ES2943390A1 - AIRCRAFT POSITIONING METHOD, LOCATION SYSTEM AND COMPUTER PROGRAM PROVIDING SUCH METHOD (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO DE POSICIONAMIENTO DE UNA AERONAVE, SISTEMA DE METHOD OF POSITIONING AN AIRCRAFT, SYSTEM OF
LOCALIZACIÓN Y PROGRAMA DE ORDENADOR QUE PROPORCIONA DICHOLOCATION AND COMPUTER PROGRAM PROVIDING SUCH
MÉTODOMETHOD
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION
La presente invención se enmarca dentro de los métodos y sistemas para proporcionar a las aeronaves el posicionamiento y las indicaciones necesarias para proceder a la maniobra de aterrizaje.The present invention is part of the methods and systems to provide aircraft with the positioning and indications necessary to proceed with the landing maneuver.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
La maniobra de aterrizaje es la más delicada en la operativa de una aeronave, debido a lo delicado que es tomar tierra con una trayectoria y velocidad adecuadas, teniendo en cuenta el flujo de aire en las cercanías de las pistas y los sistemas de ayuda.The landing maneuver is the most delicate in the operation of an aircraft, due to how delicate it is to land with an adequate trajectory and speed, taking into account the air flow in the vicinity of the runways and the aid systems.
Con respecto a estos últimos, existen dos tipos de ayuda al aterrizaje, uno de ellos actúa en las fases iniciales de la aproximación (las balizas de larga distancia, media distancia y corta distancia) y otros sistemas, como el ILS (Instrumental Landing System), que sirven para indicar al piloto la desviación media sobre una trayectoria recta que termina en la pista.With respect to the latter, there are two types of landing aids, one of them acts in the initial phases of the approach (long-distance, medium-distance and short-distance beacons) and other systems, such as the ILS (Instrumental Landing System) , which serve to indicate to the pilot the mean deviation on a straight trajectory that ends on the runway.
Las tolerancias verticales requeridas para una aproximación ILS están especificadas en el Anexo 10 del volumen 1 del Convenio Internacional de la ICAO (International Civil Aviation Organization), y sus valores oscilan entre 6 metros y 1,2 metros, dependiendo de la categoría del equipo. Estos equipos, tienen un elevado coste de montaje y mantenimiento.The vertical tolerances required for an ILS approach are specified in Annex 10 of volume 1 of the International Convention of the ICAO (International Civil Aviation Organization), and their values range between 6 meters and 1.2 meters, depending on the category of equipment. These equipments have a high cost of assembly and maintenance.
Los sistemas de localización por satélite tradicionales no pueden usarse por sí solos, ya que sólo aportan precisión en las coordenadas de superficie, pero no en la de altura, por lo que no pueden proporcionar información fiable que permita al piloto conocer en qué punto se encuentra con respecto a la pista de aterrizaje.Traditional satellite positioning systems cannot be used on their own, since they only provide precision in surface coordinates, but not in height, so they cannot provide reliable information that allows the pilot to know where he is. with respect to the runway.
La presente invención aporta una solución alternativa a las ya conocidas. The present invention provides an alternative solution to those already known.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
A menos que se defina de otra manera, todos los términos (tanto los científicos como los técnicos) que se usan en este documento han de ser interpretados como lo haría un experto en la materia. Se entenderá, por tanto, que los términos de uso común deben ser interpretados de la manera que lo haría un conocedor de la materia, y no de un modo idealizado o estrictamente formal.Unless otherwise defined, all terms (both scientific and technical) used in this document are to be interpreted as would be by a person skilled in the art. It will be understood, therefore, that the terms in common use must be interpreted in the way that an expert on the subject would, and not in an idealized or strictly formal way.
A lo largo del texto, la palabra "comprende” (y sus derivados, como "comprendiendo”) no deben ser entendidos de un modo excluyente, sino que deben ser entendidos en el sentido en que admiten la posibilidad de que lo definido pueda incluir elementos o etapas adicionales.Throughout the text, the word "comprises" (and its derivatives, such as "comprising") must not be understood in an exclusive way, but must be understood in the sense that they admit the possibility that what is defined may include elements or additional stages.
Un objeto de la presente invención se refiere a un método de posicionamiento de una aeronave mediante un dispositivo de posicionamiento comprendido a bordo de la aeronave, donde la aeronave comprende un tren de aterrizaje y el dispositivo de posicionamiento comprende una memoria de almacenamiento, una base de datos con valores de ondulación del geoide de unas zonas de interés y una base de datos de una serie de aeródromos, comprendiendo la base de datos para cada aeródromo una serie de puntos de referencia para la aproximación y el aterrizaje, comprendiendo el método las etapas deAn object of the present invention refers to a method of positioning an aircraft by means of a positioning device included on board the aircraft, where the aircraft comprises a landing gear and the positioning device comprises a storage memory, a database data with geoid undulation values of areas of interest and a database of a series of aerodromes, the database for each aerodrome comprising a series of reference points for approach and landing, the method comprising the stages of
adquirir datos de posición de la aeronave que incluyen una altura elipsoidal y calcular, a partir de la altura elipsoidal y de los valores de ondulación del geoide, la altitud ortométrica de la aeronaveacquire aircraft position data including an ellipsoidal height and calculate, from the ellipsoidal height and geoid undulation values, the orthometric altitude of the aircraft
calcular, a partir de los datos de posición de la aeronave y de la altitud ortométrica de la aeronave, datos tridimensionales de posición del tren de aterrizaje, incluyendo la altitud ortométrica del tren de aterrizajecompute, from aircraft position data and aircraft orthometric altitude, three-dimensional landing gear position data, including landing gear orthometric altitude
convertir los datos tridimensionales de posición del tren de aterrizaje y los datos de puntos de referencia para la aproximación y aterrizaje a coordenadas planas topográficas generar una trayectoria de referencia a partir de los puntos de referencia para aproximación y aterrizajeconvert three-dimensional landing gear position data and approach and landing fix data to planar survey coordinates generate a reference path from the approach and landing fix points
calcular la desviación horizontal y vertical de los datos tridimensionales de posición del tren de aterrizaje con respecto a la trayectoria de referenciacalculate the horizontal and vertical deviation of the three-dimensional landing gear position data from the reference path
presentar información relativa a la desviación horizontal y vertical. present information regarding horizontal and vertical deviation.
El dispositivo de posicionamiento adquiere datos de posición de la aeronave. Estos datos son la longitud, la latitud y la altura elipsoidal. En realizaciones particulares, la aeronave posee una serie de equipamiento propio, tal como sensores inerciales, que le permiten calcular también la actitud (cabeceo, balanceo y guiñada). Gracias a estos datos, se puede calcular la posición tridimensional del tren de aterrizaje. El dispositivo de posicionamiento está configurado para calcular la velocidad, la distancia, el rumbo al punto de aterrizaje y la altitud ortométrica a partir de los datos de posición recibidos, de la base de datos de los aeródromos y del modelo de ondulación del geoide en uso.The positioning device acquires position data from the aircraft. These data are longitude, latitude, and ellipsoidal height. In particular embodiments, the aircraft has a series of its own equipment, such as inertial sensors, which allow it to also calculate the attitude (pitch, roll and yaw). Thanks to these data, the three-dimensional position of the landing gear can be calculated. The positioning device is configured to calculate speed, distance, bearing to landing point and orthometric altitude from the received position data, the aerodrome database and the current geoid undulation model. .
De cara a la comprensión de la presente invención, se definirán los términos de altitud ortométrica y la elevación ortométrica con respecto al modelo de geoide en uso, ya que serán usados durante la descripción de la presente invención.In order to understand the present invention, the terms orthometric altitude and orthometric elevation will be defined with respect to the geoid model in use, as they will be used during the description of the present invention.
Por lo tanto, se define la altitud ortométrica como la distancia vertical entre un objeto (como, por ejemplo, la aeronave) y el modelo de geoide en uso. Asimismo, se define la elevación ortométrica como la distancia vertical entre el terreno y el modelo de geoide en uso. La altura de la aeronave, por tanto, será la diferencia entre su altitud ortométrica y la elevación ortométrica del terreno que está sobrevolando.Therefore, orthometric altitude is defined as the vertical distance between an object (such as aircraft) and the geoid model in use. Likewise, the orthometric elevation is defined as the vertical distance between the terrain and the geoid model in use. The height of the aircraft, therefore, will be the difference between its orthometric altitude and the orthometric elevation of the terrain it is flying over.
En realizaciones particulares, a la hora de generar la trayectoria de referencia, se escoge primero una de las rutas de aproximación establecida en las cartas de aproximación oficiales del aeropuerto. A partir de esa ruta de aproximación elegida, se genera la trayectoria de referencia, que será utilizada como objetivo frente al cual comparar la posición real de la aeronave dada por el dispositivo de posicionamiento.In particular embodiments, when generating the reference trajectory, one of the approach routes established in the airport's official approach charts is first chosen. From this chosen approach route, the reference trajectory is generated, which will be used as a target against which to compare the actual position of the aircraft given by the positioning device.
En realizaciones particulares, el método incluye adicionalmente la etapa de que el dispositivo almacena en su memoria de almacenamiento, entre otros, los datos de posición, velocidad y actitud de la aeronave, así como las desviaciones y distancias calculadas.In particular embodiments, the method additionally includes the step that the device stores in its storage memory, among others, the position, speed and attitude data of the aircraft, as well as the calculated deviations and distances.
La invención incorpora una base de datos con todos los modelos de geoide locales o regionales de los países de interés de manera que, en tiempo real, sustituye el valor de la ondulación del geoide global enviado por el receptor GNSS, por el del modelo local, calculando la altitud ortométrica y ofreciendo así una mayor exactitud en dicho valor. The invention incorporates a database with all the local or regional geoid models of the countries of interest in such a way that, in real time, it replaces the global geoid undulation value sent by the GNSS receiver with that of the local model, calculating the orthometric altitude and thus offering greater accuracy in said value.
De este modo, el piloto cuenta con una localización mucho más precisa de su posición, incluyendo la altitud ortométrica, lo cual le permite conocer la desviación frente a cualquier trayectoria generada para ayudarle al aterrizaje hasta el punto de contacto con la pista.In this way, the pilot has a much more precise location of his position, including orthometric altitude, which allows him to know the deviation from any generated trajectory to help him land up to the point of contact with the runway.
Con este método, se proporcionan indicaciones mucho más precisas y completas para ayudar al piloto a llegar hasta la pista e incluso dirigirse por ella. Esto es muy importante en condiciones de baja visibilidad, donde el piloto no tiene una referencia directa de la posición de la pista de aterrizaje.With this method, much more accurate and comprehensive guidance is provided to help the pilot get to and even navigate the runway. This is very important in low visibility conditions, where the pilot does not have a direct reference to the position of the runway.
En realizaciones particulares, la base de datos para cada aeródromo comprende adicionalmente datos del perfil de pista y los puntos de referencia incluyen puntos del perfil de pista.In particular embodiments, the database for each aerodrome further comprises runway profile data and the fix points include runway profile points.
De este modo, se puede obtener una precisión mucho mejor sobre los datos reales de la pista, su inclinación, etc.In this way, much better precision can be obtained on the actual data of the track, its inclination, etc.
En realizaciones particulares, las coordenadas planas topográficas a las que se convierten los datos de posición y altitud ortométrica del tren de aterrizaje, del punto de aterrizaje y de los puntos de referencia de aproximación están centradas en el punto de aterrizaje.In particular embodiments, the topographic plane coordinates to which the orthometric position and altitude data of the landing gear, the landing point, and the approach fix points are converted are centered on the landing point.
De este modo, se consigue la mayor precisión posible para la maniobra de aterrizaje, pudiendo proporcionar las indicaciones necesarias con un menor coste computacional.In this way, the highest possible precision for the landing maneuver is achieved, being able to provide the necessary indications with a lower computational cost.
En realizaciones particulares, el método comprende adicionalmente la etapa de realizar una interpolación bilineal de los valores de ondulación del geoide utilizado. De este modo, se consigue darle continuidad a la superficie y poder computarla en todo momento en tiempo real.In particular embodiments, the method additionally comprises the step of performing a bilinear interpolation of the undulation values of the geoid used. In this way, it is possible to give continuity to the surface and to be able to compute it at all times in real time.
En realizaciones particulares, la etapa de adquirir datos de posición, velocidad y actitud de la aeronave se realiza mediante un receptor de Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) y un sensor inercial.In particular embodiments, the step of acquiring aircraft position, speed and attitude data is performed by means of a Global Navigation Satellite System (GNSS) receiver and an inertial sensor.
El receptor GNSS puede funcionar en modo autónomo (sin ninguna corrección de datos adicional) o puede incorporar una o varias de las siguientes fuentes de mejora de la precisión de la posición, dependiendo de la disponibilidad de datos en la zona de aterrizaje. De menor a mayor precisión en altura serían: The GNSS receiver can operate in stand-alone mode (without any additional data correction) or can incorporate one or more of the following sources of position accuracy enhancement, depending on data availability at the landing zone. From lower to higher precision in height they would be:
recepción de señal Satellite Based Augmentation System (SBAS), recepción de corrección satélite ajena (L-Band),Satellite Based Augmentation System (SBAS) signal reception, third-party satellite correction reception (L-Band),
modo RTK con estaciones ajenas (NTRIP) yRTK mode with foreign stations (NTRIP) and
modo RTK con estación propia en la instalación del aeródromo.RTK mode with own station at the aerodrome facility.
En cualquier modo, incluido el autónomo, las precisiones alcanzadas en altura son varios órdenes mayores que las tolerancias admitidas por la ICAO para una aproximación aeronáutica con ILS.In any mode, including the autonomous one, the precisions achieved in height are several orders greater than the tolerances admitted by the ICAO for an aeronautical approach with ILS.
En realizaciones particulares, el Sistema Global de Navegación por Satélite es multifrecuencia y multiconstelación.In particular embodiments, the Global Navigation Satellite System is multi-frequency and multi-constellation.
En realizaciones particulares, el sistema puede funcionar en parte o la totalidad de sus modos de precisión en cualquier lugar de la Tierra.In particular embodiments, the system can operate in part or all of its precision modes anywhere on Earth.
En realizaciones particulares, la invención cuenta con un sistema de comunicaciones que le permite comunicarse con cualquier dispositivo a bordo de la aeronave incorporando a la programación el datagrama adecuado, o bien transmitir la posición espacial durante cualquier momento de la navegación desde cualquier lugar de la Tierra.In particular embodiments, the invention has a communications system that allows it to communicate with any device on board the aircraft by incorporating the appropriate datagram into the programming, or to transmit the spatial position during any moment of navigation from anywhere on Earth. .
En un segundo aspecto inventivo, la presente invención presenta un sistema de localización configurado para llevar a cabo las etapas de un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el sistema:In a second inventive aspect, the present invention presents a location system configured to carry out the steps of a method according to any of the preceding claims, the system comprising:
- Un receptor Sistema Global de Navegación por Satélite multifrecuencia y multiconstelación, de alta precisión;- A high-precision multi-frequency and multi-constellation Global Navigation Satellite System receiver;
- Unos medios de procesamiento configurados para llevar a cabo las etapas de calcular la altitud ortométrica, convertir las coordenadas geográficas a coordenadas planas topográficas, generar líneas de referencia y calcular las desviaciones y distancias;- Some processing means configured to carry out the steps of calculating the orthometric altitude, converting the geographic coordinates to topographic plane coordinates, generating reference lines and calculating the deviations and distances;
- Un sensor inercial configurado para informar sobre la orientación de la aeronave en los tres ángulos del espacio;- An inertial sensor configured to inform about the orientation of the aircraft in the three angles of space;
- Unos medios de almacenamiento configurados para almacenar modelos de geoide y datos de aeródromos, así como para registrar los datos del vuelo;- A storage means configured to store geoid models and aerodrome data, as well as to record flight data;
- Una pantalla para la visualización de los indicadores de ayuda al aterrizaje;- A screen for displaying the landing aid indicators;
- Un sistema de comunicaciones de datos configurado para emitir y/o recibir en UHF, VHF, LTE, L-Band, etc; - A data communications system configured to emit and/or receive in UHF, VHF, LTE, L-Band, etc;
- Un sistema de comunicaciones inalámbricas;- A wireless communications system;
- Un puerto de comunicaciones del tipo adecuado para comunicarse con otros dispositivos de la propia aeronave.- A communications port of the appropriate type to communicate with other devices on the aircraft itself.
En realizaciones particulares, el sistema de comunicaciones inalámbricas comprende - Un punto de acceso Wifi, incluyendo un servidor web, para configuración del sistema.In particular embodiments, the wireless communications system comprises - A Wifi access point, including a web server, for system configuration.
- Una conexión inalámbrica Bluetooth para depuración y operaciones de diagnóstico. - Un receptor LTE para la recepción de la señal RTK con estaciones ajenas.- A wireless Bluetooth connection for debugging and diagnostic operations. - An LTE receiver to receive the RTK signal with foreign stations.
- Un puerto USB para el envío de los datos de ayuda al aterrizaje a otros dispositivos propios de la aeronave.- A USB port for sending landing aid data to other devices on the aircraft.
El sistema de comunicaciones de datos es adecuado para comunicar el dispositivo de posicionamiento con el exterior (para recibir las correcciones y transmitir la posición en tiempo real). Los sistemas de comunicaciones inalámbricos son para configurar el equipo a través de cualquier dispositivo con esos sistemas (ordenador, Tablet, móvil...). El puerto de comunicaciones es para comunicar el equipo con otros dispositivos del interior de la aeronave. De este modo, el sistema es capaz de comunicarse tanto con el piloto y el resto de sistemas de la aeronave como con estaciones externas, como la torre de control o estaciones transmisoras de datos de mejora de la precisión de la posición, situadas tanto en el propio aeródromo, como ajenas a él.The data communications system is suitable to communicate the positioning device with the outside (to receive the corrections and transmit the position in real time). Wireless communication systems are for configuring the equipment through any device with these systems (computer, tablet, mobile...). The communications port is to communicate the equipment with other devices inside the aircraft. In this way, the system is capable of communicating both with the pilot and the rest of the aircraft's systems, as well as with external stations, such as the control tower or data transmitter stations to improve position accuracy, located both in the own aerodrome, as foreign to it.
En sucesivos aspectos de la invención, se presenta también un programa de ordenador que comprende instrucciones tales que, cuando el programa es ejecutado en un ordenador, provoca que el ordenador lleve a cabo las etapas de calcular altitud ortométrica, convertir a coordenadas planas topográficas, generar líneas de referencia y calcular desviaciones según el primer aspecto inventivo. El programa de ordenador es un firmware propietario. También se presenta un soporte de almacenamiento legible por un ordenador que comprende instrucciones tales que, cuando el soporte es ejecutado en un ordenador, provoca que el ordenador lleve a cabo las etapas de calcular altitud ortométrica, convertir a coordenadas planas topográficas, generar líneas de referencia y calcular desviaciones y distancias según el primer aspecto inventivo. In further aspects of the invention, a computer program is also presented comprising instructions such that, when the program is executed on a computer, it causes the computer to perform the steps of calculating orthometric altitude, converting to topographic plane coordinates, generating reference lines and calculating deviations according to the first inventive aspect. The computer program is a proprietary firmware. Also presented is a computer-readable storage medium comprising instructions such that, when the medium is executed on a computer, it causes the computer to carry out the steps of calculating orthometric altitude, converting to topographic planar coordinates, generating reference lines and calculating deviations and distances according to the first inventive aspect.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Para completar la descripción y facilitar la mejor comprensión de la invención, se añade a la descripción un conjunto de figuras. Estas figuras forman parte de la descripción e ilustran un ejemplo particular de la invención, que no debe ser interpretado como limitante del alcance de la misma, sino como un mero ejemplo de cómo la invención se puede llevar a cabo. Este conjunto de figuras comprende las siguientes:To complete the description and facilitate a better understanding of the invention, a set of figures is added to the description. These figures form part of the description and illustrate a particular example of the invention, which should not be interpreted as limiting its scope, but as a mere example of how the invention can be carried out. This set of figures includes the following:
La Figura 1 muestra ciertos conceptos de posicionamiento que serán de utilidad a la hora de explicar el contexto de la invención.Figure 1 shows certain positioning concepts that will be useful when explaining the context of the invention.
La Figura 2 muestra un sistema de localización de acuerdo con la invención.Figure 2 shows a location system according to the invention.
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, las citadas Figuras se acompañan de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:In order to help a better understanding of the technical characteristics of the invention, the aforementioned Figures are accompanied by a series of numerical references where, with an illustrative and non-limiting nature, the following is represented:
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La Figura 1 muestra ciertos conceptos de posicionamiento que serán de utilidad a la hora de explicar el contexto de la invención.Figure 1 shows certain positioning concepts that will be useful when explaining the context of the invention.
En esta figura, se observa una aeronave 1 que recibe los datos de posicionamiento de una red de satélites 2. De este modo, puede triangular sus coordenadas superficiales (la proyección de su posición sobre la superficie terrestre). Sin embargo, no recibe información suficiente para determinar su altura con precisión.In this figure, we can see an aircraft 1 that receives positioning data from a network of satellites 2. In this way, it can triangulate its surface coordinates (the projection of its position on the earth's surface). However, it does not receive enough information to accurately determine its height.
Con respecto a la altura, hay que definir los sistemas de referencia que se utilizan. En la práctica habitual, hay dos conceptos relacionados pero diferentes: el elipsoide y el geoide.Regarding the height, it is necessary to define the reference systems that are used. In common practice, there are two related but different concepts: the ellipsoid and the geoid.
El elipsoide 3 es una figura puramente geométrica: se intenta asimilar la forma de la tierra a un elipsoide de revolución (no se trata de una esfera perfecta, sino de una figura de revolución ligeramente achatada por los polos). Esta definición es muy sencilla, ya que sólo necesita saber el valor de los tres semiejes que definen un elipsoide.Ellipsoid 3 is a purely geometric figure: it tries to assimilate the shape of the earth to an ellipsoid of revolution (it is not a perfect sphere, but a figure of revolution slightly flattened by the poles). This definition is very simple, since you only need to know the value of the three semi-axes that define an ellipsoid.
El geoide 4 es una figura más compleja de definir, ya que se basa en las irregularidades concretas de cada lugar del planeta. El geoide se define como una superficie de nivel equipotencial del campo gravitatorio terrestre. Esta superficie equipotencial es la superficie de referencia para la altitud. Como esta figura presenta una definición matemática muy compleja, lo que se hace es partir del elipsoide y definir en cada punto de la Tierra la diferencia de altitud entre el geoide y el elipsoide. Esta diferencia es lo que se conoce como “ondulación del geoide” 5. La densidad de puntos de estos modelos dependerá de la extensión que ocupe (local, regional, continental, ...) y de la aplicación para la que se haya determinado.Geoid 4 is a more complex figure to define, since it is based on the specific irregularities of each place on the planet. The geoid is defined as an equipotential level surface of the earth's gravitational field. This equipotential surface is the reference surface for altitude. As this figure presents a very complex mathematical definition, what is done is starting from the ellipsoid and defining at each point on Earth the difference in altitude between the geoid and the ellipsoid. This difference is known as “geoid undulation” 5. The density of points in these models will depend on the extent it occupies (local, regional, continental,...) and the application for which it has been determined.
Una vez definida la ondulación del geoide, falta añadir la altitud ortométrica, que es la distancia vertical de cualquier objeto sobre la superficie equipotencial del geoide 4. Así, se podrá definir, por ejemplo, la altitud ortométrica 16 de la aeronave 1. De un modo semejante, se define la elevación ortométrica como la distancia vertical entre la superficie topográfica sobre la superficie equipotencial del geoide 4. En esta figura se representa tanto la elevación ortométrica del terreno 11 como la altitud ortométrica de la aeronave 16. Con esta altitud ortométrica de la aeronave 16 se puede calcular la altura 12 de la aeronave, entendida como la diferencia entre la altitud ortométrica 16 de la aeronave 1 y la elevación ortométrica 11 del terreno sobrevolado por la aeronave 1. Estos conceptos serán útiles en comparación con los distintos puntos de referencia del aeródromo para las operaciones de aproximación y toma de tierra.Once the undulation of the geoid has been defined, it remains to add the orthometric altitude, which is the vertical distance of any object on the equipotential surface of geoid 4. Thus, it will be possible to define, for example, the orthometric altitude 16 of aircraft 1. From a Similarly, the orthometric elevation is defined as the vertical distance between the topographic surface on the equipotential surface of the geoid 4. This figure represents both the orthometric elevation of the terrain 11 and the orthometric altitude of the aircraft 16. With this orthometric altitude of aircraft 16, the height 12 of the aircraft can be calculated, understood as the difference between the orthometric altitude 16 of aircraft 1 and the orthometric elevation 11 of the terrain flown over by the aircraft 1. These concepts will be useful in comparison with the different reference points of the aerodrome for approach and touchdown operations.
Debido a la gran cantidad de datos que supone la definición del geoide, existen modelos de geoide locales o regionales, que aportan datos más precisos y densos, pero sólo en una región concreta del planeta.Due to the large amount of data involved in the definition of the geoid, there are local or regional geoid models that provide more precise and dense data, but only in a specific region of the planet.
El método de la invención utiliza una base de datos con todos los modelos de geoide locales o regionales de los países de interés de manera que, en tiempo real, se utilizan los datos de posicionamiento obtenidos por la navegación por satélite y se corrige el valor de altitud (que, recordemos, es el valor no fiable de este método de posicionamiento) por el valor de altitud ortométrica calculada en relación a la ondulación del geoide del modelo local. De este modo, se ofrecen precisiones verticales que se han evaluado entre 3,5 metros en modo autónomo y 2 cm en modo RTK al 95% de probabilidad en pruebas de tierra y vuelo.The method of the invention uses a database with all the local or regional geoid models of the countries of interest so that, in real time, the positioning data obtained by satellite navigation is used and the value of altitude (which, remember, is the unreliable value of this positioning method) by the orthometric altitude value calculated in relation to the undulation of the local model geoid. This offers vertical accuracies that have been evaluated between 3.5 meters in autonomous mode and 2 cm in RTK mode at 95% probability in ground and flight tests.
El método completo conlleva una serie de etapas que se llevan a cabo cuando la aeronave está en la senda de aterrizaje y despliega el tren de aterrizaje.The entire method involves a series of steps that are performed when the aircraft is on the landing path and deploys the landing gear.
La aeronave dispone de un sistema de posicionamiento adecuado para llevar a cabo estas etapas. Este sistema de posicionamiento cuenta con una memoria de almacenamiento en el que se proporciona una base de datos con datos de ondulación de geoide y elevación ortométrica de una zona de interés en la que se encuentra la aeronave, un punto de aterrizaje y unos puntos de referencia de aproximación, además del perfil de la pista, ya que ésta puede no ser totalmente horizontal y la altura de la aeronave con respecto a la pista dependerá del punto exacto de la pista donde la aeronave toque tierra. La base de datos cuenta con diferentes modelos de geoide locales, eligiéndose el más adecuado en cada momento.The aircraft has an adequate positioning system to carry out these steps. This positioning system has a storage memory in which a database is provided with geoid undulation data and orthometric elevation of an area of interest in which the aircraft is located, a landing point and reference points. approach, in addition to the profile of the runway, since it may not be completely horizontal and the height of the aircraft with respect to the runway will depend on the exact point on the runway where the aircraft touches down. The database has different local geoid models, choosing the most appropriate at each moment.
El sistema de posicionamiento adquiere, por medio de un receptor de Sistema Global de Navegación por Satélite multifrecuencia y multiconstelación y de un sensor inercial, datos sobre la posición, velocidad y actitud de la aeronave. De este modo, se conoce la proyección de la posición de la aeronave sobre la superficie terrestre y la altura elipsoidal, que es la proporcionada por el Sistema Global de Navegación por Satélite. Con este dato y los datos de ondulación de geoide local se obtiene la altitud ortométrica corregida por el geoide local. Debido a que la geometría de la aeronave es conocida y gracias al sensor inercial, se puede obtener la posición del tren de aterrizaje, que es realmente el elemento que tiene que seguir una trayectoria adecuada hasta su contacto con la pista de aterrizaje.The positioning system acquires, by means of a multi-frequency and multi-constellation Global Navigation Satellite System receiver and an inertial sensor, data on the position, speed and attitude of the aircraft. In this way, the projection of the position of the aircraft on the earth's surface and the ellipsoidal height are known, which is the one provided by the Global Navigation Satellite System. With this data and the local geoid undulation data, the orthometric altitude corrected by the local geoid. Since the geometry of the aircraft is known and thanks to the inertial sensor, the position of the landing gear can be obtained, which is really the element that has to follow a suitable trajectory until it contacts the runway.
Esta etapa de obtener datos de navegación puede realizarse en distintos modos de precisión, dependiendo del tipo de correcciones que se utilicen. Existen correcciones gratuitas, de pago e incluso, sistemas de transmisión de correcciones proporcionados por estaciones del propio aeródromo.This stage of obtaining navigation data can be performed in different precision modes, depending on the type of corrections that are used. There are free corrections, paid corrections and even correction transmission systems provided by stations at the aerodrome itself.
Los modelos de geoide local considerados en la presente invención están basados en una cuadrícula más o menos densa de puntos, a los que se les asigna el valor de la ondulación del geoide en cada punto. Esto supone la existencia de pequeños saltos en la altitud cuando se pasa del área de influencia de un punto de la cuadrícula a otro. Para evitar esto, el sistema incorpora un proceso de interpolación bilineal con objeto de darle continuidad al dato y eliminar dichos saltos.The local geoid models considered in the present invention are based on a more or less dense grid of points, to which the value of the geoid undulation at each point is assigned. This assumes the existence of small jumps in altitude when moving from the area of influence from one grid point to another. To avoid this, the system incorporates a bilinear interpolation process in order to give continuity to the data and eliminate said jumps.
Además, hay aeródromos que usan un valor de ondulación del geoide fijo para toda la longitud de la pista. En este caso, se puede configurar para que use dicho dato, en lugar del modelo de geoide correspondiente.In addition, there are aerodromes that use a fixed geoid undulation value for the entire length of the runway. In this case, it can be configured to use that data, instead of the corresponding geoid model.
Una vez que se han calculado los datos de posición y altitud ortométrica del tren de aterrizaje, se convierten estos datos, junto con los datos del punto de aterrizaje y de los puntos de referencia de aproximación a coordenadas planas topográficas centradas en el punto de aterrizaje.Once the landing gear orthometric altitude and position data have been calculated, these data are converted, together with the landing point and approach fix data, to topographic plane coordinates centered on the landing point.
Una vez que se dispone de ese sistema de referencia centrado en el punto de aterrizaje, se generan líneas de referencia que pasen por los puntos de referencia y lleguen al punto de aterrizaje. Debido a que la posición del tren de aterrizaje es conocida en todo momento, es sencillo calcular las desviaciones horizontal y vertical del tren de aterrizaje con respecto a estas líneas de referencia, así como la distancia hasta el punto al que se dirige.Once that reference system centered on the landing point is available, reference lines are generated that pass through the reference points and arrive at the landing point. Since the position of the landing gear is known at all times, it is easy to calculate the horizontal and vertical deviations of the landing gear with respect to these reference lines, as well as the distance to the point where it is going.
La Figura 2 muestra un sistema de localización de acuerdo con la invención. Este sistema comprende los elementos necesarios para llevar a cabo un método según se ha descrito anteriormente. Figure 2 shows a location system according to the invention. This system comprises the elements necessary to carry out a method as described above.
En primer lugar, el sistema comprende un receptor Sistema Global de Navegación por Satélite multifrecuencia y multiconstelación de alta precisión 6 y un sensor inercial 7 de 9 ejes o grados de libertad. Estos elementos se utilizan para obtener los datos de posicionamiento, velocidad y actitud de la aeronave.In the first place, the system comprises a high-precision multi-frequency and multi-constellation Global Navigation Satellite System receiver 6 and an inertial sensor 7 with 9 axes or degrees of freedom. These elements are used to obtain the positioning, speed and attitude data of the aircraft.
En segundo lugar, el sistema comprende un procesador 8 configurado para llevar a cabo las etapas de calcular altitud ortométrica, convertir a coordenadas planas topográficas, generar líneas de referencia y calcular desviaciones. Estas etapas de cálculo se llevan a cabo mediante el procesador 8, que es capaz de recibir información, procesarla y aportar estos resultados concretos en tiempo real.Secondly, the system comprises a processor 8 configured to carry out the steps of calculating orthometric altitude, converting to topographic plane coordinates, generating reference lines and calculating offsets. These calculation stages are carried out by the processor 8, which is capable of receiving information, processing it and providing these specific results in real time.
El procesador comprende una memoria de almacenamiento 14, configurada para almacenar todos los modelos de geoide que fueran necesarios, de modo que, en cada momento, se pueda conocer la altitud ortométrica precisa, asociada a unas coordenadas determinadas, ya sea de superficie o en el espacio.The processor comprises a storage memory 14, configured to store all the geoid models that are necessary, so that, at any moment, the precise orthometric altitude can be known, associated with certain coordinates, either on the surface or on the ground. space.
En caso de que el modelo de geoide sea demasiado extenso, dicho modelo es dividido en zonas más pequeñas y manejables por el propio procesador, manteniendo en la memoria RAM del procesador sólo el archivo de la zona en la que se encuentra la aeronave y los que la rodean, permitiendo así el manejo de modelos de gran tamaño en un procesador de poca capacidad de memoria. Se favorece así la posibilidad de una mayor miniaturización del método de la invención para su uso en todo tipo de plataformas, incluidos pequeños drones.In the event that the geoid model is too large, said model is divided into smaller and more manageable zones by the processor itself, keeping in the processor's RAM memory only the file of the zone in which the aircraft is located and those that surround it, thus allowing the handling of large models in a processor with little memory capacity. Thus, the possibility of a greater miniaturization of the method of the invention for its use in all types of platforms, including small drones, is favored.
Esta memoria de almacenamiento 14 contiene, además, la base de datos de los aeródromos de interés, con las coordenadas de todos los puntos de referencia y aterrizaje, rutas de aproximación, perfil de la pista, etc.This storage memory 14 also contains the database of the aerodromes of interest, with the coordinates of all the reference and landing points, approach routes, runway profile, etc.
También sirve esta memoria 14 para almacenar todos los datos del vuelo: posición, velocidad y actitud de la aeronave, desviaciones horizontal y vertical y distancias calculadas durante la maniobra de aterrizaje, así como todos aquellos datos considerados de interés.This memory 14 is also used to store all the flight data: position, speed and attitude of the aircraft, horizontal and vertical deviations and distances calculated during the landing manoeuvre, as well as all data considered of interest.
El sistema comprende una pantalla 9 para la visualización de los indicadores de ayuda al aterrizaje, que muestra, entre otras, las desviaciones con respecto a las líneas virtuales definidas por el procesador y la distancia al punto de referencia al que se dirige. The system includes a screen 9 for displaying the landing aid indicators, which shows, among others, the deviations with respect to the virtual lines defined by the processor and the distance to the reference point to which it is heading.
El sistema comprende un sistema de comunicaciones 15 para transmisión y recepción de datos externos, incluidas las correcciones de mejora de la posición, ya sea UHF, VHF, LTE, L-Band, etc.The system comprises a communications system 15 for transmission and reception of external data, including position improvement corrections, be it UHF, VHF, LTE, L-Band, etc.
Por último, el sistema comprende diversos puertos de comunicaciones 10, adecuados para comunicarse con otros dispositivos propios de la aeronave y con el propio piloto. Dichos puertos de comunicaciones 10 comprenden, entre otros,Lastly, the system includes various communication ports 10, suitable for communicating with other devices belonging to the aircraft and with the pilot himself. Said communication ports 10 comprise, among others,
- Un punto de acceso Wifi, incluyendo un servidor web, para configuración del sistema.- A Wifi access point, including a web server, for system configuration.
- Una conexión inalámbrica Bluetooth para depuración y operaciones de diagnóstico. - Un puerto de comunicaciones serie para el envío de los datos de ayuda al aterrizaje a otros dispositivos propios de la aeronave. Este puerto puede ser de diversos formatos, como ethernet, RS-232, RS-422/485, CAN, USB, etc.- A wireless Bluetooth connection for debugging and diagnostic operations. - A serial communications port for sending landing aid data to other devices of the aircraft. This port can be of various formats, such as ethernet, RS-232, RS-422/485, CAN, USB, etc.
Este sistema es perfectamente adecuado para recibir los datos del exterior y proporcionar al piloto indicaciones claras y precisas acerca de su desviación con respecto a la trayectoria ideal de aterrizaje. This system is perfectly adequate to receive data from the outside and provide the pilot with clear and precise indications about his deviation from the ideal landing path.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202131139A ES2943390A1 (en) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | AIRCRAFT POSITIONING METHOD, LOCATION SYSTEM AND COMPUTER PROGRAM PROVIDING SUCH METHOD (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202131139A ES2943390A1 (en) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | AIRCRAFT POSITIONING METHOD, LOCATION SYSTEM AND COMPUTER PROGRAM PROVIDING SUCH METHOD (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2943390A1 true ES2943390A1 (en) | 2023-06-12 |
Family
ID=86688966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202131139A Withdrawn ES2943390A1 (en) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | AIRCRAFT POSITIONING METHOD, LOCATION SYSTEM AND COMPUTER PROGRAM PROVIDING SUCH METHOD (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2943390A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1860456A1 (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-28 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for radar aided aircraft positioning for approaches and landings |
| WO2021166610A1 (en) * | 2020-02-05 | 2021-08-26 | 合同会社サウザンズ | Aircraft landing guidance support system, and aircraft landing integrated support system including same |
-
2021
- 2021-12-10 ES ES202131139A patent/ES2943390A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2943390 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230612 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20230927 |