de diodo PIN y un separador radial 130, y módulos activos 135 que comprenden un amplificador de bajo ruido LNA, un amplificador de potencia PA y un desfasador, y también una red para combinar las señales en una señal que se pasa a la unidad de sistema de radar real 140 que contiene un generador de señales de radar y un receptor 143, una unidad de control de conmutador y de suministro de energía de conmutador 141 y una unidad para el control de transmisión / recepción y el control de desfasador con suministro de energía 142, como se indica en mayor detalle en la Figura 13. Alternativas para el diseño de un elemento de antena 110 se muestran en la Figura 14. En la alternativa 1, el panel de antena está hecho de una estructura alargada que consiste en un plano de referencia 113, una capa dieléctrica 112 y una pluralidad de áreas de elemento 111. La alimentación de la antena se lleva a cabo mediante una sonda de alimentación 114 que pasa a través de una abertura del plano de referencia 113, opcionalmente, como se muestra para la alternativa 3, con conexión a una red de líneas de alimentación dispuesta en una capa dieléctrica situada en el plano de referencia en el lado del plano de referencia que es opuesto a la posición del elemento de antena. Un panel con un grupo de elementos de antena también se muestra en la parte inferior de la Figura 14, donde se muestra una antena de grupo con un total de ocho elementos, de los cuales se muestra el dispuesto más arriba y más abajo. Un detalle adicional de una estructura estratificada como la mostrada en la Figura 14 se muestra en parte mediante un dibujo seccionado en la Figura 15, donde la estructura seccionada del panel se muestra en una vista lateral, como una ilustración de una posible red de alimentación realizada en forma de un circuito impreso en una placa de circuito que porta el plano de referencia en un lado y la red de alimentación en el lado opuesto. La estructura conductora de la red de alimentación se indica mediante el número de referencia 115. Los números de referencia 130/135 indican, respectivamente, módulos que contienen conmutadores de diodo PIN y un separador radial y módulos activos que contienen un LNA, un PA y un desfasador.
Detalles de una construcción mecánica en un sistema de antena ensamblado que es adecuado para la invención se muestran en la Figura 16, que incluye, como se muestra en la Figura 11, una constelación de ocho paneles de antena dispuestos de manera cilíndrica en una sección transversal octogonal, donde los paneles de antena están montados en un armazón octogonal con una interfaz 205 que ocupa una posición central en un extremo con medios de fijación mecánicos para una antena VHF 201. En la parte superior de la Figura 16, indicada en el dibujo 4, se muestra cómo un radomo cilíndrico puede colocarse sobre el armazón octogonal para proteger los paneles de antena contra el entorno.
La construcción del armazón se muestra con mayor detalle en la Figura 17, con el armazón 120 y una posible disposición de un panel de antena 110 en una ranura longitudinal respectiva en la estructura del armazón, y en la parte inferior de la Figura 17 se muestra una estructura de radomo alternativa que permite una protección de radomo individual del panel de antena 110. A continuación se proporciona una descripción más detallada de una realización específica a modo de ejemplo de una antena de radar que es adecuada para usarse en la presente invención.
En primer lugar se analiza el cálculo del tamaño físico de la antena. El sistema de radar tiene asignado una frecuencia de 1,3 a 1,5 GHz aproximadamente (información de KITRON 10, septiembre de 2001). La longitud de onda es entonces 0= c/f = de 22,3 a 23,1 cm. Esto hace posible determinar las dimensiones externas mecánicas de la antena. En función de una frecuencia operativa de 1,325 GHz, el diámetro de la antena se estima en 50 cm aproximadamente. Incluyendo un radomo cilíndrico circundante, el diámetro externo será de 65 cm. La altura de la antena se determinará por el número de
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elementos por columna, el cual se aclarará en la fase de especificación del desarrollo. Con ocho elementos por columna, la altura de la antena será de 1,3 metros aproximadamente.
A continuación sigue una descripción más detallada del diseño estructural de la antena como se esboza en los dibujos adjuntos. La antena consistirá en ocho columnas de elementos radiantes alrededor de un cilindro. El subproyecto “Antena” comprenderá el diseño del elemento radiante real, un par de elementos activos y la antena de grupo con N elementos en la dirección vertical, incluyendo un procedimiento de excitación / alimentación. Esto incluirá la integración de la antena con la línea de alimentación, que será una interfaz con el subproyecto “Interfaz de antena”. En coordinación con el subproyecto “Interfaz de antena”, un armazón mecánico se desarrollará o se propondrá para el montaje de módulos de antena y las placas que son parte de la “Interfaz de antena”. Además, un radomo se especificará tanto eléctrica como mecánicamente, adaptado al armazón mecánico.
En lo que sigue hay una descripción de los detalles estructurales de un elemento de antena en un panel de antena para un diseño de antena como el ilustrado en los dibujos adjuntos. Para ocho elementos en la dirección vertical, la altura total será de 1,3 metros aproximadamente. El requisito de sustrato será entonces de 8 x 1,3 m x 0,2 m = 2 m2 por antena.
La propia antena será una antena de parche y microbanda que se cree que generará costes de producción razonables debido al grabado de un patrón de parches. Una antena de parche y microbanda consiste en una superficie metálica rectangular (parche) que se graba en un lado de un sustrato, mientras que el otro lado del sustrato se metaliza, y constituye el plano de tierra de parche. La antena de parche se alimenta mediante una sonda que se introduce a través del plano de tierra de antena y que está soldada al propio parche.
Los requisitos de ancho de banda necesitan una altura mínima entre el parche y el plano de tierra. Cálculos preliminares muestran que con un sustrato de microondas típico (TLC-30 de Taconix) se requiere un grosor de sustrato de 3 mm aproximadamente. Ésta es la realización alternativa 1 mostrada, por ejemplo, en la Figura 14.
El sustrato TLC30 se considera un sustrato de bajo coste para frecuencias de microondas. Se suministra con un recubrimiento de cobre por uno o ambos lados. El precio de una lámina es de 370 dólares, o de 330 dólares por m2 (grosor de 1,6 mm). Para un gran pedido, puede esperarse que el precio por lámina se reduzca en un 40 % aproximadamente. Esto parece ser una solución costosa en lo que respecta a los materiales.
Realización alternativa 2: si se usa material FR4 como un sustrato para la antena de parche, se necesita un grosor de sustrato de 3 mm aproximadamente. Un lado de la placa se metaliza (cobre) entonces, mientras que el otro lado consiste en parches (patrón grabado), tal como se ilustra en la Figura 14.
La realización alternativa 3 se muestra en la ilustración de la Figura 14, donde la altura entre el parche y el plano de tierra puede ser aire. Esto puede realizarse en forma de cavidades llenas de aire que se obtienen perforando una placa metálica con un grosor de 3 mm (8 por antena, con 8 cavidades en la dirección vertical). Los parches reales pueden grabarse en una placa de material FR4, que puede pegarse o atornillarse a la placa con cavidades. El material FR4, que tiene un grosor de 0,5 mm, tiene la suficiente rigidez como para mantener su forma a través de las cavidades. Las cavidades pueden ser redondas o rectangulares. En la parte inferior de las cavidades hay otra placa metálica que forma el plano de tierra para los parches. El plano de tierra puede ser una placa metálica con orificios para las sondas de alimentación o un sustrato (FR4) con orificios correspondientes en la capa metálica para la alimentación. El sustrato puede usarse entonces para las líneas de alimentación si el resto de placas están ubicadas en la parte inferior de la antena.
La alternativa 3 es una realización preferida de un panel de antena para una baliza OCAS, ya que tiene cavidades que ofrecen más ventajas en lo que respecta al electromagnetismo que las alternativas 1 y 2.
A continuación sigue un análisis de una interfaz de antena que es adecuada para la antena descrita anteriormente. La interfaz de antena comprende una placa y componentes en la trayectoria de señales entre el parche y los elementos de la señal de radar de RF, como se ilustra en la Figura 13. La Figura 12 muestra que esto consiste en líneas de alimentación y conmutadores para cada elemento individual obtenido de un separador radial 1:8. En la parte posterior del separador radial se encuentra un módulo activo que consiste en conmutadores de transmisión / recepción, un LNA, un PA y un desfasador. Las señales de cada uno de los módulos activos (tantos módulos de este tipo como elementos en la dirección vertical) se combinan antes de que la señal combinada se transfiera al transceptor de radar. Las Figuras 12 y 13 muestran que esto tiene previsto realizarse en varias placas. Se contempla una realización en un sustrato FR4, donde un estudio más minucioso de la elección del sustrato es una parte del proyecto principal. Como datos para esta actividad se requiere información acerca de la tolerancia esperada en la constante dieléctrica relativa y la altura de sustrato para el sustrato FR4 pertinente. También resultan de interés las tolerancias de grabado. Para el diseño de líneas de microbanda se usará probablemente una altura de sustrato de 0,75 mm ya que esto proporciona una impedancia característica de 50 ohmios en anchos de línea de 1,4 mm aproximadamente.
Para facilitar el montaje y el mantenimiento, se considerará llevar todas las placas a la parte inferior de la antena. Esto proporcionará líneas de alimentación más largas hacia los elementos de parche, lo que ofrece una mayor pérdida, etc.
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Las líneas de alimentación pueden colocarse entonces en la parte posterior del sustrato FR4, que funciona como un plano de tierra para los parches, como se ilustra en la Fig. 15.
A continuación sigue una descripción de soluciones de radomo para proteger los paneles de antena contra los efectos del entorno. El radomo puede integrarse de varias formas. En la propuesta original, el radomo es un gran cilindro que tiene un
5 diámetro externo de 65 cm aproximadamente, que está “enroscado” en la antena. Una alternativa a esto es un radomo por panel de antena (8). Véase el dibujo en una hoja aparte. El resto de los componentes electrónicos debe entonces protegerse de otra manera. Véase la Figura 16 o 17.
En las siguientes características de una estructura de armazón ventajosa para fijar y colocar los paneles de antena. El armazón formará un bastidor mecánico para la integración de los paneles de antena (8) y las placas de la “interfaz de
10 antena” y el radomo, como se esboza, por ejemplo, en las Figuras 16 y 17.
A modo de resumen, una baliza OCAS según la invención consiste principalmente en un sistema de radar conectado a una unidad central de procesamiento, a la que también está conectado un sistema de luces y un sistema de radio para la transmisión de la señal de advertencia. La baliza también incluye un sistema de suministro de energía con un generador de energía eléctrica de tipo célula solar o de tipo generador eólico, y una batería de reserva, y posiblemente también una 15 conexión a una fuente de alimentación de una red de distribución eléctrica cercana. Si varias balizas OCAS van a funcionar conjuntamente en una red, sistemas para la comunicación interna mediante los cuales las balizas OCAS pueden intercambiar información sobre los movimientos de un blanco dentro de su área de cobertura e información del estado operativo se incluyen con el fin de establecer una cadena continua de balizas OCAS y para garantizar la comunicación y las advertencias más allá de lo que podría proporcionar una única baliza. Una unidad de campo de baliza
20 OCAS típica está montada en una estructura de mástil tubular 700 formada por tres elementos estructurales de mástil tubular, respectivamente un tubo inferior 730, un tubo central 720 y un tubo superior 710, donde el tubo superior 710 incluye una interfaz de montaje para el acoplamiento de una antena de radar cilíndrica o segmentaria.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1.-Un aparato para detectar y advertir a una aeronave acerca de un obstáculo aéreo, que comprende:
    una unidad de campo situada, en uso, en la proximidad de un obstáculo aéreo para advertir a una aeronave del obstáculo aéreo, incluyendo dicha unidad de campo: un sistema de radar para determinar si la aeronave está dentro del área de cobertura del radar en la proximidad del obstáculo aéreo; estando el aparato caracterizado por: el área de cobertura del radar, en uso, incluyendo una primera zona de advertencia y una segunda zona de advertencia; incluyendo adicionalmente la unidad de campo una unidad central de procesamiento para identificar cuando la aeronave está dentro de la primera zona de advertencia y la segunda zona de advertencia, estando configurada la unidad central de procesamiento para procesar información del sistema de radar para determinar un rumbo, altura y velocidad de una aeronave, y para determinar que la aeronave tiene un rumbo y altura que pueden dar como resultado que la aeronave colisione con el obstáculo aéreo si se mantienen el rumbo y la altura, en el que se proporciona una primera señal de advertencia a la aeronave cuando la aeronave entra en la primera zona de advertencia, y se proporciona una segunda señal de advertencia a la aeronave cuando la aeronave entra en la segunda zona de advertencia.
  2. 2.-El aparato de la reivindicación 1, en el que la unidad central de procesamiento está configurada para definir la primera zona de advertencia y la segunda zona de advertencia para estar verticalmente limitadas a una altura predeterminada desde el punto más alto del obstáculo aéreo.
  3. 3.-El aparato de la reivindicación 1, en el que el sistema de radar incluye:
    una antena de radar que incluye una pluralidad de elementos de antena en comunicación con la unidad central de procesamiento; y componentes electrónicos de radar; en el que la antena de radar está en comunicación con componentes electrónicos de radar para la detección con radar sintetizada de la aeronave en el área de cobertura del radar, en el que la pluralidad de elementos de antena proporcionan hasta un área de cobertura del radar de 360 grados en la proximidad del obstáculo aéreo.
  4. 4.-El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, incluyendo adicionalmente la unidad de campo un sistema de luces montado en el obstáculo aéreo;
    en el que la unidad central de procesamiento está configurada para controlar el sistema de luces, incluyendo activar el sistema de luces como la primera señal de advertencia cuando la aeronave es detectada dentro de la primera zona de advertencia.
  5. 5.-El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha unidad central de procesamiento está configurada para proporcionar dicha segunda señal de advertencia controlando un sistema radiotransmisor.
  6. 6.-El aparato de la reivindi
    cación 5, en el que la unidad de campo incluye un sistema radiotransmisor conectado a y controlado por la unidad central de procesamiento para proporcionar una señal de advertencia audible por radiofrecuencia, siendo activado el sistema radiotransmisor por la unidad central de procesamiento tras la detección de la aeronave en la segunda zona de advertencia.
  7. 7.-El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que uno cualquiera del sistema de luces y sistema radiotransmisor está en un modo de reposo hasta que es activado por la unidad central de procesamiento.
  8. 8.-El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la unidad de campo es una de una pluralidad de unidades de campo, la pluralidad de unidades de campo en comunicación para intercambiar información sobre los movimientos de la aeronave dentro de las áreas de cobertura e información del estado operativo.
  9. 9.-El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1, y 3 a 8, caracterizado adicionalmente porque la unidad central de procesamiento está configurada para dejar de proporcionar nuevas advertencias después de que la aeronave entre por primera vez en una zona de advertencia cuando la aeronave permanece en la zona de advertencia.
  10. 10.-Un procedimiento para advertir a una aeronave de un obstáculo aéreo, que incluye las etapas de:
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    supervisar un área de cobertura del radar en la proximidad de un obstáculo aéreo usando una unidad de campo que incluye un sistema de radar, situada la unidad de campo en la proximidad del obstáculo aéreo; caracterizado por las etapas de: procesar información del sistema de radar para determinar un rumbo, altura y velocidad de la aeronave; determinar si una aeronave tiene un rumbo y altura en el área de cobertura del radar que pueden dar como resultado que la aeronave colisione con el obstáculo aéreo si se mantienen el rumbo y la altura; calcular una primera y una segunda zonas de advertencia dentro del área de cobertura del radar en función del rumbo y velocidad de la aeronave; proporcionar una primera advertencia a la aeronave, cuando la aeronave entra en la primera zona de advertencia. proporcionar una segunda advertencia a la aeronave, cuando la aeronave entra en la segunda zona de advertencia.
  11. 11.-El procedimiento de la reivindicación 10, caracterizado adicionalmente por:
    limitar verticalmente la primera zona de advertencia y la segunda zona de advertencia a una altura predeterminada desde el punto más alto del obstáculo aéreo.
  12. 12.-El procedimiento de la reivindicación 10 u 11, caracterizado adicionalmente por:
    proporcionar al menos primera y segunda unidades de campo en comunicación para intercambiar información sobre los movimientos de la aeronave dentro de áreas de cobertura respectivas e información del estado operativo; e, intercambiar información entre las unidades de campo relativas a la aeronave detectada dentro de las áreas de cobertura.
  13. 13.-El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado adicionalmente por:
    controlar al menos una luz de advertencia visible montada sobre el obstáculo aéreo con un sistema central de procesamiento de la unidad de campo; y activar el sistema de luces como la primera advertencia cuando la aeronave es detectada dentro de la primera zona de advertencia.
  14. 14.-El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado adicionalmente por:
    controlar un sistema radiotransmisor con un sistema central de procesamiento de la unidad de campo; y activar el sistema radiotransmisor para proporcionar una señal sonora como la segunda advertencia cuando la aeronave entra en la segunda zona advertencia.
  15. 15.-El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado adicionalmente por:
    dejar de emitir nuevas advertencias cuando la aeronave permanece en una zona de advertencia después de que se proporciona a la aeronave una primera advertencia correspondiente.
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