ES3041598T3 - Device and system for the reception of ads-b messages by an orbiting satellite - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo (40) para la recepción de mensajes ADS-B para un satélite (11), dicho dispositivo de recepción comprende una matriz (41) de fuentes y un módulo de formación de haces (42), una huella de un campo de visión que define un área de servicio, estando diferentes áreas de servicio asociadas con diferentes posiciones del satélite, una huella de un haz que define un punto en el área de servicio, dicho módulo de formación de haces está configurado para formar cada haz aplicando coeficientes de combinación, dicho dispositivo de recepción comprende un circuito de procesamiento (43) configurado para obtener información representativa de una posición del satélite y para modificar un conjunto de coeficientes de combinación para adaptar el área superficial y/o la forma de los puntos que se forman a una distribución geográfica de la aeronave dentro del área de servicio asociada con la posición del satélite. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y sistema de recepción de mensajes ADS-B por un satélite en órbita terrestre

Sector de la técnica

La presente invención pertenece al campo de las telecomunicaciones por satélite y se refiere más concretamente a la recepción de mensajes ADS-B (“Automatic Dependent Surveillance-Broadcast”) desde un satélite en órbita terrestre alrededor de la Tierra.

Antecedentes de la invención

Hoy en día, la mayoría de las aeronaves, y más concretamente los aviones, emiten espontáneamente mensajes ADS-B.

Existen varios protocolos de capa física para los mensajes ADS-B. El más extendido se conoce con el nombre de “1090 MHz Extended Squitter” o 1090 ES y es una extensión de los transpondedores de radar Modo S que utilizan frecuencias en torno a los 1090 megahercios (MHz). También se conocen otros protocolos de capa física, entre los que cabe destacar el protocolo UAT (“Universal Access Transponder”), que utiliza frecuencias en torno a los 978 MHz, o incluso el protocolo VDL (“<v>H<f>Data Link”) Modo 4, que utiliza frecuencias en torno a los 108-118 MHz. Los mensajes ADS-B se emiten, en particular, para evitar colisiones entre aviones. De hecho, un avión que incorpora un transpondedor ADS-B emite de forma recurrente mensajes ADS-B que comprenden, en particular, la posición del avión (generalmente en forma de coordenadas GPS, “Global Positioning System”), la dirección del avión, la velocidad del avión, etc. Estos mensajes ADS-B pueden ser recibidos por cualquier avión que se encuentre dentro del alcance del avión emisor, y el avión receptor puede entonces comparar su propia posición, dirección, velocidad, etc., con las indicadas en los mensajes ADS-B recibidos, y detectar cualquier riesgo de colisión y, en su caso, informar a la tripulación de pilotaje.

Estos mensajes ADS-B también pueden ser recibidos por estaciones ADS-B terrestres, lo que permite de este modo a las autoridades de control del tráfico aéreo conocer las posiciones, direcciones, velocidades, etc., de los aviones que se encuentran dentro del alcance de las estaciones ADS-B terrestres, y utilizar esta información para mejorar significativamente el conocimiento y el control del tráfico aéreo.

Sin embargo, hay muchas zonas geográficas en las que no es posible instalar estaciones terrestres ADS-B. Es el caso, por ejemplo, de los océanos, las montañas, los desiertos, etc. Por tanto, la cobertura geográfica de la superficie terrestre para la recogida de mensajes ADS-B mediante estaciones terrestres ADS-B solo puede ser parcial.

Con el fin de aumentar la cobertura geográfica para la recogida de mensajes ADS-B, se ha propuesto incorporar dispositivos de recepción ADS-B en satélites, con el fin de completar la cobertura geográfica proporcionada por las estaciones terrestres ADS-B, o incluso sustituir dichas estaciones terrestres ADS-B. De este modo, los mensajes ADS-B emitidos por los aviones pueden ser recibidos por un satélite, que envía la información incluida en los mensajes ADS-B recibidos en el destino de una estación terrestre. Normalmente, la información incluida en los mensajes ADS-B se emite a las estaciones terrestres utilizando un protocolo de capa física diferente del protocolo ADS-B, por ejemplo, utilizando una banda de frecuencias reservada para las comunicaciones por satélite.

Sin embargo, los protocolos ADS-B no se diseñaron para que los mensajes ADS-B se recibieran desde satélites. Por lo tanto, la recepción de mensajes ADS-B desde satélites, incluidos los de órbita baja (Low Earth Orbit o LEO en la literatura anglosajona), plantea ciertas dificultades.

En particular, debido a su posición a gran altitud y a su campo de visión dirigido hacia la Tierra, un satélite es susceptible de recibir mensajes ADS-B emitidos desde zonas geográficas mucho más amplias que el alcance máximo del protocolo ADS-B en el caso de una comunicación terrestre entre dos aviones o entre un avión y una estación terrestre ADS-B. Por tanto, un satélite es susceptible de recibir mensajes ADS-B de un número de aviones mucho mayor que en el caso de una comunicación terrestre. Como resultado, la probabilidad de colisión entre mensajes ADS-B a nivel de un satélite es significativamente mayor que en el caso de una comunicación terrestre, y es muy difícil detectar mensajes ADS-B cuando el número de colisiones entre mensajes ADS-B es elevado.

Para reducir la probabilidad de colisión, se sabe que puede incorporarse una antena adaptada para formar una pluralidad de haces, cada uno de los cuales es más estrecho que el campo de visión del satélite. De este modo, la huella en el suelo de un haz, denominada “spot” (punto), se reduce en comparación con la zona de servicio definida por la huella en el suelo del campo de visión del satélite, lo que reduce, por consiguiente, el número de mensajes ADS-B susceptibles de recibirse en un haz y, por tanto, reduciendo también la probabilidad de colisión en un haz.

[Yu2020] también propone adaptar el tamaño de los haces en función de la densidad de los aviones.

Sin embargo, para poder recoger los mensajes ADS-B emitidos desde toda la zona de servicio, es necesario poder procesar simultáneamente las señales recibidas en los diferentes haces, lo que obliga a incorporar en el satélite un mayor número de módulos de procesamiento, pudiendo llegarse a incorporar tantos módulos de procesamiento como haces formados (independientemente de las cuestiones de redundancia, para las que podrían incorporarse módulos de procesamiento adicionales para paliar el fallo de un módulo de procesamiento).

Así, cuanto mayor es el número de haces, más pequeños son los puntos formados, lo que permite reducir la probabilidad de colisión en cada haz. Sin embargo, cuanto mayor es el número de haces, potencialmente mayor es el número de módulos de procesamiento que deben incorporarse al satélite, lo que aumenta desfavorablemente el volumen y la masa del satélite, así como su consumo eléctrico.

Explicación de la invención

El objetivo de la presente invención es remediar todas o parte de las limitaciones de las soluciones de la técnica anterior, en particular las expuestas anteriormente, proponiendo una solución que permita recoger mensajes ADS-B desde un satélite, al tiempo que se limita la probabilidad de colisión entre mensajes ADS-B y el número de módulos de procesamiento que deben incorporarse al satélite.

A tal efecto, y según un primer aspecto, se propone un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B para satélites en órbita terrestre alrededor de la Tierra, comprendiendo el dispositivo de recepción una red de fuentes y un módulo de formación de haces adaptado para formar haces dentro de un campo de visión de dicha red de fuentes, definiendo una huella en el suelo de dicho campo de visión una zona de servicio de dicho dispositivo de recepción, estando asociadas diferentes zonas de servicio a diferentes posiciones respectivas del satélite en la órbita terrestre, definiendo una huella en el suelo de un haz un punto dentro de la zona de servicio, estando configurado dicho módulo de formación de haces para formar cada haz combinando señales proporcionadas por la red de fuentes aplicando coeficientes de combinación. Además, dicho dispositivo de recepción comprende un circuito de procesamiento configurado para obtener información representativa de una posición del satélite en la órbita terrestre y para modificar un conjunto de coeficientes de combinación del módulo de formación de haces para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de los haces formados a una distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición de dicho satélite en órbita terrestre.

De este modo, la superficie y/o la forma de los puntos de los haces formados se adaptan dinámicamente, a medida que el satélite se desplaza por su órbita terrestre, a la distribución geográfica, conocida a priori, de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición actual de dicho satélite en su órbita terrestre.

De hecho, es posible establecer a priori un mapa de densidad de aeronaves a escala de toda o parte de la Tierra, basándose en un conocimiento a priori del tráfico aéreo. Dicho mapa de densidad de aeronaves representa, por ejemplo, la densidad media o la densidad máxima de aeronaves que sobrevuelan cada parte de la superficie terrestre. En la práctica, la probabilidad de colisión aumenta con el número de aeronaves presentes en un punto del haz. Para limitar la probabilidad de colisión, es ventajoso, por tanto, a la hora de definir los puntos del haz a formar, tener en cuenta el conocimiento a priori de la distribución geográfica teórica de las aeronaves en la zona de servicio en cuestión.

Por ejemplo, para limitar la probabilidad de colisión en los haces, es posible formar puntos de haz de diferentes superficies en función de la densidad de aeronaves en las partes respectivas de la zona de servicio en las que deben formarse los puntos. Por ejemplo, es posible formar puntos de superficie pequeña en partes con alta densidad de aeronaves y, por el contrario, formar puntos de superficie grande en partes con baja densidad de aeronaves. En algunos ejemplos, también es posible determinar la superficie y/o la forma de cada punto para garantizar que el número de aeronaves que pueden estar presentes en cada punto, según la distribución geográfica de las aeronaves en la zona de servicio, sea inferior a un valor umbral predeterminado. Dicho valor umbral es, por ejemplo, del orden de 200 aeronaves, o incluso del orden de 100 aeronaves.

Por tanto, se entiende que tener en cuenta la distribución geográfica teórica de las aeronaves en la zona de servicio en cuestión permite adaptar los haces formados al tráfico aéreo previsto en dicha zona de servicio. Esta adaptación permite, en particular, optimizar el número de haces formados, cuya superficie y/o forma pueden determinarse, por ejemplo, para tener sustancialmente la misma probabilidad de colisión en cada haz formado. Esta optimización del número de haces formados permite, por tanto, reducir las necesidades en términos de módulos de procesamiento a incorporar al satélite, ya que el número máximo de haces que deben formarse simultáneamente determina el número mínimo de módulos de procesamiento a incorporar al satélite.

De hecho, en las soluciones de la técnica anterior, los haces formados eran estáticos (no modificables dinámicamente). Sus formas y superficies se determinaban de una vez para todos y se dimensionaban para el peor de los casos. Los haces así formados estaban todos necesariamente dimensionados para limitar el número máximo de aeronaves que podían encontrarse en los puntos correspondientes, lo que imponía, en particular, tener una superficie reducida para todos los puntos de los haces y, en última instancia, un gran número de haces que formar. Según la invención, solo se forman puntos de haces de superficie reducida en las partes de la zona de servicio donde es necesario. En otros lugares, es posible aumentar la superficie de los puntos de haz, lo que permite reducir el número total de haces que deben formarse para cubrir toda la zona de servicio.

Cabe señalar que los haces que se deben formar dentro de una zona de servicio determinada no se forman necesariamente todos simultáneamente. También es posible formar todos o parte de los haces sucesivamente, durante un periodo de observación de la zona de servicio, de duración predeterminada. La formación sucesiva de determinados haces (lo que se conoce como “beam hopping” en la literatura anglosajona) permite reducir el número de haces que deben activarse simultáneamente, lo que a su vez permite reducir el número de módulos de procesamiento que deben incorporarse al satélite.

Además, el circuito de procesamiento está configurado para controlar los tiempos de activación respectivos de los puntos de los haces formados dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite en función de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de dicha zona de servicio.

Estas disposiciones son ventajosas porque permiten adaptar los tiempos de activación respectivos de los puntos de los haces, es decir, los tiempos durante los cuales dichos puntos de los haces se forman efectivamente, a las condiciones de tráfico aéreo previstas en la zona de servicio. Esta adaptación puede reducir la probabilidad de colisión y/o resolver determinadas colisiones. En particular, la emisión de mensajes ADS-B es pseudoperíodica, ya que el periodo de emisión de los mensajes ADS-B comprende una parte fija y una parte aleatoria. Debido a esta parte aleatoria, dos aeronaves que emiten mensajes<a>DS-B respectivos al mismo tiempo emitirán sus siguientes mensajes ADS-B en momentos diferentes. Así, una escucha prolongada (duración de la activación) de un punto permite resolver ciertas colisiones. Además, una escucha prolongada también permite mejorar la resolución de colisiones al implementar técnicas de detección multiusuario (“Multi-User Detection” o MUD en la literatura anglosajona). En términos más generales, cuanto mayor sea el número de aeronaves presentes en un punto de haz, potencialmente mayor será el tiempo necesario para extraer cada mensaje ADS-B recibido en ese punto de haz. Así, por ejemplo, es ventajoso prever duraciones de activación más largas para los puntos de haz susceptibles de contener un gran número de aeronaves que para los puntos de haz susceptibles de contener un número menor de aeronaves. Además, esta optimización de las duraciones de activación también permite optimizar los procesamientos durante un periodo de observación de duración predeterminada. En particular, la reducción de la duración de activación cuando es posible (número de aeronaves a priori reducido en el haz en cuestión) permite, en algunos casos, procesar de forma secuencial, mediante un mismo módulo de procesamiento, haces cuya suma de duraciones de activación sigue siendo inferior a la duración del periodo de observación. No obstante, la duración de activación de un haz debe ser suficiente para permitir que cada aeronave que se encuentre en el punto asociado emita al menos un mensaje ADS-B.

En realizaciones particulares, el dispositivo de recepción puede comprender además una o varias de las siguientes características, tomadas aisladamente o en todas las combinaciones técnicamente posibles.

En realizaciones particulares, el conjunto de coeficientes se modifica para adaptar la forma de al menos un punto del haz formado a una trayectoria preferente de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite.

En efecto, el tráfico aéreo no es aleatorio y, en ocasiones, quizá existen corredores aéreos hacia los que convergen numerosas aeronaves, por ejemplo, para conectar Europa con América del Norte. Dichos corredores aéreos corresponden a trayectorias preferentes que también pueden tenerse en cuenta a la hora de definir los puntos del haz a formar. Por ejemplo, la forma de al menos un punto de haz puede elegirse oblonga siguiendo una trayectoria preferente de las aeronaves o incluso oblonga transversalmente a dicha trayectoria preferente.

En realizaciones particulares, el conjunto de coeficientes de combinación se configura para no formar puntos dentro de una zona de exclusión predeterminada para la zona de servicio asociada a la posición del satélite. Por ejemplo, la zona de exclusión puede corresponder a una zona geográfica provista de estaciones terrestres ADS-B y/o a una zona geográfica en la que la densidad de aeronaves es superior a un valor umbral predeterminado.

En realizaciones particulares, el dispositivo de recepción comprende un módulo de recepción de un plan de misión, comprendiendo dicho plan de misión una pluralidad de conjuntos de coeficientes de combinación para el módulo de formación de haces, estando asociado cada conjunto de coeficientes de combinación a una posición respectiva del satélite en la órbita terrestre y permitiendo formar puntos de haz cuya superficie y/o forma se adapta a la distribución geográfica teórica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a dicha posición respectiva del satélite en dicha órbita terrestre.

Según un segundo aspecto, se propone un satélite que comprende un dispositivo de recepción según cualquiera de las realizaciones de la invención.

Según un tercer aspecto, se propone un procedimiento de control, por una estación terrestre, de un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B incorporado en un satélite en órbita terrestre alrededor de la Tierra, comprendiendo dicho dispositivo de recepción una red de fuentes y un módulo de formación de haces adaptado para formar haces dentro de un campo de visión de dicha red de fuentes, definiendo una huella en el suelo de dicho campo de visión una zona de servicio de dicho dispositivo de recepción, estando asociadas diferentes zonas de servicio a diferentes posiciones respectivas del satélite en órbita terrestre, definiendo una huella en el suelo de un haz un punto dentro de la zona de servicio, estando configurado dicho módulo de formación de haces para formar cada haz combinando señales proporcionadas por la red de fuentes aplicando coeficientes de combinación. El procedimiento de control comprende, para cada una de una pluralidad de posiciones predeterminadas del satélite en dicha órbita terrestre, las etapas de:

- obtener un mapa de densidad de aeronaves representativo de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión del satélite en la órbita terrestre,

- determinar un conjunto de coeficientes de combinación en función del mapa de densidad de aeronaves, determinándose el conjunto de coeficientes de combinación para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de haz formados a la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión,

- determinar una duración de activación de cada punto de haz en función de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

El procedimiento de control comprende además una etapa de emisión, destinada al dispositivo de recepción incorporado en el satélite, de un plan de misión que agrupa los conjuntos de coeficientes de combinación asociados respectivamente a la pluralidad de posiciones del satélite en la órbita terrestre.

En modos particulares de aplicación, el procedimiento de control puede comprender además una o varias de las siguientes características, tomadas de forma aislada o en todas las combinaciones técnicamente posibles.

En modos particulares de aplicación, cada conjunto de coeficientes de combinación permite formar una pluralidad de haces simultáneamente y/o sucesivamente durante un periodo de observación de duración predeterminada de la zona de servicio asociada a la posición asociada a dicho conjunto de coeficientes de combinación.

En realizaciones particulares, los conjuntos de coeficientes de combinación se determinan para formar puntos de superficie menor en las partes con alta densidad de aeronaves de la zona de servicio en cuestión que en las partes con baja densidad de aeronaves de la zona de servicio en cuestión.

En modos particulares de aplicación, los conjuntos de coeficientes de combinación se determinan para controlar la superficie y/o la forma de cada punto del haz para tener un número de aeronaves dentro de cada punto del haz inferior a un valor umbral predeterminado.

En modos particulares de aplicación, se determina al menos un conjunto de coeficientes de combinación para adaptar la forma de al menos un punto del haz a una trayectoria preferente de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

En modos particulares de aplicación, la forma del al menos un punto del haz es oblonga siguiendo la trayectoria preferente de las aeronaves u oblonga transversalmente a dicha trayectoria preferente de las aeronaves.

En modos particulares de aplicación, al menos un conjunto de coeficientes de combinación está configurado para no formar puntos dentro de una zona de exclusión predeterminada dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

Según un cuarto aspecto, se propone una estación terrestre que comprende medios configurados para implementar un procedimiento de control según cualquiera de los modos de implementación de la invención.

Según un quinto aspecto, se propone un sistema de recepción de mensajes ADS-B emitidos por aeronaves, comprendiendo dicho sistema de recepción al menos una estación terrestre según cualquiera de las realizaciones de la invención y al menos un satélite en órbita terrestre alrededor de la Tierra, incorporando dicho al menos un satélite un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B según cualquiera de las realizaciones de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La invención se comprenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción, que se ofrece a título de ejemplo no limitativo, y que hace referencia a las figuras que representan:

Figura 1: una representación esquemática de una realización particular de un sistema de recepción por satélite de mensajes ADS-B emitidos por aeronaves,

Figura 2: una representación esquemática de una realización particular de un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B para satélites,

Figura 3: una representación esquemática de una realización particular de una estación terrestre para el control de un satélite que incorpora un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B.

Figura 4: un diagrama que ilustra las principales etapas de un modo de implementación particular de un procedimiento de control de un satélite que incorpora un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B.

Figura 5: un ejemplo que ilustra la formación de haces para la recogida de mensajes ADS-B en una zona de servicio de un satélite que incorpora un dispositivo de recepción de mensajes ADS-B.

Figura 6: un diagrama que ilustra las principales etapas de un modo de implementación particular de la determinación de un conjunto de coeficientes de combinación y duraciones de activación de haces.

En estas figuras, las referencias idénticas de una figura a otra designan elementos idénticos o análogos. Por razones de claridad, los elementos representados no están a escala, salvo que se indique lo contrario.

Realización preferente de la invención

La figura 1 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de un sistema 10 de recepción por satélite de mensajes ADS-B emitidos por aeronaves, tales como aviones 20.

Tal y como se ilustra en la figura 1, el sistema 10 de recepción comprende uno o varios satélites 11, cada uno de los cuales incorpora un dispositivo 40 de recepción de mensajes ADS-B que se describirá más adelante con referencia a la figura 2.

Como se ha indicado anteriormente, existen varios protocolos de capa física para los mensajes ADS-B, y el dispositivo 40 de recepción es compatible con al menos un protocolo de capa física posible para los mensajes ADS-B, por ejemplo, el protocolo 1090 ES. El dispositivo 40 de recepción también puede admitir varios protocolos de capa física y, en particular, puede admitir a la vez los protocolos 1090 ES, UAT y VDL Modo 4.

Los mensajes ADS-B emitidos por los aviones 20 son recibidos por el dispositivo 40 de recepción del satélite 11. Los mensajes ADS-B detectados y/o la información incluida en los mensajes ADS-B detectados se retransmiten a tierra, con destino a una estación 13 terrestre de recogida. La presente invención se refiere principalmente a la recogida de mensajes ADS-B por el satélite 11, y los procesamientos realizados sobre los mensajes ADS-B recibidos por el dispositivo 40 de recepción, aparte de los que se detallan a continuación, quedan fuera del alcance de la presente invención. Así, el dispositivo 40 de recepción puede ser, indistintamente, para los mensajes ADS-B, una carga útil transparente o regenerativa. Del mismo modo, el enlace descendente desde el satélite 11 a la estación 13 terrestre de recogida queda fuera del alcance de la presente invención, entendiéndose que los mensajes ADS-B detectados por el satélite 11 y/o la información extraída de los mismos deben poder descargarse a tierra, directa o indirectamente (a través de otro satélite), para poder aprovecharse, por ejemplo, por las autoridades de tráfico aéreo. Normalmente, el enlace descendente desde el satélite 11 a la estación 13 terrestre de recogida utiliza un protocolo de capa física diferente del protocolo ADS-B, por ejemplo, utilizando una banda de frecuencias reservada para las comunicaciones por satélite.

El satélite 11 se encuentra en órbita terrestre, es decir, su proyección sobre el suelo se desplaza con respecto a la superficie de la Tierra. La órbita terrestre del satélite 11 es, por ejemplo, una órbita de baja altitud (LEO) o una órbita de altitud media (“Medium Earth Orbit” o MEO). Preferiblemente, la altitud de la órbita terrestre es igual o inferior a 2000 kilómetros (km), o incluso igual o inferior a 1000 km. La órbita terrestre es, por ejemplo, una órbita inclinada, como una órbita polar.

Como se ilustra en la figura 1, los mensajes ADSB emitidos por los aviones 20 también pueden ser recibidos por estaciones 30 terrestres ADS-B. A diferencia de las estaciones 13 terrestres de recogida, las estaciones 30 terrestres ADS-B reciben directamente los mensajes ADS-B emitidos por los aviones, mientras que las estaciones 13 terrestres de recogida tienen por objeto recoger en tierra los mensajes ADS-B recibidos por el satélite 11. Además, en el ejemplo no limitativo ilustrado en la figura 1, las estaciones 30 terrestres ADS-B y las estaciones 13 terrestres de recogida están conectadas a un mismo centro 31 de vigilancia del tráfico aéreo, al que envían la información incluida en los mensajes ADS-B recibidos. Sin embargo, nada excluye, siguiendo otros ejemplos, disponer en particular de un sistema 10 de recepción por satélite de mensajes ADS-B sin estaciones 30 terrestres ADS-B, en cuyo caso los mensajes ADS-B son recogidos exclusivamente por satélites 11.

En el ejemplo no limitativo ilustrado en la figura 1, el sistema 10 de recepción por satélite de mensajes ADS-B también comprende al menos una estación 12 terrestre de control del al menos un satélite 11. La estación 12 terrestre de control se utiliza, en algunas realizaciones, para enviar a un satélite 11 información de configuración del dispositivo 40 de recepción de dicho satélite 11. Cabe señalar que, en realizaciones particulares, la estación 12 terrestre de control puede confundirse con una estación 13 terrestre de recogida, en cuyo caso emite información de configuración destinada al satélite 11 y recibe del satélite 11 la información incluida en los mensajes ADS-B recibidos por dicho satélite 11. La información de configuración se emite al satélite 11 utilizando un protocolo de capa física diferente del protocolo ADS-B, por ejemplo, utilizando una banda de frecuencias reservada para las comunicaciones por satélite.

La figura 2 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de un dispositivo 40 de recepción de mensajes ADS-B. Tal y como se ilustra en la figura 2, el dispositivo 40 de recepción comprende una red 41 de fuentes, un módulo 42 de formación de haces y un circuito 43 de procesamiento. Cabe señalar que el dispositivo 40 de recepción también puede comprender otros elementos, en particular para la parte de recepción radioeléctrica (amplificadores de bajo ruido, filtros analógicos, mezcladores, osciladores locales, etc.), que quedan fuera del alcance de la presente invención y no se representan en las figuras para mayor claridad.

La red 41 de fuentes del dispositivo 40 de recepción está adaptada para recibir los mensajes ADS-B emitidos por los aviones 20. Cada fuente de la red 41 de fuentes puede ser de cualquier tipo conocido por los expertos en la materia, y la elección de un tipo concreto de fuente no es más que una variante de implementación del dispositivo 40 de recepción. Por ejemplo, es posible utilizar fuentes del tipo antena de parche, antena de bocina, etc.

La red 41 de fuentes determina un campo de visión del dispositivo 40 de recepción, dentro del cual el dispositivo 40 de recepción puede recibir mensajes ADS-B emitidos por aviones 20 en la superficie de la Tierra. La huella en el suelo del campo de visión define una zona de servicio del dispositivo 40 de recepción. Cabe señalar que el campo de visión de la red 41 de fuentes también puede estar limitado por la redondez de la Tierra, en cuyo caso la zona de servicio se limita a la parte de la Tierra que es efectivamente visible desde el satélite 11. Debido al carácter deslizante de la órbita del satélite 11, la zona de servicio no es fija y se desplaza con el satélite 11. Así, se asocian diferentes zonas de servicio a diferentes posiciones respectivas del satélite 11 en su órbita terrestre.

El módulo 42 de formación de haces está adaptado para formar haces dentro del campo de visión de la red 41 de fuentes. La huella en el suelo de un haz formado, dentro de la zona de servicio, se denomina “spot” (punto).

De manera conocida en sí misma, el módulo 42 de formación de haces combina, para la formación de un haz, señales proporcionadas por todas o parte de las fuentes de la red 41 de fuentes mediante coeficientes de combinación. Cada coeficiente de combinación es una magnitud definida por una ganancia y una fase. Controlando adecuadamente los coeficientes de combinación, es posible controlar el diagrama de radiación del haz. De este modo, es posible controlar dinámicamente diferentes parámetros del haz, como por ejemplo la dirección principal de radiación (y, por tanto, la posición del punto en la zona de servicio), la anchura del lóbulo principal de radiación en varias dimensiones (y, por tanto, la forma y la superficie del punto en la zona de servicio), etc. En la presente invención, los coeficientes de combinación pueden modificarse dinámicamente para permitir la adaptación de los diferentes haces formados a las condiciones de tráfico aéreo previstas en la zona de servicio.

Como se ha indicado anteriormente, se necesitan varios coeficientes de combinación para formar un haz. Se denomina “conjunto de coeficientes de combinación” al conjunto que comprende todos los coeficientes de combinación de todos los haces a formar dentro de una única zona de servicio. Por tanto, un conjunto de coeficientes de combinación comprende varios coeficientes de combinación que se utilizan para formar un primer haz, varios coeficientes de combinación que se utilizan para formar un segundo haz, etc.

El módulo 42 de formación de haces puede ser, por ejemplo, principalmente analógico y comprender desfasadores y ganancias analógicas controlables para aplicar coeficientes de combinación variables. En su caso, la modificación de los coeficientes de combinación se realiza controlando adecuadamente los desfasadores y las ganancias analógicas.

Según otros ejemplos, el módulo 42 de formación de haces puede ser totalmente digital, en cuyo caso puede integrarse en el circuito 43 de procesamiento que se describe a continuación. En tal caso, los coeficientes de formación de haces se aplican directamente a las señales digitales obtenidas tras la conversión analógica/digital de las señales suministradas por las fuentes de la red 41 de fuentes. El uso de un módulo 42 de formación de haces totalmente digital es ventajoso porque permite aplicar más rápidamente nuevos coeficientes de combinación, pero también porque los coeficientes de combinación pueden determinarse y controlarse con mayor precisión, de modo que es más fácil formar haces precisos y complejos al mismo tiempo.

El circuito 43 de procesamiento comprende, por ejemplo, uno o varios procesadores y medios de almacenamiento (disco duro magnético, memoria electrónica, disco óptico, etc.) en los que se almacena un producto de programa informático, en forma de un conjunto de instrucciones de código de programa que se deben ejecutar para controlar el módulo 42 de formación de haces. Alternativamente o de forma complementaria, el circuito 43 de procesamiento puede comprender uno o varios circuitos lógicos programables (FPGA, PLD, etc.), y/o uno o varios circuitos integrados especializados (ASIC, etc.), y/o un conjunto de componentes electrónicos discretos, etc., adaptados para realizar la totalidad o parte del control del módulo 42 de formación de haces.

En la práctica, el circuito 43 de procesamiento está configurado para obtener información representativa de la posición del satélite 11 en la órbita terrestre. La información representativa de la posición del satélite 11 puede corresponder, por ejemplo, directamente a la posición actual de dicho satélite 11, por ejemplo en forma de coordenadas GPS. Según otro ejemplo no limitativo, la información representativa de la posición del satélite 11 puede corresponder, por ejemplo, a una fecha actual. En efecto, es posible prever de antemano la fecha en la que el satélite 11 se encontrará en una posición predeterminada, de modo que cada fecha está asociada a una posición del satélite 11 en su órbita terrestre. La obtención de información representativa de la posición se realiza de forma convencional, y la elección de un método particular para obtener dicha información representativa de la posición del satélite 11 en su órbita terrestre no es más que una variante de implementación del dispositivo 40 de recepción.

La posición del satélite 11 en su órbita terrestre determina la zona de servicio asociada dentro de la cual el módulo 42 de formación de haces debe formar puntos de haz.

Para cada zona de servicio, es posible establecer a priori, es decir, antes de que el satélite 11 sobrevuele dicha zona de servicio con el fin de formar puntos de haz en la misma, un mapa de densidad de aviones representativo de una distribución geográfica teórica de los aviones dentro de cada zona de servicio. De hecho, el tráfico aéreo se controla siguiendo ciertas reglas bien establecidas. Por ejemplo, existen corredores aéreos que representan trayectorias preferentes seguidas, al menos localmente, por los aviones. Además, los aeropuertos son puntos de convergencia para los aviones que determinan las trayectorias de los aviones, etc. De ello se deduce que el tráfico aéreo no es aleatorio y que la densidad de aviones no es la misma en todos los puntos de la superficie terrestre, sino que varía a 10 largo del día. Así, es posible realizar a priori un análisis estadístico del tráfico aéreo, con el fin de estimar a priori el mapa de densidad de aviones a escala de la totalidad o parte de la Tierra, representativo de la distribución geográfica de los aviones. El mapa de densidad de aviones puede comprender, por ejemplo, una densidad media de aviones, una densidad máxima de aviones, etc., para cada parte de cada zona de servicio. El mapa de densidad de aviones permite, por tanto, saber, en particular, qué partes de una zona de servicio determinada están densamente pobladas de aviones y qué otras partes de dicha zona de servicio están poco pobladas. Dicho mapa de densidad de aviones puede actualizarse periódicamente para tener en cuenta la evolución del tráfico aéreo. Dicha actualización puede tener en cuenta las observaciones del tráfico aéreo realizadas a partir de los mensajes ADS-B recibidos por el satélite 11 durante vuelos anteriores sobre cada zona de servicio.

En este caso, cabe señalar que el mapa de densidad de aviones no incluye todos los aviones, sino solo los aviones que emiten mensajes ADS-B. De hecho, no todos los aviones o aeronaves están equipados con transpondedores ADS-B, y solo aquellos que emiten mensajes ADS-B son de interés para el dispositivo 40 de recepción. Sin embargo, en algunos modos de implementación, también es posible tener en cuenta las aeronaves que emiten señales en las mismas bandas de frecuencia que los mensajes ADS-B considerados. Por ejemplo, los transpondedores de radar Modo S utilizan la misma frecuencia que los mensajes ADS-B del protocolo 1090 ES. Por tanto, al elaborar el mapa de densidad de aeronaves también pueden tenerse en cuenta las aeronaves que, aunque no emiten mensajes ADS-B 1090 ES, están equipadas con transpondedores de radar Modo S.

Dado que la distribución geográfica (teórica) de las aeronaves dentro de cada zona de servicio se conoce a priori, es posible adaptar los haces formados a las condiciones de tráfico aéreo previstas dentro de la zona de servicio asociada a la posición actual del satélite 11.

A tal efecto, el circuito 43 de procesamiento está configurado para modificar un conjunto de coeficientes de combinación del módulo 42 de formación de haces para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de los haces formados a la distribución geográfica de los aviones dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite 11 en su órbita terrestre, en función de la información representativa de dicha posición de dicho satélite 11 en su órbita terrestre.

Preferiblemente, el circuito 43 de procesamiento almacena un plan de misión que comprende una pluralidad de conjuntos de coeficientes de combinación, estando asociado cada conjunto de coeficientes de combinación a una posición respectiva del satélite 11 en la órbita terrestre y permitiendo formar puntos de haces cuya superficie y/o forma se adapta a la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a dicha posición respectiva del satélite 11 en dicha órbita terrestre. El plan de misión agrupa, por tanto, los conjuntos de coeficientes de combinación que serán aplicados sucesivamente por el satélite 11, de una zona de servicio a otra, a medida que el satélite 11 se desplaza de una posición a otra en su órbita terrestre.

El plan de misión puede determinarse por el circuito 43 de procesamiento, en función de los mapas de densidad de aviones asociados a las diferentes zonas de servicio, pudiendo almacenarse los mapas de densidad de aviones en forma de un único mapa global de densidad de aviones representativo de la distribución geográfica de los aviones en todas las zonas de servicio. Los mapas de densidad de aviones pueden recibirse, por ejemplo, de la estación 12 terrestre de control.

En las realizaciones preferidas, el plan de misión se calcula en el suelo, por ejemplo, mediante la estación 12 terrestre de control. En su caso, el dispositivo 40 de recepción comprende, tal y como se ilustra en la figura 2, un módulo 44 de recepción del plan de misión, emitido por la estación 12 terrestre de control como información de configuración. El plan de misión almacenado por el dispositivo 40 de recepción de mensajes ADS-B puede ser actualizado de forma recurrente por la estación 12 terrestre de control, para tener en cuenta la evolución del tráfico aéreo.

Así, a partir de la información representativa de la posición del satélite, el circuito 43 de procesamiento recupera del plan de misión almacenado el conjunto de coeficientes de combinación asociado a la posición correspondiente del satélite 11, que se utilizará para la zona de servicio sobrevolada por el satélite 11, y utiliza este conjunto de coeficientes de combinación para controlar el módulo 42 de formación de haces.

El conjunto de coeficientes de combinación se aplica durante un periodo de observación de duración predeterminada, que puede variar de una zona de servicio a otra. El conjunto de coeficientes de combinación comprende los coeficientes de combinación de cada haz a formar. Cada haz se forma durante un periodo de activación que es igual o inferior a la duración del periodo de observación, y que puede variar de un haz a otro. Los haces pueden formarse simultáneamente y/o sucesivamente según una secuencia de activación de haces, asociada al conjunto de coeficientes de combinación, que también puede incluirse en el plan de misión. La señal proporcionada por un haz, que incluye los mensajes ADS-B recibidos de los aviones que se encuentran en el punto asociado, es procesada por un módulo de procesamiento (no representado en las figuras), que puede estar integrado en el circuito 43 de procesamiento. El dispositivo 40 de recepción comprende preferiblemente varios módulos de procesamiento, y cada módulo de procesamiento está configurado, por ejemplo, para detectar los mensajes ADS-B presentes en la señal del haz y, eventualmente, extraer la información incluida en los mensajes ADS-B detectados. El número de módulos de procesamiento debe permitir procesar las señales de todos los haces formados durante el periodo de observación y es, por ejemplo, igual o superior al número máximo de haces a formar simultáneamente para cada zona de servicio. Los mensajes ADS-B detectados y/o la información extraída se transmiten a continuación a una estación 13 terrestre de recogida, mediante un módulo de transmisión (no representado en las figuras) del dispositivo 40 de recepción.

En la siguiente descripción, se parte, sin carácter limitativo, del caso en el que el plan de misión es calculado por la estación 12 terrestre de control y es recibido por el dispositivo 40 de recepción, que lo aplica para controlar el módulo 42 de formación de haces, para la recepción de los mensajes ADS-B. El plan de misión comprende los conjuntos de coeficientes de combinación y, eventualmente, las secuencias de activación asociadas, asociadas a una pluralidad de posiciones que el satélite 11 ocupará en un horizonte temporal predeterminado.

La figura 3 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de una estación 12 terrestre de control. En este ejemplo, la estación 12 terrestre de control comprende un módulo 120 de emisión y un circuito 121 de procesamiento.

El módulo 120 de emisión se utiliza para emitir información de configuración destinada al módulo 44 de recepción del satélite 11, donde dicha información de configuración puede utilizarse por el circuito 43 de procesamiento. La información de configuración puede incluir el plan de misión a utilizar o una actualización de un plan de misión almacenado por el dispositivo 40 de recepción. El módulo 120 de emisión corresponde a un circuito radioeléctrico que comprende equipos considerados conocidos por los expertos en la materia.

El circuito 121 de procesamiento comprende, por ejemplo, uno o varios procesadores y medios de almacenamiento (disco duro magnético, memoria electrónica, disco óptico, etc.) en los que se almacena un producto de programa informático, en forma de un conjunto de instrucciones de código de programa a ejecutar para implementar, con el módulo 120 de emisión, las diferentes etapas de un procedimiento 50 de control que se describe a continuación. Alternativamente o de forma complementaria, el circuito 121 de procesamiento puede comprender uno o varios circuitos lógicos programables (FPGA, PLD, etc.), y/o uno o varios circuitos integrados especializados (ASIC, etc.), y/o un conjunto de componentes electrónicos discretos, etc., adaptados para implementar, con el módulo 120 de emisión, la totalidad o parte de las etapas del procedimiento 50 de control.

En otras palabras, el circuito 121 de procesamiento y el módulo 120 de emisión corresponden a medios configurados por software (producto de programa informático específico) y/o hardware (FPGA, PLD, ASIC, componentes electrónicos discretos, circuito radioeléctrico, etc.) para realizar la totalidad o parte de las etapas del procedimiento 50 de control que se describe a continuación.

La figura 4 representa las principales etapas de un ejemplo de implementación de un procedimiento 50 de control del dispositivo 40 de recepción, cuyas etapas son implementadas por la estación 12 terrestre de control.

Tal y como se ilustra en la figura 4, el procedimiento 50 de control comprende, para cada posición entre una pluralidad de posiciones predeterminadas del satélite 11 en su órbita terrestre, las etapas de:

- 51 obtener un mapa de densidad de aviones representativo de la distribución geográfica de los aviones dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión del satélite 11 en la órbita terrestre,

- 52 determinar un conjunto de coeficientes de combinación en función del mapa de densidad de aeronaves.

El mapa de densidad de aviones obtenido para una zona de servicio determinada corresponde, por ejemplo, a una parte de un mapa global de densidad de aviones almacenado por el circuito 121 de procesamiento. Como se ha indicado anteriormente, los haces se forman durante un periodo de observación de duración predeterminada. Por consiguiente, la huella en el suelo del campo de visión de la red 41 de fuentes se desplazará durante el periodo de observación, debido al desplazamiento del satélite 11 en su órbita terrestre. Por ejemplo, es posible considerar que el desplazamiento de la zona de servicio es insignificante durante el periodo de observación, o bien puede considerarse una zona de servicio de referencia para todo el periodo de observación, que corresponde, por ejemplo, a la zona de servicio asociada a la posición inicial del satélite 11 al comienzo del periodo de observación, o a la posición prevista del satélite 11 en la mitad del periodo de observación, etc.

A continuación, durante la etapa 52, se determina el conjunto de coeficientes de combinación para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de los haces formados a la distribución geográfica de los aviones dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión. Así, la etapa 52 de determinación de un conjunto de coeficientes de combinación para una posición dada comprende la definición, dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión, de puntos de haz cuyas superficies y/o formas se adaptan a la distribución geográfica de los aviones dentro de dicha zona de servicio. Una vez definidas las superficies y/o formas de dichos puntos, así como las posiciones de dichos puntos dentro de dicha zona de servicio, el conjunto de coeficientes de combinación que permite formar estos puntos puede calcularse según cualquier método conocido por los expertos en la materia, solo constituyendo la elección de un método de cálculo concreto una variante de aplicación de la invención.

Como se ha indicado anteriormente, la adaptación de los puntos de los haces a las condiciones previstas del tráfico aéreo tiene por objeto, por ejemplo, formar puntos de menor superficie en las partes con alta densidad de aviones que en las partes con baja densidad de aviones. Alternativamente o de forma complementaria, la adaptación de los puntos de haz tiene por objeto, por ejemplo, controlar la superficie y/o la forma de cada punto de haz para que el número de aviones dentro de dicho punto de haz sea inferior a un valor umbral predeterminado. Alternativamente o de forma complementaria, la adaptación de los puntos de haz tiene por objeto, por ejemplo, adaptar la forma de al menos un punto de haz a una trayectoria preferente de los aviones dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

Tal y como se ilustra en la figura 4, el procedimiento 50 de control comprende, para cada posición en cuestión, una etapa 53 de determinación de la duración de activación de cada punto del haz en función de la distribución geográfica de los aviones dentro de la zona de servicio en cuestión. Los tiempos de activación de los puntos de haz pueden determinarse conjuntamente con la determinación de las superficies y/o formas de dichos puntos de haz. Por ejemplo, es posible prever tiempos de activación más largos para los puntos de haz más susceptibles de comprender un gran número de aviones que para los puntos de haz susceptibles de comprender un número menor de aviones. Sin embargo, nada excluye, siguiendo otros ejemplos, considerar una misma duración de activación para todos los puntos de haz, igual o inferior a la duración del periodo de observación para la zona de servicio en cuestión.

La determinación de los conjuntos de coeficientes de combinación para formar los haces y de los tiempos de activación de dichos haces se realiza, por ejemplo, mediante simulación, según un proceso iterativo que tiene en cuenta la distribución geográfica de los aviones en la zona de servicio en cuestión, un número máximo de aviones en cada haz, la duración del periodo de observación, un número máximo de haces que pueden formarse, etc. Dicho proceso iterativo tiene por objeto, por ejemplo, maximizar el número de mensajes ADS-B que pueden detectarse durante el periodo de observación, o maximizar la probabilidad de detectar al menos un mensaje ADS-B por avión que se encuentre en la zona de servicio en cuestión, etc.

Preferiblemente, los puntos de los haces a formar se determinan de manera que haya un punto formado en cualquier parte de la zona de servicio en cuestión durante al menos una parte del periodo de observación. Preferiblemente, los puntos de haz a formar también pueden determinarse para que presenten una superposición parcial entre puntos adyacentes, por ejemplo, para evitar perder los mensajes ADS-B emitidos por aviones que se encuentran en el límite de puntos adyacentes.

Cabe señalar que también es posible no intentar cubrir toda la zona de servicio con puntos de haz. En particular, en modos particulares de aplicación, es posible prever una zona de exclusión dentro de una zona de servicio. Así, el conjunto de coeficientes de combinación se configura para no formar puntos dentro de esta zona de exclusión predeterminada dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

Dicha zona de exclusión está predeterminada y corresponde, por ejemplo, a una zona geográfica en la que existen otros medios para recibir los mensajes ADS-B emitidos por los aviones, por ejemplo, debido a la presencia de estaciones 30 ADS-B terrestres en dicha zona geográfica. Dicha zona de exclusión también puede corresponder a una zona geográfica que no puede observarse correctamente desde un satélite 11, por ejemplo, si la densidad de aviones en dicha zona geográfica es demasiado alta (aeropuertos, etc.). Esta posibilidad de excluir determinadas zonas geográficas al formar haces, en particular las zonas geográficas bien cubiertas por otros medios, también permite reducir el número total de haces a formar.

Tal y como se ilustra en la figura 4, el procedimiento 50 de control comprende además una etapa 54 de emisión, destinada al dispositivo 40 de recepción incorporado en el satélite 11, del plan de misión que agrupa los conjuntos de coeficientes de combinación asociados respectivamente a la pluralidad de posiciones en cuestión del satélite 11 en su órbita terrestre.

La figura 5 representa esquemáticamente un ejemplo de aplicación del procedimiento 50 de control.

Más concretamente, la parte a) de la figura 5 representa esquemáticamente un ejemplo de mapa de densidad de aviones que representa la distribución geográfica de los aviones en Europa y el norte de África. La zona ZS de servicio se representa con una línea continua. Los aviones se representan mediante puntos negros en este mapa de densidad de aviones, y se observa, en particular, que la densidad de aviones en la zona de Europa es muy importante. También se observa la presencia de corredores aéreos, en particular en la parte noroeste de Europa en dirección a América del Norte o en la parte suroeste de Europa en dirección a América del Sur.

Tal y como se ilustra en la parte b) de la figura 5, se decide que Europa no debe estar cubierta (debido, por ejemplo, a la elevada densidad prevista y/o a la cobertura satisfactoria por parte de las estaciones 30 ADSB terrestres), y se prevé una zona ZE de exclusión para Europa. Por consiguiente, no es necesario formar puntos en esta zona<z>E de exclusión.

La parte c) de la figura 5 representa esquemáticamente ejemplos de puntos de haz que pueden formarse en la zona ZS de servicio, excluyendo la zona ZE de exclusión, adaptando la superficie y/o la forma de los puntos de haz a la distribución geográfica de los aviones. En este ejemplo, se forman 10 (diez) puntos de haz, designados respectivamente de S1 a S10 y representados con líneas discontinuas. Para mayor claridad de la parte c) de la figura 5, los aviones presentes en la zona ZS de servicio, visibles en la parte a), no se representan en la parte c) de la figura 5.

Como se ilustra en la parte c) de la figura 5, los puntos S1-S10 tienen formas y superficies variadas.

Por ejemplo, el punto S5 es sustancialmente circular y tiene la mayor superficie, y cubre una parte con baja densidad de aviones 20. Los puntos S3, S4, S6, S8, S9 y S10 también son sustancialmente circulares, con superficies respectivas menores que la del punto S5.

Los puntos S2 y S7 están situados en los corredores aéreos, y dichos corredores aéreos definen las trayectorias preferentes para los aviones 20. En el ejemplo ilustrado, los puntos S2 y S7 tienen forma oblonga siguiendo la trayectoria preferente de los aviones 20. En el ejemplo ilustrado en la parte c) de la figura 5, cada trayectoria preferente es atendida por un único punto de forma oblonga siguiendo la trayectoria preferente en cuestión. También es posible, en particular si la trayectoria preferente se extiende sobre una parte importante de la zona ZS de servicio, prever al menos dos puntos de forma oblonga dispuestos en la prolongación uno del otro siguiendo dicha trayectoria preferente. Sin embargo, nada excluye otros ejemplos para cubrir las trayectorias preferentes de los aviones 20 de manera diferente. Por ejemplo, es posible formar puntos de haz de forma oblonga, pero dispuestos transversalmente a dicha trayectoria preferente de los aviones 20. También es posible, siguiendo otros ejemplos, formar puntos de forma sustancialmente circular, dispuestos a lo largo de la trayectoria preferente. Dichos puntos circulares tienen, por ejemplo, una superficie reducida, teniendo en cuenta que la densidad de aviones en un corredor aéreo suele ser elevada.

El punto S1 también tiene forma oblonga y está dispuesto de manera que cubra la mayor parte de la zona norte de la zona ZS de servicio. En esta parte norte de la zona ZS de servicio, la densidad de aviones es baja, por lo que la superficie del punto S1 es mayor que, en particular, la de los puntos S2 y S7.

Como se ha indicado anteriormente, los tiempos de activación de los puntos de haz se adaptan a la distribución de los aviones 20 en la zona ZS de servicio en cuestión.

En el ejemplo ilustrado en la parte c) de la figura 5, es posible tener una duración de activación del 100 % del periodo de observación solo para los puntos S2 y S7, que presentan la mayor densidad de aviones. En el caso de los mensajes ADS-B de tipo 1090 ES, la duración del periodo de observación es superior a 1,2 segundos (s) y está comprendida, por ejemplo, entre 5 s y 10 s. Para los demás puntos, es posible prever duraciones de activación más cortas. Por ejemplo, es posible prever duraciones de activación iguales al 50 % de la duración del periodo de observación para los puntos S1, S4, S5 y S10, e iguales al 25 % de la duración del periodo de observación para los puntos S3, S6, S8 y S9. Debido a estas diferentes duraciones de activación, es posible activar sucesivamente determinados puntos de haz durante el periodo de observación, de modo que solo se necesitan 5 (cinco) módulos de procesamiento para procesar las señales de los 10 (diez) haces formados, aplicando, por ejemplo, la siguiente secuencia de activación:

- un primer módulo de procesamiento y un segundo módulo de procesamiento procesan en paralelo las señales de los haces de los puntos S2 y S7, durante todo el periodo de observación

- un tercer módulo de procesamiento procesa sucesivamente las señales de haz de los puntos S1 y S4, que se forman sucesivamente durante el periodo de observación,

- un cuarto módulo de procesamiento procesa sucesivamente las señales de haz de los puntos S5 y S10, que se forman sucesivamente durante el periodo de observación,

- un quinto módulo de procesamiento procesa sucesivamente las señales de haz de los puntos S3, S6, S8 y S9, que se forman sucesivamente durante el periodo de observación.

La figura 6 representa esquemáticamente las principales etapas de un modo de implementación particular de la etapa 52 de determinación de un conjunto de coeficientes de combinación para la formación de haces para una posición en cuestión del satélite 11 en su órbita terrestre, y de la etapa 53 de determinación de las duraciones de activación de dichos haces. Las etapas ilustradas en la figura 6 se repiten para cada posición en cuestión del satélite 11 en su órbita terrestre.

Tal y como se ilustra en la figura 6, la etapa 52 comprende en primer lugar una etapa 520 de segmentación geográfica de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión del satélite 11. La etapa 520 de segmentación geográfica consiste, por ejemplo, en segmentar la zona de servicio según una cuadrícula regular, de modo que se obtenga una pluralidad de segmentos que tengan todos aproximadamente la misma forma y sustancialmente la misma superficie. La superficie de cada segmento es, por ejemplo, igual o inferior a la superficie mínima que puede tener un punto formado por el satélite 11.

La etapa 52 comprende a continuación, por ejemplo, una etapa 521 de asignación de una clase de densidad de tráfico a cada segmento que constituye la zona de servicio. Así, se definen previamente varias clases de densidad de tráfico (por ejemplo, densidad baja, media y alta, etc.), y cada segmento se asigna a una clase de densidad de tráfico en función del número de aviones previstos, según el mapa de densidad de aviones, dentro del segmento en cuestión.

A continuación, la etapa 52 comprende, por ejemplo, una etapa 522 de exclusión de los segmentos en los que el número de aviones previstos es superior a un número máximo predeterminado. Los segmentos así excluidos corresponden a una zona de exclusión en la que no se formará ningún punto de haz.

A continuación, la etapa 52 comprende, por ejemplo, una etapa 523 de configuración de los puntos de haz mediante la agrupación de segmentos adyacentes que pertenecen a la misma clase de densidad de tráfico o a clases de densidad de tráfico similares. Cada agrupación de segmentos adyacentes define un punto a formar, y la agrupación se realiza preferiblemente bajo la restricción de un tamaño máximo predeterminado del punto para la clase de densidad de tráfico en cuestión. De hecho, el número de segmentos adyacentes que pueden agruparse está ventajosamente limitado para evitar tener un número demasiado grande de aviones que puedan estar presentes en el punto así definido. El número máximo de segmentos adyacentes que pueden agruparse para una clase de densidad de tráfico elevada es menor que el número máximo de segmentos adyacentes que pueden agruparse para una clase de densidad de tráfico baja, y dicha agrupación de segmentos permite garantizar que el número de aviones dentro de cada punto permanezca por debajo de un valor umbral predeterminado. La configuración de los puntos se realiza, por ejemplo, de forma iterativa con el fin de optimizar las agrupaciones de segmentos, es decir, con el fin de identificar agrupaciones de segmentos que permitan minimizar el número de haces a formar para la zona de servicio en cuestión. El conjunto de coeficientes de combinación que permiten formar los puntos de haces así definidos se calcula, por ejemplo, durante la etapa 523.

A continuación, la etapa 52 comprende, por ejemplo, una etapa 524 de cálculo de una densidad media de aviones en cada punto definido durante la etapa 523 de configuración de puntos. Al igual que anteriormente para los segmentos, cada punto se asigna, por ejemplo, a una clase de densidad de tráfico en función de la densidad media calculada para el punto considerado.

La etapa 53 comprende, por ejemplo, una etapa 530 de asignación de las duraciones de activación respectivas de los puntos definidos durante la etapa 523 de configuración de puntos, en función de las clases de densidad de tráfico asignadas a dichos puntos. Los tiempos de activación son iguales o inferiores a la duración del periodo de observación. Por ejemplo, es posible prever tiempos de activación de referencia asociados respectivamente a las diferentes clases de densidad de tráfico. Así, el tiempo de activación de un punto se elige, por ejemplo, igual al tiempo de activación de referencia asociado a la clase de densidad de tráfico asignada a dicho punto. Por ejemplo, la duración de activación de referencia para una clase de densidad de tráfico elevada puede ser igual al 100 % de la duración del periodo de observación. La duración de activación de referencia para una clase de densidad de tráfico media puede ser igual al 50 % de la duración del periodo de observación. La duración de activación de referencia para una clase de densidad de tráfico baja puede ser igual al 25 % de la duración del periodo de observación, etc. Una vez asignadas las duraciones de activación respectivas de los diferentes puntos durante la etapa 530, la etapa 52 comprende, por ejemplo, una etapa 531 de verificación de la compatibilidad con las capacidades de procesamiento del dispositivo 40 de recepción. De hecho, los puntos definidos y sus duraciones de activación deben poder procesarse preferiblemente por los diferentes módulos de procesamiento durante la duración del periodo de observación. En otras palabras, durante la etapa 531 se verifica si existe una secuencia de activación sucesiva y/o simultánea de los diferentes puntos de haz, verificando los tiempos de activación asignados, lo que permite procesar las señales de los haces de los puntos definidos durante el periodo de observación. En caso de que exista dicha secuencia de activación (referencia 531a en la figura 6), entonces la etapa 52 comprende una etapa 532 de almacenamiento de la secuencia de activación y del conjunto de coeficientes de combinación que permiten formar los puntos de haz definidos durante la etapa 523. En caso de que los puntos definidos y sus respectivas duraciones de activación no sean compatibles con las capacidades de procesamiento del dispositivo 40 de recepción (referencia 531b en la figura 6), entonces la etapa 52 comprende, por ejemplo, una etapa 533 de reducción de la totalidad o parte de las duraciones de activación respectivas de los diferentes puntos, hasta obtener una secuencia de activación compatible con las capacidades de procesamiento del dispositivo 40 de recepción. Las reducciones aplicadas son, por ejemplo, proporcionales a las duraciones de activación, y los coeficientes proporcionales aplicados dependen, por ejemplo, de la clase de densidad de tráfico asignada a cada punto. Por ejemplo, la reducción aplicada (por ejemplo, una reducción del 5 %) a la duración de activación de un punto asociado a una clase de densidad de tráfico baja puede ser proporcionalmente mayor que la reducción aplicada (por ejemplo, una reducción del 2 %) a un punto asociado a una clase de densidad de tráfico alta.

Como se ha indicado anteriormente, las etapas ilustradas en la figura 6 se repiten para cada posición en cuestión del satélite 11 en su órbita terrestre. Los conjuntos de coeficientes de combinación así calculados (y, en su caso, las secuencias de activación asociadas) se incorporan a continuación al plan de misión que se emite con destino al satélite 11. Además, el plan de misión está configurado para permitir que el dispositivo 40 de recepción aplique cada conjunto de coeficientes de combinación (y, en su caso, la secuencia de activación asociada) cuando el satélite 11 se encuentre en la posición correcta en su órbita terrestre. Por ejemplo, cada conjunto de coeficientes de combinación está asociado, en el plan de misión, a una información representativa de la posición asociada del satélite 11 en su órbita terrestre. Así, cuando el circuito 43 de procesamiento obtiene una información representativa de la posición actual del satélite 11 en su órbita terrestre, puede extraer del plan de misión almacenado el conjunto de coeficientes de combinación asociado a esta posición y utilizarlo para formar puntos adaptados a la distribución de los aviones en la zona de servicio asociada a esta posición.

De manera más general, cabe señalar que los modos de implementación y realización considerados anteriormente se han descrito a modo de ejemplos no limitativos y que, por consiguiente, son posibles otras variantes.

Referencias

[Yu2020] Sunquan Yu et al.: “ Integrated antenna and receiver system with self-calibrating digital beamforming for space-based ADS-B”, ACTA ASTRONAUTICA, PERGAMON PRESS, ELMSFORD, GB, volumen 170, páginas 480 486, 5 de febrero de 2020.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (40) de recepción de mensajes ADS-B para satélite (11) en órbita terrestre alrededor de la Tierra, comprendiendo dicho dispositivo (40) de recepción una red (41) de fuentes y un módulo (42) de formación de haces adaptado para formar haces dentro de un campo de visión de dicha red (41) de fuentes, definiendo una huella en el suelo de dicho campo de visión una zona de servicio de dicho dispositivo de recepción, estando asociadas diferentes zonas de servicio a diferentes posiciones respectivas del satélite (11) en la órbita terrestre, definiendo una huella en el suelo de un haz un punto dentro de la zona de servicio, estando configurado dicho módulo de formación de haces para formar cada haz combinando señales proporcionadas por la red de fuentes aplicando coeficientes de combinación, comprendiendo dicho dispositivo de recepción un circuito (43) de procesamiento configurado para obtener información representativa de una posición del satélite (11) en la órbita terrestre y para modificar un conjunto de coeficientes de combinación del módulo (42) de formación de haces para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de haces formados a una distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición de dicho satélite en la órbita terrestre,

estando el circuito (43) de procesamiento configurado además para controlar las duraciones de activación respectivas de los puntos de haces formados dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite (11) en función de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de dicha zona de servicio.

2. Dispositivo (40) de recepción según la reivindicación 1, en el que el conjunto de coeficientes de combinación se determina para formar puntos de menor superficie en las partes de alta densidad de aeronaves de la zona de servicio que en las partes de baja densidad de aeronaves de la zona de servicio.

3. Dispositivo (40) de recepción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el conjunto de coeficientes de combinación se modifica para controlar la superficie y/o la forma de cada punto de haz formado dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite (11) para tener un número de aeronaves dentro de cada punto de haz inferior a un valor umbral predeterminado.

4. Dispositivo (40) de recepción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el conjunto de coeficientes se modifica para adaptar la forma de al menos un punto del haz formado a una trayectoria preferente de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición del satélite (11).

5. Dispositivo (40) de recepción según la reivindicación 4, en el que la forma del al menos un punto del haz es oblonga según la trayectoria preferente de las aeronaves u oblonga transversalmente a dicha trayectoria preferente de las aeronaves.

6. Dispositivo (40) de recepción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el conjunto de coeficientes de combinación está configurado para no formar puntos dentro de una zona de exclusión predeterminada para la zona de servicio asociada a la posición del satélite (11).

7. Dispositivo (40) de recepción según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende un módulo (44) de recepción de un plan de misión, comprendiendo dicho plan de misión una pluralidad de conjuntos de coeficientes de combinación para el módulo (42) de formación de haces, estando asociado cada conjunto de coeficientes de combinación a una posición respectiva del satélite (11) en la órbita terrestre y permitiendo formar puntos de haz cuya superficie y/o forma se adapta a la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a dicha posición respectiva del satélite (11) en dicha órbita terrestre.

8. Procedimiento (50) de control, por una estación (12) terrestre, de un dispositivo (40) de recepción de mensajes ADS-B incorporado en un satélite (11) en órbita terrestre alrededor de la Tierra, comprendiendo dicho dispositivo (40) de recepción una red (41) de fuentes y un módulo (42) de formación de haces adaptado para formar haces dentro de un campo de visión de dicha red (41) de fuentes, definiendo una huella en el suelo de dicho campo de visión una zona de servicio de dicho dispositivo de recepción, estando asociadas diferentes zonas de servicio a diferentes posiciones respectivas del satélite (11) en la órbita terrestre, definiendo una huella en el suelo de un haz un punto dentro de la zona de servicio, estando configurado dicho módulo de formación de haces para formar cada haz combinando señales proporcionadas por la red de fuentes aplicando coeficientes de combinación, comprendiendo dicho procedimiento (50) de control, para cada una de una pluralidad de posiciones predeterminadas del satélite (11) en dicha órbita terrestre, las etapas de:

- (51) obtener un mapa de densidad de aeronaves representativo de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión del satélite (11) en la órbita terrestre,

- (52) determinar un conjunto de coeficientes de combinación en función del mapa de densidad de aeronaves, determinándose el conjunto de coeficientes de combinación para adaptar la superficie y/o la forma de los puntos de haz formados a la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión,

- (53) determinar una duración de activación de cada punto de haz en función de la distribución geográfica de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión,

comprendiendo dicho procedimiento (50) de control además una etapa (54) de emisión, destinada al dispositivo (40) de recepción incorporado en el satélite (11), de un plan de misión que agrupa los conjuntos de coeficientes de combinación asociados respectivamente a la pluralidad de posiciones del satélite (11) en la órbita terrestre.

9. Procedimiento (50) de control según la reivindicación 8, en el que cada conjunto de coeficientes de combinación permite formar una pluralidad de haces simultáneamente y/o sucesivamente durante un periodo de observación de duración predeterminada de la zona de servicio asociada a la posición asociada a dicho conjunto de coeficientes de combinación.

10. Procedimiento (50) de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en el que los conjuntos de coeficientes de combinación se determinan para formar puntos de menor superficie en las partes con alta densidad de aeronaves de la zona de servicio en cuestión que en las partes con baja densidad de aeronaves de la zona de servicio en cuestión.

11. Procedimiento (50) de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que los conjuntos de coeficientes de combinación se determinan para controlar la superficie y/o la forma de cada punto de haz para que el número de aeronaves dentro de cada punto de haz sea inferior a un valor umbral predeterminado.

12. Procedimiento (50) de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que se determina al menos un conjunto de coeficientes de combinación para adaptar la forma de al menos un punto de haz a una trayectoria preferente de las aeronaves dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

13. Procedimiento (50) de control según la reivindicación 12, en el que la forma del al menos un punto del haz es alargada siguiendo la trayectoria preferente de las aeronaves u oblonga transversalmente a dicha trayectoria preferente de las aeronaves.

14. Procedimiento (50) de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que al menos un conjunto de coeficientes de combinación está configurado para no formar puntos dentro de una zona de exclusión predeterminada dentro de la zona de servicio asociada a la posición en cuestión.

15. Estación (12) terrestre que comprende medios configurados para implementar un procedimiento (50) de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14.

16. Sistema (10) de recepción de mensajes ADS-B emitidos por aeronaves (20), comprendiendo dicho sistema de recepción al menos una estación (12) terrestre según la reivindicación 15 y al menos un satélite (11) en órbita terrestre alrededor de la Tierra, incorporando dicho al menos un satélite (11) un dispositivo (40) de recepción de mensajes ADS-B según la reivindicación 7.