PT2263225E - Disposição e processo para a segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo de aeronaves - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSIÇÃO E PROCESSO PARA A SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO AÉREA E/OU CONTROLO DO TRÁFEGO AÉREO DE AERONAVES" A presente invenção refere-se a uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo para aeronaves. A disposição engloba, pelo menos, uma estação de transmissão numa aeronave por proteger e/ou controlar e vários estações de receção afastadas entre si, que estão ligadas a uma central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo. A, pelo menos uma, estação de transmissão da aeronave a proteger e/ou controlar envia um sinal de difusão. Pelo menos uma das estações de receção recebe o sinal de difusão e transmite, pelo menos, uma parte dos dados contidos no sinal de difusão à central de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo ou a outras organizações. A invenção refere-se também a um processo para a segurança de navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo por meio de uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo do tipo inicialmente mencionado.

0 estado da técnica conhece, sob a designação Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B), uma disposição de segurança de navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo (comparar o padrão TCA Do-260A de 10 de abril de 2003 "Minimum Operational Performance Standard for 1090 MHz Extended Squitter Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B) and Traffic Information Services Broadcast (TIS-B), Volume I (Main Part) and Volume II 2 (Appendices)"). Sob ADS-B, uma aeronave transmite por si só, ou seja, sem ter de ser externamente induzida, periodicamente a sua identificação, posição, velocidade e direção de voo, bem como outras informações, como o sinal de difusão. Para isso, existe na aeronave, pelo menos, uma estação de transmissão adequada (um chamado Mode S Extended Squitter). A aeronave dispõe ainda de meios informáticos adequados para calcular, recolher ou, se necessário, preparar previamente os dados por transmitir na aeronave e adequados à transmissão como sinal de difusão. 0 sinal de difusão é repetido preferencialmente duas vezes por segundo.

Na base da conhecida disposição de segurança de navegação aérea e/ou de controlo de tráfego aéreo ADS-B existem várias estações de receção afastadas entre si, que podem receber o sinal de difusão do Mode S Extended Squitter das aeronaves. Os dados e informações contidos no sinal de difusão são reencaminhados para uma central de segurança de navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo, onde são recebidos, se necessário processados e preparados, podendo depois ser disponibilizados aos utilizadores. Os dados existentes na central de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo de cada aeronave podem ser consultados para medidas de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo.

As informações da posição de uma aeronave são oriundas de uma qualquer fonte para a navegação mundial como, por exemplo, dos satélites Global Positioning System (GPS), a bordo da aeronave. Naturalmente que também podem ser utilizados outros sistemas de determinação da posição 3 apoiados por satélite (p. ex. GLONASS (russo), Euteltracs (europeu, sobretudo para tráfego de longa distância), Galileo (europeu), MTSAT (japonês) ou Compass (chinês)) para determinar a posição da aeronave. 0 sinal de difusão de uma aeronave também pode ser recebido por outras aeronaves ao alcance do sinal de difusão, desde que disponham de uma estação de receção adequada. Cada aeronave pode, assim, dispor de informações de voo de outras aeronaves na periferia, que são transmitidas aos pilotos e podem ser utilizadas para evitar colisões. 0 documento DE 10 2005 0031 439 AI já apresentou uma disposição da segurança de navegação aérea ADS-B com apoio terrestre para indicar movimentos de voo no espaço aéreo. Trata-se aqui de um sistema unicamente com apoio terrestre. Na conhecida disposição ADS-B, sobretudo as várias estações de receção são constituídas como estações terrestres.

Porém, a disposição ADS-B com apoio terrestre da segurança de navegação aérea já conhecida do estado da técnica, para indicar os movimentos de voo no espaço aéreo, só está disponível nas regiões que possuem uma cobertura suficiente com estações de receção adequadas. As estações de receção dispostas em terra têm, dependendo da altitude de voo da aeronave (p. ex. 10.000 metros), um alcance até 400 quilómetros ao longo de uma linha de visibilidade aparente para a aeronave, de modo a poderem cobrir uma área de receção aproximadamente circular com um diâmetro até 800 quilómetros. Para poder disponibilizar, de forma a cobrir amplamente a superfície, o ADS-B em grandes regiões mesmo a altitudes de voo mais baixas, são necessárias várias estações de receção terrestres ADS-B. Além disso, a 4 disposição de estações terrestres ADS-B pode ser dispendiosa em território difícil e remoto. Sobretudo em zonas oceânicas e/ou em zonas muito remotas e pouco povoadas (p. ex. regiões polares, Terra do Fogo, etc.) é impossível, ou não faz sentido, fazer uma vigilância global completa com sistemas de radar e/ou estações terrestres ADS-B.

Uma aeronave que viaja por exemplo das Caraíbas para Portugal perde - logo após poucas milhas da costa - o alcance da vigilância por radar atual e depois só está ligada às diferentes seguranças de navegação aérea por rádio. Somente pouco antes de chegar aos Açores é que é novamente captada, após um longo período, por um radar da segurança de navegação aérea, quando p. ex. entra na área de controlo do tráfego aéreo da segurança da navegação aérea portuguesa (NAV Portugal ou FIR Lisboa).

Além disso, uma infraestrutura da segurança da navegação aérea não homogénea entre os espaços aéreos bem equipados (p. ex. EUA e Europa) e os espaços aéreos que permitem apenas uma ATM (Air Traffic Management) percentual, leva à redução das capacidades ATM mesmo nos espaço aéreos bem equipados. Isto acontece porque as aeronaves internacionais têm de ter prioridade no controlo do tráfego aéreo em relação às aeronaves regionais. 0 anúncio da entrada de uma ou várias aeronaves internacionais na área de controlo só é feito pouco antes de ela entrar, o que influencia pelo menos uma parte do tráfego aéreo regional. Não é possível planear o controlo do tráfego aéreo regional, pois desconhece-se o momento exato da entrada de aeronaves internacionais de regiões não 5 controladas por radar ou ADS-B (mares ou oceanos) na área de controlo da autoridade da segurança da navegação aérea. A partir do estado da técnica descrito, a presente invenção pretende pois disponibilizar a segurança da navegação aérea e o controlo do tráfego aéreo que cubra todas as superfícies a nível mundial, com base em sinais de difusão, com o menor esforço e custo possível, de modo a poder-se planear a segurança da navegação aérea e o controlo do tráfego aéreo se possível a longo prazo e, consequentemente, o mais seguro e eficaz possível.

Para resolver esta tarefa propõe-se, a partir da disposição de segurança da navegação aérea e/ou do controlo do tráfego aéreo do tipo inicialmente mencionado, que pelo menos algumas das estações de receção sejam constituídas como estações de receção de satélite, de modo a receberem um sinal de difusão de 1090 MHz de uma estação de transmissão constituída como Mode S Extended Squitter de uma aeronave a proteger e/ou controlar, e que pelo menos uma parte dos dados aí contidos seja reencaminhada por um trajeto de transmissão via rádio para uma estação de controlo terrestre de satélite e ainda para a central de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo ou para outras organizações. A presente invenção refere-se a aeronaves de todo o tipo, que transmitem qualquer sinal de difusão e estão equipadas com um ou vários transmissores adequados: aeronaves civis e militares de todo o tipo, por exemplo aviões de transporte, aviões da aviação geral, aeronaves e sistemas de aviação tripulados e também não tripulados. A presente invenção permite uma segurança de navegação aérea, vigilância e/ou controlo do tráfego aéreo baseados 6 no espaço aéreo, na medida em que utiliza estações de receção apoiadas por satélite, que recebem o sinal de difusão transmitido pelas aeronaves. As estações de receção não têm de fazer parte de um satélite próprio, podendo por exemplo ser fixadas em forma de um chamado Piggy Pack a um satélite, que na realidade serve para exercer outras funções (por exemplo para a transmissão de informações, para a determinação da posição a nivel mundial e/ou localização de aeronaves, veículos terrestres ou embarcações, etc.).

As estações de receção de satélite podem ser constituídas como estações de receção individuais da disposição da segurança de navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção, podendo-se assim prescindir de estações de receção com base terrestre. Em alternativa, as estações de receção de satélite também podem servir para adicionar uma infraestrutura existente com estações de receção de base terrestre, em que as estações de receção de satélite cobrem preferencialmente regiões, nas quais estão dispostas estações de receção terrestres. 0 sinal de difusão recebido pelas estações de receção de uma aeronave pode ser previamente processado e/ou preparado para a transmissão à central de segurança da navegação área e/ou do controlo do tráfego aéreo. Pelo menos alguns dos dados e informações contidos no sinal de difusão recebido são transmitidos pela estação de receção de satélite a uma ou várias estações de controlo terrestre de satélite, são aí processados e, por fim, reencaminhados à central de segurança da navegação aérea e/ou do controlo do tráfego aéreo ou a outras organizações autorizadas (p. 7 ex. companhias de aviação, aeroportos, etc.)· A estação de controlo terrestre que recebe o sinal de satélite transmite os dados à central de segurança da navegação aérea e/ou do controlo do tráfego aéreo ou a outras organizações autorizadas, através de linhas ou por outro meio, como por exemplo por uma ligação de rádio. A ligação entre a estação de receção de satélite, que recebeu o sinal de difusão da aeronave por proteger e/ou controlar, e a estação de controlo terrestre de satélite não tem de ser estabelecida de forma direta. A ligação entre a estação de satélite e a estação de controlo terrestre pode estabelecer-se por estações de relé adequadas, sobretudo em forma de estações de relé de satélite (os chamados Inter-Satellite-Links). Isto tem a vantagem de reduzir atrasos de sinal. A presente invenção permite, fácil e economicamente, obter uma cobertura global para efeitos da segurança da navegação aérea, vigilância e/ou controlo do tráfego aéreo por meio de sinais de difusão. Principalmente as regiões sobre mares e oceanos, mas também as regiões com florestas densas, montes escarpados ou vastos desertos podem ser amplamente controladas até baixas altitudes, graças à invenção. Isto tem a vantagem de poder vigiar constantemente por exemplo aeronaves no seu voo da América Central ou da América do Sul até à Europa enquanto sobrevoam o Oceano Atlântico, apesar de ai não existirem estações de receção terrestres. Isto permite disponibilizar atempadamente, por exemplo à autoridade da segurança da navegação aérea de Portugal (NAV Portugal), que é responsável pela chegada sobre o Atlântico proveniente da América Central e da América do Sul, informações sobre as aeronaves internacionais a caminho da Europa. A autoridade de navegação de Portugal pode, assim, registar - muito antes de chegar à área de controlo portuguesa - uma aeronave internacional no planeamento das atividades de segurança da navegação aérea e/ou do controlo do tráfego aéreo, de modo a poder controlar atempadamente as aeronaves regionais. Por conseguinte, consegue-se igualar temporalmente a segurança da navegação aérea, sobretudo no que diz respeito à atenção com aeronaves regionais como também internacionais, dando prioridade às aeronaves internacionais, podendo-se assim melhorar a eficiência, segurança e confiança das atividades de segurança da navegação aérea e/ou do controlo do tráfego aéreo e, com isso, aperfeiçoar visivelmente a capacidade para controlar o tráfego aéreo. Além disso, permite reduzir assim os necessários desvios de aeronaves nacionais, o que resulta na poupança de combustível e redução de ruido e gases de combustão. pois podem

Outra vantagem da disposição de segurança da navegação aérea e controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção consiste no facto de se disponibilizarem, assim, informações sobre o avião e a sua rota durante todo o voo de uma aeronave, sobretudo quando se sobrevoam regiões sem cobertura de radar e sem estações de receção terrestres ADS-B. Estas informações podem ser disponibilizadas a terceiros, gratuitamente ou a titulo oneroso. É, assim, por exemplo possível que as companhias de aviação sejam informadas sobre a posição atual das suas aeronaves. Mas também os aeroportos podem ter interesse em receber estas informações adicionalmente à disposição, 9 aproveitá-las para a atualização online dos planos de chegadas e/ou partidas.

Outra vantagem da presente invenção consiste no facto de as estações de receção apoiadas por satélite da disposição de segurança da navegação aérea e/ou do controlo de tráfego aéreo em conformidade com a invenção compreenderem uma área de cobertura essencialmente maior do que as conhecidas estações de receção com base terrestre. Um controlo de radar do espaço aéreo é caro, o que constitui a razão principal dos sistemas de radar para o controlo aéreo cobrirem atualmente apenas uma pequena parte do mundo (o inventor calcula que menos que 5% das massas terrestres) - as estações de receção terrestres ADS-B têm apenas uma área de controlo relativamente limitada devido à curvatura da terra. Para cobrir amplamente o espaço aéreo superior da Austrália, que corresponde a um controlo do espaço aéreo acima dos 30.000 pés, bastam aproximadamente 30 estações terrestres ADS-B. Para controlar amplamente o tráfego aéreo total nos EUA são porém necessárias aproximadamente 1.500 estações de receção terrestres ADS-B, que têm de ser instaladas e distribuídas por todos os EUA.

Com a transferência das estações de receção para o Espaço, é possível aumentar muito a área de controlo de cada uma das estações de receção, de modo a poder reduzir a quantidade necessária de estações de receção para realizar um controlo do espaço aéreo numa determinada região. Para além disso, as estações de receção de satélite permitem não apenas um controlo do espaço aéreo superior (acima do Flight Levei FL200 ou FL300), mas também um controlo do espaço aéreo até baixas altitudes de voo e também até à terra (o chamado FL0). Isto significa que, com a disposição 10 de segurança da navegação aérea e/ou controlo de tráfego aéreo em conformidade com a invenção, se consegue obter, a custos relativamente baixos, uma segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo para baixo até FLO. O objetivo da invenção é principalmente, através de estações de receção ADS-B apoiadas por satélite, conseguir uma cobertura ADS-B mundialmente abrangente, de modo a possibilitar um controlo mundial do espaço aéreo sem estações de radar e/ou terrestres ADS-B.

Para realizar a presente invenção, é necessária uma constelação de vários satélites que giram junto à Terra, uma vez que o sinal de difusão transmitido pelas aeronaves possui apenas um alcance limitado. Para além disso, o sinal de difusão nas aeronaves é atualmente apenas emitido para baixo, para a frente e para trás (mas não para cima). Isto quer dizer que o sinal de difusão é recebido com alguma dificuldade pelos satélites posicionados diretamente por cima da aeronave. Para receber o sinal de difusão são, por isso, utilizadas estações de receção de satélite preferencialmente obliquamente dispostas por cima da aeronave, que se encontram sobretudo no horizonte. Mas naturalmente que também é possível passar a equipar no futuro as aeronaves com transmissores, que emitem o sinal de difusão para cima; principalmente se quiser implementar o sistema de controlo baseado em satélite proposto em conformidade com a invenção, pelo menos se as estações de transmissão se encontrarem no lado superior de aeronaves, é possível receber sem qualquer problema os sinais de difusão de uma aeronave a partir de satélites diretamente por cima da aeronave. 11

Também as frequências e a potência de transmissão do sinal de difusão podem alterar-se em futuros sistemas ADS-B relativamente aos sistemas de controlo atuais. 0 principio da emissão periódica não endereçada do sinal de difusão permanece também em futuros sistemas ADS-B.

De acordo com um desenvolvimento continuo vantajoso da presente invenção propõe-se que as estações de receção de satélite girem à volta da Terra numa órbita a menos de 3.000 km acima da superfície da Terra. De acordo com este desenvolvimento não se utilizam, portanto, satélites geostacionários, uma vez que a sua órbita apresenta uma distância relativamente grande em relação à superfície da Terra (aprox. 36.000 km), mas sim satélites próximos da Terra. As estações de receção de satélite fazem, preferencialmente, parte de chamados satélites Low Earth Orbit (LEO). Estes satélites estão posicionados numa órbita de aprox. 160 - 2.000 km acima da superfície da Terra. As estações de receção podiam sobretudo ser aplicadas em satélites numa órbita de aprox. 600 - 900 km acima da superfície da Terra. Aqui é decisivo que o sinal de difusão emitido pelas estações de transmissão das aeronaves ainda possa ser recebido pelas estações de receção de satélite (mesmo sob condições desfavoráveis) de forma segura e eficaz. Porém, é de sublinhar que a presente invenção pode ser realizada com quaisquer satélites, não se limitando a satélites de uma determinada órbita. Se o sinal de difusão tradicional de satélites puder ser recebido em órbitas mais altas somente de uma forma muito fraca, seria viável as aeronaves emitirem um sinal de difusão reforçado em relação ao sinal tradicional com uma maior potência de transmissão ou os transmissores serem posicionados nas aeronaves, por 12 exemplo no lado superior das aeronaves, de modo a que a receção do sinal de difusão seja aperfeiçoado pelas estações de receção de satélite e, assim, também possa ser recebido sem qualquer problema pelos satélites em órbitas médias (p. ex. satélites Galileo) e pelos satélites geostacionários.

De acordo com uma versão privilegiada da presente invenção propõe-se que as estações de receção de satélite girem à volta da Terra, de modo a que as suas áreas de receção cubram, pelo menos parcialmente, regiões geográficas, que estão somente insuficientemente cobertas por estações de receção terrestres. As estações de receção de satélite giram vantajosamente à volta da Terra, de modo a que as suas áreas de receção também cubram regiões do mar, montanha, floresta e/ou do deserto.

De acordo com outro desenvolvimento vantajoso da presente invenção propõe-se que as estações de receção de satélite sejam concebidas, de modo a receberem um sinal de difusão de uma estação de transmissão constituída como Mode S 1090 MHz Extended Squitter de uma aeronave a proteger e/ou controlar. Em alternativa ou complementarmente, as estações de receção de satélite também podem ser concebidas, de modo a receberem um sinal emissor-recetor 978 MHz Universal Access (UAT) . Por fim, as estações de receção de satélite podem ser concebidas, em alternativa ou complementarmente, de modo a que um sinal VHF Data Link Mode 4 (VDLM 4) seja recebido na banda de frequência 108 até 137 MHz.

De acordo com outro desenvolvimento vantajoso da presente invenção, propõe-se que as estações de receção de satélite apresentem pelo menos uma unidade de transmissão, 13 que transmite outro sinal de difusão com informações sobre a posição de aeronaves. Com este desenvolvimento pode realizar-se um chamado Traffic Information Services-Broadcast (TISB), através do qual as aeronaves equipadas com ADS-B podem ser fornecidas com uma imagem mais completa do espaço aéreo que as envolve. TIS-B é um serviço, que fornece às aeronaves equipadas com ADS-B dados de controlo sobre aeronaves não equipadas com ADS-B. TIS-B compreende informações de controlo que são disponibilizadas por uma ou várias fontes de controlo, como por exemplo um radar de controlo. As informações de controlo são processadas e convertidas para poderem ser usadas por aeronaves equipadas com ADS-B. TIS-B também pode ser utilizado em aplicações ADS-B que incluam várias ligações de dados ADS-B, para disponibilizar uma ligação cruzada ou uma função Gateway entre as aeronaves equipadas com ADS-B, utilizando as diferentes ligações de dados. Esta subfunção TIS-B também é designada por Automatic Dependent Surveillance -Rebroadcast (ADS-R). Dois protocolos de ligação de comunicação foram até agora autorizados para utilização em aplicações ADS-R. 0 Universal Access Transceiver (UAT) que é maioritariamente utilizado por pequenas aeronaves, e o 1090 MHz Mode S Extended Squitter (1090 ES) que é normalmente utilizado em aeronaves para uso comercial.

Para evitar uma interceção e reprodução do sinal de difusão por pessoas não autorizadas, propõe-se segundo uma versão privilegiada da invenção que as estações de receção de satélite possuam meios para descodificar um sinal de difusão transmitido pela estação de transmissão da aeronave a proteger e/ou controlar. A transmissão codificada do 14 sinal de difusão pode representar um possível desenvolvimento no âmbito de ADS-B. Naturalmente que também são viáveis outros desenvolvimentos de ADS-B, que a presente invenção pretende igualmente compreender. De acordo com esta versão, os sinais de difusão não podem ser recebidos por uma qualquer estação de receção, nem se podem extrair as informações ai contidas. Muito pelo contrário, o sinal de difusão é transmitido de forma codificada, de modo a poder ser recebido e descodificado somente por estações de receção equipadas com respetivos mecanismos de descodificação.

Para impedir uma interceção dos dados transmitidos via o trajeto de transmissão de rádio entre a estação de receção de satélite, que recebeu o sinal de difusão, e as estações de controlo terrestre de satélite por parte de terceiros não autorizados, propõe-se que as estações de receção de satélite possuam meios para descodificar os dados do sinal de difusão reencaminhados para a central de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo. Os dados codificados são transmitidos pela estação de receção de satélite, diretamente ou indiretamente através de estações de relé, para uma das estações de controlo terrestre de satélite.

Outra solução para o objetivo da presente invenção é propor, a partir do processo da segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo de aeronaves do tipo inicialmente mencionado, que pelo menos algumas das estações de receção sejam concebidas como estações de receção de satélite, sendo que o sinal de difusão 1090 MHz transmitido por pelo menos uma estação de transmissão concebida como Mode S Extended Squítter da aeronave a 15 proteger e/ou controlar é recebido por pelo menos uma das estações de receção de satélite, e pelo menos uma parte dos dados contidos no sinal de difusão é reencaminhada, através de um trajeto de transmissão de rádio, a uma estação de controlo terrestre de satélite e ainda à central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo ou outras organizações.

Por fim, propõe-se que os dados contidos no sinal de difusão recebido por pelo menos uma estação de receção de satélite, sobretudo de uma companhia de aviação da aeronave a proteger e/ou controlar, sejam disponibilizados às autoridades de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo e aos aeroportos. Deste modo, por exemplo a companhia de aviação dispõe sempre das informações atuais das posição e estados para todas as suas aeronaves ou para as aeronaves dotadas de ADS-B. Deste modo, a companhia de aviação pode controlar e gerir, muito melhor do que tinha sido possível até então, a aplicação e a disponibilidade das suas aeronaves. Isto permite aumentar a eficiência das aeronaves. Isto só é possível com a presente invenção, pois só ela possibilitou um controlo global do tráfego aéreo, sobretudo na zona dos mares e oceanos e também nas regiões polares.

As seguintes figuras permitem esclarecer os exemplos de execução privilegiados da presente invenção. Nomeadamente: a Figura 1 mostra uma vista esquemática de uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção de acordo com uma primeira versão privilegiada; 16 a Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção de acordo com uma segunda versão privilegiada; e a Figura 3 mostra uma conhecida disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo do estado da técnica numa vista esquemática. A Figura 3 mostra uma conhecida disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo do estado da técnica. A disposição serve para a segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo de aeronaves 1, 2, sobretudo aviões. Nas aeronaves 1, 2 está disposta respetivamente pelo menos uma estação de transmissão 3, 4. As estações de transmissão 3, 4 transmitem regularmente um sinal de difusão, que no exemplo apresentado é em forma de um sinal 1090 MHz Mode S Extended Squitter (1090 ES) , que pode ser recebido por qualquer estação de receção. Para visualizar as caracteristicas de difusão do sinal 1090 ES, a Figura 3 mostra círculos concêntricos à volta das estações de transmissão 3, 4.

Estes círculos correspondem a um primeiro sinal 1090 ES 5 de uma primeira estação de transmissão 3, e um segundo sinal 1090 ES 6 de uma segunda estação de transmissão 4. Uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo destas é já conhecida do estado da técnica sob a designação Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B). 17 A conhecida disposição ADS-B inclui ainda várias estações de receção dispostas no terreno e afastadas entre si, das quais a Figura 3 apresenta a título de exemplo apenas duas estações de receção 7, 8. As estações de receção 7, 8 estão ligadas, por linhas de conexão 9, 10, a uma central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo 11. Em alternativa ou complementarmente, as estações de receção 7, 8 também podem estar ligadas, via rádio ou por qualquer outro modo, à central de segurança de navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo 11. A central 11 é operada ou gerida por uma autoridade de segurança da navegação aérea nacional ou regional, como por exemplo a segurança de navegação aérea alemã (DFS) ou a Maastricht Upper Area Control (MUAC).

As aeronaves 1, 2 transmitem regularmente sinais de difusão 5, 6 - tal como foi mencionado -, por iniciativa própria e sem um endereço de recetor especial ou endereçar um recetor especial. O sinal 1090 ES 5, 6 contém informações relativas à aeronave 1, 2, que envia o sinal 5, 6. As informações compreendem por exemplo a posição, a altitude, a velocidade, a direção de voo, o local de partida, o local de destino, o sinal de chamada, a classe do avião, etc. da aeronave 1, 2. A altitude e a velocidade da aeronave 1, 2 são calculadas a bordo das aeronaves 1, 2 por meio de aparelhos de deteção adequados. A posição das aeronaves 1, 2 é calculada por adequados sistemas de determinação da posição e preferencialmente apoiados por satélite, por exemplo através de satélites Global Positioning System (GPS). Para isso, devem existir equipamentos adequados (p. ex. uma antena de receção de satélite, meios informáticos, etc.) para determinar a 18 posição, com apoio do satélite, das aeronaves 1, 2 a bordo das mesmas. Em alternativa, a determinação da posição das aeronaves 1, 2 também pode ser feita por meio de outros sistemas - Global Navigation Satellite Systems (GNSS) - por exemplo os satélites GLONASS (o pendente russo em relação ao GPS NAVSTAR americano), através de satélites Galileo ou através de satélites Compass, inclusive os seus sistemas de aperfeiçoamento (WAAS, EGNOS, MTSAT, GAGAN, etc.). Na verdade não importa a forma como é calculada a posição das aeronaves 1, 2. Decisivo é o facto de o sinal de difusão 1090 ES 5, 6 transmitir, para além de outras informações sobre a aeronave 1, 2, também as caracteristicas atuais do voo e a posição atual da aeronave 1, 2.

Os sinais de difusão 5, 6 transmitidos pelas unidades de transmissão 3, 4 são recebidos, entre outros, também pelas estações de receção terrestres 7, 8 (comparar as setas 5' e 6'). Chama-se particular atenção para o facto de que as setas 5' e 6' desenhadas para visualização não significarem a constituição de uma união ponto a ponto entre as estações de transmissão 3, 4 e as estações de receção 7, 8. Muito pelo contrário, os sinais 5, 6 são sinais de difusão que podem ser recebidos por qualquer pessoa. Pelo menos uma parte das informações contidas nos sinais de difusão recebidos 5, 6 sobre as aeronaves 1, 2 é transmitida, pelas linhas de conexão 9, 10, à central de segurança da navegação aérea e/ou de controlo do tráfego aéreo 11 ou outras organizações, onde ficam disponíveis para reencaminhamento. Através das informações disponíveis na central 11 pode realizar-se uma chamada Air to-Air Surveillance Application (ASA), bem como, uma Air-to-Ground Surveillance Application (GSA) com elevada precisão. 19 A Figura 1 apresenta uma vista esquemática de uma disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção de acordo com uma versão privilegiada da presente invenção. Os mesmos elementos ou componentes da disposição em conformidade com a invenção possuem os mesmos números de referência da conhecida disposição apresentada na Figura 3. Uma grande diferença da disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo em conformidade com a invenção em relação ao estado da técnica tem a ver com o facto de que pelo menos uma parte das estações de receção já não se encontrar no terreno, mas sim no espaço aéreo. A Figura 1 mostra por exemplo somente uma estação de receção de satélite 20, mas é claro que a disposição em conformidade com a invenção também pode compreender muitas mais estações de receção de satélite 20. A estação de receção de satélite 20 apresentada na Figura 1 compreende uma antena de transmissão/receção 20', bem como, uma unidade de processamento e de cálculo adequada (não apresentada) para processar os sinais de difusão 1.090 ES 5, 6 recebidos. A receção dos sinais de difusão 5, 6 transmitidos pelas estações de transmissão 3 ou 4 através da estação de receção de satélite 20 está simbolicamente representada na Figura 1 pelas setas 5"' e 6"'. Os sinais de difusão 5, 6 recebidos ou as informações ADS-B ai contidas são reencaminhados pela estação de receção de satélite 20, através de um trajeto de transmissão de rádio 21, para uma estação de controlo terrestre de satélite 22. Ai, os dados ADS-B são processados e preparados para um reencaminhamento à central de segurança da navegação aérea 20 e/ou controlo do tráfego aéreo 11 através de uma ligação 23.

Mesmo na versão em conformidade com a invenção é naturalmente possível que o sinal de difusão 5, 6 transmitido por uma das aeronaves 1, 2 seja recebido por outra aeronave 2, 1 e seja aí avaliado. As informações recebidas no outro avião 2, 1 sobre o outro avião 1, 2 podem ser usadas para realizar um sistema que impeça colisões entre aeronaves 1, 2, por exemplo em forma de um

Traffic Collision Avoidance System (TCAS). A disposição de controlo em conformidade com a invenção disponibiliza meios para realizar um controlo ADS-B baseado no espaço aéreo, utilizando estações de receção de satélite 20, que recebem os sinais 1090 ES 5, 6 das aeronaves 1, 2. Além disso, a disposição pode ainda disponibilizar um ADS-B Rebroadcast (ADS-R) , um Traffic Information Service Broadcast (TIS-B) e um Flight

Information Broadcast (FIS-B), utilizando o sinal 1.090 ES 5, 6 através das estações de receção de satélite 20.

0 controlo ADS-B baseado no espaço aéreo pode complementar ou melhorar um controlo ADS-B existente com base terrestre (com estações de receção terrestres 7, 8). A

Figura 1 apresenta, de forma tracejada, uma respetiva estação de receção 8, por exemplo representada com base terrestre, para receber sinais de difusão ADS-B 5', 6'. Em alternativa, pode realizar-se em conformidade com a invenção um controlo ADS-B global, que compreende estações de receção de satélite 20 como sendo as únicas estações de receção, ou seja, sem estações de receção com base terrestre 8 adicionais. 21

Adicionalmente às funções de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (as chamadas tarefas Air Traffic Control (ATC)), os dados ADS-B recebidos podem ser disponibilizados a outros utilizadores e podem ser usados por estes. É, assim, por exemplo viável utilizar as informações ADS também para disponibilizar a uma companhia de aviação a posição atual das suas aeronaves 1, 2. Isto pode ser útil tanto no caso de atrasos das aeronaves das companhias de aviação 1, 2 como também num caso de emergência. A companhia de aviação pode, assim, planear muito melhor, de forma mais eficaz e preventiva, a aplicação das suas aeronaves. ADS-B compreende uma transmissão regular autónoma de dados ou informações sobre uma aeronave 1, 2, que estão disponíveis a bordo da aeronave 1, 2. As informações transmitidas englobam dados de controlo, como por exemplo a posição, a altitude, a velocidade, a direção, um sinal de chamada da aeronave 1, 2, a classe da aeronave e outras. Os sinais ADS-B 5, 6 são transmitidos de forma espontânea e autónoma, regularmente e sem um endereço de receção especial. Nesta medida, os sinais ADS-B distinguem-se das mensagens ADS-Contract (ADS-C) que são transmitidas por uma ligação ponto a ponto aos satélites de comunicação geostacionários. Os satélites de comunicação geostacionários encontram-se numa órbita de alguns dez mil metros acima da superfície da Terra 29, sobretudo a aproximadamente 36.000 quilómetros acima da superfície da Terra 29. A ligação de comunicação ponto a ponto é dispendiosa e relativamente cara, de modo a que para transmitir as informações de uma aeronave 1, 2 durante um voo intercontinental mais longo, os necessários tempos de 22 transmissão para as informações da aeronave por si só já originam custos relativamente elevados, que não são aceites pelas companhias de aviação e nem pelos utilizadores das aeronaves 1, 2 (os passageiros ou os clientes de carga aérea). Ao contrário do controlo ADS-C do espaço aéreo, o controlo ADS-B baseado no espaço aérea proposto em conformidade com a invenção oferece grandes vantagens no que diz respeito a um controlo das aeronaves 1, 2 o mais fácil e barato possível.

Aliás, a presente invenção permite também a realização de chamadas Air-to-Ground Surveillance Applications (GSA) em regiões que não estão cobertas por radares primários e/ou secundários. Mesmo sem cobertura radar, estas regiões podem ter um controlo ATC com o controlo ADS-B baseado no espaço aéreo. Isto é interessante particularmente em regiões onde é dispendioso dispor, ou nem sequer é possível dispor, das estações de receção terrestres ADS-B 7, 8.

Com a presente invenção é possível, pela primeira vez, controlar continuamente o espaço aéreo também a altitudes mais baixas. Pode, eventualmente, realizar-se um controlo que pode chegar até cá baixo à superfície da Terra 29, por exemplo até à pista de aterragem de um aeroporto. Isto é conseguido pelo fato de as estações de receção de satélite 20 se encontrarem acima das aeronaves 1, 2 e - ao contrário das estações de receção de radar e terrestres ADS-B 7, 8 até agora utilizadas - não serem sistemas terrestres cuja receção dos sinais de difusão 5, 6 pode ser impedida pela curvatura da Terra e também por obstáculos, como por ex. prédios, vegetação ou colinas e montanhas.

Tal como o controlo terrestre ADS-B, também o sistema ADS-B baseado no espaço aéreo em conformidade com a 23 invenção poderia ser um componente essencial do sistema US Next Generation Air Transportation (NextGen), do sistema Australian Air Traffic Surveíllance, bem como, de respetivos outros sistemas na Europa, Ásia e outras partes do mundo. Parte-se do principio que o controlo ADS-B baseado no espaço aéreo será no futuro um componente decisivo do controlo do tráfego aéreo no mundo. A invenção disponibiliza um controlo melhorado das aeronaves 1, 2 no espaço aéreo, bem como, um conhecimento mais aprofundado do tráfego aéreo atual no espaço aéreo envolvente, tanto para pilotos como para controladores aéreos. 0 ADS-B baseado no espaço aéreo está preparado para melhorar a segurança, a capacidade e a eficiência dos controlos aéreos regionais, e simultaneamente disponibilizar uma plataforma flexível e expansível sem grande dispêndio, de modo a considerar possibilidades para um crescimento futuro no tráfego aéreo. A aplicação de estações de receção de satélite 20 possibilita concretizar, fácil e economicamente, as vantagens de um ADS-B, sobretudo também para as regiões que até agora não permitiam, ou permitiam apenas um controlo ADS-B muito dispendioso, por exemplo na zona de mares ou oceanos ou em regiões com uma fraca infraestrutura. Adicionalmente às funções de controlo do tráfego aéreo, a companhia aérea pode possibilitar um controlo global da sua própria frota de tráfego aéreo. A Figura 2 representa outro exemplo de execução privilegiado da presente invenção. Este exemplo de execução distingue-se do primeiro exemplo de execução da Figura 1 sobretudo pelo facto dos sinais de difusão 5, 6 recebidos (ou as informações aí contidas) pela estação de receção de satélite 20 não serem diretamente transmitidos pela estação 24 de receção de satélite 20 de volta à superfície da Terra (para a estação de controlo terrestre de satélite 22), mas serem primeiramente transmitidos a outro satélite 26 através de uma ligação de rádio 25. 0 sinal de difusão 5, 6 (ou as informações aí contidas) recebido pela estação de receção de satélite 20 pode ser transmitido, a partir do outro satélite 26, de novo para outros satélites (não ilustrados) ou para a estação de controlo terrestre de satélite 22. 0 outro satélite 26 pode compreender igualmente uma estação de receção para os sinais de difusão 1.090 ES 5, 6 das aeronaves 1, 2. Mas também é viável que o outro satélite 26 - como no exemplo de execução apresentado na Figura 2 - sirva simplesmente como estação de relé para receber os sinais da estação de receção de satélite 20, através da ligação de rádio 25, e para reencaminhar as informações contidas no sinal para a estação de controlo terrestre de satélite 22, sem que o próprio satélite 26 pudesse receber sinais de difusão ES 1.090 5, 6 emitidos pelas aeronaves 1, 2.

No exemplo de execução apresentado na Figura 2, os sinais de difusão 5, 6 ou as informações aí contidas são transmitidos, via ligação de rádio 27, pelo satélite 26 à estação de controlo terrestre de satélite 22. As informações recebidas através da ligação de rádio 27 relativamente às aeronaves 1, 2, que estavam incluídas nos sinais de difusão 5" ', 6 '" recebidos pela estação de receção de satélite 20, são transmitidas pela estação de controlo terrestre 22, por uma linha 23, à central de poder-se-ia também ponderar uma segurança da navegaçao aérea e/ou controlo do tráfego aéreo 11. Em alternativa, 25 transmissão via rádio entre a estação de controlo terrestre 22 e a central 11. A transmissão dos sinais de difusão 5"', 6'" recebidos por uma estação de receção de satélite 20 para a central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo 11 diretamente através de outros satélites 26 é particularmente vantajosa em regiões, nas quais a próxima estação de controlo terrestre de satélite 22 para receber os sinais de rádio 27 se encontra fora do alcance do satélite 20 que recebe os sinais de difusão 5"', 6"', como por exemplo na zona de mares e oceanos. 26

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO A presente listagem de referências citadas pela requerente é apresentada meramente por razões de conveniência para o leitor. Não faz parte da patente de invenção europeia. Embora se tenha tomado todo o cuidado durante a compilação das referências, não é possível excluir a existência de erros ou omissões, pelos quais o EPO não assume nenhuma responsabilidade.

Patentes de invenção citadas na descrição • DE 1020050031439 AI [0007]

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Disposição de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo para aeronaves (1, 2), que compreende pelo menos uma estação de transmissão (3, 4) numa aeronave (1, 2) por proteger e/ou controlar e várias estações de receção (20) reciprocamente afastadas, que estão ligadas a uma central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11), sendo que a, pelo menos uma, estação de transmissão (3, 4) da aeronave (1, 2) a proteger e/ou controlar transmite um sinal de difusão (5, 6), pelo menos uma das estações de receção (20) recebe o sinal de difusão (5, 6) e reencaminha, pelo menos, uma parte dos dados contidos no sinal de difusão (5, 6) para a central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11) ou outras organizações, caracterizada pelo facto de, pelo menos, algumas das estações de receção (20) serem concebidas como estações de receção de satélite, de modo a receberem um sinal de difusão 1090 MHz (5, 6) de uma estação de transmissão (3, 4) concebida como Mode S Extended Squitter de uma aeronave a proteger e/ou controlar (1, 2) e, pelo menos, uma parte dos dados ai contidos ser reencaminhada, por um trajeto de transmissão de rádio (21; 25, 27), para uma estação de controlo terrestre de satélite e ainda para a central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11) ou outras organizações.

2. Disposição segundo a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) girarem à volta da Terra numa órbita a menos de 3.000 km acima da superfície da Terra (29). 2

3. Disposição segundo a reivindicação 2, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) fazerem parte dos satélites Low Earth Orbit (LEO).

4. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) girarem de tal modo à volta da Terra que as suas áreas de receção cobrem, pelo menos parcialmente, regiões geográficas que são apenas insuficientemente cobertas pelas estações de receção terrestres (7, 8).

5. Disposição segundo a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) girarem à volta da Terra de tal modo que as suas áreas de receção cobrem regiões de mar, montanha, floresta e/ou deserto.

6. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) serem concebidas de modo a receberem um sinal Universal Access Transceiver de 978 MHz.

7. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) serem concebidas de modo a receberem um sinal VHF Data Link Mode 4 de 108 a 137 MHz .

8. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) apresentarem, pelo menos, uma unidade de 3 transmissão que transmite outro sinal de difusão com informações do tráfego aéreo de aeronaves (1, 2).

9. Disposição segundo a reivindicação 8, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) apresentarem, pelo menos, uma unidade de transmissão que transmite outro sinal de difusão com informações do tráfego aéreo de outras unidades de controlo, preferencialmente com apoio terrestre, sobretudo um radar secundário ou uma estação terrestre ADS-B (7, 8).

10. Disposição segundo a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo facto de as informações do tráfego aéreo serem informações de posição de, pelo menos, uma aeronave d, 2) .

11. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) possuírem meios para descodificar um sinal de difusão (5, 6) transmitido encriptado pela estação de transmissão (3, 4) da aeronave a proteger e/ou controlar d, 2) .

12. Disposição segundo uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizada pelo facto de as estações de receção de satélite (20) possuírem meios para codificar os dados do sinal de difusão (5, 6) que serão reencaminhados para a central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11). 4

13. Processo para a segurança da navegaçao aérea e/ou controlo do tráfego aéreo de aeronaves (1, 2), em que pelo menos uma estação de transmissão (3, 4) numa aeronave a proteger e/ou controlar (1, 2) transmite um sinal de difusão (5, 6) que é recebido por, pelo menos, uma das várias estações de receção (20) reciprocamente afastadas, que reencaminha, pelo menos, uma parte dos dados contidos no sinal de difusão (5, 6) para uma central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11) ou outras organizações, caracterizado pelo facto de, pelo menos, algumas estações de receção serem concebidas como estações de receção de satélite (20), em que o sinal de difusão MHz 1090 (5, 6) transmitido por, pelo menos, uma estação de receção (3, 4) concebida como Mode S Extended Squitter da aeronave a proteger e/ou controlar (1, 2) é recebido por, pelo menos, uma das estações de receção de satélite (20) e, pelo menos, uma parte dos dados contidos no sinal de difusão (5, 6) é reencaminhada, por um trajeto de transmissão de rádio (21; 25, 27), para uma estação de controlo terrestre de satélite e ainda para a central de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo (11) ou outras organizações.

14. Processo segundo a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de os dados contidos no sinal de difusão (5, 6) recebido, pelo menos, por uma das estações de receção de satélite (20) serem disponibilizados a terceiros, sobretudo a uma companhia de aviação da aeronave por proteger e/ou controlar (1, 2), às autoridades de segurança da navegação aérea e/ou controlo do tráfego aéreo e aos aeroportos.