ES2870669T3 - Método y estación base de ADS-B para validar información de posición contenida en un mensaje de señales espontáneas ampliadas de modo S (ADS-B) desde una aeronave - Google Patents

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Abstract

Método para validar información con respecto a la posición (X1, Y1) de una aeronave objetivo (1), la información (X1, Y1) contenida en una señal de ADS-B (20) periódicamente difundida por una aeronave objetivo (1), ejecutándose el método en una estación base de ADS-B (10) y que comprende las etapas de: - recibir la señal de ADS-B (20) desde la aeronave objetivo (1) en la estación base (10), - extraer la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20), caracterizado por las etapas de: - detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación (21) desde una fuente de vigilancia secundaria (2, 3; 10, 11) dirigida a la aeronave objetivo (1) y detectar y recibir una señal de respuesta (22) transmitida por la aeronave objetivo (1) en respuesta a la señal de interrogación (21), - determinar un tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida (21) y de la señal de respuesta recibida (22) en la estación base (10), - basándose en el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación (21) y de la información de posición (X1, Y1), determinar ventanas de tiempo de expectativa para cada una de las posibles fuentes de vigilancia secundarias (2, 3; 10, 11), en las que se espera que se reciba la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10), - determinar si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa, - si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa, potenciar el nivel de confianza de la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20).

Description

DESCRIPCIÓN
Método y estación base de ADS-B para validar información de posición contenida en un mensaje de señales espontáneas ampliadas de modo S (ADS-B) desde una aeronave
La presente invención se refiere a un método para validar información de posición contenida en un mensaje de señales espontáneas ampliadas de modo S conocido comúnmente como ADS-B, que se difunde periódicamente mediante una aeronave objetivo, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Adicionalmente, la invención se refiere a una estación base de ADS-B adaptada para recibir un mensaje de señales espontáneas ampliadas de modo S comúnmente conocido como ADS-B, que se difunde periódicamente mediante una aeronave objetivo y que contiene información de posición con respecto a la posición de la aeronave objetivo, y a una estación base de a DS-B que está adaptada adicionalmente para validar la información de posición recibida, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 12.
La vigilancia - difusión dependiente automática (ADS-B) es una tecnología de vigilancia en la que una aeronave determina su posición mediante fuentes de navegación internas y la difunde periódicamente, posibilitando que la aeronave sea rastreada. La información de posición puede determinarse por muchos medios, tales como un sistema de satélite de navegación global (GNSS), por ejemplo, NAVSTAR g Ps (Estados Unidos), GLONASS (Rusia), COMPASS (China) o GALILEO (Europa). Por supuesto, podría usarse también cualquier GNSS que esté por venir para determinar la información de posición de la aeronave. Adicionalmente, también pueden usarse sensores de navegación inercial para determinar la información de posición de la aeronave. La información de posición se transmite en las señales de ADS-B difundidas periódicamente por la aeronave. La información puede recibirse mediante estaciones base de ADS-B operadas por proveedores de servicio de navegación aérea (ANSP), por ejemplo, Deutsche Flugsicherung (DFS) en Alemania, como una sustitución para el radar de vigilancia secundario (SSR). Puede recibirse también por otra aeronave (ENTRADA de ADS-B) para proporcionar la concienciación de la situación y permitir la auto separación.
ADS-B es "automática" en que no requiere entrada de piloto u operador para proporcionar el contenido de las señales de ADS-B o para activar la difusión de las señales de ADS-B. Es "dependiente" en que depende de datos desde el sistema de navegación de la aeronave. En particular, puede derivarse el vector de posición y velocidad desde un GNSS (Sistema de Satélite de Navegación Global), o desde un sensor de navegación inercial o un FMS (Sistema de Gestión de Vuelo). "Vigilancia" hace referencia a un método de determinación de la posición de una aeronave. La "difusión" en ADS-B significa que puede recibirse la señal transmitida y está disponible para cualquier persona con el equipo de recepción apropiado. Una arquitectura a bordo de salida de ADS-B genérica comprende los siguientes componentes principales:
- receptor de GNSS: información de posición y velocidad,
- Ordenador de Datos Aéreos: altitud barométrica,
- transpondedor de Modo S apto para ADS-B con panel de control asociado (ID de vuelo que ha de introducir la tripulación/Modo A),
- Antenas (GNSS, Modo S).
Estos componentes se usan también para otras funciones:
- GNSS es en general parte de MMR (navegación en ruta/aproximación, aterrizaje),
- el transpondedor de Modo S se usa para radar de Modo S (vigilancia y comunicación) y para TCAS.
ADS-B es un elemento del Sistema de Transporte Aéreo de la Siguiente Generación de los Estados Unidos (NextGen), los planes de actualización de la Autoridad de Aeropuertos de la India en línea con las iniciativas del plan global de la ICAO (Organización de Aviación Civil Internacional) y la actualización del Bloque del Sistema de la Aviación (ASBU) y la Investigación ATM del Cielo Único Europeo (SESAR). El equipo de ADS-B actualmente es obligatorio en porciones del espacio aéreo australiano, los Estados Unidos requieren que se equipe alguna aeronave en 2020 y el equipo será obligatorio para alguna aeronave en Europa desde 2017. Canadá ya está usando ADS-B para el control de tráfico aéreo.
El documento US 2011/0140950 A1 hace referencia a un sistema de ADS-B de este tipo y desvela un método para validar datos posicionales que supuestamente indican la posición de una aeronave objetivo contenidos en un mensaje de señales espontáneas ampliadas de modo S de ADS-B difundido periódicamente por un transpondedor de la aeronave objetivo y recibido por una estación base de ADS-B. A partir de la señal de ADS-B recibida se estima la distancia de la estación base de ADS-B a la aeronave objetivo basándose en una comparación del tiempo de transmisión de la señal de ADS-B en la aeronave objetivo con el tiempo de recepción de esa señal en la estación base de ADS-B.
Los Radares de Vigilancia Secundaria (SSR) usados previamente y comunes determinan la posición de la aeronave determinando y evaluando simplemente los esquemas de tiempo de transmisión y de recepción de las señales transmitidas, es decir, los SSR interrogan objetivos y a continuación esperan la respuesta y, tras la recepción de la respuesta, calculan un rango y rumbo del objetivo. No se usa contenido de las señales, o, al menos, ninguna información de posición de la aeronave desde la aeronave al SSR, para determinar la posición de la aeronave. Puesto que el equipo de SSR es de propiedad y está operado por el ANSP, puede confiar completamente en las determinaciones de posición hechas por el SSR.
Esto es diferente con ADS-B en que la posición en la señal de ADS-B se determina por la aeronave objetivo como se ha descrito anteriormente. Puesto que hay muchos operadores de aeronave, muchos diferentes tipos de aeronaves y muchos diferentes tipos de transpondedores de modo S aptos para ADS-B, pueden surgir problemas técnicos que hacen no fiable la información de posición en la señal de ADS-B. Como un ejemplo, las entradas usadas internamente en la aeronave para calcular su posición o para comunicar la posición a la electrónica de abordo pueden tener problemas técnicos, la posición de la aeronave determinada por medio del GNSS puede tener un error deliberado o estocástico. Adicionalmente, el transpondedor de ADS-B a bordo de la aeronave tiene que montarse correctamente en la aeronave e integrarse en la infraestructura existente. Un montaje incorrecto o integración errónea del transpondedor puede conducir a una pluralidad de posibles errores. Además, incluso es posible que muchos parámetros de operación del transpondedor de ADS-B a bordo de la aeronave puedan manipularse manualmente, por ejemplo, por un miembro de la tripulación de la aeronave, que puede también dar como resultado un error. Por lo tanto, hay muchas razones por las que podría provocarse un error o imprecisión en los datos de posición transmitidos dentro de la señal de ADS-B, que están fuera del reino de influencia o del conocimiento de las estaciones base de ADS-B. Incluso los componentes de sistema de ADS-B a bordo certificados, en ocasiones, pueden proporcionar anomalías. Las estaciones base de ADS-B convencionales no tienen información alguna con respecto a la corrección de la información de posición recibida mediante las señales de ADS-B. Las estaciones base son completamente dependientes de un funcionamiento apropiado de los componentes de sistema de ADS-B a bordo de cada aeronave.
Teniendo en mente las desventajas de los sistemas de ADS-B conocidas, existe una necesidad de posibilitar que las estaciones base de ADS-B validen la corrección de la información de posición recibida dentro de las señales de ADS-B desde una aeronave objetivo. Esto potenciaría significativamente la confiabilidad de los datos de posición contenidos en el mensaje de ADS-B para cada aeronave, potenciando significativamente de esta manera la seguridad en el espacio aéreo. Adicionalmente, podrían reducirse a un mínimo las falsas alarmas debido a información de posición imprecisa de una o más aeronaves en el espacio aéreo. Por otra parte, las aeronaves que vuelan actualmente a través del espacio aéreo observado por la estación base de ADS-B podrían guiarse mucho más cerca unas de las otras, potenciando de esta manera significativamente la capacidad de la aeronave en un volumen de espacio aéreo dado (reduciendo los mínimos de separación). Es un objeto adicional conseguir todo esto sin añadir carga adicional en el espectro de radio, por ejemplo, mediante interrogaciones adicionales.
Para conseguir estos objetos, la presente invención sugiere un método para validar información con respecto a la posición de una aeronave objetivo, la información contenida en una señal de ADS-B, que se difunde periódicamente por la aeronave objetivo, ejecutándose el método en una estación base de ADS-B. El método de acuerdo con la invención comprende las etapas de:
- recibir la señal de ADS-B desde la aeronave objetivo en la estación base,
- extraer la información de posición contenida en la señal de ADS-B recibida,
- detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación desde una fuente de vigilancia secundaria dirigida a la aeronave objetivo y detectar y recibir una señal de respuesta transmitida por la aeronave objetivo en respuesta a la señal de interrogación,
- determinar un tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida y de la señal de respuesta recibida en la estación base,
- basándose en el tiempo de llegada de la señal de interrogación y en la información de posición recibida desde la aeronave, determinar ventanas de tiempo de expectativa para cada una de las posibles fuentes de vigilancia secundarias, en las que se espera que se reciba la señal de respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base,
- determinar si se recibe la señal de respuesta desde la aeronave objetivo durante una de las ventanas de tiempo de expectativa,
- si se recibe la señal de respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base durante una de las ventanas de tiempo de expectativa, potenciar el nivel de confianza de la información de posición contenida en la señal de ADS-B.
La idea general de la presente invención es monitorizar cualquier clase de interrogación y de señales de respuesta desde cualquier tipo de fuente de vigilancia secundaria para validar la información de posición contenida en una señal de ADS-B. La señal de ADS-B es preferentemente una señal espontánea ampliada de 1.090 MHz (1090 ES) transmitida periódicamente, preferentemente en un formato de enlace descendente DF17, mediante un transpondedor apropiado a bordo de la aeronave. La señal de ADS-B 1090 ES se transmite periódicamente por el transpondedor no en respuesta a una señal de interrogación, sino, en su lugar, bajo su propia iniciativa. Las señales de interrogación y de respuesta recibidas desde la fuente de vigilancia secundaria se usan para determinar la integridad de la señal de ADS-B recibida, en particular, para evaluar la corrección de la información de posición recibida contenida en la señal de ADS-B y/o para asignar un cierto nivel de confianza a la información de posición recibida.
Preferentemente, se determina una ventana de confianza de expectativa para cada una de las fuentes de vigilancia secundarias de interés, que pueden haber transmitido posiblemente la señal de interrogación. El nivel de confianza puede consistir en únicamente dos estados (por ejemplo '1': 'puede confiarse en la información de posición' o '0': 'no puede confiarse en la información de posición'). Sin embargo, también es posible que haya varios niveles de confianza (por ejemplo '0' (binario '00'): 'no confianza' a '3' (binario '11'): 'nivel alto de confianza') y que el nivel de confianza de la información de posición desde una cierta aeronave se aumente (mejore) cada vez que se recibe una señal de respuesta monitorizada desde la aeronave por la estación base dentro de unas ventanas de tiempo de expectativa previamente determinadas. Cuando se alcanza el nivel de confianza máximo (por ejemplo '3' (binario '11')), no se realiza aumento adicional del nivel de confianza. Por otra parte, es posible que, si no se recibe una señal de respuesta monitorizada desde la aeronave por la estación base dentro de una de las ventanas de tiempo de expectativa previamente determinadas, se reduzca el nivel de confianza (rebaje).
La presente invención permite que una estación base de ADS-B haga una declaración y seguimiento de la calidad, en particular, corrección, de la información de posición contenida en una señal de ADS-B difundida periódicamente por un transpondedor de ADS-B de la aeronave y se reciba por la estación base de ADS-B. Por medio de la presente invención se alivia el espectro de radio puesto que no se requieren interrogaciones adicionales para conseguir la verificación y validación de la información de posición contenida en la señal de ADS-B.
Se describen realizaciones preferidas de la presente invención en las reivindicaciones dependientes.
La estación base que recibe la señal de ADS-B y que monitoriza las señales de interrogación y de respuesta desde una fuente de vigilancia secundaria, por ejemplo, cualquier clase de sistema de SSR, que implica a la aeronave objetivo, es preferentemente una estación terrestre, pero podría también estar ubicada en un satélite. Para poder determinar las ventanas de tiempo de expectativa, en las que se espera que se reciba una respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base, debe ser conocida la posición exacta de la estación base que recibe la señal de ADS-B desde la aeronave objetivo y las señales de interrogación y respuesta desde las fuentes de vigilancia secundarias. Esto habitualmente no es problema con una estación base terrestre y con una estación base ubicada a bordo de un satélite en una órbita geosíncrona (GSO) o una órbita geoestacionaria (GEO). Si la estación base está ubicada en un satélite de Órbita Terrestre Baja (LEO) que orbita a una altitud de aproximadamente 160 a 2.000 km, o en un satélite de Órbita Terrestre Media (MEO) que orbita a una altitud que varía de aproximadamente 2.000 km a justo por debajo de la órbita geosíncrona a 35.786 km (más comúnmente 20.200 km o 20.650 km con un periodo orbital de 12 horas) la posición del satélite cambiará con el tiempo con respecto a la superficie de la Tierra. Pero, no obstante, la posición del satélite en cualquier punto en el tiempo dado, en particular, cuando se recibe la señal de ADS-B con la información de posición, la señal de interrogación y de respuesta desde la fuente de vigilancia secundaria, pueden determinarse aún con una suficiente precisión alta para realizar la verificación y validación de la información de posición de la aeronave contenida en la señal de ADS-B recibida. Son bien conocidos en la técnica respectivos métodos para determinar la posición del satélite en el espacio con una precisión suficientemente alta. Las señales de interrogación recibidas por la estación base pueden haberse transmitido por cualquier fuente de vigilancia secundaria. Esta puede ser otra estación base (también ubicada en tierra o a bordo en un satélite) u otra aeronave interrogadora. Estas fuentes transmiten señales de interrogación hacia la aeronave objetivo tan pronto como la aeronave objetivo entra en su región de interés, dentro de un nivel de interferencia variable. En ACAS, el nivel de interferencia puede ser, por ejemplo, 3.048 m (10.000 pies) o 18,52 km (10 millas náuticas). Por supuesto, los niveles de interferencia de la región de interés de las fuentes de vigilancia secundarias pueden seleccionarse de manera variable dependiendo de una pluralidad de parámetros ambientales y de tráfico aéreo (por ejemplo, el clima y cómo de lleno está el espacio aéreo). Por supuesto, también sería posible monitorizar señales de interrogación transmitidas por la misma estación base que también recibe las señales de ADS-B con la información de posición desde la aeronave objetivo. En ese caso la estación sería una estación base de ADS-B y SSR combinada.
Para determinar las ventanas de tiempo de expectativa para cada una de las posibles fuentes de vigilancia secundarias, pueden usarse uno o más de las siguientes variables y parámetros:
- la posición exacta (con respecto a la superficie de la Tierra) de la estación base que recibe la señal de ADS-B desde la aeronave y la señal de interrogación desde la fuente de vigilancia secundaria,
- una dirección y la posición no verificada (con respecto a la superficie de la Tierra) de la aeronave objetivo, a la que se direcciona la señal de interrogación recibida por la estación base,
- la posición (con respecto a la superficie de la Tierra) del interrogador de la fuente de vigilancia secundaria que transmite la señal de interrogación recibida por la estación base, ya sea basándose en una posición conocida o en la posición transmitida por el interrogador (por ejemplo, ADS-B objetivo con ACAS/ TCAS), y
- el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación en la estación base.
La posición del interrogador de la fuente de vigilancia secundaria puede ser una posición ADS-B asumida (interrogador ACAS/ TCAS) recibida por la estación base, pero no verificada (aún). En ese caso, el interrogador es el transpondedor de otro interrogador-aeronave. La posición del interrogador de la fuente de vigilancia secundaria puede ser también una posición conocida. Esta podría ser una posición de ADS-B verificada (interrogador ACAS/ TCAS) de otro interrogador-aeronave. Podría ser también una posición conocida de un interrogador terrestre independiente (interrogador de MLAT/ WAM de terceros).
Para validar la información de posición de la aeronave objetivo contenida en la señal de ADS-B, se requiere adicionalmente el tiempo de llegada (TOA) de la señal de respuesta en la estación base, para poder determinar si se recibe dentro de una de las ventanas de tiempo de expectativa previamente definidas. La dirección de la aeronave objetivo a la que se dirige la señal de interrogación está contenida en la señal de interrogación y puede extraerse decodificando la señal. El contenido global de la señal de respuesta no es de interés para la presente invención. La decodificación de la señal de respuesta es únicamente necesaria para determinar la dirección de modo S.
A partir del TOA determinado de la señal de interrogación en la estación base, es posible retroceder hasta un tiempo de interrogador asumido (TOI) que es el tiempo de transmisión (TOT) de la señal de interrogación para los respectivos uno o más interrogadores de las fuentes de vigilancia secundarias (la estación base u otra aeronave). La una o más fuentes, para las que se determina el TOI asumido, son aquellas fuentes que pueden haber transmitido posiblemente la señal de interrogación, recibida por la estación base. Si la señal de interrogación recibida se dirige a la aeronave objetivo que transmitió previamente la señal de ADS-B, se espera a la aeronave objetivo a que envíe una señal de respuesta en respuesta a la señal de interrogación pronto. En particular, basándose en la suposición de que toda la información de posición disponible es correcta, la señal de respuesta desde la aeronave objetivo, que difundió previamente la señal de ADS-B, puede esperarse que se reciba en la estación base en un cierto punto en el tiempo o dentro de una cierta ventana de tiempo de expectativa, dependiendo de la posición de la aeronave objetivo, la posición del interrogador de la fuente de vigilancia secundaria que transmitió la señal de interrogación y el t Oa de la señal de interrogación en la estación base.
Si la señal de respuesta se recibe de hecho dentro de la ventana de tiempo de expectativa determinada, uno puede seguir asumiendo que la información de posición contenida en la señal de ADS-B y la información de posición de la fuente de vigilancia secundaria, que transmitieron la señal de interrogación, son correctas. A medida que progresa el tiempo y se ha realizado de manera continua el método para la validación de acuerdo con la presente invención para la misma aeronave, la información de posición contenida en la señal de ADS-B recibida desde esa aeronave se asigna en un nivel de confianza cada vez más superior. Además, como el método de acuerdo con la presente invención se ha realizado para un número creciente de diferentes aeronaves, se valida la información de posición contenida en las señales de ADS-B de un número creciente de aeronaves dentro de la región de interés de la estación base.
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, se determinan ventanas de tiempo de expectativa separadas para cada uno de los interrogadores de las fuentes de vigilancia secundarias (otra estación base y/o interrogador-aeronave) que podrían haber transmitido potencialmente la señal de interrogación recibida por la estación base. Cuando se recibe una señal de interrogación, la estación base normalmente no tiene información con respecto al emisor de la señal de interrogación. La señal de interrogación contiene una dirección de una aeronave objetivo a la que se dirige la señal de interrogación (y que se solicita para transmitir una señal de respuesta) pero no contiene información con respecto al emisor (otra estación base y/o interrogador-aeronave). Por lo tanto, tras la recepción de una señal de interrogación, la estación base determina una ventana de tiempo de expectativa separada para cada posible emisor de la señal de interrogación recibida. Si se recibe la respectiva señal de respuesta en la estación base dentro de una de las ventanas de tiempo de expectativa definida, la estación base conoce cuál interrogador (otra estación base y/o interrogador-aeronave) de la fuente de vigilancia secundaria transmitió la señal de interrogación y que la información de posición contenida en la señal de ADS-B y usada para determinar las ventanas de expectativa es correcta. Por lo tanto, la estación base ha efectuado una validación satisfactoria de la información de posición previamente recibida de la aeronave objetivo mediante la señal de ADS-B. En consecuencia, se aumenta el nivel de confianza de la información de posición de la aeronave objetivo contenida en la señal de ADS-B.
Hay muchas fuentes de vigilancia secundarias diferentes, que transmiten señales de interrogación para provocar que la aeronave objetivo envíe una señal de respuesta. Por ejemplo, se sugiere que las señales de interrogación y de respuesta recibidas se transmitan como parte de un Sistema de Alerta de Tráfico y de Evitación de Colisión (TCAS)/ Sistema de Evitación de Colisión de A Bordo (ACAS), un sistema de Multilateración (MLAT) o un sistema de Multilateración de Área Amplia (WAM). Por supuesto, de acuerdo con la presente invención, podrían usarse también otras señales de interrogación y de respuesta desde otras fuentes de vigilancia secundarias para propósitos de validación. Las señales de interrogación en MLAT, WAM y otras fuentes de vigilancia secundarias, típicamente usan formatos de enlace ascendente UF4, UF5, UF11, UF20 o UF21. Las señales de respuesta en estos sistemas de vigilancia secundarios usan los correspondientes formatos de enlace descendente DF4, DF5, DF11, DF20 o DF21.
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, la señal de interrogación monitorizada se transmite a 1.030 MHz y la señal de respuesta monitorizada se transmite a 1.090 MHz. Este es típicamente el rango de frecuencias en el que se transmiten las señales de TCAS/ACAS definidas en ICAO DOC 9863. Las señales de interrogación TCAS/ACAS típicamente usan formatos de enlace ascendente UF0 (para rastreo) y/o UF16 (para resolución de conflictos). Las señales de respuesta de TCAS/ACAS típicamente usan los correspondientes formatos de enlace descendente DF0 o DF16. La norma ACAS II proporciona a los pilotos de aeronave con una vigilancia aeroespacial, rastreo de intrusos, detección de amenazas y generación de maniobras de evitación. Puede determinar si cada una de las aeronaves rastreadas está ascendiendo, descendiendo o volando recto y nivelada, y sugiere una maniobra evasiva. Preferentemente, las maniobras evasivas están coordinadas mediante transmisiones de aire-a-aire por lo que las maniobras propuestas no se cancelarán entre sí.
Las señales de interrogación TCAS/ACAS se trasmiten por interrogador-aeronave a una aeronave objetivo seleccionada que se ha hallado que está en su región de interés. El área de interés puede ser, por ejemplo, de 27,78 kilómetros (15 millas náuticas) a 74,08 kilómetros (40 millas náuticas (nm)) hacia adelante, de 9,26 km a 27,78 km (5 a 15 nm) hacia atrás y de 18,52 a 37,04 (10 a 20 nm) a cada lado de la aeronave. Las señales de interrogación se dirigen a una aeronave objetivo específica y contienen su dirección. Las señales de interrogación provocan que la aeronave objetivo, a la que se dirige la señal, responda con una señal de respuesta dirigida al interrogador-aeronave que transmitió la señal de interrogación. La señal de respuesta contiene información con respecto a la altura (posición en 3D) de la aeronave objetivo que transmite la señal de respuesta. Incluso aunque las señales de interrogación y respuesta se dirijan a ciertos objetivos (otra aeronave) pueden recibirse también mediante cualquier otro receptor apropiado. Para este fin, la estación base de ADS-B, de acuerdo con la presente invención, está equipada con un receptor apropiado para recibir las señales de interrogación y las correspondientes de respuesta desde la fuente o fuentes de vigilancia secundaria. Se hace hincapié en que, por el bien de la presente invención, ni el contenido de las señales de interrogación y/o de respuesta es importante, sino más bien, el TOA de las señales en la estación base de recepción.
De acuerdo con una realización de la invención, la señal de interrogación recibida se ha transmitido por otro interrogador-aeronave, en donde se determina adicionalmente la al menos una ventana de tiempo de expectativa, en la que se espera que se reciba una respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base, basándose en información de posición previamente transmitida de la transmisión de otro interrogador-aeronave. Preferentemente, se determina la ventana de tiempo de expectativa basándose en una posición previamente verificada de la transmisión de otro interrogador-aeronave, que tiene un nivel de confianza potenciado.
Determinar la posición en el tiempo y la duración de la ventana de tiempo de expectativa por la estación base es de gran importancia para la presente invención y la validación de la información de posición. Si la ventana se determina demasiado corta, la señal de respuesta trasmitida por la aeronave objetivo en respuesta a la señal de interrogación recibida a menudo se recibirá por la estación base en un punto en el tiempo fuera de la ventana, haciendo difícil una verificación de la información de posición sino imposible. Si la ventana se determina demasiado larga, la señal de respuesta transmitida por la aeronave objetivo en respuesta a la señal de interrogación recibida se recibirá por la estación base en un punto en el tiempo dentro de la ventana, incluso aunque la información de posición no verificada contenida en la señal de ADS-B sea incorrecta o errónea, dando como resultado una validación falsa de la información de posición. Por lo tanto, se sugiere que la ventana de tiempo de expectativa tenga una longitud mínima que corresponde a un tiempo de respuesta asumido de un transpondedor en la aeronave objetivo, que transmite la señal de respuesta en respuesta a la señal de interrogación. En particular, se sugiere que se determine una posición en el tiempo y una duración de la ventana de tiempo de expectativa basándose en una fluctuación y un retardo de respuesta del transpondedor montado a bordo de la aeronave objetivo que transmite la señal de respuesta, que previamente transmitió la señal de ADS-B que contiene la información de posición que va a verificarse.
Los retardos de la ICAO de transpondedor de modo S de ADS-B definidos son los siguientes:
- 128 ps (128-10'6 s) respuesta de transpondedor,
- 8 ps (8 10-6 s) fluctuación de transpondedor,
- 7 ps (7 10-6 s) precisión de indicación de tiempo,
en donde la velocidad de propagación de la señal es de 299.792.458 m/s. Por supuesto, en la práctica, por ejemplo, la precisión de indicación de tiempo podría variar del valor indicado. Adicionalmente, el valor anterior para el tiempo de recorrido de la señal se indica para el vacío. El tiempo de recorrido podría variar del valor indicado, por ejemplo, si no hay vacío real entre el emisor y el receptor. Los valores para los posibles retardos de transpondedor y, en consecuencia, del cálculo de la ventana o ventanas de tiempo de expectativa, tendrían que adaptarse a las circunstancias reales en cada caso individual.
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención, se sugiere que se almacenen los niveles de confianza de una pluralidad de aeronaves dentro de una región de interés de la estación base en una matriz de credibilidad, a la que tiene acceso la estación base. La matriz puede almacenarse en un dispositivo de almacenamiento apropiado (por ejemplo, una base de datos) que forma parte de la misma estación base o que forma parte de un servidor externo al que está conectado la estación base. El contenido de la matriz de credibilidad se actualiza dinámicamente a medida que la nueva aeronave entra en la región de interés y la aeronave existente deje la región de interés. Adicionalmente, el nivel de confianza actual para cada una de las aeronaves se actualiza de manera continua de acuerdo con el resultado del método para la validación de la información de posición contenida en la señal de ADS-B.
Es particularmente ventajoso, si al menos otra estación base que también ejecuta el método de acuerdo con la presente invención tiene acceso a la matriz de credibilidad, para actualizar el contenido de la matriz y para hacer uso del contenido de la matriz cuando se verifica información con respecto a la posición de otra aeronave, la información contenida en una señal de ADS-B difundida de manera continua por la otra aeronave. De acuerdo con esta realización, al menos dos estaciones base tienen acceso a la matriz de credibilidad y todas actualizan de manera continua los datos (en particular, los niveles de confianza) contenidos en la misma. Haciendo eso, la matriz de credibilidad puede cubrir todo el espacio aéreo, para el que es responsable una cierto ANSP, y contiene datos (en particular, los niveles de confianza) con respecto a todas las aeronaves aptas para ADS-B dentro de ese espacio aéreo. Esto tiene la ventaja de que los niveles de confianza para ciertas aeronaves pueden pasarse a lo largo de una primera estación base a una segunda estación base si la aeronave deja la región de interés de la primera estación base y entra en la región de interés de la segunda estación base (similar a un 'traspaso' en telecomunicaciones celulares). La segunda estación base, tras la entrada de la aeronave en la región de interés de la segunda estación base, puede considerar inmediatamente la información de posición recibida mediante la señal de ADS-B desde esa aeronave como confiable.
Es posible que el método de acuerdo con la presente invención se ejecute por la estación base únicamente para aquellas aeronaves, para las que las señales de ADS-B difundidas o la información de posición contenida en las mismas no se haya validado aún por esa estación base específica. Incluso si una aeronave acaba de entrar en la región de interés de una estación base específica, la estación base no puede ejecutar el método para esa aeronave si la matriz de credibilidad, a la que tiene acceso la estación base, contiene datos para esa aeronave de acuerdo con los que la información de posición difundida por esa aeronave en la señal de ADS-B ya se ha verificado y se considera confiable. Como alternativa, es posible que el método de acuerdo con la presente invención se ejecute al menos una vez por una estación base específica después de que una aeronave haya entrado o reentrado en la región de interés de esa estación base específica, independientemente de los datos almacenados en la matriz de credibilidad. La idea es confirmar la credibilidad, precisión y confiabilidad de la información de posición contenida en la señal de ADS-B mediante cada estación base de manera separada e independiente cada vez que la aeronave entra o reentra en la región de interés de la estación base. Adicionalmente, es posible que el método de acuerdo con la presente invención se ejecute de manera regular o periódica en ciertos puntos en el tiempo, independientemente de los datos almacenados en la matriz de credibilidad. La idea es volver a confirmar la credibilidad, precisión y confiabilidad de la información de posición contenida en la señal de ADS-B de vez en cuando incluso si la aeronave permanece en la región de interés de la misma estación base.
La presente invención también se refiere a una estación base con las características de la reivindicación 12. En particular, se sugiere una estación base de ADS-B, que está adaptada para recibir una señal de ADS-B difundida periódicamente por una aeronave objetivo y que contiene información con respecto a la posición de la aeronave objetivo. La estación base comprende:
- medios de recepción para recibir la señal de ADS-B desde la aeronave objetivo, y
- medios de procesamiento para extraer la información de posición contenida en la señal de ADS-B recibida.
Para validar la información de posición extraída de la señal de ADS-B, la estación base comprende adicionalmente
- medios de monitorización para detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación desde una fuente de vigilancia secundaria dirigido a la aeronave objetivo y detectar y recibir una señal de respuesta transmitida por la aeronave objetivo en respuesta a la señal de interrogación,
- los medios de procesamiento adaptados para determinar un tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida y de la señal de respuesta recibida en la estación base,
- los medios de procesamiento adaptados adicionalmente para determinar al menos una ventana de tiempo de expectativa, en la que se espera que se reciba la señal de respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base, en donde la determinación de la ventana de tiempo de expectativa está basada en el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación y en la información de posición contenida en la señal de ADS-B recibida, - los medios de procesamiento adaptados adicionalmente para determinar si la señal de respuesta desde la aeronave objetivo se recibe durante una de la al menos una ventana de tiempo de expectativa,
- los medios de procesamiento adaptados adicionalmente para potenciar el nivel de confianza de la información de posición contenida en la señal de ADS-B recibida, si se recibe la señal de respuesta desde la aeronave objetivo por la estación base durante una de la al menos una ventana de tiempo de expectativa.
Los medios de procesamiento de la estación base están adaptados para ejecutar el método de acuerdo con la presente invención. La estación base puede ser terrestre u orbitar en el espacio a bordo de un satélite. El satélite puede ser un satélite LEO, MEO, GSO o un GEO. Los medios de recepción para recibir la señal de ADS-B y los medios de recepción para recibir la señal de respuesta desde la aeronave objetivo en respuesta a la señal de interrogación desde la fuente de vigilancia secundaria pueden ser los mismos medios de recepción. La estación base puede estar en conexión con al menos otra estación base para intercambiar información de credibilidad con respecto al nivel de confianza de la información de posición contenida en las señales de ADS-B difundidas por diversa aeronave. Las estaciones base pueden interconectarse directamente entre sí por medio de un cable o inalámbricamente o pueden conectarse indirectamente entre sí, por ejemplo, mediante una base de datos que contiene una matriz de credibilidad con datos (en particular, los niveles de confianza) asignados a la información de posición contenida en las señales de ADS-B desde una pluralidad de aeronaves. Las estaciones base pueden tener todas acceso a la base de datos y pueden actualizar de manera continua los datos contenidos en las mismas.
Se describen características y ventajas adicionales de la presente invención en más detalle en la siguiente descripción de una realización preferida de la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Las figuras muestran:
La Figura 1 un primer posible escenario para realizar una realización preferida de la presente invención, en donde el interrogador de SSR es una aeronave apta para TCAS/ ACAS;
La Figura 2 un diagrama de flujo de un método de acuerdo con una realización preferida la presente invención; La Figura 3 un segundo posible escenario para realizar otra realización preferida de la presente invención, en donde el interrogador de SSR es una estación base diferente de la estación base de ADS-B;
La Figura 4 un tercer posible escenario para realizar otra realización preferida de la presente invención, en donde el interrogador de SSR es la estación base de ADS-B; y
La Figura 5 una estación base de acuerdo con una realización preferida de la presente invención.
En la Figura 1, se muestra un posible escenario para realizar la presente invención en el plano bidimensional. Por supuesto, se entiende que la presente invención se realizará en el espacio tridimensional. Sin embargo, para el propósito de una explicación más fácil, la invención se describirá, en lo sucesivo, en el plano bidimensional. El escenario comprende una estación base de ADS-B 10 ubicada en la tierra. Por supuesto, la estación base 10 podría estar ubicada también en el espacio a bordo de un satélite. El satélite podría ser un satélite LEO, MEO, GSO o un GEO. La estación base 10 está operada por un Socio de Servicios de Navegación Aérea (ANSP), como el ANSP alemán, Deutsche Flugsicherung (DFS), Airservices de Australia y la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA), por ejemplo. Adicionalmente, la Figura 1 muestra un ejemplo de tres aeronaves 1, 2, 3 dentro del rango de interés 23 de la estación base 10. Una estación base de ADS-B 10 tiene un rango de interés 23 de 463 km (250 nm) o mayor.
Se supone que la aeronave 1 es una aeronave objetivo y transmite una señal de ADS-B 20, que, entre otras cosas, se recibe también por la estación base 10. La señal de ADS-B 20 es preferentemente una señal espontánea ampliada (ES) de 1.090 MHz, por ejemplo, transmitida en un formato de enlace descendente DF17. La señal de ADS-B 20 comprende información de posición X1, Y1 relacionada con la aeronave 1. La información de posición X1, Y1 puede determinarse a bordo de la aeronave 1 por muchos medios, tales como el Sistema de Satélite de Navegación Global (GNSS), por ejemplo, NAVSTAR GPS (Estados Unidos), GLONASS (Rusia), COMPASS (China) o GALILEO (Europa). Por supuesto, podría usarse también cualquier GNSS que esté por venir para determinar la información de posición de la aeronave 1. La información de posición se inserta a continuación en las señales de ADS-B 20 y se difunde por medio de un transpondedor a bordo de la aeronave objetivo 1.
El método de acuerdo con la presente invención mostrado en la Figura 2 empieza en la etapa 100. En la etapa 102 la estación base 10 recibe las señales de ADS-B 20 desde la aeronave 1, y, en la etapa 104, extrae la información de posición (X1, Y1) contenida en las mismas. La señal de ADS-B 20 es preferentemente una señal espontánea ampliada de 1.090 MHz (1090 ES) transmitida periódicamente, preferentemente en un formato de enlace descendente DF17, mediante un transpondedor apropiado a bordo de la aeronave 1. La estación base 10 usa la información de posición para rastrear la aeronave 1 y para realizar gestión de tráfico aéreo (ATM) dentro de la región de interés de la estación base 23. Sin embargo, la estación base 10 no tiene información alguna con respecto a la corrección y confiabilidad de la información de posición recibida desde la aeronave 1 mediante las señales de ADS-B 20. La presente invención propone un método y una estación base 10 con una funcionalidad potenciada que permite una verificación o validación de la información de posición de ADS-B de la aeronave 1.
La idea general de la presente invención es recibir cualquier clase de señales de interrogación y de respuesta desde cualquier tipo de fuente de vigilancia secundaria, por ejemplo, haciendo parte de un sistema de SSR, para validar la información de posición (X1, Y1) contenida en las señales de ADS-B 20 recibidas por la estación base 10. El sistema de SSR puede ser, por ejemplo, un Sistema de Evitación de Colisión de Tráfico (TCAS) o un Sistema de Evitación de Colisión de Aeronave (ACAS), un sistema de Multilateración (MLAT) o un sistema de Multilateración de Área Amplia (WAM). Todos estos sistemas de SSR transmiten y reciben señales de interrogación y de respuesta entre los dispositivos de SSR participantes. Los interrogadores pueden ser cualquier clase de interrogador de SSR apropiado, tal como un interrogador-aeronave 2, 3 (Figura 1) y/o una estación base 11 diferente de la estación base de ADS-B 10 (Figura 3). Las señales de interrogación 21 y las señales de respuesta 22 se transmiten preferentemente omnidireccionalmente por los respectivos interrogadores de la fuente de vigilancia secundaria. De acuerdo con una realización preferida de la invención mostrada en la Figura 1, se sugiere que las señales de interrogación y de respuesta formen parte de un sistema de TCAS/ACAS.
En el caso de un sistema de TCAS/ACAS, la señal de interrogación monitorizada 21 se transmite a 1.030 MHz y la señal de respuesta monitorizada 22 se transmite a 1.090 MHz. Este es típicamente el rango de frecuencias en el que se transmiten las señales de TCAS/ACAS definidas en ICAO DOC 9863. Las señales de interrogación TCAS/ACAS 21 típicamente usan formatos de enlace ascendente UF0 (para rastreo) y/o UF16 (para resolución de conflictos). Las respectivas señales de respuesta de TCAS/ACAS 22 típicamente usan los correspondientes formatos de enlace descendente DF0 o DF16. Las señales de interrogación de TCAS/ ACAS 21 se transmiten por el interrogadoraeronave a otra aeronave objetivo seleccionada que se ha hallado que está en un rango nominal de interés, por ejemplo, 25,928 km (= 14 nm). Las señales de interrogación 21 se dirigen a la aeronave objetivo específica (en el ejemplo, a la aeronave 1) y contienen su dirección. Las señales de interrogación 21 provocan que la aeronave objetivo 1, a la que se dirige la señal, responda con una señal de respuesta 22 dirigida al interrogador-aeronave 2; 3 que transmitió la señal de interrogación 21. Sin embargo, las señales de interrogación y de respuesta 21, 22 pueden recibirse también por un receptor apropiado al alcance. Las señales de interrogación 21 no contienen información de identificación del interrogador. La señal de respuesta 22 contiene información con respecto al nivel de vuelo de la aeronave objetivo 1 que transmite la señal de respuesta 22. Con motivos de la presente invención, el contenido de las señales de interrogación y/o de respuesta 21, 22 no es importante, sino, más bien, el tiempo de llegada (TOA) de las señales 21, 22 en la estación base de recepción 10. En la realización de la Figura 1, la señal de interrogación 21 es parte de un sistema de TCAS/ACAS y se transmite por el interrogador-aeronave 3 y se dirige a la aeronave objetivo 1.
En la etapa 106 del método de acuerdo con la presente invención, la señal de interrogación 21 se recibe por estación base 10. Para este fin, la estación base 10 está equipada con unos medios de recepción apropiados adaptados para recibir la señal de 1.030 MHz en el formato de enlace ascendente UF0 o UF16, respectivamente. En la etapa 108, los medios de procesamiento de la estación base 10 determinan el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación 21. La estación base 10 no tiene información con respecto a la fuente de la señal de interrogación 21, que es el interrogador que transmitió la señal 21. Por lo tanto, se determinan ventanas de tiempo de expectativa (o ventanas de respuesta esperadas, ERW) en la etapa 110 para cada uno de los posibles interrogadores, es decir, la aeronave 2 y la aeronave 3, que pueden haber transmitido la señal de interrogación 21. Las ventanas de tiempo de expectativa representan ventanas de tiempo estimado, durante el cual se espera que se reciba una señal de respuesta 22 desde la aeronave objetivo 1 en respuesta a la señal de interrogación 21 por la estación base 10, basándose en la suposición de que la información de posición X1, Y1 previamente recibida por la estación base 10 mediante la señal de ADS-B 20 desde la aeronave objetivo 1 es correcta. Para calcular las ventanas de tiempo de expectativa, pueden considerarse diversos parámetros, que comprenden:
- la posición exacta XS, YS (con respecto a la superficie de la Tierra) de la estación base 10 que recibe la señal de ADS-B 20 desde la aeronave objetivo 1 y la señal de interrogación 21 desde el interrogador de la fuente de vigilancia secundaria (interrogador-aeronave 3),
- la información de posición X1, Y1 (con respecto a la superficie de la Tierra) de la aeronave objetivo 1 contenida en la señal de ADS-B 20,
- la posición x2, Y2; X3, Y3 (con respecto a la superficie de la Tierra) de los posibles interrogadores de la fuente o fuentes de vigilancia secundaria (interrogador-aeronave 2 y/o interrogador-aeronave 3) que posiblemente han transmitido la señal de interrogación 21 recibida por la estación base 10,
- el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación 21 en la estación base 10, y
- la dirección de una aeronave (aeronave objetivo 1), a la que se dirige la señal de interrogación 21 recibida por la estación base 10, la dirección contenida en la señal de interrogación 21.
A partir del TOA determinado de la señal de interrogación 21 en la estación base 10 es posible retroceder a un tiempo de interrogación (TOI) asumido de la señal de interrogación 21 para el uno o más posibles interrogadores (la aeronave 2 o aeronave 3) de la fuente de vigilancia secundaria dentro de la región de interés de la aeronave objetivo 1, que transmitió previamente la señal de ADS-B 20. El uno o más posibles interrogadores (el interrogador-aeronave 2 o interrogador-aeronave 3), para los que se determina el TOI asumido, pueden haber transmitido posiblemente la señal de interrogación 21, recibida por la estación base 10. Si la señal de interrogación recibida 21 se dirige a la aeronave objetivo 1 que transmitió previamente la señal de ADS-B 20, la aeronave objetivo 1 se espera que envíe una señal de respuesta 22 en respuesta a la señal de interrogación 21 pronto. En particular, basándose en la suposición de que toda la información de posición Xs, Ys ; X2, Y2; X3, Y3 disponible en la estación base 10 es correcta, la señal de respuesta 22 desde la aeronave objetivo 1, que transmitió previamente la señal de ADS-B 20, puede esperarse que se reciba en la estación base 10 en un cierto punto en el tiempo o dentro de una cierta ventana de tiempo de expectativa (ERW), dependiendo de la posición de la aeronave objetivo 1, de la posición del interrogador (interrogador-aeronave 3) de la fuente de vigilancia secundaria, que transmitió la señal de interrogación 21, y del TOA de la señal de interrogación 21 en la estación base 10.
En la etapa 112, la estación base 10 determina si se recibe la señal de respuesta 22 desde la aeronave objetivo 1 dentro de la ventana de tiempo de expectativa (ERW) previamente determinada. Si la señal de respuesta 22 se recibe, de hecho, por la estación base 10 dentro de la ventana de tiempo de expectativa ('sí') previamente determinada, se puede asumir de que la información de posición X1, Y1 de la aeronave objetivo 1, que transmitió la señal de ADS-B 20, y posiblemente también la información de posición X3, Y3 del interrogador-aeronave 3 de la fuente de vigilancia secundaria, que transmitió la señal de interrogación 21, son correctas (etapa 114). A medida que pasa el tiempo y a medida que el método para la validación de acuerdo con la presente invención se ha realizado más y más veces para la misma aeronave objetivo 1, la información de posición X1, Y1 contenida en la señal de ADS-B 20 recibida desde esa aeronave objetivo 1 se le asigna un nivel de confianza cada vez más alto. A medida que pasa el tiempo y a medida que se ha realizado el método para la validación de acuerdo con la presente invención durante más y más aeronaves objetivo diferentes 1, 2, 3 se valida la información de posición X1, Y1; X2, Y2, X3, Y3 contenida en las señales de ADS-B 20 desde un número cada vez más alto de aeronaves objetivo 1, 2, 3 dentro de la región de interés 23 de la estación base 10. En la etapa 116 se determina si se ha alcanzado el final del método. En caso afirmativo, se termina en la etapa 118 el método. Si no, se ejecuta otra iteración del método, para la misma u otra aeronave objetivo i (i=1,..., n) dentro del rango de interés 23 de la estación base 10.
Pueden usarse/considerarse los siguientes retardos de tiempo o imprecisiones cuando se determinan las ventanas de tiempo de expectativa, que son retardos definidos de la ICAO de transpondedor de modo S de ADS-B:
- 128 ps (128-10-6 s) respuesta de transpondedor,
- 8 ps (8 10-6 s) fluctuación de transpondedor,
- 7 ps (7 10-6 s) precisión de indicación de tiempo,
en donde el tiempo de recorrido de la señal es 299.792.458 m/s. Por supuesto, en la práctica, por ejemplo, la precisión de indicación de tiempo podría variar del valor indicado. Adicionalmente, el valor anterior para el tiempo de recorrido de la señal se indica para el vacío. El tiempo de recorrido podría variar del valor indicado, por ejemplo, si no hay vacío real entre el emisor y el receptor. Los valores para los posibles retardos de transpondedor y, en consecuencia, del cálculo de la ventana o ventanas de tiempo de expectativa, tendrían que adaptarse a las circunstancias reales en cada caso individual.
Basándose en el TOA determinado de la señal de interrogación 21 en la estación base 10 y considerando uno o más de los retardos de tiempo e imprecisiones anteriormente mencionados, junto con las posiciones (verificadas o no verificadas) X1, Y1; X2, Y2, X3, Y3 de los interrogadores y objetivo (aeronave 1, 2, 3) de la fuente de vigilancia secundaria, pueden usarse las siguientes fórmulas básicas:
Ait = -(Ts Tsa),
en donde
Ait = tiempo de interrogación asumido (a partir de 0 segundos), Ts = tiempo de recorrido al sensor (en la estación base 10), Tsa = Precisión de Indicación de Tiempo del sensor.
ERW = Ait Ts Rd Td Tsa,
en donde
ERW = ventana de respuesta esperada (= ventana de tiempo de expectativa),
Ait = tiempo de interrogación asumido (que empieza desde 0 segundos),
Ts = tiempo de recorrido al sensor,
Td = recorrido al objetivo de destino (aeronave 1),
Tsa = precisión de indicación de tiempo del sensor.
Como se ha mencionado anteriormente, las longitudes indicadas de las ventanas de tiempo de expectativa se han determinado para que sean el valor mínimo que corresponde a la fluctuación del transpondedor a bordo de la aeronave objetivo 1. En un enfoque más práctico, las longitudes de las ventanas de tiempo de expectativa serían más largas, aproximadamente en el intervalo de 1 ps (110-6 s) a 5 ps (5 10-6 s).
Usando esta información, puede verificarse si la señal de respuesta 22 de la aeronave objetivo 1 en respuesta a la señal de interrogación 21 transmitida por un interrogador-aeronave, la aeronave 2 o la aeronave 3 (la estación base 10 no conoce aún, cuál de los dos posibles interrogadores-aeronave 2, 3 transmitió realmente la señal de interrogación 21 dirigida a la aeronave objetivo 1), se recibe dentro de una de las ventanas de tiempo de expectativa previamente definidas. Por lo tanto, si hay una pluralidad de aeronaves objetivo dentro del rango de interés 23 de la estación base 10 para las que ha de validarse la respectiva información de posición transmitida por el respectivo objetivo, se generaría un correspondiente número de tablas, una para cada aeronave objetivo.
Si se recibe la señal de respuesta 22 desde la aeronave objetivo 1 en respuesta a la señal de interrogación 21 transmitida por un interrogador-aeronave, la aeronave 2 o la aeronave 3, dentro de una de las ventanas de tiempo de expectativa previamente recibidas, la estación base 10 tiene información con respecto a cuál de las dos posibles aeronaves de interrogación 2, 3 transmitió realmente la señal de interrogación 21 dirigida a la aeronave objetivo 1 y adicionalmente la información de posición de ADS-B previamente recibida desde la aeronave objetivo 1 mediante la señal de ADS-B 20 puede considerarse como que es correcta y puede confiarse para los cálculos de ATM futuros. En consecuencia, puede aumentarse el nivel de confianza de la información de posición de ADS-B transmitida por la aeronave objetivo 1 mediante la señal de ADS-B 20. La información de posición de ADS-B de la aeronave objetivo se ha validado satisfactoriamente.
Los datos con respecto a la validación de la diversa información de posición de ADS-B recibida en las señales de ADS-B 20 desde las diversas aeronaves 1, 2, 3 dentro del rango de interés 23 de la estación base 10 pueden introducirse y actualizarse en una matriz de credibilidad, por ejemplo, almacenarse en una base de datos 14 (véanse las Figuras 4 y 5). En el comienzo del método de acuerdo con la presente invención la matriz de credibilidad puede tener el siguiente contenido:
Figure imgf000011_0004
Después de lo anteriormente descrito y considerando que la aeronave objetivo 1 se valida basándose la respuesta de interrogación 22 que se recibió dentro de la ERW si el interrogador-aeronave 3 es la aeronave que envió la señal de interrogación 21, que se direccionó para la aeronave objetivo 1. La invención realizada no ha validado la posición de la aeronave 1 recibida en la señal de ADS-B 20 que se transmitió y se recibió en estación base de ADS-B 10. Además, puesto que la estación base de ADS-B 10 determinó la ERW para el caso donde el interrogador-aeronave 3 es el interrogador que envió la señal de interrogación 21 con la dirección de la aeronave objetivo 1 y la posición del interrogador-aeronave 3, que se transmitió mediante su señal de ADS-B 20, a continuación, se valida el interrogadoraeronave 3. La siguiente tabla podría actualizarse basándose en esta iteración de señal.
Figure imgf000011_0002
Posteriormente, si durante una de las siguientes iteraciones del método de acuerdo con la presente invención, la información de posición de ADS-B recibida mediante la señal de ADS-B 20 desde la aeronave 1 se valida satisfactoriamente, la matriz podría tener el siguiente contenido:
Figure imgf000011_0003
El contenido de la matriz de credibilidad es altamente dinámico. No puede variar únicamente con respecto a la validación de la información de posición de ADS-B recibida desde la aeronave 1, 2, 3, sino que puede variar también con respecto a la aeronave considerada. Por ejemplo, con el tiempo, una de las aeronaves, por ejemplo, la aeronave 2, puede dejar el rango de interés 23 de la estación base 10 y la nueva aeronave, por ejemplo, las aeronaves 4 y 5, puede entrar en el rango de interés 23. Esto daría como resultado el siguiente contenido de la matriz de credibilidad:
Figure imgf000011_0001
En lugar de únicamente Sí o No, el nivel de confianza de la información de posición de ADS-B puede comprender también una pluralidad de diferentes niveles, por ejemplo '0' (binario 00), '1' (01), '2' (10) y '3' (11). Se supone, que al comienzo del método de acuerdo con la presente invención, la información de posición de ADS-B desde la aeronave 1 no se ha validado aún en absoluto ('0'), la información de posición desde la aeronave 2 se ha validado satisfactoriamente una vez ('1') y la información de posición desde la aeronave 3 ya se ha validado completamente ('3'). En ese caso, la matriz de credibilidad tendría el siguiente contenido:
Figure imgf000011_0005
Cada vez que se ha ejecutado satisfactoriamente una iteración del método de acuerdo con la presente invención y se ha validado satisfactoriamente la información de posición de ADS-B desde una aeronave, se aumenta el nivel de confianza de la información de posición para esa aeronave en '1'. Es posible que cada vez que se haya ejecutado insatisfactoriamente una iteración del método de acuerdo con la presente invención y no pudiera validarse la información de posición de ADS-B desde una aeronave, el nivel de confianza de la información de posición para esa aeronave se reduzca en '1'. Se supone que después de diversas iteraciones del método de acuerdo con la presente invención, la información de posición desde la aeronave 1 y desde la aeronave 2 se ha validado completamente ('3'), mientras que la validación de la información de posición recibida desde la aeronave 3 ha fallado una vez ('3' -1 = '2'). En ese caso, la matriz de credibilidad tendría el siguiente contenido:
Figure imgf000012_0001
En la descripción anterior la presente invención se ha descrito en el contexto de la aeronave 2, 3 como posibles interrogadores (interrogador-aeronave) de una fuente de vigilancia secundaria que transmite las señales de interrogación 21. Por supuesto, podrían usarse también otros interrogadores de diferentes fuentes de vigilancia secundarias, para transmitir señales de interrogación 21, que se reciben por la estación base 10 que realiza la verificación y validación de la información de posición de ADS-B recibida desde la aeronave objetivo 1. Por ejemplo, los interrogadores podrían ser otras estaciones de transmisor terrestre (independientes) 11 como se sugiere en la realización de la Figura 3. En la Figura 3, se usan los mismos signos de referencia para los mismos componentes de la invención como en la Figura 1. Por supuesto, también sería posible usar una combinación de diferentes fuentes de vigilancia secundarias (por ejemplo, estaciones terrestres TCAS/ACAS y MLAT/WAM), como otra estación base 11 y/u otra aeronave 2 o 3, que transmiten señales de interrogación 21, para verificar o validar la información de posición de ADS-B contenida en la señal de difusión 20 recibida desde la aeronave objetivo 1. Por supuesto, las otras estaciones transmisoras independientes (por ejemplo, la estación base 11) que transmite las señales de interrogación 21 podrían también espaciarse, por ejemplo, montarse en uno o más satélites.
La Figura 4 muestra una realización de un escenario para realizar la presente invención, en el que la aeronave 3 es la aeronave objetivo. Para este fin, en este escenario, se valida la información de posición X3, Y3 de la aeronave objetivo 3. La aeronave 1 actúa como el interrogador de SSR. En particular, se sugiere que el interrogador-aeronave 1 sea una aeronave apta para TCAS/ACAS que transmite señales de interrogación 21 dirigidas a la aeronave objetivo 3. Las señales de interrogación 21 también se reciben por la estación base 10. En respuesta a la señal del interrogador 21, la aeronave objetivo 3 transmite una o más señales de respuesta 22, que se reciben por el interrogador-aeronave 1, así como por la estación base 10. La estación base 10 determina la ventana o ventanas de tiempo de expectativa y valida la información de posición X3, Y3 de la aeronave objetivo 3 contenida en la señal de ADS-B 20. Cada una de la aeronave 1, 2, 3 difunde periódicamente señales de ADS-B 20, que se reciben por la estación base 10, así como por otras estaciones base 11. Ambas estaciones base 10, 11 tienen acceso a una base de datos común 14, donde se almacena la matriz de credibilidad.
La Figura 5 muestra en más detalle una realización de una estación base 10 de acuerdo con la presente invención. La estación base 10 comprende medios de recepción 12a que comprenden una antena para recibir la señal de ADS-B 20 desde cualquier aeronave de ADS-B apta. Adicionalmente, la estación base 10 comprende medios de procesamiento 12b para realizar procesamiento previo, por ejemplo, decodificación, de la señal de ADS-B recibida 20 y para extraer la información de posición X1, Y1 contenida en la misma. Además, la estación base 10 comprende medios de monitorización para detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación 21 transmitida por una fuente de vigilancia secundaria (la aeronave de ACAS/ TCAS 2, 3 u otra estación base 11) y para detectar y recibir, posiblemente también decodificar, una señal de respuesta 22 transmitida por la aeronave objetivo 1 en respuesta a la señal de interrogación 21. Los medios de monitorización para recibir la señal de ADS-B 20, la señal de interrogación 21 y la señal de respuesta 22 pueden comprender una única estructura de antenas. Sin embargo, por simplicidad, se muestran en el diagrama antenas separadas. En particular, la estación base 10 comprende adicionalmente una antena 12c y medios de procesamiento 12d para realizar procesamiento previo, por ejemplo, decodificación, de la señal de interrogación recibida 21. La señal de interrogación 21 puede transmitirse en el rango de frecuencias de 1.030 MHz. Además, los medios de monitorización comprenden una antena y medios de procesamiento para la señal de respuesta 22, que pueden ser idénticos a los de la antena 12a y los medios de procesamiento 12b para la señal de ADS-B 20. Esto es posible si ambas señales 20, 22 se transmiten en el rango de frecuencias de 1.090 MHz. Además, la estación base 10 tiene medios de procesamiento 13 para determinar el TOA de la señal de interrogación recibida 21 y la señal de respuesta recibida 22. Los medios de procesamiento 13 también están adaptados para determinar la ventana de tiempo de expectativa y para verificar si la señal de respuesta 22 se recibe realmente por la estación base 10 dentro de la ventana de tiempo de expectativa.
Finalmente, dependiendo del resultado de esta verificación, los medios de procesamiento 13 aumentan (o reducen) el nivel de confianza de la información de posición X1, Y1 contenida en la señal de ADS-B 20 y actualizan el contenido de la matriz de credibilidad almacenada en la base de datos 14. Se observa que los medios de procesamiento 12b, 12d, 13 podrían estar integrados en un único aparato de procesamiento que comprende las funcionalidades de procesamiento de todos los medios de procesamiento 12b, 12d, 13.
En resumen, hay varios tipos conocidos de sistemas para vigilancia de aeronaves en el mundo. Los sistemas conocidos son sistemas cooperativos o no cooperativos. Un sistema es cooperativo si el objetivo necesita algún equipo de manera que el sistema de vigilancia pueda funcionar. Por lo que el radar primario conocido es una tecnología no cooperativa, mientras que la vigilancia secundaria es una tecnología cooperativa. En vigilancia secundaria (cooperativa) la aeronave debe tener un transpondedor. Además, un sistema es dependiente o independiente. Esto indica qué sistema hace el cálculo de la posición. Radar Primario, Radar de Servicio Secundario Monopulso (MSSR) así como MLAT/WAM son tecnologías independientes, es decir los sensores/sistemas hacen el cálculo. La tecnología dependiente es, por lo tanto, un sistema donde se determina la posición por el objetivo, que hace a ADS-B una tecnología dependiente.
Cuando un operador (ANSP: Proveedor de Servicio de Navegación Aérea) analiza el uso de cualquier información, ya sea un retorno de radar primario o un retorno de radar secundario, los operadores típicamente prefieren múltiples servicios. Muy pocos operadores usan una única fuente. Pero al menos con el Radar Primario, los operadores MSSR o MLAt /WAM consideran estas como fuentes confiables, principalmente debido a que los operadores despliegan, prueban y mantienen estas fuentes.
Uno de los problemas con ADS-B desde el punto de vista de un operador es la ausencia de "confiabilidad" puesto que el operador no despliega el equipo que hace el cálculo de posición, ni lo mantiene, etc. Entonces, como se adopta ADS-B, la mayoría de los operadores desplegarán otros sistemas, como el Radar Primario, MSSR o MLAT/WAM para que sean una segunda fuente de datos para confirmar la posición de la fuente de ADS-B.
Otro problema con ADS-B es la posibilidad de falsificar objetivos; es bastante sencillo crear un transmisor doméstico, que enviaría un objetivo o miles de objetivos falsos a un entorno. Uno puede fácilmente imaginar qué ocurriría alrededor de un aeropuerto civil si se mostraran miles de objetivos falsos. El espacio aéreo se cerraría puesto que los controladores necesitarían verificar si los objetivos son reales o no.
Uno de los conceptos para ADS-B en el futuro es que un operador únicamente necesita estaciones ADS-B, sin MSSR, sin WAM/MLAT ni siquiera con PSR. Una estación a DS-B es bastante económica en comparación con un PSR completo, MSSR o incluso un MLAT/WAM (MLAT/WAM está comprendido de varios sensores, típicamente el mínimo son 5 sensores). La presente invención proporciona un método para validar información de posición contenida en la señal de ADS-B con uno y el mismo único sensor de ADS-B. Representa un enorme ahorro de coste para un cliente y mantiene el concepto ideal de que una única estación de ADS-B cubra un espacio aéreo completo. Usando otras fuentes de interrogación como las anteriormente descritas, especialmente ACAS/TCAS y WAM/MLAT, las piezas de equipo pueden aún mantenerse en una "caja" y al mismo tiempo aún proporcionan una información de posición de ADS-B validada o "confiable".

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Método para validar información con respecto a la posición (Xi, Yi) de una aeronave objetivo (1), la información (Xi, Y1) contenida en una señal de a DS-B (20) periódicamente difundida por una aeronave objetivo (1), ejecutándose el método en una estación base de ADS-B (10) y que comprende las etapas de:
- recibir la señal de ADS-B (20) desde la aeronave objetivo (1) en la estación base (10),
- extraer la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20), caracterizado por las etapas de:
- detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación (21) desde una fuente de vigilancia secundaria (2, 3; 10, 11) dirigida a la aeronave objetivo (1) y detectar y recibir una señal de respuesta (22) transmitida por la aeronave objetivo (1) en respuesta a la señal de interrogación (21),
- determinar un tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida (21) y de la señal de respuesta recibida (22) en la estación base (10),
- basándose en el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación (21) y de la información de posición (X1, Y1), determinar ventanas de tiempo de expectativa para cada una de las posibles fuentes de vigilancia secundarias (2, 3; 10, 11), en las que se espera que se reciba la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10),
- determinar si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa,
- si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa, potenciar el nivel de confianza de la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de interrogación recibida (21) se ha transmitido por otro interrogador-aeronave (2, 3).
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de interrogación recibida (21) se ha transmitido por otra estación base (11).
4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde se determinan ventanas de tiempo de expectativa separadas para cada otra estación base (11) y/o interrogador-aeronave (2, 3) dentro de una región de interés (23) para la estación base (10) y que podrían haber transmitido potencialmente la señal de interrogación recibida (21).
5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde las señales de interrogación (21) y las señales de respuesta (22) se transmiten como parte de un Sistema de Evitación de Colisión de Tráfico (TCAS) o un Sistema de Evitación de Colisión de Aeronave (ACAS), un sistema de Multilateración (MLAT) o un sistema de Multilateración de Área Amplia (WAM).
6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal de interrogación (21) se transmite a 1.030 MHz y la señal de respuesta monitorizada (22) se transmite a 1.090 MHz.
7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal de interrogación recibida (21) se ha transmitido por otra interrogación-aeronave (3), y en donde la al menos una ventana de tiempo de expectativa, en la que se espera que se reciba la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10), se determina adicionalmente basándose en información de posición previamente verificada (X3, Y3) del otro interrogador-aeronave de transmisión (3) que tiene un nivel de confianza potenciado.
8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la ventana de tiempo de expectativa tiene una longitud mínima que corresponde a un tiempo de respuesta asumido de un transpondedor en la aeronave objetivo (1), que transmite la señal de respuesta (22) en respuesta a la señal de interrogación (21).
9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde se determina una posición en el tiempo y una duración de la ventana de tiempo de expectativa basándose en un retardo de respuesta y una precisión de muestreo de tiempo del transpondedor.
10. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde los niveles de confianza de una pluralidad de aeronaves (1, 2, 3) dentro de una región de interés (23) para la estación base (10) se almacenan en una matriz de credibilidad, a la que tiene acceso la estación base (10).
11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde al menos otra estación base (11) que también ejecuta el método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, tiene acceso a la matriz de credibilidad, para actualizar el contenido de la matriz de credibilidad y para hacer uso del contenido de la matriz de credibilidad cuando se verifica la información (X1, Y1; X2, Y2; X3, Y3) con respecto a la posición de una aeronave objetivo (1, 2, 2), la información (X1, Y1; X2, Y2; X3, Y3) contenida en una señal de ADS-B (20) difundida periódicamente por la aeronave objetivo (1,2, 3).
12. Estación base de ADS-B (10) adaptada para recibir una señal de ADS-B (20) difundida periódicamente por una aeronave objetivo (1) y que contiene información con respecto a la posición (X1, Y1) de la aeronave objetivo (1), en donde para validar la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20), la estación base (10) comprende
- medios de recepción (12a) para recibir la señal de ADS-B (20) desde la aeronave objetivo (1),
- medios de procesamiento (12b) para extraer la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20) , caracterizados por
- medios de monitorización (12c, 12d; 12a, 12b) para detectar, recibir y decodificar una señal de interrogación (21) desde una fuente de vigilancia secundaria (2, 3; 10, 11) dirigida a la aeronave objetivo (1) y para detectar y recibir una señal de respuesta (22) transmitida por la aeronave objetivo (1) en respuesta a la señal de interrogación (21),
- medios de procesamiento (13) adaptados para determinar un tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida (21) y de la señal de respuesta recibida (22) en la estación base (10),
- los medios de procesamiento (13) adaptados adicionalmente para determinar ventanas de tiempo de expectativa para cada una de las posibles fuentes de vigilancia secundarias (2, 3; 10, 11), en las que se espera que se reciba la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10), en donde la determinación de la ventana de tiempo de expectativa está basada en el tiempo de llegada (TOA) de la señal de interrogación recibida (21) y en la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20), - los medios de procesamiento (13) adaptados adicionalmente para determinar si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa,
- los medios de procesamiento (13) adaptados adicionalmente para potenciar el nivel de confianza de la información de posición (X1, Y1) contenida en la señal de ADS-B (20), si se recibe la señal de respuesta (22) desde la aeronave objetivo (1) por la estación base (10) durante una de las ventanas de tiempo de expectativa.
13. Estación base de ADS-B (10) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde los medios de procesamiento (13) están adaptados para ejecutar el método de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 y 7 a 10.
14. Estación base de ADS-B (10) de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde la estación base (10) es terrestre o está ubicada a bordo de un satélite.
15. Estación base de ADS-B (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 14, en donde la estación base (10) está en conexión con al menos otra estación base (11) para intercambiar información de credibilidad con respecto al nivel de confianza de la información de posición (X1, Y1; X2, Y2; X3, Y3) transmitida por diversas aeronaves (1, 2, 3) en sus respectivas señales de ADS-B (20).
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