Este numero esta dedicado a la electr6nica para la aviaci'dn (que ...

Edicirhespaîiola de ELECTRICAL COMMUNICATION

revista técnica publicada trimestralmente por

INTERNATIONAL TELEPHONE and TELEGRAPH CORPORATION

EN 50 (1975)

Este numero esta dedicado a la electr6nica para la aviaci’dn (que algunos llaman Avibnica) en donde ITT tiene una lar realizaciones. Hay 4 secciones que se ocupan de la nav distancia, a corta distancia, ayudas para aterrizaje y equipo de tierra. Los dos primeros artfculos recuerdan algo de historia y dan una panoramica del tema, mientras las restantes tratan de 10s Ultimes desarrollos de sistemas a veces en competencia; cada autor afirma la excelencia de su sistema particular. El indice puede verse a continuaci&.

Editor principal: Pierre Mornet

Director e.n EspaRoI: J. A. Gomez Garcia, José Ortega y Gasset, 22-24, Madrid-6

Enestenumero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Introducchh general - Sistemas de Ayudas a la Navegacih, por H. G. Busignies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

- Sistemas electrhicos para la aviacibn en ITT - Un resumen, porS.H.Dodington .,.............................................. 249

Secci& 1: Sistemas de navegacih de largo alcance, porP.Sothcott..................................................... 255

- Sistema de ayuda a la navegacih LORAN C de bajo costo, por J. F. DeLoume y A. R. Ztppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

* Radiofaro No Directive LB 100, porK.G.Berg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Secci& II : Sistemas y equipos de navegacih de aproximacion, porP.Sothcott . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26%

’ VOR y VOR-Doppler, porG.HOfgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~.. 269

-” Familia de sistemas TACAN, porM.Bdm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

_ Antena TACAN de a bordo de barrido electrhico, porG.P.Scherer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

- Los interrogadores de a bordo DME, porM.Schilliger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

re MITAC - Nuevo equipo TACAN miniaturizado, porJ.C.JoguetyH. Vogel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

c_ ORTAC-M, un nuevo sistema TACAN, porG.Pettker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

7 Amplificadores de estado solide para radiofaros DME, porD.Graziani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

* Fuentes transistorizadas de alta potencia de impulsos para la banda L porJ.D.Jackson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Seccihn III: Ayudas a1 aterrizaje, porM.B&m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..~............................ 312

* Equipo de precisih DME codificado en fase para MLS, por S. H. Dodington, A. H. Lang y J. S. LeGrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

* SETAC - Una ayuda de aproximacih y aterrizaje, porK.D.Eckevt . . . . . . . . . . . . . . . ..I...~............................. 318

’ Desarrollo del Doppler MLS, porP.K.BlaiuyC.P.Sandbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

c Modulaci& electrhica en sistemas ILS, porW.Poschadel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

- Modulador mechico para ILS, porD.Graziani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

Seccih IV: Equipos de tierra, porJ.Baudin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

- Simulador digital del terreno para radar, por G. Villemin y A. Mattera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

= Radar Corail para vigilancia de pistas de aterrizaje, porG.Barrière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...’ 346

In Memoriam - R. Van der Veen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

Introduccih General - Sistemas de Ayudas a la Navegacih

Sistemas electrhicos para la aviacilhn en ITT - Un resumen

Se resume la actividad de ITT en este campo, haciendo una breve indication de las perspectivas para 10s sistemas a que se pasa revista.

culo de aproximadamente 13,5 m de diametro. Debido a1 efecto Doppler, l!as bandas laterales aparecen en el receptor moduladas en frecuencia. Las sefiales radiadas son compatibles con el sistema VOR. Los errores debidos la1 terreno son considerablemente mas pequei!ios que ios producidos en el VOR.

La estacion terrestre DVOR-S de SEL ut&a la misma tecnologia que la VOR-S. Emplea el método ,de banda lacera1 alternativa, utilizando 39 antenas. Las ventajas de este método son la baja inversion en equipo y el #alto desacoplamiento entre antenas adyacentes.

Seccih 1 Familia de sistemas TACAN

Sistemas de navegacih de largo alcance La familia de sistemas TACAN” se concibio de acuerdo con 10s requisitos del cliente gubernamental para proporcïonar un equipo eficiente de radionavegacion tactioa ,a un coste razonable.

Sistemas de ayuda a la navegacihn LORAN C de bajo costo

Se aprovechan 10s avances tecnologicos en semiconductores MOS/LSI; en particular se han conseguido mejoras en caracteristicas y precio en 10s equipos LORAN C. Las pruebas realiza- d’as demuestran claramente que las especificaciones requeridas tant0 por 10s usuarios poco exigentes como por 10s muy exigentes pueden ser satisfechas dentro de las posibilidades economicas de 10s mismos. Los progresos realizados en la tecnologia de 10s semiconductores han permitido ,disponer de dispositivos baratos MOSiLSI y Schottky Bi-Polar/LSI, unidades procesadoras centrales y mesmorias con semiconductoses compatibles, cuya constitution entra ‘dentro de las exigen’cias impuestas para 10s procesos de navegacion.

Esta tecn8010gia se ha aplioado a un procesador detector LORAN C y a un equipo de navegacion aérea OMEGA de bajo costo. El presente articula describe el proceso logico, la consti- tucion del micro-computador, las prestaciones obtenidas coma resultado, las caracteristicas fisicas y el impacto en el costo, para el caso de un equipo de ayuda a la navegacion aérea LORAN C.

Radiofaro No Directive LB 100 El LB 100 es un radiofaro NDB no direccional de 200 W total-

mente transistorizado que trabaja en la banda de 200-450 kHz, disenado para cumplir con las normas de la UIT y el Anexo 10 de ICAO.

El disefio del LB 100 se basa en técnicas modernas. Se emplean componentes de estado solide. Para compensar 10s cambios de la reactancia de antena producidas por las fluctuaciones del tiempo, el LB 100 esta equipado con un sintonizador automatico de antena.

El LB 100 esta disponible en version dual con conmutacion automatica.

Este articula incluye algunas consideraciones sobre las bases y discusion de 10s parametros del sistema, asi como una descrip- cion técnica del equipo.

Seccih II

Sistemas y equipos de navegacih de aproximacih

VOR y VOR-Doppler El radiofaro omnidireccional VOR de VHF esta internacio-

nalmente admitido como ayuda para la navegacion aérea. Como informacion azimutal, proporcionla el angulo entre la aeronave y el norte magnético segun se ve desfde ‘la estacion terrestre.

La estacion terrestre VOR-S de SEL es de construction modul,ar y utiliza elementos de estado solide. Es de funcionamiento muy fiable y de facil conservacion. Un goniometro electronico de alta esnabilidad permite evitar la rotacion mecanica de un dipolo o goniometro.

En el VOR Doppler, la seÏia1 variable se genera por la rotacion simulada de ra,diadores de bansda l.ateral situados en un cir-

SEL propuso el equipo multifuncional Micro-TACAN de a bordo, MITAC-M-DIA, que permite navegacion de encaminamiento en cooperacion con las estaciones terrestres TACAN u ORTAC-M, aproximacion y aterrizaje con las ayudas de aterrizaje SETAC y vuelo en formation en coopenacion con el eqnipo de a bordo FOTAC.

El cliente gubernamental aprobo esta idea cuyo desarrollo de las partes esenciales - MITAC y SETAC - esta a punto de terminarse.

Antena TACAN de a bordo de barrido electrhico El nuevo conjunto de jantena desarrollado por ITT Avionics

es un sistema ‘de antena con exploracion electronica de alta calidad que proporciona cobertura en la banda completa de fre- cuenci,as TACAN. Incluye un sistema integrado de supervision y localizacion de averias.

La modulacion del diagrama de campo a gran distancia se genera por conmutacion digital de elementos parasitas dispuestos concentricamente alrededor del elemento central. Doce elementos interiores producen la modulacion de 15 Hz para la informacion de azimut en primera aproximacion, y 32 elementos exteriores generan la modulaci& de 135 Hz para la information azimutal fina. La energia de RF del radiofaro se radia por el monopolo situado en el centra de la estructura.

Mediante el empleo de tres ,anillos concéntricos de elementos parasitas correctamente posicionados para 135 Hz, se puede cubrir todo el margen de la banda TACAN, en contraste con las antenas giratorias mecanicamente que es& limitadas a1 30 O/u de la banda aproximadamente. Ademas, la eliminacion de las partes moviles mejora la fiabilidad.

Se realizaron rigurosas pruebas del conjunto .de antena en la mar, y como resultado la Armada de USA va a instalar el sistema en la nueva clase PF de navios.

Los interrogadores de a bordo DME Los interrogadores de a bordo 3574 D y DM 820 son equipos

diseiiados para la medida de distancias. El DME 3574 D que satisface la norma ARINC 568, esta destinado a 10s aviones comerciales y de transporte.

El interrogador DM 820 esta destinado a la aviation de negocios o la aviation comercial de 3” nivel.

LMT ha adquiri,do una gran experiencia a 10 largo del disefio y realizacion de cuatro generaciones de equipos de a bordo (DME 3574 A, 3574 B, 3574 D, DM 820) 10 que le ha permitido realizar el equipo de a bordo MICROTACAN.

MITAC - Nuevo equipo TACAN miniaturizado El empleo de tecnologias avanzadas ha hecho posible el desa-

rrollo de un equipo TACAN llamado MITAC, con caracteristicas de precision, fiabilidad y adaptacion a futuras aplicaciones muy superiores a la de 10s equipos TACAN anteriores. La modularidad de sus unidades funcionales permite realizar configuraciones diversas apropiadas para distintos tipos de aeronaves, 10 cual optimiza su utilizacion dentro de 10s distintos sistemas

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En este mimera

utilizados por las Fuerzas Armadas. Como resultado de 10s nuevos conceptos empleados y de la utilizacion de circuitos integrados, se ha conseguido una precision en la medida de distancia de 20 m y en la medida de azimut de 0,5 grados y una sensibilidad superior a 10s -90dBm. La unidad SETAC que se puede acoplar a este equipo proporciona también la informa- cibn necesaria para la aproximacion y el aterrizaje. La versatili- dad del equipo hace que su uso sea posible en sistemas futuros como 10s ORTAC-M y FOTAC, y trabajar con nuevos principios c,omo salto de frecuencia y “Ro-Ro”.

ORTAC-NI, un nuevo sistema TACAN El ORTAC-M es un nuevo sistema TACAN concebido como

sucesor de las actuales estaciones terrestres TACAN (navegacion de encaminamiento) y para otras aplicaciones, especialmente en el ai-ea tactica.

La distancia se mide utilizando el mismo principio que en el sistema DME convencional, pero con una precision considerablemente mej’orada. El azimut se mide en una forma muy diferente en compiaracion con el TACAN. Se recibe un impulso de interrogation DME de a bordo en la estacion terrestre en 27 elementos de antena dispuestos en un circula, de .diametro tres longitudes de onda. Las fases y amplitudes de estas 27 antenas se miden y procesan de una manera especial por un ordenador. El azimut. calculado en el ordenador terrestre se transmite a1 equipo de a bordo por un impulso adicional, que esta en sincronismo con el correspondiente impulso de respuesta DME. El sistema de exploracion de a bordo, simillar a1 utilizado para DME, extrae el impulso de respuesta de azimut y determina el azimut por una simple medida ‘de intervalo de tiempo.

Esta idea tiene algunas caracteristicas muy nuevas, tales como: - madida precisa de angulo, incluso en condiciones ambientales

extremao, - funcionamiento de canal comun (direction tierra), - transmision direccional, - transmision bajo demanda solamente, - transmision de datos tierra aire:

Con un equipo de a bordo avanzado, por ejemplo el MITAC, se consiguen todas las caracteristicas del sistema (modo operacional: ORTAC-M solamente). Con objeto de permitir medidas de azimut para todos 10s equipos de a bsordo TACAN normales existentes, l,a estacion terrestre puede transmitir también la se- na1 azimut TACAN (modo de operacion ORTAC-M y TACAN).

Amplificadores de estado s61ido para radiofaros DME Un punto débil del equipo DME de tierra radica en la pre-

sencia de valvulas de vacio especiales, necesarias para generar potencias altas en la banda de 1 GHz.

Se exponen las ramones. Se menciona la tendencia de FACE hacia la eliminaci,on de valvulas de vacio, en especial de 10s klystrons, sustituyéndolos por componentes de estado solide. Ta1 sustitucion es relativamente sencilla para potencias de hasta 200 vatios, pero se complioa para valores superiores. FACE-Standard inicio la adoption de amplificadores DME de estado solide hace ya cc3:ro anos. El primer dispositivo se dise% en 1972, y fue el DME de aterrizaje mode10 FSD-30, hoy dia en fabrication regular. Hace poco se ha mejorado, a1 usar transistores con impedancias ‘de entrada y salida adaptadas y aumentar la potencia de salida.

Otro amplificador de estado solide con una potencia #de 1,5-2 kW se encuentra actualmente en desarrollo, y estara listo en 1975. El emplificador sustituira a las valvulas existentes en cl radiofaro de tierra DME, mode10 FSD-5. Con este dispositivo, el equipo FSD-5 se convierte en un radiofaro de tierra para navegacion, totalmente en estado sohdo, eliminando definitiva- mente las valvulas en tod,os 10s equipos de tierra DME de FACE-Standard. Se describen 10s amplificadores mediante diagramas simplificadmos. También se menciona la técnica de modulacion utilizada para conseguir una gran linealidad y un espectro de frecuencia minimo.

Varias fotografias dan una vision de 10s distintos amplificadores.

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Fuentes transistorizadas para la banda L

de alta potencia de impulsos

Los mas recientes transistores para frecuencias de microondas han mejorado significativamente la capacidad de utilizacion de potencias. Esto significa que actualmente se pueden utilizar en aplicaciones en las que antes solamente las valvulas cran capaces de suministrar la alta potencia necesaria. Par ejemplo, 10s transistores de potencia para microondas pueden cubrir todas las necesidades de un transpondedor de radar IFF (Identification amigo-enemigo). En el momento presenre, su coste initial es mayor que en el caso de las valvulas, pero la alta fiabilidad, larga vida y bajo consuma de potencia de las fuentes transistorizadas hacen que su coste total se pueda comparar favorablemente con las versiones de valvulas.

Mediante el empleo de tecnologia microbanda (microstrip) y circuitos integrados con 10s mo’dernos transistores, se pueden mejorar caracteristicas y fiabilidad, a1 mismo tiempo que se reducen peso y ramaîio.

Se pueden emplear varias procedimientos que permiten que 10s transistores de potencia de microondas se acoplen y adapten a las grandes anchuras de banda asociadas a 10s transpondedores TACAN y SETAC. Estas técnicas mejoran la fiabalidad y potencia de salida, reduciendo la compfejidad, tamaco y coste de LOS circuitos.

Seccibn III

Ayudas a1 aterrizaje

Equipo de precisih DME codificado en fase para MLS El DME de precision era una necesidad para 10s sistemas de

aterrizaje MLS propuestos. Para evitar ias interferencias entre el DME de precision y el DME convencional, el nuevo sistema emplea impulsos simples de 3,5 ,us y codification bifasica con un tiempo de subida #de 0,l PS. Esta i-structura de la secal permite gran precision y codification y decodificacion de bajo coste, suprimiendo ol efecto de sefiales par&itas. Las interferencias a1 DME convencional son practiaamente inexistentes, aunque una gran parte del equipo es comun a ambos sistemas.

El articula da algunos detalles sobre c6mo se obtienen estas caracteristicas y como se han hecho las medidas demostrativas del cumplimiento de las especificaciones exigidas.

SETAC - Una ayuda de aproximacibn y aterrizaje El sisuema TACAN es el sistema de aavegacion de crucero

normalizado que se utiliza para La aviation milit,ar en el hemisferio occi8dentaI. El sistema TACAN de sector (SETAC) es una extension de este sistema que resuelve el problema de informacion de guia durlante !a aproximacion y el aterrizaje. Utilizando frecuencias TACAN, formato de seria1 similar a1 de’1 TACAN y una instal#acion de a bordo TACAN, el avion que se aproxima puede obtener information de elevacion y azimut precisos.

El sistema SETAC consta de estacion terrestre SETAC-A, estacion terrestre SETAC-E y un accesorio a un equipo de a bordo TACAN (por ejemplo MITAC). La estacion terrestre SETAC-A, instalalda a1 final ‘de la pista de aterrizaje, proporciona una information precisa de angulo de sector dentro de un sector simétrico respecto ,a la Iinea central prolongada. Aden&, la estacion terrestre SETAC-A transmite una segun’da seîial de azimut omnidireccional (SROB), (ambas de Car&ter TACAN. Ademas, la estacion terrestre SETAC-A trabaj.a. como un transpondedor DME de precision y como terminal terrestre del enlace de datos tierra-aire SETAC. La estacion terrestre SETAC-E, instal,a,da en el punto ‘de aterrizaje y fuera de l’a pista, transmite en el mismo canal TACAN impulsos que ‘ilevan la informacion de elevacion y que estan sincronizados por las seGales SETAC-A recibidas.

Ambas estaciones son moviles y se han disefiado y construido de acuerdo con especificaciones militares. El accesorio de a bordo SETAC para el equipo de a bordo TACAN (MITAC) ewltia la elevacion y el angulo de sector. En particular, la determinacih

245

En este numero

de la elevacion se realiza medïante el uso de procedimientos matematicos, 10 que determina una separacion dd equipo de a bordo SETÂC en una parte analogica y otra parte procesadora.

Las caracteristicas a cumplir por el equipo SETAC estan de- finidas en especificaciones militares nationales e internationales. El sistema SETAC puede satisfacer con seguridad un amplio espectro de requisitos operacionales que abarcan aterrizaje segun CAT II de CTOL altamente elaborados, asi como curvas de aproximaci6n de helicopteros durante operaciones tdcticas. El sistema SETAC una vez en servicio, resultara cada vez mas atractivo para todos 10s servicios que utilicen el TACAN como

lacion en cuadratura, sin tener que recurrir a un transmisor independiente.

Se presta especial atencion a las distintas soluciones mecani- cas mediante las cuales se logra gran estabilidad y fiabilidad.

Varias fotografias muestran el modulador y la facilidad de acceso y sencillez de sus partes principales.

Seccih IV

Equipos de tierra sistema de encaminamiento.

Simulador digital del terreno para radar

Desarrollo del Doppler MLS La ICAO esta actualmente organizando un programa para

llegar a un acuerdo international sobre el sucesor del sistema national ILS de aproximacion y aterrizaje. La necesidad de un nuevo sistema se debe a 10s cambios en la aviation y en 10s modelos previstos de operaciones en 10s aeropuertos, asi como a1 deseo de superar las deficiencias de 10s sistemas ILS existentes.

Las principales mejoras especificadas por la ICAO para un nuevo sistema de aterrizaje por microondaa son: - mayor cobertura y facilidades mas amplias, - menfor sensibilidad la 10s errores propios del terreno, - mayor capacidad del siçtema.

STL ha estado muy implicada en el desarrollo del sistema Doppler de guia de aterrizaje por microondas que el Gobierno del Reino Unido esta proponiendo como un posible sucesor del sistema ILS. En 1972, se dise% un sistema MLS Doppler completo que incluia sistemas azimutales hacia delante y hacia atras, un sistema de elevacion de abertura 90& unidades monitoras integrales y de campo y una gama de receptores de a bordo. En el aeropuerto de Redford se esta llevando a cabo una rigurosa evaluacion del sistema que incluye pruebas de campo y de vuelo. Los resultados hasta el presentc han sido prometedores y muestran que el concepto MLS Doppjler es capaz de proporcionar un sistema econ&nico que cumpla 10s requisitos de la proxima generacion de sistemas de guia de aterrizaje.

Modulacih electrhica en sistemas ILS El sistema de aterrizajc por instrumentos, ILS, se utiliza

como radioenlace de aproximacion en el trafico aéreo civil. La Organizaci6n International de Aviation Civil (ICAO) define, en su anexo 10, las sefiales que deben radiarse desde 10s equipos de tierra.

Se explica como se pueden generar electronicamente ,la portadora y las bandas laterales necesarias para obtener diagramas direccionales de modulacion, asi como 10s fallos que pueden sur- gir a cauca de las ciesviaciones de fase en radiofrecuencia. La gran estabilidad del equipo queda asegurada por la introduction de realimentacion negativn de la envolvente detectada, en el amplificador de modulacion, junte con un generador digital de frecuencias de modulation, controlado por cuarzo. El generador de 90/150 Hz, controiado por cuarzo, permite también la com- probation interna del sistema de supervision.

Se obtient un ‘ajuste de la anchura del rumbo, totalmente electronico, en la banda 90’150 Hz, mediante un control indivi- dual de amplitud en cada rama de modulacion.

El concepto de modulaciorr eiectronica en que se basa este equipo proporciona una gran fiabilidad. La construction modular permite también una reparacion rapida y un mantenimiento sencillo, asl como la ampliation de sus posibilidades para satis- iacer requisitos mas estrictos,

Modulador mechico para ILS Este artlculo describe el funcionamiento y las caracteristicas

del modulador mecanico usado por FACE-Standard en su equipo ILS Mod. FS-37 y 38.

El Corail se puede utilizar para vigilar 10s movimientos de 10s aviones en las zonas de planeo, en las pistas y en las zonas de maniobra. a fin de hacer mas fluido el trafico a&reo. Prooor- ciona también una advertencia automatica de la presencia de vehiculos intrusos o de aviones rodan’do por las pistas y que podrian provocar una situation conflictiva a 10s aparatos que se encuentran aterrizando o despegaado.

Se explica, con un diagrama simpjlificado, el principio electro- La actual evaluaci& realizada en el aeropuerto de Orly ha nico mediante el cual se obtienen dos sefiales en cuadratura, de forma que se puede aplicar la conocida técnica de doble modu-

mostrado las ventajas del sistema Corail para mejorar el flujo de trafico.

Un simulador del terreno para radar es un equipo de entrenamiento en tierra que permite entrenar a un navegante 0 a un pil,oto de forma que estime correctamente la position geografica de su avion, mediante la simple observacion de su indicador de radar.

Hasta hace poco, la representacion del terreno se aseguraba mediante placas fotograficas y utilizando una codification apropiada; el computa de la imagen se realizaba mediante un ordenador analogico.

Aprovechando 10s kltimos progresos realizados en el campo del proceso digital, LMT ha desarrollado recientemente un simulador del terreno para radar, totalmente digital: la information del terreno se almacena en una memoria de masa y un dispositivo de computa digital restabiece la imagen del terreno en tiempo real.

Este nuevo tipo de simulador permite alcanzar una calidad de funcionamiento desconocida con 10s sistemas previos; alta resolucion, estabilidad de imagen, fidelidad de reposicion, posibilidad de vuelo a baja altura y facilidad de actualizacion del archiva de datos del terreno.

En relation con la realizacion de un archiva de datos del te- rren’o, LMT tuvo que desarrollar una técnica de digitalizacion de 10s mapas geograficos. Esta técnica se utiliza en 10s sistemas automaticos de digitalizacion para informacion de alta densidad (altimetros, por ejemplo). Aunquc reduce considerablemente el tiempo de digitalizacion, la utilizacion del sistema da a1 archiva de information del terreno una precision proxima a la de 10s mapas de 10s que se extrae la information.

Establecido para simulation ‘de radares, el archiva de datos del terreno se puede utilizar para otras aplicaciones: computa de las zonas de visibllidad, computa de objetivos, computa de accidentes del terreno.

Radar Corail para vigilancia de pistas de aterrizaje Con el aumento del trafico aéreo en 10s grandes aeropuertos

se han acrecentado 10s problemas creados por el trafico rodado de aviones y vehiculos de mantenimiento sobre las pistas, especialmente cuando las condiciones climaticas son adversas. Para obviar estas dificultades, se ha disefiado especificamente el radar Corail que detecta situaciones potencialmente peligrosas y alerta a1 persona! del control de trafico aéreo para que emprenda las oportunas acciones correctoras.

Actualmente se esta probando un prototipo del radar Corail en la pista 03 del aeropuerto de Orly (Paris). El radar recoge la information necesaria mediante una antena monoimpulso y la pasa a un sistema procesador de secales y datos, donde se comparan 10s datos con criterios predeterminados y se les procesa para po’der ser presentados. Entonces se les envia, a través de modems y lineas telefonicas, a la uni,dad de presentacion de datos y de alarma situada en la torre de control.

246 Comunicaciones Eléctricas . IV 50/4 . 1975

H. G. BUSIGNIES International Telephone and Telegraph Corporation, Nueva York, USA

Este numero especial de Comunicaciones Eléctricas, dedicado a 10s equipos de Radioayudas a la Navega- ci& y a la Identification como partes principales de la electronica aplicada a la aviation, muestra claramente las importantes contribuciones realizadas en este campo durante 10s ultimes 50 afios por 10s Laboratorios y Compafiias del sistema ITT (International Telephone and Telegraph Corporation), contribuciones que constituyen las bases del gran programa actual.

La lectura de 10s articulas que describen 10s sistemas actuales y 10s sistemas en desarro,llo, me trae recuer- dos personales de corno fueron desarrollados estos conceptos, y un sentimiento de admiraci& y de gran res- petto hacia 10s hombres que hicieron posible este progreso y que siguen contribuyendo por medio de diversos inventos y nuevos descubrimientos tecnologicos.

En 1927, Lindberg cruzo el Océano Atlantico desde Long Island hasta Paris sin ningun equipo de radioayuda a la navegacion y sin tan siquiera un elemental equipo de comunicacion por radio. Un afio antes de este acontecimiento comencé a interesarme en este campo de la ciencia y dise& un mode10 preliminar de buscador automatico de direction, conocido con el nombre de radiogoniometro. El proyecto 10 comencé cuando lei en la revista francesa “Radio Revue” que el Radio Club de Francis (fundado por el mecenas Sr. Lakhovsky), ofrecia un premio a quien realizara el primer radiogoniometro.

Construi el radiogoniometro con el importe del premio (1500 francos franceses viejos), y mi interés por la radionavegacion siempre se mantuvo. Desde luego, el prodigioso desarrollo de la aviation ofrecio magnificas oportunidades a 10s hombres dedicados a la radio: todo estaba por hacerse, navegacion de corto alcance, de gran alcance, aterrizaje sin visibilidad (como se llamaba entonces), localizacion por radar, identification, controles de tierra co80rdinados, etc. A medida que 10s equipos fueron complicandose, fue necesario encontrar soluciones que implicaron el uso de las técnicas de control y guia necesarias, utilizadas en 10s sistemas que van desde el aterrizaje automatico hasta el manejo de satélites de navegacion. Habia un gran sentimiento de satisfaction entre 10s entusiastas ingenieros a medida que realizaban aquellas contribuciones que aceleraron el progreso técnico. Algunos de 10s desarrollos mas ripidos y espectaculares comenzaron en la Segunda Gue- rra Mundial y continuaron después. El coste de 10s equipos electronicos a bordo de una aeronave es hoy dia una parte importante de su valor to’tal, y el ingeniero electronico ha asumido un importante pape1 en este campo.

Parte del trabajo fundamental realizado por ITT durante este importante periodo formativo fue descrito en Electrical Communication (y en otras partes), bien en forma de articulas independientes, bien en forma de

Comunicacioaes Eléctricas * No 50/4 * 1975

numeros especiales. Asi por ejemplo, en 1938 encontra- mos un estadio [l] sobre 10s efectos de las montafias y errores introducidos por las reflexiones de las ondas, cuando se utilizan radiofaros y buscadores automaticos de direction. Este estudio fue realizado en 1937 durante las primeras pruebas del buscador automdtico de direction, atravesando las Montafias Rocosas utilizando un avion experimental de United Airlines (Lineas Aéreas de 10s Estado’s Unidos).

También se establecieron algunos otros principios b&icos en este periomdo, como por ejemplo la aplicacion en 1943 del efecto Doppler a 10s sistemas de radionavegaci& y la evolucion poco tiempo después de 10s sistemas de definicion de angulo en amplios m&-genes. Algunos trabajos quedaron sin publicar en aquellas fechas: por ejemplo, en febrero de 193 1 se escribio una description del principio de navegacion inercial. Esta temprana description fue discutida mas recientemente por P. C. Sandretto [2]. Otros trabajos no fueron pu- blicados por razones de seguridad: por ejemplo, el in- Vento de 10 que hoy se conoce como radares biestable y multiestatico, con 5 patentes de ITT durante el periodo 1941-1950 (y mantenidas como secreto oficial durante 16 afios) y una aplicacion del principio de identification amigo o enemigo (IFF) patentado en 1941 (también mantenida secreta durante 26 afios).

En anteriores numeros especiales de Electrical Com- munication sobre 10s temas tratados [3, 4, 51, se publi- caron por primera vez 10s conceptos y realizaciones que mas tarde demostraron claramente validez y son las razones del éxito de 10s sistemas actuales. En este numero ponemos la histomria a1 dia; asi por ejemplo in- cluimos la discusion de 10s recientes progresos en 10s nuevos sistemas de aterrizaje por microondas, después de su primera publication en anteriore,s nhmeros [6, 71. No se mencionan en este numero, por no formar estric- tamente parte del campo elegido, otras contribuciones de ITT de gran impacto, tales como la invencibn del MT1 (Moving Target Indicator Radar = Radar indicador de objetos en movimiento), patentado en marzo de 1941, y que est& en uso hoy en dia en todos 10s aeropuertos del mundo.

Los autores que contribuyen a este numero, merecen nuestro agradecimiento y consideracion ya que afiaden atin mas informaci& acerca de las ideas y desarrollos que han emanado constantemente en 101s ultimes 50 afios de las compafiias del sistema ITT de todo el mundo.

Referencias [1] H. Busignies: Reduction of Night Error in Ra’dio Direction

Finding Equipment for Aerodromes; Electrical Communica- tion, 1937-38, volumen 16, N” 3, p&gs. 213-232.

[2] Peter C. S,andretto: History of Inertial Navigators and Some Thoughts on Research Management; Electrical Communica- tion, 1967, wlumen 42, N” 1, pags. 47-55.

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Ayudas a la Navegacih

[3] H. Busignies y otros: A series of articles on Aerial Naviga- tion Techniques; Electrical Communication, 1946, volumen 23, N” 2, pags. 113-189.

[4] Peter C. Sandretto y otros: Special Issue on Tacan Techni- ques; Electrical Communication, 1956, volumen 33, N” 1, paags. 3-101.

[5] Peter C. Sandretto y otros: Special Issue Tacan Data Link Techniques; Electrical Communication, 1957, volumen 34, N” 3, pags. 151-276.

[6] C. W. Earp, F. G. Overbury y P. Sothcott: Sistema de guia para la navegacion aélrea por exploracion Doppler, de STL; Comunicaciones Eléctricas, 1971, volumen 46, N” 4, pags. 262-251.

[7] M. Bohm y G. Peuker: El sistema DLS - Otra alternativa para el sucesor del sistema ILS; Comunicaciones Eléctricas, 1975, volumen 50, N” 1, pags. 69-75.

Henri G. Busignies, nacio en keaux, Francis, en 1905. En 1926 obtuvo el titulo de Ingeniero Eléctrico en Paris, y en 1928 ingrcso en 10s laboratorios de la International Telephone and Telegraph Corporation (ITT) situados en Paris. En el afio 1958, fue recompensado con el grado honorifico de Doctor en Cien- cias por el Colegio de Ingenieria de Newark y en 1971 obtuvo

el grado de Doctor en In#genieria por el Instituto Politécnico de Nueva York.

Desde 1941, en que participa en la fundacion de 10s laboratorios de HT, el Dr. Busignies ha jugado un pape1 importante en el crecimiento del Sistema. En 1949 fue nombrado Director Técnico de 10s Laboratorios ITT, en 1953 Vicepresidente, en 1954 Vicepresidente y Director Técnico General ‘de todo el sistema HT, convirtiéndose en 1965 en Senior Vicepresidente. Ac- tualmente es Asesor Cientifico Honorario del Sistema ITT.

Entre sus muchas distinciones, el Dr. Busignies ha recibido recientemente el Premio IEEE en Comunicacion International (Comunicaciones Eléctricas, 1970, volumen 45, N” 1, pag. 47, 1970), y este mismo aïio ha sido galardonado con la medalla Amstrong, la mas alta distincion que otorgla el Radio, Club de Arn&ica. Entre sus distinciones anteriores se encuentran el United States Navy Certificate of Commendation, el Presiden- tial Certificate of Merit, el IRE Pioneer Award, y d IEEE David Sarnoff Award. En 1966 fue elegido miemlbro de la Na- tional Academy of Engineering (Academia National de Ingenie- ria) por su trabajo sobre sistemas de navegacion aérea.

El Dr. Busignies ha desarrollado mas de 140 patentes sobre navegacion aérea, radar y comunicaciones durante 10s 40 afios que Ileva trabajando en ITT.


El pape1 de ITT en sistemas electrhicos para la aviacih abarca cincuenta afios y cubre todos 10s aspectos de 10s sistemas de comunicaciones, navegacih e identificacih. En 1975 la compaSa es mas activa que nunca en este campo con algunas contribuciones notables a1 moderno equipo CNI.

S. H. DODINGTON ITT Headquarters, Nueva York, USA

La palabra “Avionics” fue inventada por Phil Klass de la revista “Aviation Week” alrededor de 1955 y, en su mas amplio sentido, se refiere a todos 10s equipos electronicos que lleva una aeronave 0 astronave, junto con el equipo de tierra con el que colabora. Una compaiiia tan grande y diversificada como ITT est& desde luego, involucrada en muchos aspectos de 10s equipos electronicos para la aviation, el menor de 10s cuales no es desde luego el suministro de componentes.

En este articula, no obstante, me circunscribiré fundamentalmente a 10s sistemas. El Dr. Busignies, en su introduction, se ha referido a 10s primeros dias de ITT en 10s que él mismo jug0 un pape1 muy importante. Mi proposito es revisar donde estamos hoy.

La radio, inventada aproximadamente a1 mismo tiempo que el avion, ha tenido una influencia creciente en la aviation, primer0 simplemente para comunicaciones, después para navegacion, control de trafico y aplicaciones miiitares especiales, hasta el punto que mas del 25 % del coste de algunas aeronaves actuales esta representado por 10s equipos electronicos. Aunque existen numerosas aplicaciones militares, este numer cubre fundamentalmente aplicaciones civiles.

Tan pronto como las aeronaves comenzaron a cruzar las fronteras, se hizo evidente la necesidad de algUn tipo de normalizacion international de forma que el mismo equipo instalado en un avion pudiera cooperar con 10s equipos de tierra de todos 10s paises. Tres de 10s organismos de normalizacion mas efectivos son: - ZCAO (Organizacion International de Aviation

Civil), que tiene su sede en Montreal (Canada). Son miembros practicamente todos 10s estados de las Naciones Unidas. ICAO elabora normas sobre las senales radiadas por 10s equipos electronicos para la aviation, pero no pretende especificar como se generaran éstas.

- RTCA (Comision Técnica de Radio para la Nave- gacion Aérea de 10s Estados Unidos), con sede en Washington, D. C., aliada muy de cerca con EUROCAE (Organizacion Europea para 10s Equi- pos Electronico’s para la Aviation Civil). RTCA SO- licita asociacion de todos 10s interesados en 10s equipos electronicos para la aviation (gobiernos, lineas aéreas, aviation general, fabricantes, militares), y elabora normas de caracteristicas minimas para 10s equipos a instalar en 10s aviones. También proporciona un campo de discusion para el establecimiento de nuevos sistemas.

- AEEC (Comité de Ingenieria Electronica de las Li- neas Aéreas de 10s Estados Unidos). Es una division de Aeronautical Radio Inc. (ARINC), propiedad de las Lineas Aéreas Regulares de Estados Unidos, con

Co’municaciones Eléctricas . No 50/4 * 1975

Tabla de abreviaturas

ADF - Buscador automhtico de direcciln AEEC - Comité de Ingenieria Electr6nica de las

Lineas héreas de 10s Estados Unidos AM - Modulacibn de amplitud CNI - Comunicac%n-navegacitb-identificacib DLS - Sistema de aterrizaje con equipo DME DME - Equipo ‘de medida de distancia DOD - Departamento de Defensa ESRO - Organizaci6n europea para la investigaci6n

cientifica EUROCAE - Organizacibn europea para la electr6nica

de la Aviacibn Civil FAA - Administraci& Federal de Aviation de 10s

Estados Unidos HF - Alta frecuencia ICAO - Organizaci6n International de Avi.aci&

Civil IEEE - Instituto de Ingenieros de Electricidad y

Electronica IFF - Identificacibn amigo o enemigo ILS - Sistema de aterrizaje por instrumentos ITT - International Telephone and Telegraph

Corporation LF - Baja frecuencia LORAN - Navegacib de largo alcance MLS - Sistema de aterrizaje por microondas NDB - Radiofaro no direccional RTCA - Comisibn Tknica de Radio para la Nave-

gaci6n de 10s Estados Unidos SETAC - TACAN de sector SSR - Radar secundario de vigilancia TACAN - Ayuda tktica a la navegacibn UHF - Ultra alta frecuencia VHF - Muy alta frecuencia VOR - Medida de distancias omni8direccional por

VHF

sede en Annapolis, Maryland. AEEC elabora normas de intercambiabilidad para 10s equipos a instalar en 10s aviones, de forma que equipos fabricados por diferentes fabricantes utilicen el mismo basti- dor en el avion. AEEC solicita datos de las lineas aéreas y de 10s fabricantes de todo el mundo, y sus normas estan consecuentemente reconocidas en todo el mundo. Sobra decir que nadie puede estar metido en el mer-

cado de 10s equipos electronicos para aviones civiles, sin tener que hacer referencia constante a las actividades de ICAO, RTCA y AEEC. No obstante, la situacion es diferente en 10 que se refiere a 10s equipos de tierra. En este caso, aunque las sefiales normalizadas por ICAO son las que deben emitirse y recibirse, cada pais hace casi 10 que quiere con sus equipos electroni- COS, frenados unicamente por consideracion a su mercado de exportacion. Lo mas cercano a normalizacion, qui&, es el pape1 desempefiado por FAA (Administra-

249

Sistemas electnchicos para aviaci’on

ci& Federal de Aviation de 10s Estados Unidos). Sus normas, usualmente algo mas rigurosas que las de ICAO, son seguidas con frecuencia por aquellos paises que no tienen un mercado propio de equipos electronicos de tierra para aviation.

Historicamente, ITT ha estado involucrada principalmente en aquellos equipos electronicos para avia- cion que incluyen un radioenlace entre tierra y la aeronave. Estos equipos caen dentro de 3 grandes categorias: Comunicacion, Navegacion e Identification, a menudo englobados bajo la denominacion de equipos CNI. Las principales caracteristicas de estas 3 categorias de equipos han sido fijadas hace tiempo por ICAO: - Comwzicaci6n, se realiza por equipos de voz bi-

direccionalcs, utilizando AM en la banda UHF para usos civiles, UHF para usos militares y HF para usos transoce&nicos.

- Nawegact&, se realiza por ADF/NDB, VOR, DME/ TACAN e ILS sobre tierra, con algUn uso de Lo- ran-A sobre 10s océanos.

- Identificacihz o Vigilancia, se realiza por radar secundario de vigilancia (SSR) instalado en tierra, con transpondedores en la aeronave. El formato de la secal es compatible con el sistema militar IFF. Estos sistemas que cumplen las normas de ICAO

tienen un amplio uso. Un cierto numero de sistemas que no cumplen las normas ICAO, tienen un uso mucho menor, especialmente en el campo de la navegaci& de largo alcance. Entre estos sistemas es& el Inercial, OMEGA, DECCA, LORAN-C, Medidor de distancia en baja frecue#ncia, CONSOL, TRANSIT, altimetros y equipos de navegacion de efecto Doppler. Finalmente, existen una serie de sistemas que est& aun en desarrollo o en las primeras etapas de ejecucion; entre estos sistemas estan 10s AEROSAT, SETAC, DLS, MLS y CORAIL.

Una importante categoria de sistemas de ayudas que no cumple las normas de ICAO es el sistema de ayudas a la navegacion de corto alcance desarrollado por Rusia antes de que este pais se afiliase a ICAO. Este sistema proporciona navegacion y vigilancia Ro-Teta, como 10s sistemas VOR/DME y SSR aceptados por ICAO, pero sobre diferentes frecuencias y con un principio diferente de medida dc azimut. Este sistema de azimut se parece a1 sistema Navar, presentado por ITT en Indianapolis el afio 1946, en que la aeronave mide el tiempo transcurrido entre la llegada de una sefia de referencia y la llegada de un haz de un radar giratorio. El funcionamiento del sistema de azimut se realiza en la banda de 873-1000 MHz, mientras que el sistema DME funciona en la banda de 939-1000 MHz y el sistema SSR en la de 740-837 MHz.

Mientras que Rusia estj haciendo compatible su sistema ILS con las normas de ICAO, aparentemente in- tenta mantener su sistema de navegacion Ro-Teta y SSR, compaginandolos con 10s sistemas de ICAO, solamente en rutas aéreas internationales [l].

La mayor parte de la actividad de ITT, se encuentra dedicada a1 extremo de tierra. La actividad de la parte aérea esta limitada a 10s sistemas DME/TACAN en Francis, Alemania e Italia; SSR/IFF en Francis;

OMEGA y LORAN-C en Estados Unidos y DLS en Alemania.

En cuanto a1 estado actual y futuro de estos sistemas se puede decir:

Comunicaciones por HF, VHF y UHF. Son todas florecientes y permaneceran en el futuro previsible. La transmis& en banda lateral &nica est& volviendo a tener interés en HF y posiblemente esta retrasando el sistema AEROSAT [2].

Sistemas ADFINDB (S&ema de buscador automh tico de direccih con radiofaro no direccional). Es una de las formas mas antiguas de navegacion aérea y una de las de menor coste. La exactitud es modesta, pero existen mas estaciones terrenas de este tipo que de cualquier otro tipo de ayuda a la navegacion. No existen signos de que desaparezcan. El buscador automatico de direction (ADF), es una de las muchas invenciones del Dr. Busignies, por la que recibio el Premio Pioncer de IEEE en 1959 [3].

Sistema LORAN-A. Fue introducido por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial; su nombre deriva de Long Range Navigation (Navegacion de Largo Alcance). Es un sistema hiperbolico de impulsos de unos 2 MHz, con un alcance diurno de la onda de tierra de unos 1100 km (700 millas), y un alcance noc- turno de la onda reflejada en la ionosfera de unos 2250 km (1400 millas), este ultime con un error de algunas millas. La cobertura se extiende aproximadamente a1 75 s de 10s océanos del hemisferio norte, utilizando unas SO estaciones. No existe cobertura del hemisferio sur. Aunque se utiliza por menos de 500 lineas aéreas del mundo, principalmente como un re- fuerzo a1 equipo Doppler, el uso maritimo es reivindi- cado por mas de 100.000 usuarios, y se ha creado un considerable malestar, especialmente entre 10s propie- tarios de embarcaciones de recreo, por 10s planes del Servicio de Guardacostas de 10s Estados Unidos, anun- ciados oficialmente, de hacerle desaparecer para el 1 de julio de 1980. Las razones del Servicio de Guardacos- tas para estos planes son el elevado coste de mantenimiento del gran numero de estaciones LORAN-A antiguas, la mejor eficacia que se conseguira con el sistema LORAN-C en el &ea de confluencia costera, la capacidad del sistema LORAN-C de proporcionar excelente cobertura en la zona de 10s Grandes Lagos (que es dificil de conseguir con el sistema LORAN-A), y la expansion planificada del sistema OMEGA que satis- fari las exigencias tanto de DOD como de 10s actuales usuarios civiles del servicio LORAN-A de ultra- mar [15].

El receptor LORAN-A de menor precio permite buenas determinaciones, y dentro del alcance de la onda de tierra es bastante comhn obtener exactitudes de 800 m (0,5 milias) [3].

Sistema VOR (Sistema de alcance omnidireccional pou VHF). Existen unas 900 estaciones en Estados Uni- dos y un numero igual en el resto del mundo. Esta aun en expansion, con mayor exactitud usando el VOR de efecto Doppler. Seguira siendo el principal sistema de navegacion aérea sobre tierra en 10 que queda de sigle [4].

250 Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 . 1975

Sistemas electr&cos gara aviackb

Sistemas DMEITACAN. El sistema DME (Equipa de Medida -de Distancia) y su derivado el sistema TACAN, fueron originados en ITT Avionics Division, en Nutley, New Jersey, en 10s lejanos anos 40. Es el mas reciente sistema de navegacion por radio que ha conseguido la normalizacion international (aco 1959), 10 que da una idea de 10 largo que puede ser este proceso. Hay que resaltar 10s equipos de la 38 generacidn, a base de componentes de estado solide y de coste inferior. Junto con el sistema VOR, forma el sistema ro- teta basico y debe tener la misma vida que el sistema VOR [5].

Sistema ILS (Sistema de Aterrizaje por Instrumen- c tos). Es otro desarrollo de ITT, comenzado en Alema-

nia y terminado después en Estados Unidos a finales de la década de 10s afios 30. A pesar de la amenaza que supone el sistema MLS (sistema de Aterrizaje por Microondas), est& aun en expansion y puede espera- rarse para él una vida hasta finales de sigle [6]. El Dr. Ernst Kramar, de la compa$a SEL?, recibio el Premio Pioneer de IEEE en 1964 por su trabajo en el desarro- 110 del mismo.

Sistema SSRIIFF (Sistema de Radar Secundario de Vigilancialldentiftcacih Amigo o Enemigo). Sustituye gradualmente a1 radar primario como herramienta de vigilancia. Importantes mejoras se esperan para 10s sistemas DABS (Estados Unidos) [7] y ADSEL (Ingla- terra) [ $1.

teriora hasta ?,25-18,5 km (5-10 millas nauticas). Utilizando una red de una sola frecuencia, se produce ambigüedad cada 14,8 km (8 millas njuticas), y utilizando las tres frecuencias, la ambigüedad se produce cada 133,2 km (72 millas nauticas). Por consigùiente, no es posible poner en funcionamiento un sistema OMEGA en mitad del Océano y saber donde se esta con seguridad. No obstante, se sabri que se esta en una de varias posiciones y, tras un periodo adecuado de navegacion a la estima y comparando con la position obtenida por otros medios, se puede determinar even- tualmente la posiciOn mas Pro#bable.

LOS partidarios del sistema OMEGA reivindican, desde luego, que raramente se pondr5 en funcionamien- to ei equipo, en mitad del Océano; por el contrario, estarA en funcionamiento desde el comienzo del viaje en un punto conocido. En este caso se convierte en un sistema de navegacion aérea a la estima que requiere un seguimiento constante. En este sentido, es inferior a 10s sistemas TRANSIT y LORAN A y C.

El sistema OMEGA ha sido declarado oficialmente en 10s Estados Unidos el sustituto del sistema LO- RAN-A. El estado, en agosto de 1975, de las 8 estaciones necesarias para la cobertura mundial es el siguiente:

Sistema Inercial. ICAO ha realizado un buen trabajo de normalizacion de ayudas a la navegacion aérea de corto alcance y ha garantizado su existencia en el futuro. Por el contrario, el mercado de sistemas de largo alcance ha estado caracterizado por la indecision y una proliferacion de sistemas, cada uno de ellos tra- tando de poner a 10s anteriores fuera del inercado. Los operadores de vuelos sobre el agua, casi con desespera- ci&, han vuelto en consecuencia a1 sistema inercial, que aunque mucho mas caro y con una exactitud limitada, se presenta como claro aspirante a dominar a1 menos el mercado de 10s océanos de las lineas aéreas durante la proxima década. El coste, y mas para una instalaci& doble, es de 10s mas altos de todos 10s sistemas mencionados en este articula, pero un factor de com- pensaci& es que la calidad del sistema inercial para la navegacion aérea ha de ser tan alta, que también pro- porcicna una excelente referencia de position. Sin embargo, es dudoso que las lineas aéreas, conscientes del precio, 10 hubieran adoptado si hubiese existido una radioayuda adecuada. La exactitud del sistema inercial es tipicamente de 1,8 km/h (1 milla nautica/hora), aunque se han sefialado valores 10 veces mejores y 10 veces peores, en este ultime caso con equipos de cahdad inferior [2].

Estacion Estado Fecha estimada de entrada en funcionamiento

A. Noruega Normal En funcionamiento B. Trinidad Normal, baja potencia Marro 1976

sera sustituida por Liberia

C. Hawai Normal En funcionamiento D. Dakota Normal En funcionamiento

del Norte E. Keunih En construccih Enero 1976 F. Argentina En prueba Octubre 1975 G. Australia Localizacion aun no 1978

determinada H. JapJn Normai En funcionamiento

Hasta el momento el avance del programa ha sido invariablemente mas lento que el programado, y por esta raz& se ha reaiizado un cierto esfuerzo en inves- tigar si se podrian utilizar las estaciones de comunicaciones de VLF existentes para el mismo proposito que el sistema OMEGA. Estas estaciones son mas numerosas, tienen mayor potencia y transmiten continuamente, en commparacion con el ciclo de trabajo del 10 % de las estaciones del sistema OMEGA.

Sistema OMEGA /9]. Este sistema ha estado en desarrollo durante 15 anos con la pretension de proporcionar una cobertura mundial con solo 8 estaciones. Funciona en la banda de 10-14 kHz, utilizando CO- ordenadas hiperbolicas, y se necesitan correcciones de- Lido a 10s cambios diurnos en la propagation. Con estas correcciones, la esactitud es aproximadamente de 1,8 km (1 milla nautica); sin ellas, la exactitud se de-

La aprobacion oficial de 10s Estados Unidos de dos sistemas hiperbdlicos, LORAN-C para la zona costera y OMEGA para largo alcance, estimula el disefio de receptores que valgan para 10s dos sistemas. Se ha en- contrado que esto se puede conseguir con un coste de aproximadamente un 20 % mayor que el del disefio de un solo sistema [lO].

Sistema DECCA. De amplia utilizacion por 10s bar- COS en aquellas partes del mundo que tienen cobertura DECCA. Prjcticamente no 10 utiliza ninguna aeronave y tampoco se espera que 10 utilice [3], [16].

Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975 251

Sistemas electbnicos para aviacibn

Sistema LORAN-C. Este sistema fue desarrollado en la década de 10s aiios 50 con el deliberado proposito de corregir 10s fallos del sistema LORAN-A. Es tam- bién u.n sistema hiperbolico de impulsos, pero la frecuencia se ha rebajado a 100 kHz para dar mayor cobertura de la onda de superficie (hasta 1900 km = 1200 millas), con adaptador de ciclo para aumentar la exactitud, tipicamente de 180 m (600 pies) en valor abso- 1 luto, con repetibilidad cada 30 m (100 pies). Esta ultima caracteristica ha aumentado la complejidad. De este modo, el coste del receptor, para el mismo estado de la técnica y la misma calidad de fabrication, es a1 menos tres veces superior a1 del sistema LORAN-A. La cobertura mundial es algo menor que la del sistema LORAN-A y utiliza 31 transmisores operados por el Servicio de Guardacostas de 10s Estados Unidos. Re- cientemente han anunciado sus planes de convertir el sistema LORAN-C en el sistema oficial para las zonas costeras de 10s Estados Unidos, ampliando el servicio a la Costa Occidental para enero de 1977, a la Costa Oriental y Golfo de México para julio de 1978 y a la zona de 10s Grandes Lagos para febrero de 1980 [15]. Rusia tiene por 10 menos dos cadenas en funcionamiento, utilizando casi el mismo formato de sefial. Uno de las problemas del sistema LORAN-C es que no siendo un equipo estandar reconocido internacionalmente, sufre muchas interferencias, especialmente en la Europa Occidental, de las transmisiones de comunicaciones de alta potencia en la banda de 90 a 110 kHz. Para evitar estas interferencias se necesitan filtros ana- lizadores colocados en el receptor LORAN-C.

El sistema LORAN-C combina una alta exactitud con un alcance razonablemente grande y ausencia de ambigüedad. Unas 100 estaciones darian cobertura sobre 10s océanos de todo el mundo y otras 100 estaciones darian cobertura mundial total. Aunque ta1 cobertura no se prevé actualmente, la expansion propuesta en 10s Estados Unidos estimulara sin duda el disefio de receptores mas baratos. Cuando esto ocurra, esperamos ver su uso considerablemente aumentado, incluyendo aplicaciones ya propuestas diferentes a la navegacion aérea, como puede ser la localizacion de vehiculos terrestres [ 111.

(El sistema LORAN-B fue un intento abortado de afiadir un adaptador de ciclo a1 sistema LORAN-A. Se encontre que el tiempo de subida de la envolvente era demasiado grande para resolver la ambigüedad del adaptador de ciclo. El sistema LORAN-D es una version militar de corto alcance del sistema LORAN-C, de pequefia potencia y facilmente transportable).

Medidor de distancias en baja frecuencia (LF range). Aparacido en 3927, se convirtio en el sistema estandar en 10s Estados Unidos durante 10s siguientes 20 afios. En la actualidad esta casi completamente sustituido por el sistema VOR/DME. De todas fosrmas nunca fue muy popular,

Sistema CONSOL. Un desarrollo de ITT utilizado por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial con el nombre de Sonne, y posteriormente revitalizado en Noruega y en Espafia para usos maritimes. Demasiado

lento para aplicaciones de aviation y sin cobertura mundial. Sin futuro en la aviation [12].

Sistema TRANSIT. Es el iinico sistema existente en el mundo que puede conectarse en mitad del océano, en cualquier parte del mundo, y proporcionar una lectura con exactitud de una fracci& de milla. Depende de la medida del desplazamiento Doppler en frecuencia observado de un satélite que pasa y est& por consiguiente afectado por la velocidad del véhicula observado, con un error medio de 370 m (O,2 millas) de error de posiciOn por cada nudo de error en la propia velocidad. Ademas, ya que el numero de satélites es limitado (actualmente 6), la actualizacion de la posici& se realiza cada 90 minutos. El coste del equipo de recepcion es elevado. La principal aplicacion parece ser la vigilancia y para barcos de lento movimiento en viajes largos. La utilizacion operacional en aeronaves ha sido nula hasta el momento. Aunque el sistema TRANSIT no requiere navegacion a la estima, el proceso de c!dculo se hace considerablemente mas rapido si el piloto puede establecer su position aproximada, asi como la hora aproximada del dia. De esta manera, el siguiente paso del satélite puede ser anticipado y el calculo ser centrado en el &-ea de interés [13].

RadioultimetYo. Realiza una funcion unica a un coste razonable. No es probable que se abandone.

Navegacihz Doppler. Este sistema da la distancia recorrida con una exactitud mayor que el 1 %, pero la direction depende aun de un goniometro. Ha sido utilizado ampliamente por las lineas aéreas transoceanicas durante 10s pasados 20 afios, pero la mayoria de ellos se es& pasando actualmente a1 sistema INER- CIAL, a pesar del coste mucho mayor del ultime. Una raz& para este cambio es que las normas actuales de seguridad exigen que el equipo Doppler sea comple- mentado por un sistema LORAN-A, 10 que aumenta la carga de trabajo del piloto. Siendo un sistema de navegacibn a la estima, el equipo Doppler es suscep- tible de fallos, pero en vuelos cortos, tipicamente de 5 horas a 500 nudos (925 km/hora) esto no es un problema importante. A causa de su coste relativamente bajo, se prevé que el equipo Dop$er seguira en uso, en alguna forma, por tiempo indefinido [14].

Sistema AEROSAT. Para muchas personas, la soluci& a las comunicaciones de largo alcance ha sido, desde hace tiempo, 10s satélites. En 10s primeros aGos de la década de 10s 60, las lineas aéreas de Estados Unidos realizaron experimentos en VHF, y hoy dia, todos 10s Boeing 747 salen equipados con una amena para comunicaciones de VHF por satélite. No obstante, otros paises prefieren la transmision en banda L; como resultado de todo esto’, no tenemos ningfin sistema. El acuerdo entre FAA y ESRO en 1974 pre- vk 10 necesario para un sistema AEROSAT que pro’- porcionara comunicacion y vigilancia para las aeronaves transoceanicas. El problema es saber si realmente alguien 10 necesita y quien 10 pagara. Mucho mas probable es la implantation de satélites marinos, ya que existen en el mundo unos 50.000 barcos que surcan 10s océanos mientras que ~610 hay unas 500 aeronaves transoceanicas.

252 Comunicaciones Eléctricas * No 5014 * 1975

Sistemas electrrhicos para aviacih

Tabla 1 - Grado de implantacih de 10s diferentes sistemas

Sistemas

Comunicaciones AF Comunicaciones VHF Comunicaciones UHF ADF/NDB Loran-A VOR DME/TACAN ILS SSRJIFF

Inercial Omega Decca Loran-C Distancia en LF Cons01 Transit Altimetro Navegacion Doppler

Aerosat Setac DLS MLS Corail

-T-

4

i

1

Frecuencia N”. estimado de aeronaves MHz civiles que 10 utilizan

2-30 118-136 225-400 0,2-1,6

1,75-1,95 112-11s 960-1215

75,108-112, 330-335 1030, 1090

-

O,Ol-0,014 0,07-0,13 0,09-0,ll

0,2-0,4 0,25-0,3S

150,400 4200

10.000

1.600 960-1215 960-1215

5.000 9.500

Sistenaa SETAC (TACAN de sector). Es un candidato a1 uso mientras llega el sistema MLS; esta siendo desarrollado para 10s militares alemanes. Su principal ventaja es que es compatible con el sistema TACAN ya existente.

Sistema DLS (Sistema de aterrizaje con equipo DME). Es el candidato oficial aleman para ser el suce- SOI del sistema ILS reconocido por ICAO. La principal ventaja es que es compatible con el sistema DME ya existente, y necesita muy poco equipo a bordo de 10s aviones.

Sistema MLS (Atevrizaje por microondas). Se ha escrito mas sobre este tema durante 10s ultimes aBos que sobre cualquier otro tema de radionavegacion. Du- rante mucho tiempo, parecia obvio que la mayoria de 10s defectos del sistema ILS podrian salvarse con la utilizacion de mayores aberturas de antena, que a su vez podian hacerse mas “rentables” utilizando frecuencias mas elevadas. RTCA cornet& a trabajar sobre el tema en 1967, 10 que condujo a un gran programa en el que estaban involucradas muchas compaZias, sufragado por FAA. Mientras tanto ICAO solicito datos de aquellos paises preparados para construir un equipo experimental. En general, todos defendieron la utilizacion de la banda de 5,0-5,25 GHz como suficientemente elevado, pero sin las caracteristicas de atenuacion debida a la lluvia en frecuencias aun mayores. No obstante, en 1975, se habian recomendado las siguientes tecnologias diferentes:

Inglaterra : Efecto Doppler Estados Unidos: Haz explorador con referencia

de tiempo. El largo retraso for& en 1974 a FAA a reconocer

un sistema MLS normalizado provisionalmente, que tiene poco en comUn con otras propuestas. Cuando finalmente se materialice el sistema MLS, proporciona& probablemente un gran mercado, aunque coexis- tiendo con el sistema ILS por 10 menos durante una década.

Sistema CORAIL. Este sistema de gobierno de pistas por radar se utiliza en algunos aeropuertos franceses. Su valor operacional esta siendo evaluado.

La tabla 1 resume el grado de implantacion de estos sistemas, y relaciona 10s principales pafses en 10s que ITT tiene actividades de fabrication o desarrollo. En el resto de este numero, algunos de estos sistemas se tratan con mas detalle.

Referencias [1] G. A. Pakholkov: Radio Aids for Aircraft Landing, short-

range navigation and Secondary Radar Systems; Astronau- tics and Aeronautics, febrero 1975.

[2] F. C. White: Air-Ground Communications: History and Expectations; IEEE Trans. Communications, mayo 1973.

[3] M. Kayton y W. Fried: Avionics Navigation Çystems; John Wiley, Nueva York, 1969.

Australia : Haz explorador con referencia de tiempo

Francis : Basado en medidas en tierra Alemania : Sistema DLS basado en tierra

[4] H. Popp: VOR de estado soli,do - Una nueva generacion de ayuda a la navegacion omnidireccional; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 44 (1969), N” 4, pags. 312-321.

[5] S. H. Dodington: Desarrollos recientes en el sistema de navegacion TACAN, Comunicaciones Eléctricas, Vol. 44 (1969), N” 4, pags. 322-328.

[6] H. 1. Metz: A Survey of Instrument Approach Systems in the U. S.; IRE Trans. ANE, junio 1959.

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975 253

2.000 200.000

10.000 100.000

1.000 150.000

70.000 100.000 100.000

1.000 200 100 500 100 100

10 2.000 1.000

- - - -

l’aises con actividad de ITT

Franc& Suecia Estados Unidoç Estados Unidos Suecia, Portugal - Alemania EE.UU, Francis, Alemania, Italia Alemania, Italia Estados Unidos, Francis

- Estados Unidos Espana Estados Unidos - Noruega, Suecia, Espafia Estados Unidos, Holanda - -

Estados Unidos, Francis Alemania Alemania Estados Unidos, Inglaterra, Francis Francis

Sistemas eleètrxhicos para aviacGn

[7] P. R. Drouilhet: The Development of the ATC Radar Bea- con System; TEEE Trans. Communications, mayo 1973.

[S] Progress cvith Adsel; CATC Electronics Nets, julio ‘1974. [9] J. N, Beukers: A Review and Applications of V1.F and LF

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[ll] J. Hopkins: Fully Automatic Loran-C for Commercial Air- lines; Navigation, Summer 1974.

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[16] S. H. Dodington: Electronic Navigation Systems; Capitulo en Electron& Engineers Handbook, McGraw-Hill, New York 1975’.

Sven II. Dodington es consulter del Departamento Técnico de ITT Headquarters en Nueva York. Nacio en Vancouver, B.C., Canada en 1912 y obtuvo el Grado AB en la Universidad de Stanford en 1934. Desde 1935 a 1941 trabajo en Londres, Inglaterra, en el desarrollo de transmsisores y receptores de television y participa en el trabajo del US National Television Standards Committee que establecio las actuales normas de TV monocromatica. Se incorpora a ITT en Nueva York en 1941 y durante la segunda guerra mundial, se especializo en contramedidas para radares de a bordo del tipo de enmascaramiento. Des- plazado a 10s nuevos laboratorios de Nutley en 1945, se especializo en ayudas a la navegacion, introduciendo control a cristal en la banda de 1000 MHz; desarrollo el primer DME utilizado por las lineas aereas y participa en la invention del sistema de navegacion TACAN. Ha registrado del orden de 40 patentes.

Es miembro del Institute of Electrical and Electronics En- gineers ) ha sido jefe national de 10s grupos IEEE sobre Elec- tronica Aeroespacial y Navegacional (1962-63) y de Sistemas Electronicos Aerospaciales (1966-67). Durante varios afios ha sido Consejero Técnico de RTCA y consulter para NASA. Es miembro del Institute of Navigation y Associate Fellow del American Institute of Aeronautics and Astronautics.

254 Comunicaciones Eléctricas . N” 5014 * 1975

P. SOTHCOTT Standard Telecommunication Laboratories Limited, Harlow, Reino Unido

Los articulas agrupados en esta seccion tratan sobre navegacion mas alla del horizonte. Ambos son buenos ejemplos de esa continuidad de desarrollo tan marcada en el campo de la radionavegacion. El sistema LO- RAN-C, objeto del primer articula, es, como Mr. Dodington sefiala, un sistema derivado del sistema LORAN-A, uno de 10s primeros sistemas hiperbolicos de navegacion; y 10s desarrollos descritos representan una de las contribuciones mas recientes de las muchas que ha realizado ITT para la explotacion del principio hiperbolico.

El segundo articula describe un moderno radiofaro no direccional, elemento esencial de una de las ayudas mas fundamentales a la radionavegacibn, de la que el otro elemento es un radiogonibmetro situado a bordo de la aeronave. Como el Dr. Busignies sefiala en su in- troduccion, este sencillo sistema data de hace medio sigle, de 10s primeros dias en que ITT empezo a in- teresarse en el tema de 10s equipos electronicos para aviation. Parece muy probable que 10s otros sistemas discutidos en este numero resultaran igualmente dura- deros y capaces de continua evolucion y mejoras, por la aplicacion de las tbcnicas contemporaneas.


El nuevo receptor microprocesador LORAN-C de a bordo de bajo costo aprovecha la moderna tecnologia para un dise60 modular que satisfaga a un amplio mhgen de usuarios.

J. F. DeLORME ,4. R. TUPPEN ITT Avionics Division, Nutley, N. J. USA

Introducckh Tabla de abreviaturas

La aplicacion de la radio como ayuda a la navegaci& aérea se ha visto siempre muy restringida debido a la limitaci& en cuanto a cobertura, y a1 elevado costc de 10s procesadores de dato’s de navegacion, exi- gidos para propo,rcionar en forma automatica y continua la position en coordenadas te,rrestres, o para suministrar information marcadora de rumbo.

ARINC = Compafiia de Radio Aeronhtica ATP = Normas de ensamble en aeronaves ATR = Normas sobre dimensiones de eq. para montar

en bastidores

El Plan National de Navegacion americano determina el equipado de LORAN-C para la Zona Costera de Confluencia, Omega para cobertura global, y la utilizacian del LORAN-C diferencial como sistema de ayuda a la navegacih fluvial y en bahias. El equipado antedicho debera proporcionar cobertura radio para la navegacion a través de todo el mundo, y tambien una cobertura de precision por parte del LORAN-C como la representada en la figura 1.

CAD = Convertidor anhlogico digital CAG = Control automatico de ganancia LORAN = Navegacion de largo alcan’ce MAA = Memoria de aceso aleatorio PLL = Bucl,e de enclaramiento de fase ‘adaptable PROM = Memoria programable (solo lectura) RF = Radiofrecuencia ROM = Memoria no programable (~610 lectura) SJR = Relation sefis1 a ruido ucl? = Unidad central de proceso

El presente articula presenta 10s resultados de un programa de desarrollo relativo a un mode10 factible de LORAN que proporciona ayuda automatica y constante a la navegacion, a1 mismo tiempo que ofrece a1 usuario la ventaja de bajo coste. Segun esta concebido, presenta una configuraci& modular para dar sa- tisfaccion a 10s usuarios que deseen realizar un desem- bolso reducido, permitiendo no obstante que aquéllos

mas sofisticados amplien el nUmero y calidad de las funciones incorporando 10s elementos necesarios. Esto ha& mas atractivo su uso como sistema de a bordo para navegacion por todo el mundo.

Consideraciones de diseÏio relativas a1 microprocesador LORAN

La realizacion del diseGo del receptor aqui descrito es el resultado de buscar el minimo de elementos necesarios que satisfaga 10s requisitos impuestos para faci-

Fig. 1 Cobertura del LORAN C.

Comunicaciones Eléctricas . N” 5014 * 1975

LORAN @ de bajo costo

litar la informacion util y precisa de position, segun el método LORAN. La realizacion permite un amplio margen de complementaciones, satisfaciendo por 10 tanto las necesidades de una amplia mayoria de usuarios del LORAN.

La base fundamental del disefio 10 constituye un procesador de datos hibrido que usa sefiales lineales y sefiales recortada? .1muy precisamente. Se necesitan seEa- les recortadas para satisfacer las altas velocidades de datos exigidas por 10s procesos de exploracion y posi- ciomnado. El proceso lineal es necesario para lograr la elevada calidad de 10s datas, exigida por 10s servos de precision, de seguimiento de fase y envolvente dei LO- RAN. El proceso lineal reduce notablemente 10s errores de desplazamiento producidos por frecuencias sincro- nas y proporciona una via comun de RF para 10s sistemas de fase y envolvente. Akdiendo memorias de lectura solamente (ROM), la planification suplementaria para alcanzar una mayor complejidad queda a la voluntad del usuario.

Microprocesador LORAN

El receptor microprocesador LORAN (Figs. 2, 3 y 4) es un receptor enteramente automatico (exploracion, posicionado, seguimiento) que combina el recorte con el proceso lineal. El proceso de secales recortadas se aplica para la exploracion y posicionado, donde son fundamentales elevadas velocidades, en tanto que el’ proceso lineal se utiliza para el seguimiento (fase, CAG y. envolvente), que exige una gran precision pero a velocidad menor de informacion.

:F “Hard limit”. “Hard limiter” es un equipo que recorta o suprime las muestras (S&A nds ruido) cuando rebasan rl nivel juste deseado, reduciendo asi 10s efectos del ruido.

El pane1 frontal de mandos del operador comprende informacion relativa a la velocidad, retardos de tiempos de exploracion secundaria, (A y B), arranque de la

7 0 7 0 5 5 4 4

Fig. 3 Microprocesador de navegacion. Fig. 3 Microprocesador de navegacih. 1 1 Separadores de datos Separadores de datos 5 5 ROM 8 K-palabras ROM S K-palabras de de 8 8 bits bits 2 2 Generador reloj Generador reloj 6 6 UCP UCP 3 3 MAAlKX8 MAAlKX8 7 7 L6gica de control Lhgica de control 4 Separadores de identidades 4 Separadores de identidades

VELOCIDAD LOAAN= T,E%PO PRIbNCIPAL= TIEBPO A Y G= S

OTA YICROSEG CX&lROLLlNEAL YDERECOR,

CONJUNTO MICAOPEOCESAOOR E?IIR?DA UAIOS

I I

Fig. 2 Receptor microprocesador LORAN.

Comunicaciones Eléctricas * No 5014 * 1975 257

LORAN C de bajo costo

Posicionado

Es el proceso consistente en colocar 10s impulsos es- troboscopicos (de referencia) dentro de + 20 microsegundos respecto del punto de cruce deseado. El10 se consigue muestreando en cierto numero de puntos, anteriores a1 instante determinado durante el rastreo. Si se detecta la presencia de energia de senal, se produce un impulso de cronometracion. La magnitud de dicho impulso viene determinada por el numero de puntos que acusan energfa de senal. Dicho proceso se repite hasta que solamente detecta energia el ultime par, indicando con ello que el ultime par se encuentra en algUn punto dei frente anterior de la onda de tierra. El diagrama de posicionado del impulso estrobo esta representado en la figura 7.

La sefial debe ser seguida en fase a fin de eliminar cualquier posible deriva del oscilador o efecto Doppler debido a la velocidad del vehiculo. El seguimiento en fase se realiza mediante una de las ultimas muestras, para detectar la coincidencia de fase. En el caso de un sistema lineal se necesita una muestra del CAG en cuadratura con la muestra de fase para controlar la ganancia de RF del bucle de fase lineal (ver Fig. 8).

Fig. 4 Unidad de control de presentacion.

exploracion primaria y encendido y apagado de la alimentacion.

Funciones basicas del LORAN

La exploracion comprende dos etapas, exploracion Principal seguida de exploracion Secundaria A y exploration Secundaria B. Ambos son procesos en que se muestrea una RF de gran precision a ciertos intervalos de tiempo durante un periodo de tiempo prefijado. El resultado del muestreo es de tipo binario, es decir, es “1 “cuando la sefial es de + 5 voltios y es “0” cuando la seiial es 0 voltios. Puesto que el muestreo es de tipc sincrono, el resultado de sumar una muestra en particular durante cierto periodo de tiempo, constituye una indication de la presencia o ausencia de una seiial en aquel punto e instante. Aplicando un proceso de correlacion a la informacion obtenida en instantes separados 1000 microsegundos (de acuerdo con el codigo de fase adecuado) se determina si la senal correcta esta presente en dicho instante. La obtention de un diagrama de muestreo se basa en 10 siguiente: a) Muestreo en cuadratura (pares a 2,5 bts) para ase-

gurar que la energia de la sefial no sea inferior a1 0,707 del valor de pico de la senal en dicho instante (Fig. 5).

b) Intervalo de muestreo de 125 ,US para asegurar el muestreo del impulso LORAN (Fig. 6).

Seguimiento

El proceso de seguimiento consta en esencia de tres bucles servo diferentes, correspondientes a cada una de las tres senales recibidas, Principal, Secundaria A y Secundaria B: - Seguimiento de fase - Seguimiento de envolaente o seleccion de ciclo - Control automatico de ganancia (CAG).

El diagrama de la sefial estrobo de seguimiento, representado en la figura 9, viene producido para la transmision principal y para las dos secundarias, se- gUn 10s instantes principal y secundarios. El diagrama de la sefial estrobo de cada impulso LORAN se conforma para muestrear la portadora de 100 kHz en tres puntos a la vez, separados 2,5 ,US 86 90 grados en fase.

cic, n DE IMPULSO LORLN -

Fig. 5 Muestreo en cuadratura para asegurar el nivel de energia de sefial.

ENVOLVENTE DE IIWULSO

Fig. 6 Intervalo de muestreo de 125 1~s para asegurar el impulso LORAN.

258 Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975

8 PIRES EM IOIlDes

POSICIOWAnO POR Et ALGORITMO

DEEXPLOHACIDN

Fig. 7 Diagrama de posicionado de seiial estrobo.

CORIE DE LA UPC I I N

/ I

Fig. 8 Disposici& de seïial estrobo lineal, de precisihn.

I n?liSl t MP/SZ t Ml,SI I MZ/SZ I Ml,Sl I

+- l-e-1 000 fia

I 11111111 1111111 llllllll llllllll i

/ CAG

-1 /

Ill ’ kW 11

CAG AiO d COKES -

I

UPCiON4I LORAN 0 AR40100 APRISA III III III III III III Ill III

IDENTICO UIAGRPII PAR4 SECt!NUARIOS Fig. 9 Diagrama de estrobo de seguimiento.

fase, cada sefia recibida debe ser seguida en el mismo paso por cero relativo. El seguimiento de envolvente posiciona las muestras de fase en dicho paso por cero, midiendo para elle las amplitudes de 10s picos de sefiales adyacentes (eI y ez) a1 paso por cero, y midiendo la relation entre .dichos dos valores de pico. El hecho de que la pendiente ancerior del impulso es comprobada y controlada por las estaciones terrestres monitoras, permite a1 sistema diferenciar cruces adyacentes en el frente anterior, seleccionando en consecuencia el cruce correcto.

Seguimiento de fase

Seguimiento de fase es la deteccion continua, y la medida precisa, del paso por cero de un ciclo particular del impulso LORAN recibido. Para realizar esto en forma lineal, se realiza una medici& de la tension de la sefial mediante un circuito de muestreo (fase) y retencion; la tension se transforma a presentacion digital (CAD) y se procesa en el computador como entrada de error (E) aplicable a un servo de seguimiento de fase. El resultado final de la actuacion del servo consiste en un ndmero de instante (position en el tiempo) que determina el instante de la muestra y se utiliza para evaluar la diferencia de tiempo entre cada estacion secundaria y la principal.

Las salidas de la muestra y retenciones que miden 10s valores de pico se multipiexan y transforman en sefiales digitales a través del mismo CAD. Las sefiales digitales se procesan, y se altera el numero de instante, en caso de ser necesario.

CAG

Seguimiento de envolvente Para calcular la diferencia correcta de tiempo, a

partir de 10s numeros de instante de seguimiento de

Para normalizar la amplitud de las sefiales de RF muestreadas, se precisa de un bucle de control automatico de ganancia (CAG). El10 se lleva a cabo comparando digitalmente el valor del pico que sigue a1 paso por cero de la fase, con un término de referencia de CAG. La ganancia del amplificador de RF (que esta controlado por el procesador) es aumentada o reducida segun que el valor de pico sea menor o mayor respectivamente, que el valor de referencia. Es necesaria la normalizaci6n de las amplitudes de la seGa1, puesto que la caracteristica del sistema en cuanto a fase y envolvente se refiere, est& en relacih directa con la amplitud de la seDal.


LORAN C de bais costo

En la figura 10 s e representa el esquema de conjunto, asi como el de circulacion de seFia del sistema de seguimiento.

Resumen de caracteristicas

El disefio descrito en 10s apartados anteriores corresponde a un receptor LORAN-C totalmente automatico, cuyas caracteristicas en cifras son las que siguen, para una relation sefial a ruido > 1/3 (> - 10 dB). Exploracion (tiempo maxima) : < 8 segundos Posicioaado aproximado : 60 segundos (tiempo maxima) Posicionado de envolvente : 200 segundos (en (tiempo maxima) caso de peor rela-

cion S/R) Poder resolutivo en el tiempo : 0,025 microsegundos

Criterio de diseiio

Al desarrollar el mode10 de laboratorio, fue proposito del disenador aportar una flexibilidad suficiente coma para que el equipo pudiese funcionar correctamente, practicamente en cualquier medio ambiente. El10 se consigue gracias a la configuracion de sus programas y a la facilidad con que puede variarse. Puesto que las memorias fijas pueden programarse bien mediante plantilla (fija), o ser reprogramables eléctri- camente (PROM), 10s elementos se conjuntan de forma que 10s factores que determinan las prestaciones del sistema estan contenidas en una memoria ROM. El10 permite a1 usuario elegir un mode10 de prestation pa-

Fig. 10 Bucles de seguimiento del receptor, esquema de conjunto.

trOn, utilizando para ello un ROM fijo o un PROM propio del cliente a fin de obtener una respuesta deseada.

Esta disposition permite una gran flexibilidad, simplemente almacenando grupos de constantes. El grupo de constantes seleccionadas vendra determinado’ por las condiciones de trabajo, permitiendo agregar cierto numero de funciones deseadas. El10 se lleva a cabo con el programa seleccionando un grupo particular de constantes, con 10 que se satisface una condition concreta. Si la condition de trabajo cambia, el programa es capaz de seleccionar un grupo distinto de constantes, que proporcionen mejor prestation en las nuevas condiciones de trabajo.

Funciones hiles

La flexibilidad de planteamiento permite a1 diseca- dor considerar cierto numero de conceptos entre 10s que figuran: - Bucle de enclavamiento de fase adaptable (PLL) - Supresion de ruido - Supresion de interferencia sincrona - LORAN universal - Seguimiento de la onda de espacio.

Controles y presentacih

Los logros primordiales de la unidad de control y presentacion radican en su sencillez, funcionamiento con exclusion de errores, rotulacion de pantallas y pane1 legibles en cualesquiera condiciones extremas de ilumi- nacihn. La técnica de manejo, disposicion y marcacion de identificaciones de 10s paneles, asi como 10s componentes utilizados a1 presente, han demostrado su ido- neidad en la prueba de diseno y de vuelo de unidades semejantes de control y presentacion. La disposition representada en la figura 11 se atiene a1 proposito y espiritu del ARINC Characteristic Document No. 561-9. Se han introducida algunas desviaciones para adaptar aplicaciones adicionales a una comunicacion mutua mas elaborada entre hombre y maquina, 10 cual es uno de 10s logros del presente diseno.

Con la aparicion de sistemas bajo el control de un procesador central, provisto de un programa almacenado, se dispone de nuevas posibilidades para regular la interrelacion hombre-maquina. Bajo este nuevo pris- ma, la UCP puede considerarse como un terminal de computadora, realizandose las comunicaciones entre el hombre y el programa que se esta realizando en forma de dialogo. El10 significa que cualquiera de ellos puede plantear interrogantes, contestar preguntas, y dar &- denes o advertencias en forma de dialogo o intercambio mutuamente activa. Este dialogo se realiza siempre bajo control completo del programa, de suerte que el operador es simpre guiado a través de cada etapa del proceso de utilizacion. SO presentan las opciones disponibles en cualquier circunstancia de entrada, de acuerdo con el punto de entrada en el mensaje que se est& estructurando. Simult&eamente, se encuentran blo- queadas (anuladas) por el programa las indicaciones de disponibilidad y de entradas erroneas o carentes de sen-

260 Comunicaciones Eléctricas * N@ 50/4 * 1975

tido. Este método de controlar paso a, paso el programa del proceso en desarrollo ha sido denominado secuencial (o de colas) (Fig. 11).

Para aviso e informacion van equipadas seis parejas de lamparas. Su significado es el que sigue: RPU ACU

1

- Indica que una unidad reemplazable se

CDU ha averiado.

SYNC - Indica que el receptor no esta todavia sincronizado.

DR - Indica que estan siendo seguidos menos de tres transmisores, y que en consecuencia la calidad del rumbo estimado subsi- guiente dependera de la precision y frecuencia de las determinaciones manuales de position.

NO DATA - De application general, indica que determinado flujo de informaci6n no ha sido introducido, o bien que se precisa realizar actualizaciones manuales. Aviso iniciado por programa.

Disefio mechico

En la figura 12 se representa la unidad procesadora de recepcion. El chasis cumple con 10s requisitos de la especificacion 404 de ARINC, relativa a una caja de largo tres cuartos ATR. Dicha caja carece de salientes, tant0 en su parte anterior como en la posterior, salvo en el frente anterior el asa y el medidor de tiempo.

Tendencia de la tecnologia

La realizacion adoptada permitira disponer de un procesador de navegacion con la caracteristica intere- santisima de permitir a1 disefiado’r de sistemas el adaptar el equipo normalizado a unas aplicaciones especifi- cas. El proyectista puede tambitn lograr elevados rendimientos de computa mediante programas especificamente elaborados para la aplicacibn concreta. La capacidad para adaptar un equipo base normalizado, a 10s diversos niveles de complejidad exigida, combina la reduccion del coste por production masiva de pastillas con la eficacia computadora de micropro’gramas meca- nizados para el procesadom de la navegacion.

Conclusiones ,

Los resultados del presente estudio demuestran que, para el caso considerado, el coste de producci6n para el conjunto del equipo LORAN-C de navegacion estara comprendido entre limites razonables.

Recapitalando, puede afirmarse que 10s objetivos econ6micos de un equipo de navegacion perseguidos, son alcanzables, y que las previsiones para el futuro indican que 10s progresos en la tecnologia de semiconductores MOS/LSI ofrecen la capacidad potencial de continuar la reduccion de costes.

BAJA TENSION i15V

' ALIMENTACION RF

PROTECTORES CONTRA SOBRECARBAS

Fig. 12 Disposicih mechica de la unidad procesadora de recepcibn.

Co8municaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975 261

LORAW C de bajo costo

Agradecimiento

El presente articula resume el diseno y desarrollo de un mode10 realizable de LORAN por parte de la ITT Avionics Division Advanced Technology Navigation Microprocessor Department.

Los autores desean manifestar su agradecimiento por la colaboracion prestada por R. Bassett en el desarrollo de la unidad de control de presentacion y por H. Wand en el disefio mecanico.

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tion Processing for Loran C and Omega; Proceeding of the Institute of Navigation, 30” congreso anual, 25 a 27 junio 1974.

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James F. DeLorme obtuvo el titulo BS en Electrical Engi- neering del Newark College of Engineering en 1962.

Durante su permanencia en la casa Bendix, fue representante de la misma en el M. 1. T. Instrumentation Laboratory en Cam- bridge, Mass. Mr. DeLorme es copropietario de cuatro patentes, y autor co,laborador de una serie de articulas relativos al LORAN de Coste reducido y Procesado OMEGA. Mr. DeLorme per- tenecio en calidad de Assistant Project Engineer a la Eclipse- Pioneer Division de la Bendix Corporation desde 1963 hasta 1965, figurando entre las misiones a él encomendadas la evaluacion y prubea de 10s acelerometros 16 PIGA-Mod G y Mod J.

Tome parte en el diseno y desarrollo de un receptor Decca para navegacion hiperbolica. Su tarea incluia el diseno de 10s circuitos digitales de medicion de fase.

Igualmente le fue encomendado el diseno y desarrollo de 10s circuitos digitales de tiempo utiliaadoa en el receptor LORAN CD del sistema ANJARN-92.

También participa en la incorporation del LORAN a 10s vehiculos con propulsion por cohetes y aviones sin piloto, asf coma en la integracion de sistemas del receptor ARN-92 con un computa,dor de navegacion IBM a fin de proveer a1 avion LTV 7 de medios de vue10 en todo tiempo, asi como igualmente en el disefio de un simulador LORAN bi-dimensional con SU correspondiente simulaldor de velocidad para efecto Doppler.

Mas recientemente, ha Ilevado la responsabilidad, con éxito, de la aplicacion de 10s microprocesadores a 10s sistemas receptores de navegacion LORAN y OMEGA. Las responsabilidades initiales incluian la preparacion del estudio del LORAN costero de coincidencia para el Servicio de Guardacostas de 10s Estados Unidos.

Como Senior Member del Staff Técnico, Mr. DeLorme esta adscrito a la seccion Low Cost Navigation Systems del Radio Navigation Systems Group.

Arthur R. Tuppen obtuvo el titulo de Bachelor of Electrical Engineering por la Universidad de Syracusa en 1951, el de Master of Science en Electrical Engineering en 1955, y el de Master of Sciende en Mathematics en 1959, ambos por el Ste- vens Institute of Technology. Posteriormente realizo cursos complementarios de matemhticas de grados superiores.

Mr. Tuppen ha estado vinculado a la ITT Avionics Division durante veinte a?ios. Normalmente esta dedicado a1 diseiio y desarrollo de técnicas avanzadas de navegacion y guia para aviones, vehiculos con propulsion por cohetes y proyectiles dirigidos. La navegacion procede de sistemas de navegacidn con ayuda exterior tales como el LORAN y OMEGA.

Sus actividades initiales en ITT incluian el desarrollo de 10s dispositivos micro-electronicos de navegacion OMEGA AN/ WRN-3 y ANJARN-88 destinados a 10s submarinos, barcos de superficie y aviones, desarrollo de un computador balistico tactico tridimensional destinado a resolver el problema de liberacih del proyectil y participacih en el desarrollo de 10s primeros dispositivos de navegacih OMEHA y LORAN AN/ WRN-2 y AN/%N-29. Con anterioridad estuvo involucrado en el diseiio de sistemas de control para rastreo y filtrado posterior de deteccion, asi como disefio de circuitos para facilitar la localizacion y retencion de secales de entrada deter- minantes.

Anteriormente, durante su estancia en la General Dynamics Electronic Division, participb en el disefio de sistemas de nave- gaci8n por satélites y en el desarrollo de productos avanzados utilizando filtroa digitales, transceptores y amplificadores de potencia.


El LB 100 es un RND de 200 vatios, totalmente transistorizado, y que trabaja en la banda de frecuencias 200- 450 kHz. Esta diseiïado de forma que cumple las condiciones exigidas por 10s reglamentos del ICAO, Anexo 10, y de la UIT. Dicho diseno del LB 100 sigue las técnicas mas modernas, habiéndose empleado, en todo él, componentes de estado solide. A fin de compensar las variaciones de la reactancia de antenas ocasionadas por las fluctuaciones meteorologicas, el LB 100 va equipado con un sintonizador automatico de antena.

K. G. BERG Standard Radio & Telefon AB, Estocolmo, Suecia

Introduction

La Standard Radio & Telefon ha desarrollado y fabricado transmisores para frecuencia media y baja, en particular con destino a las comunicaciones mariti- mas, y ello desde 1940.

Al comienzo de la década de 10s 60, 10s primeros transistores para potencias elevadas, que podian ser empleados en 10s margenes de frecuencias citados, empezaron a comercializarse por 10s fabricantes de semiconductores, y a partir de dichas fechas 10s nuevos desarrollos fueron totalmente de estado solide.

Desde 1965, la Standard Radio & Telefon ha fabricado transmisores FM de estado solide, con potencias desde 100 vatios, destinados a comunicaciones mariti- mas de urgencia, hasta 3 kilovatios para sistemas Con- sol de ayuda a la navegacion.

El RND ha sido ya considerado como sistema anti- cuado de ayuda a la navegacion, pero en la década de 10s 60 resulto evidente que aun habia de perdurar largo tiempo en el futuro, por 10 que el Swedish Board of Telecommunication y el Swedish Board of Civil Avia- tion decidieron sustituir sus RND antiguos, equipados con valvulas.

La experiencia extraida de este disefio de estado SO- lido, en dicho campo, anima a la Standard Radio a desarrollar el RND tipo LB 100.

Generalidades

El LB 100 es un transmisor de frecuencia media, totalmente transistorizado, especialmente diseiiado para satisfacer las condiciones exigidas por el Swedish Board of Telecommunication y el Swedish Board of Civil Aviation, en 10 que a radiofaros se refiere. Igualmente cumple con las normas del ICAO, Anexo 10 y de la UIT.

El LB 100 va dispuesto en un armario de 482,6 mm (19”) (Fig. l), que puede equiparse como radiofaro bien en version sencilla o duplicada. En ambos casos, el disefio del armario, tanto desde el punto de vista


AF = Audiofrecuencia CA = Corriente alterna cc = Corriente continua ICAO = Organizacih International de Aviacih Civil RND = Radiofaro no directive RF = Radiofrecuencia UIT = Union International de Tdecomunicacih


eléctrico como mecanico, es el mismo, pero en la version sencilla va equipado con solo un transmisor. En el presente artfculo se describira la version duplicada, por ser la utilizada normalmente. En dicho caso, se equipan con unidades transmisoras completas, una de las cuales se utiliza como reserva pasiva, pudiendo entrar en ser-

Fig. 1 Transmisor RND en armario de 19”. Unidades de arriba a abajo: sintonizador de antena, unidad de control, unidades

transmisoras A y B, aiimentaciones A y B, manipulador.

263

Radiofaro no directive LB 100

vicia instantaneamente para reemplazar a la unidad transmisora de trabajo, en caso necesario.

El LB 100 puede suministrarse en forma de instalaci& completa, encerrada en una caseta, conteniendo transmisores, baterias, cargador de éstas, ventilador, radiadores, y en caso necesario, aire acondicionado, asi como un m&til de antena vertical autosoportado, situado en el techo de la caseta segun puede verse en la figura 2.

Descripchh técnica

Esquema general (Fig. 3)

En la version duplicada del LB 100, todas las unidades activas est& duplicadas, a fin de garantizar un funcionamiento seguro. El transmisor principal trabaja sobre la antena, mientras que el de reserva est& encendido y conectado a la carga artificial. Un monitor comprueba permanentemente el funcionamiento del transmisor de trabajo, > si la potencia de la portadora, la profundidad de modulaci&, o la manipulaci&, se separan de sus valores normales, la unidad de control provoca la conmutacion inmediata del transmisor de trabajo a1 de reserva.

Todos 10s circuitos de RF del transmisor, salve el acoplador de antena, son de banda ancha. El circuito de antena est& sintonizado mediante un dispositivo con servomecanismo, a fin de compensar las rariacio-

Fig. 2 Conjunto de RND, montado en caseta con antena de mastil en el tejado.

Fig. 3 Diagrama de bloques de instalacihn con dos transmisores.

nes en la impedancia de antena, debido a las variaciones en las conditiones atmosféricas, etc.

Normalmente, el transmisor se alimenta de la red de 220 V CA, pero si la tension de red cae a un valor demasiado bajo, la unidad de control conmutara automaticamente, para trabajar con bateria. Cuando la red recupera su valor normal, automkicamente volvera a alimentar a1 equipo, momento en el que un cargador exterior de bateria se pondra en funcionamiento, para recargar a ésta.

Unidad de sintonia de antena

La antena destinada a un RND es normalmente muy corta en relation con la longitud de onda, presentando una resistencia baja y una reactancia capacitiva elevada. Estando bien diseiiada la antena, las variaciones de la componente resistiva pueden mantenerse dentro de limites admisibles, siendo adaptada mediante tomas fijas del transformador de saiida de la unidad transmisora (Fig. 4).

La reactancia capacitiva de la antena se compensa mediante una inductancia constituida por una bobina cilindrica, provista en uno de sus extremos de un va- ridmetro esférico (Fig. 5). Esta disposition ha sido elegida porque proporciona un Q del mayor valor posible, con pérdidas mfnimas en el circuito de antena, para un amplio margen de impedancia. A causa de las variaciones en las condiciones climatoli;gicas, las variacio-

TENSION DE ALIWNTACION

Fig. 4 Unidad de sintonia de antena.

264 Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 * 1975

Radiofaro no directive LB 100

Fig. 5 Bobina sintonizadora de antena.

nes en la capacidad de la antena pueden degradar considerablemente la sintonia de la misma, siendo necesa- ri0 en estas circunstancias ajustar el variometro. h ta1 fin, la unidad va provista de un dispositivo de sintonia por servomecanismo (Fig. 6). Un detector de fase regis- tra la diferencia de fase entre la corrient,e y la tension a la entrada del sintonizador. La tension de salida del detector se amplifica, pasando a alimentar a un motor de CC. El citado motor se encuentra acoplado mecanicamente a1 sintonizador y hace girar a1 variometro, hasta que se tenga una diferencia de fase nula, entre la corriente y la tension presentes a la entrada del sintonizador.

Fig. 6 Servomecanismo de sintonia de antena.

La unidad sintonizadora incorpora tambikn una carga artificial y un relé, que conecta el transmisor principal a1 variometro de antena, y el transmisor de reserva a la carga artificial. En consecuencia, el transmisor de reserva puede funcionar en condiciones normales para pruebas o deteccion de averias, mientras que el otro se encuentra en el aire.

Unidad transmisora La unidad transmisora est& constituida por conjun-

tas funcionales de acuerdo con la i-igura 7. El oscilador a cristal oscila a frecuencia cuatro ve-

ces la de salida del transmisor. El10 permite la utiliza-

Fig. 7 Diagrama de bloques de la unidad transmisora.

Co’municaciones Eléctricas * No 50/4 . 1975 265

Radiofaro no directivo LB 100

cion de cristales con corte AT, no precishdose la utilizacion de horno para obtener una estabilidad adecuada, Un amplificador excitador aumenta el nivel de la senai a un vaior suficiente para atacar a1 amplificador cie potencia, en \push-pull y clase C. El amplificador push-pull consta de cuatro modulas iguales. provistos de tres transistores en paralelo cada uno. La impedancia de salida del amplificador de potencia esta adaptada ai circuito de antena mediante un transformador de banda ancha. El secundario del citado transformador va provisto de cierto numero de tomas, eligiéndose aquélla que convenga, en instalacion.

El amplificador de potencia de RF puede ser modulado en tension, en el colector, mediante un amplificador de potencia de BF, el cual es excitado por un oscifador BF de 400 0 1020 Hz. El modulador esta equipado con un dispositivo que mantiene la profundidad de modulaci,& entre 95 y 100 %,. En la figura 8 se representa la disposicion mecanica de la unidad transmisora.

Ahmentacion

La alimentacion del equipo puede obtenerse, bien a partir de la red de CA, o bien de baterias de acumula- dores, cuya tension nominal sea de 36 voltios. En ambos casos? la salida CC se mantiene constante mediante un estabilizador del tipo conmutador. Esta disposicion proporciona una regulacion perfecta, independientemente de la fuente de energia. También existe la posibilidad de ajustar la tension de alimentacion a1 transmisor a cualquier valor comprendido entre 30 y 15 voltios, 10 cual permite reducir la potencia de salida del transmisor a 114 de su valor normal, manteniendo no obstante su eficacia.

Equipo de control

Para la supervision y control del comportamiento del radiofaro, se han incluido las unidades activas siguientes:

Fig. 8 Unidad de transmisor, disefio mechico.

- Unidad de control? que encierra 10s conmutadores y relés necesarios para el control de diversos tipos de operaciones.

- Testigo de la tension de bateria. - Rectificador de tension de control. - Testigo de la tension de contrai. - Unidad monitora.

Los dos transmisores pueden ponerse en funcionamiento o cortarse, bien desde la unidad de control o bien a través de dos lineas de control remoto.

Si la tension de red aplicada a ambos transmisores faliase, las alimentaciones conmutan automaticamente sobre la bateria. Al restablecerse la red, la estacion vuelve automaticamente a trabajar sobre la misma. El testigo de control de bateria impide que sea utilizada ésta, en caso de que su tension caiga por debajo de 32 voltios.

Las unidades monitoras vigilan la salida de 10s transmisores mediante la rectification de la sefia de salida. Si el nivel de salida cae por debajo de un valor prefijado, o si se interrumpe la modulacion, desaparece la tension de retencion de un relé a1 cabo de cierto tiempo de retardo, y el transmisor de reset-va entra en funcionamiento, djndose una sefial de alarma que se envia al puesto de control distante.

El manipulador

Las sefiales de identification en codigo Morse, que manipulan a1 transmisor, bien en la modalidad AO/Al o AOlA2, son generadas en un circuito de estado solide constituido por circuitos integrados. El manipulador emplea un generador de impulsos de reloj cuya frecuencia es de 3 Herz, siendo la salida procesada en circuitos logicos que pueden cablearse para suministrar diversos caracteres. El contador y conversor de codigo entrega 32 salidas decimales, las cuales permiten disponer de un minimo de cinco letras en Morse.

Utilizando una tarjeta de identification independiente, en el manipulador, es posible introducir uno o dos impulsos cortos de identification en el ciclo de signos. De esta manera el transmisor principal y el de reserva pueden proporcionar un impulso de identifi- cacion que permita a1 persona1 de la tort-e de control identificar’ cual de 10s dos transmisores esta saliendo a1 aire.

Caracteristicas eléctricas

Banda de frecuencias :

Clases de emision

Potencia de salida

Toma de red

200 a 450 kHz, alternativa- mente 450 a 800 kHz AO/Al y AOlA2 (portadora con tono manipulado) 200 vatios de portadora a1 circuito de antena; superior a 100 vatios en una antena de 300 picofaradios de capacidad y resistencia de 4 ohmios. 220 voltios, 50 Hz, consuma maxima 800 W.

266 Comunicaciones Eléctricas * No 5014 . 1975

Radiofaro no directivo LB 100

Suministro por bateria : 36 V, 20 amperios maxima. El transmisor cumplira las especificaciones para una tension de bateria de hasta el 90 % del valor nominal.

Modulacion de amplitud: 400 0 1020 Hz, profundidad 95 a 100 por cien, distorsion maxima 5 por ciento.

Conclusiones

El LB 100 es un RND de potencia moderadamente alta, con un razonable consuma de energia, y cuya instalacion resulta de costo reducido. Esta especialmente disefiado de forma que cumple la exigencia de cobertura para latitudes superiores a 35” con antenas muy cortas, como por ejemplo la antena mastil de 15 m situada en el techo de la caseta. Para latitudes entre 5’

y 35’ se necesita una intensidad de campo mayor, pero en muchos casos es todavia posible emplear un transmisor de potencia de salida moderada si se aumenta el rendimiento de la antena. Como es Ggico elle’ impli- cara aumento del coste de la antena, pero dicho aumento se vera compensado con creces por un menor coste de la instalacion correspondiente a transmisor y alimentacion.

Karl Gosta Berg nacio en Hudiksvall, Suecia, en 1920. En 1945 se gradua por la Universidad ‘de Ingenieria Tecnologica y Eléctrica de Gothenburg. Trabajo para la Armada sueca hasta 1955, y durante 4 anos en Philips de Suecia, antes de incorpo- rat-se a la Standard Radio & Telefon AB, asociada sueca de la ITT, habibndose dedicado a1 desarrollo de equipos para comunicaciones por radio.

Desde 1964, ostenta el cargo de ingeniero jefe como responsable de la investigation y desarrollo dentro de la Division de Radiocomunicaciones de la SRT.

R. Van der Veen Tras una grave y larga enfermedad, el Sr. R. Van sder Veen,

Director Técnico de la compatifa Netherlands Standard Electric (NSEM), ubicada en La Haya, murio el dia 4 de septiembre de 1975, a la edad de 61 anos.

El Sr. Van der Veen ingreso en la Compafifa el 1 ,de octubre de 1938 como inlgeniero y comenzo su carrera en el Departa- mento de Transmision. Debido a su entusiasmo, energia y grandes conocimientos técnicos, se convirtio rapidamente en Jefe de Ingenieria y mas tarde en Director Técnico. En su cargo, fue el responsable de todos 10s aspectos técnicos de las actividades de NSEM. Los diversos cargos que ocup0 tanto dentro como fuera ‘de la Compaiiia, ademas de sus obligaciones normales, muestran su energia y gran interés por su trabajo. Fue Secretario de un Departamento del “Kivi-Koninlijk Institut Voor Inge- niurs” (Instituto Real de Ingenieria) y miembro y presidente de varios grupos de trabajo del Netherlands Electrotechnisch Comite (Comité Electrotécnico Holand&). At!m duranre su enfermedad, continuo colaborando con sus puntos de vista y consejos altamente apreciados.

En él, perdemos a una noble persona con grandes conocimientos técnicos. Sus colegas, muchos de 10s cuales trabajaron bajo su mando, le olvidaran dificilmente.

Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 * 1975 267

l?. SOTHCOTT Standard Telecommunication Laboratories Limited, Harlow, Reino Unido

En contraste con la secci& anterior, 10s 8 articulas de esta secci& es& relacionados con sistemas cuya cobertura se extiende solamente a la regi6n del horizonte y que pueden denominarse por tanto de corto alcance. Describe 10s ultimes desarro8110s de equipos, técnicas y componentes asociados con 3 sistemas usados internacionalmente y establecidos hace tiempo: VOR, DME y TACAN. ITT ha realizado un considerable n6mero de contribuciones fundamentales en 10s primeros dias del establecimiento de dichos sistemas, y como estos articulas demuestran, ITT continua en primera

fila en su desarrollo y explotaci6n. Es importante ha- ter notar que 10s principios de algunos de estos sistemas, constituyen las bases de parte de las nuevas ayudas de aterrizaje descritas posteriormente, con la consiguiente posibilidad de realizar un equipo integrado para ayuda en aterrizaje y en la navegacion en forma economica. No obstante, la divisoria entre ayudas a la navegacion y ayudas de aterrizaje y su frontera comun con 10s sistemas de comunicaci&, son cada vez mas dificiles de definir a medida que se solapan 10s limites entre las fases tradicionales del vuelo de una aeronave.

268 Co’municaciones Eléctricas * No 50/4 . 1975

Las ayudas a la navegackb por radio VOR y VOR-Doppler son 10s elementos componentes esenciales de 10s sistemas internationales de control de trifico aéreo que se utilizan en la actualidad. Las versiones VOR-S y DVOR-S pertenecen a una nueva generackh de equipos de construccibn modular que utilizan tecnologia de estado Aido.

G. HOFGEN Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Republica Federal de Alemania

Introduccih Tabla de abreviaturas

El radiofaro omnidireccional de VHF, VOR, se ha adoptado internacionalmente como sistema de ayuda a la navegacion por radio para la navegacion aérea. Co- mo informaci& azimutal, proporciona el angulo entre la aeronave y el norte magnético, segun se observa desde la ubicacibn de la esracion terrestre. El piloto guia la aeronave de estacion en estacicin de acuerdo con el rumbo seleccionado con la ayuda de una indi- cacion azimutal constante. Para conseguir esto, el rumbo que se va a seguir se ajusta mediante el selector de rumbo del equipo de a bordo. En un instrumento se representan las desviaciones de esta ruta deseada.

El VOR es un sistema de ayuda a la navegacion de bajo coste y de precision adecuada, que incluso hoy dia es capaz de proporcionar un servicio satisfactorio con ta1 de que las condiciones de propagation sean buenas. El sistema VOR-Doppler proporciona un método mejorado para las medidas azimutales. Las sefiales radiadas por 10s dos sistemas son compatibles, de forma que 10s receptores a bordo pueden trabajar de la misma manera con estaciones terrestres tanto VOR como VOR Doppler.

La estacion terrestre VOR Doppler, aunque carac- terizada por una mayor inversion en equipo, ofrece una ventaja decisiva sobre el VOR convencional en el sentido de que permite una notable reducci’on del error azimutal en caso de condiciones de propagation adversas.

Los alcances de 10s sistemas VOR y VOR Doppler es& limitados por las condiciones de propagacidn de trayecto visual de las ondas de VHF. Para alturas de vuelo elevadas, se consiguen alcances de hasta 300 km.

VOR

Principio de funcionamiento

El sisrema VOR funciona con una frecuencia portadora situada en la banda de 108 MHz a 118 MHz y radia una sefial variable juntamente con una sefial de referencia. La diferencia de fase entre estas dos sefiales se corresponde con el azimut y qe evalUa en el receptor de la aeronave. Las lineas de azimut constante son radiales.

La fase variable es una sefial de 30 Hz que se obtiene haciendo girar un diagrama de radiacihn direccional en forma de ocho de VHF (par eiemplo de un dipolo) a la velocidad de 30 revoluciones por segundo. Este diagrama direccional se superpone en el espacio a la portadora radiada omnidireccionalmente y de esta manera se produce en el receptor una seiïal modulada

Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 * 1975

DVOR - Medi,dor omnidireccional de rumbo en VHF por efecto Doppler

ICAO - Organizacih International de la Aviacih Civil VHF - Muy alta frecuencia VOR - Radiofaro omnidireccional de VHF VOR-S - Medidor omnidireccional de rumbo en VHF de

estado sdlido

en amplitud a 30 Hz, con una fase que depende del azimut.

La sefia de referencia.es también una onda de 30 HZ que, sin embargo, esta contenida como modulaci& de frecuencia en una subportadora de 9960 Hz con un desplazamiento de frecuencia de + 480 Hz. La frecuencia pqrtadora antes indicada est& modulada en amplitud por la sefial subportadora de 9960 Hz. De esta manera, se consigue un desacoplamiento satisfactorio entre la seîial variable y la sefial de referencia que son de la misma frecuencia. Ademas de llevar la sefial de referencia, la portadora se modula en amplitud con la voz (300 a 3000 Hz) y la seña de identidad (1020 Hz).

Diseîio

La instalacion VOR-S de SEL es una estacion terrestre VOR de construccibn modular [l]. Las diferentes unidades funcionales del sistema se han realizado en forma de unidades enchufables y modulas. La ventaja de esta construction radica en la conservaci& sencilla y rapida. En caso de fallo, la unidad defectuosa puede sustituirse inmediatamente.

Otra caracteristica importante del VOR-S es la ex- tensiva utilizacion de elementos de estado solide. In- cluso la sefial variable se genera en un goniometro electronico para eliminar el giro mecanico. Mediante la adecuada aplicacion de la tecnologia de estado s0lido se ha conseguido un alto grado de fiabilidad.

En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de la estacion terrestre VOR-S. El transmisor consta de excitador, transmisor de portadora y goniometro electronico. El modulador suministra el voltaje de modu- lac& para modular en amplitud el transmisir de portadora.

Las secales de conversaci&, identidad y la subportadora de 9960 Hz, que esti modulada en frecuencia por la sefial de referencia de 30 Hz, estan superpues- tas. El conmutador principal de la instalacion se go-

bierna mediante un sistema 1Ogico de control, que initia el corte o la conmutacion en el caso de alarma del transmisor o del monitor. Las operaciones manuales

269

VOR y VOR-Doppler

_-_---_. /

t VOLTAJE

IOOULADOR

i"E~ilOAQ (1020 Hz) SENALDE REFERENCIA(9960 Hz)

b L 220 KG ?

--

Fig. 1 Diagrama de bloques de una estacion terrestre VOR-S (Instalacion sencilla).

o de control remoto de apagado, encendido y conmutacion se realizan a través del sistema 1Ogico de control que tarnbien lleva a cabo 10s enclavamientos mutuos previstos en.el caso de instalaciones duales.

El sistema monitor VOR-S asegura que la sefial VOR compuesta radiada cumple con las recomenda- ciones de la ICAO [2] y que en el caso de producirse un fa110 se origina una alarma que activa el corte 0 cambio automzitico del sistema. Un detector de campo, instalado en el campo de radiation, capta la sefial radiada, la demodula y la lleva a la unidad monitora de la instalacion.

El equipo transmisor de VOR-S se aloja en una caseta cuyo techo sirve, simultkeamente, de contrantena y de soporte para el conjunto de antenas. La figura 2 muestra una instalacion con una antena formada por un solo elemento contenida en la cubierta cilindrica de pl&tico. En primer plano y a la izquierda puede verse el detector de campo.

Caracteristicas particulares del VOR-S

El VOR-S incorpora un n;mero de caracteristicas particulares que son de interés, tanto desde el punto de vista técnico como del de funcionamiento [3, 41. Estas comprenden, en primer lugar, la manera de generar la sefial variable mediante un goniometro electronico juntamente con dos dipolos cruzados dc un dispositivo de antena especial.

La modulaci& en un goniometro electronico presenta algunos problemas, ya que deben utilizarse mo-

duladores electronicos con alta estabilidad y linealidad. En el goniometro electronico del VOR-S [3] el proceso de modulaci& esta separado del de la generacion de la potencia de salida. De esta manera, la modulaci& puede realizarse a bajo nivel con alta estabilidad y linealidad.

El goniometro alimenta a 10s diplos cruzados del dispositivo de antena especial construido con técnica de circuito impreso. En una placa com&n de material aislante se situa, ademis de 10s dipolos cruzados, el radiador omnidireccional que es una antena de bucle de cuatro entradas. Para la compensation de las componentes de radiaci& polarizadas verticalmente de 10s dipolos cruzados se situa, debajo de la cubierta de plastico, una jaula de polarizacion formada por vari- llas verticales. Otra version del sistema de antena, consiste en dos placas de radiadores, con jaula de polarizacion, apiladas verticalmente una sobre la otra. Esta antena de dos elementos proporciona una intensidad de campo que es 5 dB superior para kgulos de elevaci& pequefios 10 que resulta en un aumento de alcance.

VOR Doppler

Principio de funcionamiento

En el sistema VOR Doppler, las funciones de las dos sefiales de 30 Hz est& intercambiadas en compa- ration a las del VOR normal. Esto significa que la se- fia1 de 30 Hz que modula en amplitud a la portadora de VHF es la. sefial de referencia y que la sefial variable de 30 Hz est& contenida como modulaci& de frecuencia en la subportadora de 9960 Hz. El método consiste basicamente en 10 siguiente:

La antena de la estacion radia la sena portadora omnidireccional que esta modulada en amplitud por la seîïal de referencia de 30 Hz. A la distancia R de esta antena portadora se encuentra un radiador de banda

Fig. 2 Estacic5n terrestre de VOR-S con antena de un solo elemento (Nieuwkoop, Netherlands).


lateral que puede imaginarse girando en una trayectoria circular. La frecuencia de la secal de banda lateral est& despiazada + 9960 Hz y - 9960 Hz con respecto a la frecuencia portadora. Con el radiador de banda lateral girando a una velocidad de 30 revoluciones por segundo se obtiene una modulaci& de frecuencia dependiente del azimut de la subportadora debido a1 efecto Doppier. Para ei desplazamiento de frecuencia de + 480 Hz especificado por la ICAO [2] se obtiene un circula de radio R entre 7,l y 6,5 m que corresponde a la banda de frecuencias de 108 a 118 MHz.

Puesto que la rotaci& no puede realizarse por medios meckicos, deberj ser simulada. Para conseguir esto, se disponen en circula un numero de antenas sencillas estacionarias que se alimentan secuencialmente con energia de banda lateral de RF de ta1 manera que el centra de radiacidn se mueve alrededor del circula a la velocidad prescrita.

Aunque la description anterior se refiere sOlo a la rotaci& de una banda lateral ‘Gnica, la extension a1 método de doble banda lateral puede realizarse de forma sencilla. En este caso, las dos bandas laterales cuyos centras de radiaci& se mueven en la misma direction, son radiadas por puntos opuestos del circula de antenas.

Disefio

La instalacion DVOR-S de SEL es una estacion terrestre VOR Doppler que es también de construction modular y disefiada en tecnologia de estado solide como el VOR-S, de manera que no necesica mas explica- ciones. Desde luego, muchas unidades enchufables son idénticas para 10s dos sistemas, 10 que supone una notable ventaja para conservaci& y almacenamiento de las unidades de repuesto.

El equipo transmisor DVOR-S se aloja, juntamente con el conmutador electronico de antena en una caseta por debajo de la contrantena del conjunto de antenas. El plano de la contrantena tiene un dihmetro comprendido entre 30 y 40 m y una altura sobre el suelo entre 3 y 10 m. Este plano comprende las 39 antenas de banda lateral y la antena portadora en el centra. La figura 3 muestra esta disposici& de las antenas.

En la figura 4 se muestra el diagrama de bloques de la instalacion DVOR-S. El transmisor de banda lateral produce las sefiales de banda lateral que estan desplazadas i. 9960 Hz con respecto a la frecuencia portadora y moduladas en amplitud a1 ritmo de la frecuencia de conmutacion, con una profundidad de modulacion de cerca del 100 %. Las curvas envolventes estk desplazadas una respecto de la otra, por un semiperiodo. La unidad de conmutacion de antena controla la conmutacion secuencial de las antenas que se conmutan en el minimo de voltaje. Al mismo tiempo, la otra banda lateral de las antenas aproximadamente opuestas tiene su voltaje maxima.

Caracteristicas particulares del DVOR-S

TJna caracteristica particular del sistema DVOR-S es el tipo de generacion de la subportadora modula&

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975

VQR y VQR-Doppkr

Fig. 3 Conjunto de antenas de la estacih terrestre VOR Doppler en Salzburgo.

en frecuencia que contiene la fase variable [4]. Se utiliza un método de doble banda lateral modificado conocido como mktodo de banda lateral alternarivo. Se obtiene a partir dei mttodo de doble banda lateral omitiendo una si y otra no las antenas de banda lateral, en el supuesto de que el nUmero resultante de antenas de banda lateral sea impar. Se ha demostrado que la rotaci& simulada de la radiaci& de la banda lateral es idéntica a la del método de doble banda late- rai aunque la transici& de radiaci& no va de una an-

1 VOLTAJE MODULADOA

tl 22OV C A

Fig. 4 Diagrama de bloques de una estacih terrestre DVOR-S.

271

VOR y \70R-Doppler

tena a la antena adyacente, sino a una amena que est& en la position aproximadamente opuesta en el circula y que est& radiando la otra banda lateral.

El método de banda lateral alternativa que ha sido rcalizado por ve7 primera por SEL, se ha introducido a nivel international con resultados excelentes. Se obtient un desacoplamiento satisfactorio debido a que las antenas que est& radiando simultaneamente se encuentran siempre en position opuesta y no adoacente. Otra venta+ es la relativamente pequefia inversion en equipo.

PrecisGn del sistema

Las fuentes de errores del método VOR soc las inherentes a la estaci6n terrestre, terreno circundante y a 10s errores del receptor de a bordo y del piloto. Los errores propios de la estacion terrestre VOR-S son relativamente pequefios (aproximadamente 1”). En el VOR el error debido a las condiciones del terreno es el factor mas significative. Se produce por reflexiones en 10s obstkulos situados en el camino de propagation de la radiaci&. Ademas de la informaci& azimutal correcta, también aparece en el receptor una informaci& que contiene el azimut del obstaculo reflector. Por adi- ci& vectorial se produce el error, cuya magnitud depende de la intensidad de la radiaci& reflejada, de la diferencia de fase de RF entre la seiial directa y la reflejada y de la diferencia entre el azimut del receptor y del reflector.

En caso de condiciones de propagation adversas, el VOR Doppler consigue una ventaja decisiva sobre el VOR debido a la amplia base de antena y a la modulacion de frecuencia de la seBal variable.

La figura 5 muestra, por via de ejemplo, la diferencia en la indication del rumbo entre el VOR y el VOR Doppler en la misma ruta (estac& terrestre en Salzburgo).

272

Fig. 5 Indication de rumbo del VOR y VOR Doppler en la misma ruta. (Estacion terrestre en Salzburgo).

Referencîas [l] H. Popp: VOR de estado sc%do - Una nueva generacion de

ayuda a la navegacion omnidireccional; Comunicaciones Eléc- tricas, Vol. 44 (196?), N” 4, pags. 312-321.

[2] ICAO. Aeronautical Telecommunications, Anexo 10, Vol. 1 (julio 1972).

[3] G. Hofgen: Ein elektronisches Goniometer (Un goniometro elcctronico); Frequenz 22 (1968), N” 2, pags. 32-34.

[4] E. Kramar: Funksysteme fiir Ortung und Navigation und ihre Anwendung in de.r Verkehrssicherung (Sistema de radio para localizaci& y navegacion y sus aplicaciones a1 control de trafico); Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart (1973), pigs. 131-146.

[S] M. Kayton, R. R. Fried: Avionics Navigation System; John Wiley & Sons, Nueva York (1969).

[6] W. J. Crone, H. Popp: El VOR Doppler de SEL; Comuni- caciones Eléctricas, Vol. 43 (1968), N” 2, pags. 152-158.

Günter Hofgen nacio en 1935 en Ohorn, Alemania. Se gra- du& en ingenieria eléctrica en la Universidad Técnica de Berlin. Recibio el gnado de ingeniero diplo,mado en 1959 y el de doctor ingeniero en 1964.

En 1959 ingreso en Standard Elektrik Lorenz AG. Durante 10s aïios siguientes estuvo dedicado a la investigation y desarrollo de equipos y sistemas de radionavegacion. Desde 1973 encabeza un departamento staff de consultores cientificos y de sistemas.

En 1974 recibio el premio Wolfgang-Martini de la Sociedad alemana de Navegacion y Localizacion.


La familia de sistemas TACAN comprende como equipo central el avanzado equipo de a bordo Micro-TACAN (MITAC”) que realiza varias funciones. Permite navegacih de encaminamiento en cooperacih con las rstaciones terrestres TACAN y aproximacih y aterrizaje en cooperacih con la ayuda de aterrizaje SETAC”. Las estaciones terrestres TACAN se reemplazarh en el futuro por las estaciones mas eficientes ORTAC-M en la Rephblica Federal Alemana.

M. B%IHM Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Républica Federal de Alemania

Introducclh

SEL ha continuado desde 1950 con sus actividades anteriores a la guerra en el campo de ayudas a1 aterrizaje. De 1950 a 1959 se desarrollaron 10s sistemas lo- calizadores ILS, LAB, LKl y LK2, ademas del sistema ILS de trayectoria de descenso.

A mediados de 1962 se presto especial atencion a la conception de ayudas militares de aterrizaje de alta movilidad para aeronaves VTOL que se consideraron en esa época de importancia principal para las nuevas fuerzas germanas.

En septiembre de 1963, SEL presento una propuesta para un sistema de ayuda de aterrizaje basado en haces de exploracion para la medida de azimut y de elevacion. De acuerdo con esta propuesta, se construyo un mode10 funcional utilizando dos radares modificados de vigilancia en la banda X (principios similares se utilizan en el sistema MLS de USA). Aunque 10s resultados conseguidos con este mode10 fueron esperanza- dores, se decidio, finalmente, que un sistema de a bordo especial no podria ser la solution mis economica por el corto tiempo de aproximacion y aterrizaje durante cada mision.

Después de una evaluacidn total durante 1964 y 1965 de todos 10s principios fisicos y bandas de frecuencia conocidos y concebibles, adecuados para ayudas de aterrizaje se encontre como mejor solution la utilizacion del ya introducido equipo de radionavegacion de encaminamiento también para la aproximacion y el aterrizaje, especialmente el empleo del equipo TACAN.

Para la guia de aeronaves VTOL, se propuso, en principio, el sistema DOTAC (Doppler-TACAN), que como ayuda de aterrizaje de precision y alta movilidad reuniria estas especificaciones tipicas:

alcance 20 km error de alcance 31 10 m (0) cobertura de azimut 360’ error de azimut I!I 0,5O cobertura de elevacion 8O a 80° error de elevacion f 1°.

En la maqueta de la figura 1 se muestra el aspecto exterior de esta ayuda de aterrizaje ta1 como se conce- bia en aquella epoca. La caracteristica mas avanzada (ademas de la antena totalmente electronica) era el equipo de a bordo IMicro-TACAN, también utilizado como respondedor de tierra, en una version ligeramente modificada.

:: bkca registrada del sirtema ITT *

Lista de abreviaturas

ADF - Radiogonidmetro automatico BITE - Equipo de prueba incorporado CTOL - Despegue y nterrizaje convencionales DME - Equipo de medida de distancias DOTAC - TACAN,-Doppler SSB - Modulation de banda lateral unica

(ELU) FOTRC - Sistema de vue10 cn Çormacion en la

banda de frecuencias ‘TACAN ICAO - Organizacion international de aviation

civil ICNI - Comunicacidn integrada, navegacion e

identification IFF - Identification amigo/enemigo ILS - ïistema de sterrizaje instrumental LORAN - Navegacion de largo alcance MITAC-&l-DIA - Equipo muitiple Micro-‘TACAN con

convertidor digitaiianalogico MLS - Sistema de aterrizaje por microondas ORTAC-M -, Sisrema de navegacion en la banda de

frecuencias TACAN PDME - DME de precision SROB - Radiofaro omnidireccional de corto

alcance SSR - Radar de vigilancia secundario TACAN - Navegacion aérea tzktica UHF - Banda de frecuencias 725-400 MHz VHF - Banda de frecuencias lOO-150 MHz VOR - Radiofaro omnidireccional de VHF VTOL - Despegue Y arerrizaje verticales

En 1967 se hizo evidente que a& no era el momento adecuado para un VTOL en la Republica Fede- ral Alemana. Sin embargo, 10s resultados de 10s estudios realizados en SEL fueron también muy aprovecha- bles para el dise& de las ayudas de aterrlzaje CTOL de applicaciones tacticas. La propuesta del SETAC - inventado por el Prof. Kramar, el pionero del ILS - encontraron inmediato apoyo en el cliente.

La comparacion del POTAC y el SETAC aconsejo realizar incluso esos diferentes sistemas utilizando una solution de bloques basada tin 10s principios y frecuencias del TACAN, con particular énfasis en equipo de a bordo MITAC, como parte central. De esta forma, se establecio el concepto de una familia de sistemas TACAN para diferentes aplicaciones eacticas.

Objetivos de la familia de sistemas TACAN Los planificadores militai-es conceden alta prioridad

a la movilidad de las tres ramas de las fuerzas armadas. Esto requiere un control eficiente de 10,s vehfculos y aviones mediante métodos adecuados de localizaci&r y navegacion. El equipo de radionavegaci6n ha de permitir principalmente:

Comunicaciones Eléctricas * N” 50/4 * 1975 273

Familia TACAN

Fig. 1 Maqueta de auuda DOTAC (Doppler-TACAN) para aterrizaje de VTOL.

- alta movilidad - insensibilidad contra interferencias y medio am-

biente hostil, - flexibiiidad.

Una alta movilidad exige pequefias dimensiones, poco peso, instalacion sencilla y rapida, facil control y bajo consuma de energfa.

La insensibilidad contra interferencias y medio ambiente se asegura con un disefio avanzado, alta fiabi- iidad y eficiente superviskin.

La flexibiiidad para todas las aplicaciones puede conseguirse mediante sistemas modulares cuyas aplicaciones pueden optimizarse.

Los cometidos de las Fuerzas Aéreas, del Ejército y también de la Armada en el campo de la navegacion tactica - encaminamiento en vuelo alto y bajo, apro- simacion, aterrizaje, direction hacia un objetivo y vuelo en formacion - contienen una base comnn. Nece- sitan siempre medidas de position de dos o tres dimensiones, a veces también medida dc la velocidad de aproximackk y ademas intercambio de datos ylo conversacion. Basandose en 10s principios del TACAN, estas operaciones pueden resolverse facilmente con el empleo de antenas de amplia apertura para la medida de angulos, impulsos para la medida precisa de distancias y la adecuada modulacion de impulsos para la transmision de datos de conversacion.

Sin embargo la conception de una familia de sistemas TACAN no solo ha de guiarse por razones tkcni-

cas. Como se indica en la tabla 1, son de principal importancia Los factores economicos, logisticos y también sicologicos.

Tabla 1 - Razones para utilizar nuevas derivaciones del sistema TACAN

Razones técnicas - Banda de frecuencias favorable con respecto a las carac-

teristicas y tecnologia disponible - Numero suficiente de canales (252) - Anchura de banda suficiente (300 kHz) - Sistema de impulsos - Uso eficiente de conjuntos de antena de amplia apertura - Resistente a interferencias enemigas

(TACAN de seguridad) Razones ecomhicas - Utilizacion de la production existente y facilidades de

prueba - Utilizacion de facilidades existentes de conservation y

reparacion - Utilizacion de persona1 experimentado y entrenado - Series de gran production para,modulos basicos Razones logisticas - Almacenamiento simplificado (numero reducido de

repuestos) - Intercambiabilidad - Sistema modular normalizado

Razones sicol6gtcas - Confranza en un sistema experimentado - Mejoras introducidas paso a paso sin el riesgo de cam-

bios bruscos

La figura 2 muestra la idea actual de la familia de sistemas TACAN. El equipo de a bordo MITAC-M- D/A proporciona la capacidad de navegacion de encaminamiento en cooperacion con estaciones terrestres TACAN u ORTAC-M, aproximacickr y aterrizaje en cooperacion con estaciones terrestres SETAC y vuelo en formacion en cooperacion con el equipo de a bordo FOTAC.

Resumiendo, 10s objetivos de la familia de sistemas TACAN son: - adecuado para una sencilla y economica combina-

cion de diferentes sistemas para diferentes operaciones tacticas de las Fuerzas Aéreas, Ejército y Ar- mada;

- utilizacion multiple de un moderno equipo de a bordo Micro-TACAN, mediante adaptacion de 10s formatos de sefial de varias estaciones terrestres a este equipo;

- empleo del menor numero de modulas normalizados posible que puedan utilizarse para todos estos sistemas sin cambios o con muy pequenas modificaciones.

Propiedades tipicas de la banda de frecuencias TACAN

La evaluacion de la viabilidad de la familia de sistemas TACAN condujo a la conclusion de que hoy dia, 10 mismo que hace 20 ar?os, la banda de frecuencias TACAN es perfectamente adecuada para fines tacticos respecto a1 numero de canales, anchura de banda y formato de 10s impulsos. Ademas, el tremendo

274 Comunicaciones Eléctricas * No 5014 * 1975

Familia TACAN

IACAN IIE ABORD0

, ,/ \ ALp’,: SETAC OATAC M

Fig. 2 Familia de sistemas TACAN.

ESTRCION IERRESIRE

GRN-9A

progreso tecnologico realizado durante 10s pasados 20 afios, proporciona la base para mejoras esenciales y ampliation de las propiedades de 10s sistemas de aterrizaje y navegacion derivados del TACAN.

Otra importante caracteristica de la banda de frecuencia TACAN, es que puede utilizarse también por usuarios civiles para la medida de distancias (el sistema civil ICAO-DME es idéntico a1 TACAN-DME. El azimut, sin embargo, se mide utilizando VOR en lugar de TACAN).

Las sefiales de radio de la banda de 1 @Hz se pro- pagan de la misma manera que la luz, y pueden des- preciarse la reflexion y la abso’rcion atmosférica. Por 10 tanto, pueden obtenerse alcances de hasta 100 km utilizando transmisores de estado solide. Utilizando transmisores de valvulas pueden facilmente conseguirse al- tances entre 300 y 500 km, con sensibilidades del receptor de unos - 90 dBm.

Con respecto a la propagation y a la tecnologia disponible, la banda L ofrece numerosas ventajas. Ade- mas, 10s canales aqui disponibles estan todavia lejos de la saturacion. Por tanto, resulta muy razonable, economicamente, proporcionar servicios adicionales dentro de esta banda. La utilizacion de varios canales TACAN para IFF-SSR no disminuye esencialmente este potencial.

El progreso técnico durante 10s ultimes a?ios ha demostrado que una longitud de onda de 30 cm y una anchura de banda de canal de unos 30 kHz son muy

adecuadas para altas precisiones, incluso utilizando técnicas de medida de angulo y distancia mas bien convencionales. Nuevos métodos de proceso de la sefial para las medidas, tanto de angulos como de distancia, permiten ulteriores mejoras de la precision o dimensiones mas pequefias de las antenas, con las precisiones actuales.

Mbdulos presentes y futuros de la familia de sistemas TACAN

Durante el desarrollo de la nueva familia TACAN se abrieron algunos nuevos caminos, tanto en el sistema como en la tecnologia. Esto exigio inversiones sustanciales en fondos y en tiempo, dando lugar, sin embargo, a una solution que atrajo la atencion internacional.

Desde el punto de vista del sistema tuvieron lugar las siguientes mejoras: - DME de precision en la banda L., - nuevas técnicas de medida de angulos (para azimut

y elevacion). Tecnologicamente, las siguientes mejoras pueden ser

de interés : - transmisor de estado solide de gran anchura de ban-

da (200 W, ciclo de trabajo del 10 % en la banda total del TACAN de 252 MHz);

- sintetizador rapido de frecuencia (tiempo de con- mutation de 100 ,~s desde el canal inferior a1 superior);

- miniordenadores digitales para proceso de la seña de tierra y de a bordo;

- modernos diseGos de antena; - modernas técnicas de modulacion de banda lateral

unica. En la figura 3, se hace un resumen de 10s modulas

y funciones principales. Hay que seGalar que 10s ordenadores digitales efi-

cientes y de reducido tamano avanzan rapidamente en aplicaciones terrestres (ORTAC-M), asi como en aplicaciones de a bordo (SETAC) y no como equipo separado, sino como modulas de un sistema. Estos ordenadores se utilizan en la actualidad para medidas de precision de angulos. Sin embargo, esto no agota su capacidad. Se pueden utilizar también para proteger 10s sistemas contra interferencias e ingerencias del enemigo, dentro de un plan de agilizacion de frecuencias. Los m6dulos dependientes de la frecuencia estan disefiados en banda ancha (amenas, sintetizadores, amplificadores de potencia, reflectores, etc.). LOS ordenadores de tierra y de a bordo necesitan solo programas adecuados para proveer control de 10s sistemas de sincronizacion elegidos y de 10s modelos de agilizacion. La optimizacion de estos medios para proteger 10s sistemas, es una tarea importante en el desorrallo futuro.

Conclusih

La variedad de funciones tacticas de radionavegacion no es pequefia. Existe la opinion creciente de que ya no es razonable, ni técnica ni economicamente, resolver estas funciones con una variedad semejante de

Comunicaciones El&tricas * No 50/4 * 1975 275

Familia TACAN

Fig. 3 M6dulos y funciones de la familia de sistemas TACAN.

EPTOR OE UTELITE

RADAR

HF TRPYECTOW

DE&SD

(2) ANTENR DE AlA-HF

VHhFId\ \\\ \uf~\ ANTEI~A AOF UARCCDOR ILS-\/ L LOMN

UHF RAD4R PiTIMETRli-

Fig. 4 Ejemplo dc especializacih de equipo de a bordo.

ENCAhliNAîuilFNTP ACIMlll OF PRECISION OISTLNCIA OF PRECISION

ACIMUT DE PRECISION OISTANCIA OE PRECISIflN 04TOS

ATFRkAJE PROYECTO OE OESCENSO OF PRECISION OISTANCIA OE PRECISION OATOS

Fig. 5 Ejemplo de posible integracih de funciones de a bordo.

equipos y sistemas especializados. En la figura 4 se muestra un desalentador ejemplo de equipo de radio especializado y no integrado de un gran avion militar.

276

Todas las funciones esenciales del equipo de radio de las unidades de a bordo pueden concentrarse en un sistema unificado denominado TCNI: Integrated Com- munication (palabra, datos), Navigation (localizacion, gufa) and Identification (Comunicacion integrada, Na- vegacion e Identification). Un sistema ICNI, basado en el TACAN, ofrece muchas oportunidades para una mejora sustancial de la eficiencia y economia de las misiones aéreas.

La familia de sistemas TACAN de SEL comprende en la actualidad el equipo de a bordo MITAC-M-D/B, la ayuda de aterrizaje SETAC y la moderna ayuda de encaminamiento ORTAC-M. Estos sistemas se describen con detalle en 10s articulas que siguen. En el futuro, estos sistemas se suplementaran con el sistema de vuelo en formacion, FOTAC. La figura 5 aclara las multiples funciones de esta familia de sistemas para el equipo de a bordo. Naturalmente, el grado de integracion de muchas funciones en un equipo no es ilimita- do. El coste y la complejidad han de mantenerse dentro de 10 optima. También hay que tener en cuenta el riesgo por interferencia del enemigo. Como se indica en 10s articulas siguientes, la solution proporcionada


Familia TACAN

por la familia de sistemas TACAN entra muy bien dentro de 10 bptimo.

Agradecimiento

La realizacion de esta familia de equipos solo ha sido posible debido a la activa y eficiente ayuda de diversos organismos y personas involucradas por parte del cliente gubernamental. Para todos ellos nuestro agradecimiento. Su disposicion para una continua y eficiente cooperacion con 10s ingenieros de SEL faci- lit6 las frecuentes dificultades que se presentaron en el desarrollo.

Referencias [l] M. Bohm, E. Coors: New Radio Navigation Aids Based on

TACAN Principles; AGARD Conference Proceedings N 148 en The Guidance and Control of VJSTOL, Aircraft and Helicopters at Night and in Poor Visibility, mayo 1975.

[2] E. Kramar: Funksysteme für Ortung und Navigation, Stutt- gart 1973, pags. 147-169.

[3] K. D. Eckert, H. J. Roper: SETAC - Ein neues Anflug- und Landesystem, Interavia 25, 1970, N” 2, pags. 189-191.

[4] M. Bohm: Teilkompatible Landesysteme für den zivilen und militarischen Luftverkehr; Interavia 27 (1972) 4, pags. 394- 396.

[5] M. Bohm: Zum Einsatz des TACAN-Bordgerates MITAC-M- DIA zur bor,dautonomen Fhichennavigation, Tagungsbro- schüre zum 11. Internationalen Hubschrauber-Forum, Bücke- burg 1975.

Manfred Bohm nacio en 1934 en Bad Harzburg, Alemania. En 1954 comenzo a estudiar ingenieria eléctrica en la Escuela Técnioa Superior de Darmstadt, y termina sus estudios en 1960 con diploma de ingeniero en la Universidad Técnica de Berlin. En ese aiïo comenzo a trabajar en Standard Elektrik Lorenz AG en Pforzheim. En 1965 paso a ser jefe de un laboratorio y en 1970 jefe de un grupo de laboratorios. En 1974 obtuvo el grado de Doctor Ingeniero en la Universidad Técnica de Berlin. El Dr. Bohm es actuaimente responsable del desarrollo de equipos de aviation, ayudas de navegacion y equipos de radar en la linea de de productos de navegacion en Stuttgart.

Comunicaciomnes Eléctricas * No 50/4 * 1975 277

La generaciv6n elect&nica de la informaci’& en 10s radiofaros del sistema TACAN de a bordo soslaya las limitaciones de anchura de banda tipicas de las antenas giratorias mec@icamente, haciendo posible la utilizacibn de toda la banda de frecuencias TACAN’. Ademis, la exploration electr6nica de 10s elementos parkitos controlados por diodos mejora la fiabilidad del sistema y elimina la necesidad de complejas alimentaciones de RF y redes de control.

G. P. SCHERER ITT Avionics, Nutley, New Jersey, USA

Introducci&

El conjunto de antena aqui descrito es un sistema de antena T,4CAN de banda completa, con barrido electronico y de alta calidad (Fig. 1). El conjunto de antena es completo, con un sistema integral de supervis& y dotado de medios para localizacio’n de averias. Estas caracteristicas permiten supervisar continuamente la calidad de la senal radiada asi como ais- lar e identificar una averia simple, permitiendo a la Linea de Repuestos la reparacion y el mantenimiento a1 nivel de organizacilon. El sistema de supervision e indicac& de averias se complementa con una inter- conexkk de alarma con el haz. Cuando el conjunto de antena se interconecta con un haz TACAN se obtiene un servicio de orientaci’& TACAN omnicanal de alta calidad.

En antenas convencionales un cilindro interior rotatorio que transporta a un unico grupo de elementos parasitarios, modula el diagmma de radiacion del elemento central en una forma cardiode que gira a 15 revoluciones por segundo. Esto proporciona la informacion grosera de orientacion (Fig. 2). Existe una correspondencia directa entre fase eléctrica y orienta-

Fig. 1 Grupo de antena y monitor de control. 1 Unidad de anterma 2 Monitor de ccntrol 3 Del giroscopo <del barco 4 Interfases del haz 5 De 10s generadores de potencia del barco 6 AL’del haz

cibon geografica; la componente de modulaci& del diagrama de lobule unico de la cardiode cambia la fase en grados eléctricos segun una relacick uno a uno con la rotaci& del azimut en grados. La antena TA- CAN convencional tiene ademis un cilindro rotatorio exterior que gira solidariamente con el cilindro interior a la misma velocidad de 15 revoluciones por segundo. ‘El cilindro exterior, sin embargo, tiene nueve conjuntos de elementos empotrados en él en forma de hilos uniformemente espaciados a intervalos de 40 grados. Estos hilos, que también son elementos parasitas, modulan ademas el diagrama de radiaci& de 15 Hz de la cardiode, produciendo un noveno armonico de 135 Hz que suministra la informaci& fina de orientaci’&.

Esta componente de 135 Hz describe un circula completo de 360 grados eléctricos por cada arco de 40 grados de rotaci& del azimut, de forma que la caracteristica de orientaci.& fina produce un cambio de fase de 9 grados por cada grado de cambio de la orientacion. La informacion fina de orientaci’& tiene una ambigüedad de una entre nueve posibilidades, porque la fase es idéntica para cualquiera de las nueve direcciones que estan 40 grados equiespaciadas. Con el fin de establecer una referencia de orientaci,&, se radia una rafaga de impulsos de referencia norte por cada revolucijon para determinar el sector de 40 grados de orientaciN&i correcto, después de 10 cual siguen las

EL EIFMENTO PARASITARIO DE 15Hz SOBRE Et CItI iNDRO INTFRIIJR MOOULA EL DIABRAYA CIRCULAR DE AADlACION EN UNA FOR!MA CAHDIOIDE

NUEVE ELEIMENTOS PARRSiTARlOS DE 125Hz SOBRE Et CILINDRO EXTERIDR IMODULRN EL DIAGRAMA DE RADIACION CREANDO LOEULOS MENORES

+x2

LA COMPONERTE DE 135Hz )MODULA LA ONDA DE 15Hz PROOUGIEHDO UN DWRAYA DE RADIACION COUPUESTO

INTENSIDAD MODULACION DE 135Hr

DE SEfiAt 135Hz

TIEMPO RAFAGAS DE REFERENCIA

Fig. 2 Diagrama de modulaci& impuesto por una antena giratoria meckica tipica.

278 Comunicaciones Eléctricas 9 N” 50!4 . 1975

de barrido electxxhico

ocho seGales de rafaga de referencia auxiliares para establecer la referencia de orientacion dentro de cada sector de 40 grados.

El conjunto de antena de barrido electronico logra el mismo resultado en definitiva, mediante conmuta- ciOn digital de 10s elementos parasitarios dispuestos en circulas concéntricos alrededor del elemento central. Esto se consigue con la configuration mostrada en la figura 3. El contrapeso conductivo tiene 12 elementos parasitarios interiores para generar la modulaci’on de 15 HZ. Estos ocupan el lugar del parasita giratorio de simple fase de la antena mecanica giratoria. El contrapeso también tiene 32 elementos parasitarios exteriores para producir la modulacion de 135 Hz. Estos proporcionan la modulation de noveno armbnico originada por 10s 9 elementos exteriores de la antena mecanica giratoria. El haz de energia de radiofrecuencia se emite desde un monopolo en el centra del contrapeso. La modulaci6n de 15 Hz y de 135 Hz se genera por conmutacion binaria de 10s diodos PIN de cada una de las unidades parasitarias en un mode10 de secuencia de tiempo prescrito que se repite una vez par- cada intervalo de 15 Hz. De hecho, 10s parasitas activas giran eléctricamente y no mecanicamente. La secuencia de conmutacion se genera por la circuiteria de control. Esta circuiteria genera ademas 10s disparadores de rafagas de referencias norte y auxiliar en 10s tiempos requeridos dentro de la secuencia de conmutacion.

Debe destacarse que en las antenas convencionales el radio de rotacion de 10s nueve conjuntos de elementos parasitarios, situados en el cilindro exterior, esta criticamente determinado con el fin de satisfacer la condici86n de un maxima (o casi) para el noveno coeficiente de Brssel armonico en la banda de frecuencias de operacion. Ademas debe controlarse la fase parasita de re-radiacion de forma que la fase del noveno término armonico coincida con la de la onda sin modular, resuitando una modulacidn de amphtud en el campo lejano. Las relaciones matematicas detalladas que gobiernan estas condiciones sobre ia actuacion del noveno armonico, v de otros armonicos no deseados, se presentan en la referencia [Il. Estas condiciones han limitado de hecho el funcionamiento util de las antenas convencionales a aproximadamente el 30 por ciento de ia banda completa de frecuencias TACAN.

La nueva antena de barrido electronico supera las limitaciones basicas de la anchura de banda descritas anteriormente, empleando 3 anillos concéntricos de elementos en la red parasitaria de 135 HZ. Cada anillo se posiciona fisicamente y se ajusta, para cumplir las condiciones necesarias para una modulaci~on correcta, sobre uno de 10s tres margenes de frecuencia contiguos que juntos cubren la banda TACAN completa. El anillo apropiado para una frecuencia dada se activa mediante un conmutador electronico rapido. La informacion para la conmutacion adecuada se obtiene a partir del sintetizador de frecuencia del haz, y puede proporcionar conmutacion instantanea de banda, resultando

Fig. 3 Contrapeso del conjunto de ;mcena y disposici& de parasitarios.

1 - 12 par&tos de 15 Hz 2 - 32 par&sitos de 135 Hz 3 - Concrape‘-0

un funcionamiento de banda completa en un sistema agi1 de frecuencias.

Descripcih fisica El conjunto original de antena, en su configuraci&

de a bordo, consiste en 2 unidades principales: una unidad de antena y un monitor de control (Fig. 1). Estas unidades, junto con el haz del barco, suministran a 10s aviones la informacbbn de distancia y orien- tacibn necesaria para determinar sus posiciones con respecto a1 barco. Recientes ensayos han demostrado que el estabilizador de balanceo puede suprimirse en aplicaciones a bot-do de navios. La version no estabilizada es también apropiada para aplicaciones de estacion fija.

Unidad de antena

La unidad de antena se disefia para su instalacion encima de un mastil. La antena consiste esencialmente en tres subunidades principales: la subunidad de RF, el pedestal del estabilizador (opcional) y una subunidad electronica. La subunidad de RF y la subunidad electronica es& protegidas por una cubierta en pa- na1 de fibra de vidrio, de dos secciones sujetas por cierres de facil apertura. La subunidad de servodirecci’on en el pedestal estabilizador esta protegida por una cubierta flexible. La subunidad de RF tiene modulas parasitarios reemplazables y colocados en disposici’& circular sobre un contrapeso de aluminio en pana1 (Fig, 3). El anillo interior consta de 13 modulas de 15 Hz reemplazables, colocados en un circula en torno a1 radiador central. El anillo exterior consta de 32 modulas parasitarios de 135 Hz, reemplazables y dispuestos en un cfrculo alrededor del anillo interior de modulas de 15 Hz. Un tipico msodulo parasitario (135 Hz) se muestra en la figura 4. El modula consiste en una tarjeta de circuito impreso, resistencias, diodos y un conector de tarjeta para la conexion eléctrica. El parasitario se soporta y protege mediante espuma de uretano adosada a ambos lados de la w-jeta de cir- cuit0 impreso.

Communicaciones Eléctricas * No 50/4 . 1975 279

Antena TACLAN de barrido electrhico

Fig. 4 Modula parasitorio tipico (135 Hz). 1 - 2- 3 - 4- 5-

Escudo de uretano Resistencias Tarjeta de circuito impreso Conector del borde de la tarjeta Diodos PIN

Dos sondas de prueba de RF, situadas en el contrapeso, muestrean la salida de radiaci,& de la antena y la aplican a 10s circuitos del monitor de control. Un sens,or que comprueba el nivel de la humedad dentro de la capsula de la antena va montado en el lado inferior del contrapeso.

La subunidad electronica montada en la antena consta de tarjetas de circuitos electronicos que causan la generacion del diagrama dentado de antena, excita el moduiador de diodos y supervisa las senales radiadas por la antena y las sefiales del preamplificador del mo8dulador.

La antena esta estabilizada mecanicamente por una subunidad de servodirecci,on de balanceo localizada en el pedestal estabilizador. La subunidad de servo- direction de balanceo funciona controlada por un ser- voamplificador de balanceo montado en el monitor de control para mantener 10s dipolos de antena en posicison vertical para balanceos del barco de hasta -C 25 grades.

Monitor de control

El monitor de control contiene toda la circuiteria, controies e indicadores necesarios para controlar y supervisar el funcionamiento del conjunto de la antena. Fisicamente, el monitor de control consta de una caja metalica que alberga tres subunidades y un pane1 frontal el cual contiene indicadores y controles de operacion y mantenimiento (ver Fig. 5). La subunidad superior del monitor de control es un chasis de fuente de alimentaci~on de CC para el funcionamiento del conjunto de la antena. El estado de la fuente de alimentaci& queda visualizado mediante indicadores en la secci’& de alimentation del pane1 frontal.

El &a& del monitor de control contiene la electronica que controla y supervisa las diversas funciones del conjunto de antena. Dentro de este chasis hay cinco unidades de tarjetas de circuito, dos convertidores sincro!digitales y controles, indicadores y enchufes que se emplean para diversas funciones de supervis&

~Las cinco unidades de tarjetas de circuito proporcionan senales de control y de temporizacGn para 10s

circuitos electronicos localizados en la antena, y permiten supervisar 10s puntos de pruebz seleccionados

ien ellos y el estado de 10s circuitos del modulador de ‘diodo en el monitor de control. Los convertidores sincro a digital (S/D) se emplean en la compensation automatica de la orientacion del barco (gui6adas). Cuando se detectan averias, 10s circuitos del monitor

ide control encienden indicadores de averia en el pa- ne1 frontal de la secci’& del monitor de control que ~indican el tipo de averia y la funcioa afectada.

El chasis del servo de balanceo contiene 10s circuitos del ampiificador del serve de balanceo para la antena y las fuentes de ali~mentaci6n del serve de balanceo. El servosistema de balanceo se pone en funcionamiento con un conmutador en la secci’& de servo de balanceo del pane1 frontal y proporciona sefiales de control para la servodirecci’on de balanceo

1 1 $l Fig. 5 Monitor de control. Vkta interior.

1 - 2- 3- 4 5- 6- 7- 8 - 9-

10 - 11 - 12 -

Detector de Salio de humedad 3A2Al Prolongador de tarjeta Registro de fallos 3A2A4 Generador del diagrama de referencia 3A2A5 Soporte de la fuente de alimentaci& 3Al Soporte del monitor de control 3A2 Convertidor S/D principal 3A2A8 Soportc del serve de balance 3.43 Extractor de tarjetas Convertidor S/D lde referencia 3A2A9 Red de tempprizacion principal 3A2A7 Red de temporizaci& de referencia 3A2A6

280 Comunicaciones Eléctricas ~ N” 50/4 * 1975

de barrido electrbico

montada en la antena. El pane1 frontal también contiene un conmutador que permite bloquear la antena en una posicio’n horizontal fija cuando el sistema TACAN esta fuera de servicio y/o el barco esta atra- cado.

El pane1 frontal del monitor de control contiene, ademas de 10s indicadores y controles de la fuente de alimentacimon, indicadores de averias y servocon- troles e indicadores de balanceo previamente mencionados, una unidad de declinacion magnética, un control de la posicison del umbral relativo de potencia de RF, y un medidor de potencia relativa. La unidad de declinacion magnética se emplea para proporcionar correction de la declinacion magnética. El control y el indicador de umbral de potencia relativa se usan para supervisar cambios relativos en la potencia radiada por la antena.

Todas las conexiones a1 monitor de control se hacen por medio de conectores situados en la parte inferior de la unidad de control. Adem& de las conexiones eléctricas se equipa un conector para comu- nicacison verbal mediante un microteléfono pasivo’k entre el monitor de control y la unidad de antena montada en el mastil durante el mantenimiento del conjunto de antena.

* “Sound-powered handset communication.” Es un dispositivo en que el transmisor y el receptor son transductores pasivos. N. del E.

Descripcih funcional

La figura 6 es un diagrama de bloques funcional que muestra la interconexi~b~n de 10s componentes principales de 10s generadores del disparador de azimut y del diagrama de antena, el monitor, y el sistema del servo de balanceo con el haz de TACAN y el giro del barco.

En la figura 6, las funciones de generacion del disparador de azimut y de generacion del diagrama de antena (orientacidn) incluyen el giroscopo del bar- CO, el control de declinacibn magnetica, la red principal de temporizacion, el generador del diagrama de antena, 10s diodos moduladores de 15 Hz, 10s diodos modulares de 135 Hz y el radiador central de la antena. El sistema de supervisGn incluye la red de temporizaci~6r-r de referencia, el monitor de seguimiento de azimut, el monitor de puntos de prueba de la antena, el monitor de diodos, el monitor de RF, el sensor de humedad, la electronica del estabihzador de balanceo, el contador de pares de impulsos de posicizon, el monitor del nivel de potencia RF, el monitor del nivel de humedad y el resumen de fallos y la alarma de haz. El servo sistema de balanceo comprende la entrada del giroscopo del barco, la electronica del estabilizador de balanceo, y el pedestal de la antena. La distribuci’on de energia se obtiene a partir de la del barco y suministra la baja tensison apropiada en CC para todo el sistema de amena TACAN.

RESUYEN OE FALLOS Y 4tADMA DEL HA2

I CABINA DE CONTROL DE LA ANTENA

I L-------- ____ --------- ..--.-.....----..-...--

Fig. 6 Antena TACAN de a bordo. Diagrama de bloques que muestra las conexiones a ia orientaci& y a1 girbscopo del buque.

Comunicaciones Ektricas . No 50/4 . 1975 281

I

,4ntena TACAN de barrido elect&ico

El sistema de generacion del disparador de azimut y de la orienta&% proporciona un sincronismo de 15 Hz que se origina en la red principal de temporizac$n. Este sincronismo hace que el generador del diagrama de antena produzca una secuencia de salida digitalizada a 10s diodos moduladores de 135 Hz y de 15 Hz. Esta secuencia digitalizada modula la salida del radiador de antena del haz TACAN de forma que en el campo lejano se produce un diagrama TACAN convencional. Par otra parte, el sistema de generaciron de orientackk y de disparo de azimut proporciona disparos auxiliares y norte a1 haz TACAN para referenciar la informaci& de orientac& relativa a1 norte magnético y corregida seg&n las correcciones de posic&n del barco. Los girkopos del barco suministran el rumbo mientras que el control de declinacion magnética proporciona las correcciones de desviacison de norte magnético. La suma de kstas se aplica a ambas redes de temporizacidn, pero solamente la red de temporizacion principal suministra 10s disparos a1 haz.

El monitor de seguimiento de azimut esencialmente compara ciertos parametros de disparo de azimut de la red de temporizac& de referencia con 10s de la red de temporizaci& principal. Cualquier error se lleva a1 resumen de fallos y a la matriz de alarma de haz donde las alarmas de la cabina de control asociadas est& apagadas, y!o se envian secales de alarma a1 haz. El monitor de RF mide ciertos parametros RF e introduce secales de error en el monitor del contador de pares de impulsos de rafaga y a1 monitor de nivel de RF. Estos por su parte alimentan la matriz de alarmas. El sensor de humedad en la antena entrega sefiales de alarma a1 monitor de nivel de humedad el cual alimenta a la matriz de alarmas. El monitor de diodos comprueba el diagrama de suce- SOS de todos 10s diodos moduladores. Las indicaciones incorrectas se reportan a la matriz y dependiendo del numero se apagan alarmas de fallo graves o leves. El monitor de puntos de prueba de la antena verifica 10s parametros importantes en el generador de diagrama de antena a efectos de mantenimiento.

Caracteristicas

Se han tomado datos detallados del comportamiento en la Czimara Aneco’ica de ITT Avionics para el sistema de antena descrito anteriormente. Ademis, se han completado con éxito el 10 de octubre de 1974 pruebas extensas del alcance de la antena de esta unidad por ITT Avionics y por la Armada de EE.UU. y una serie de tres dias de evaluaci& funcional en el mar a bordo del USS Brumby (DE-1044).

Durante las pruebas en el mar, el sistema (incluyendo un nuevo haz omnicanal de potencia media) se probs6 en vuelo por dos tripulaciones independientes. El Destacamento de Evaluaci’& y Prueba de Siste- mas Elect&icos Navales (NESTED), vol0 con su propio equipo y tripulaci’oa independientemente de la Administracian de Aviaci,& Federal (FAA) que 10 hizo con un avion de la FAA equipado con el con- junte de prueba Sierra TACAN. Ambas tripulaciones

coordinaron sus planes de prueba y volaron simultaneamente durante gran parte de ella. Como resultado de estas pruebas, se ha planeado emplear primeramente este grupo de antena por la Armada de 10s EE.UU. en la nueva clase PF de barcos. La version que se emplcara no tendra estabilizacion de balanceo.

La tabla 1 contiene un resumen de algunos de 10s principales parametros del comportamiento y’la figura 7 muestra un diagrama tipico de elevacl6n.

Conclusiones

Esta nueva antena totalmente de estado s&do (versi’& no estabilizada) proporcionara servicio TACAN omnicanal, de gran fiabilidad, poco peso, y bajo costo

Tabla 1 - Resumen de las prestaciones.

Funcionamiento instantaneo en toda la banda (252 MHz) hasta 30’ de elevaci& Estabilizacion electronica de azimut (correction de la orientaci& del barco) Capacidad de potencia de pico, 10 kW ROET menos que 2:l Pérdidas de insertion, 1 dB Precision total dei sistema, 1’ Masa en 10 alto del mastil, 66 kg (menor de 45 kg sin cl estabilizador de b’alanceo) Diametro, 132 cm Altura, 61 cm Estabilizacion de balanceo, ? 25O (desmontable) Tiempo medio entre fallos, 17.500 horas Tiempo ,de reparacion del equipo mediante sustitucion de m6dulos, 20 minutos Supervisi& incorporada del haz y de las funciones de la antena con:

- Sondas ,de ausencia de sefia - Sistem#a de locaIizaci& de averias de circuit,0 de

f’uncion interna - Alarmas de fallo.grave y leve Calificado segun normas MIL-E-16400 para empleo a bordo Funcionamiento de la antena en 10 alto del mastil hasta 95 OC

0 -80 - 60 - 40 -20 0 20 40 60 80 ANGULO DE ELEMCION, GRADOG

Fig. 7 Diagrama tipico de directividad vertical.

282 Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 + 1975

de barrido electnionico

para las nuevas instalaciones a bordo. Par otra parte las pruebas han demostrado la aplicabilidad directa a otras necesidades tales como estac& fija en ruta, movil, transportable, y misiones tacticas de lanza- miento aéreo.

Gracias a la ausencia de redes complejas de control y de alimentaclon de .RF, las técnicas de conmutacion de parasitarios podran proporcionar por primera vez un disefio repetible y de bajo costo para la producciosn de una antena TACAN omnicanal de alta calidad.

Referencia [l] A. M. Casabona: Antenna for the AN/URN-3 Tacan Beacon;

Electrical Communication, volumen 33, no 1, 1956, pags. 35-59.

George P. Scherer se gradua en ingenieria eléctrica por la Universidad de Rutgers en 1962, y alcanzo el MS también en ingenieria eléctrica por el Polytechnic Institute de Brooklyn en 1968. Como jefe del departamento de subsistemas de RF, George Scherer dirige codas 10s desarrollos de equipos de RF y programas de apoyo a 10s productos en la ITT Avionics Division. Antes de ser nombrado director, llevaba todos 10s programas de antenas en la Division.

Antes de ingresar en ITT en 1970, el Sr. Scherer estuvo como ingeniero “Senior” de desarrollo en Wheeler Laboratories Inc., subsidiaria de Hazeltine, en donde era supervisor de estudios y desarrollos de equipos E#CM de banda ancha, antenas y técni- cas de circuitos. Anteriormente fue consulter de Western Elec- trie Company para el analisis de problemas especiales relacionados con el comportamiento de 10s sistemas de antenas para direccionamiento de cohetes. Y antes de esto superviso y participo en el desarrollo de una gran variedad de antenas y componentes de circuitos desde VHF a la banda V.

Co’municaciones Ektricas * No 50/4 * 1975 283

Los interrogadores DME que aqui se presentan son el resultado de 10s trabajos efectuados en LMT aprovechando la experiencia adquirida en el estudio de varios elementos de 10s equipos de navegacih TACAN o de DME. El interés econ6mico v alto nivel técnico de las caracteristicas técnicas de 10s equipos se deben a1 cuidadoso estudio desde 10s puntos de vi&a mechico y eléctrico.

IV~. SCHILLIGER Le Matériel Téléphonique, Boulogne-Billancourt, Francis

Introducckh

Desde hace muchos afios, Le Matkriel Téléphonique (LMT’), viene trabajando y acumulando experiencia en sistemas militares tipo TACAN, y en su parte de medida de distancias, sistema DME, de aplicacion a la aviation comercial.

La production en serie de 10s primeros equipos de a bordo empezo en 1959 con el TACAN ARN-21, siendo mas de 2000 10s equipos de este tipo fabricados. La segunda generacison de TACAN, el tipo ARN- 52, con mas de 5000 unidades fabricadas desde 1962, esta siendo sustitufdo por el nuevo MICROTACAN.

En 1968 empezaron en LMT 10s primeros trabajos en sistemas DME de a bordo con el desarrollo del equipo DME 3574 A destinado a 10s aviones “Fouga Magister” del Ejército del Aire Francés. El DME 3574 A era ya un equipo de conception avanzada, en el que se habian eliminado 10s servomecanismos y sistemas de ajuste mecanico por circuitos de RF controlados por un sintetizador y técnicas digitales para la medida de distancia. Los ensayos de vuelo realizados por el CEV de Brétigny dieron resultados muy satisfactorios.

Debido a 10s cambios introducidos en el programa “Fouga Magister”, el equipo DME 3574 A no paso a fabricacio’n; no obstante, la experiencia obtenida sir- vi0 de base para 10s trabajos realizados posteriormente con el MTCROTACAN y 10s interrogadores DME.

En 1970 comenzaron 10s trabajos de una primera vers& DME de a bordo destinada a la aviachon civil y financiada internamente en LMT. El equipo reah- zado satisfacia la especificaci’on DME ARINC 568 y funcionaba en la parte superior del margen de frecuencias. Tomando como base el prototipo DME 3574 A, fue necesario mejorar algunas de sus caracteristicas, anadir un sistema de supervision avanzado, introducir 10s circuitos especiales requeridos por la norma ARINC y reducir el volumen del equipo a 1/2 ATR.

El prototipo construido, denominado DME 3574 B, ha sido homologado por el Service Technique de la Navigation Aérienne (STNA), obteniendo a continua- cion la certification TSO C-66a de la F.A.A. en Esta- dos Unidos.

Treinta de estos equipos fueron suministrados a la Société Nationale Industrielle Aérospatiale (SNIAS) para su instalacion en 10s prototipos del avi,on AIR- BUS A 300 B, en 10s primeros modelos de la serie Con- corde y en algunos aviones del tipo Mystère 20 del Ejército del Aire Francés.

284


ARINC - Compafiia de Radio Aeronautica ATC - Normas sobre control en aviacih de

transporte AT1 - Normas sobre instrumentos de aviation de

transporte ATR - Normas sobre dimensiones de eq. para

montar en bahdores BCD - C6digo binario decimal CEV - Centro de experimentaci6n de vuelos DME - Equipo de medilda de distancias DRV - Divisor de relacih variable FAA - Administracih Federal de Aviacih FI - Frecuencia intermedia FM - Modulaci& de frecuencia RF - Alta frecuencia ILS - Sistema de aterriiaje por instrumentos MAT - Muy alta tension OCT - Oscilador controlado por tension ROM - Memoria de lectura solamente STNA - Servicio técnico de la navegacih aérea SNIAS - Sociéte Nationale Industrielle .Aerospaoiale TACAN - Ayuda thctica a la navegacion VOR - Medi,da de distancias omnidireccional

por VHF

En 1972 empiezan, con la colaboraci&r del STNA, 10s trabajos en el interroga,dor DME 3574 D, su homo- logacion por el STNA tiene lugar en abri1 de 1974 y actualmente se fabrica en serie.

El mode10 3574 D proporciona respecto a1 mode10 anterior ventajas considerables en coste, caracteristicas, fiabilidad y facilidades de mantenimiento. Aun- que destinado a la aviation civil, el Ejército de Aire Francés ha adoptado este DME, debiendo estar equipados con este interrogador 10s aviones que accedan a la zona de Paris.

Otra actividad dentro del campo de la aviation civil, es la participacion en el programa iniciado por el Service Technique de L’Aviation Civile para el diseno de un pane1 de a bordo de instrumentos electronicos. En este programa participan exclusivamente fabricantes franceses de material aeronautico, corres- pondiendo a LMT 10s estudios del repetidor ATC y del interrogador DME. Este pane1 de a bordo, denominado “MIGRATOR”, esta destinado a la aviacioa de negocios o a la aviation comercial de tercer nivel, y la gama de aviones a equipar van del bimotor ligero a 10s bi-reactores del tipo Mystère 20. Dentro de este programa han sido estudiados: el interrogador DME tipo DME 820 con sus indicadores asociados, el ID 820 para presentar la distancia y el DV 820 para la presentacion de la velocidad y del tiempo para alcanzar la estac&.

Comunicaciones Eléctricas . N” 5014 * 1975

Interrogadores de a bord0

Fig. 1 lnrer~rogador DME tipo 3574 D.

El principal problema presentado por este tipo de equipos, que reune unas caracteristicas y grado de ho- mologac& analogo a1 de 10s equipos que trabajan en el margen superior de frecuencias, es conseguir unos costes de fabricacison bajos.

Interrogador DME tipo 3574 D

Caracteristicas principales

- Dimensiones (en mm) : 1/2 ATR, es decir,

- Peso - Cobertura - Precisi’on - Tiempo de medida

de la distancia - Potencia de emision - Sensibilidad del

receptor - Numero de canales

DiseGo mecanico

Longitud = 3 19 Anchura = 124,2 Altura = 193

: 7,5 kg : 300 millas nauticas : 0,l millas nauticas

: 2 segundos maxima : 1 kW de pico + 3 dB

: mejor que - 90 dBm : 126 canales en el modo X

y 126 en el modo Y

Con objeto de agilizar las funciones de mantenimiento, se ha elegido un disego mec!mico que permite un acceso facil a todas las partes del equipo. Los distintos elementos son enchufables y est& conectados eléctricamente mediante una tarjeta impresa de interconexion, reduciendo de esta forma el cableado a1 necesario para la conexi’& de 10s conectores ARINC a la tarjeta de interconexi’on. Las dos tarjetas de circuito impreso principales est& fijadas a cada uno de 10s lados de una placa cambiable. El conjunto se co-

necta a la tarjeta de interconexiton mediante tables planos flexibles, permitiendo, cuando el conjunto esta abatido, el acceso a todos 10s elementos, incluso con el equipo alimentado, sin mas que retirar la cubierta ‘fijada por cierres ripidos (Fig. 2).

El equipo ha sido preparado para que todas sus piezas mecinicas puedan fabricarse por moldeado con cera perdida. Esta técnica permite obtener en una aleacion ligera, piezas complicadas con tolerancias suficientemente estrechas para evitar su mecanizado posterior. Por este procedimiento se realizan piezas tan compiicadas como ei chasis principal dei equipo y las carcasas de las unidades de transmisiN& y recepci& que inclupen 10s filtros interdigitales de UHF. La utilizaci& de este procedimiento permite realizar aletas, e incluso salientes de refrigerac& en la superficie exterior del equipo, 10s cuales evacuan el calor en el mismo sitio donde se produce. Asegurando un buen contacto térmico entre 10s distintos modulas Y el chasis con objeto de repartir el calor disipado dentro de todo el volumen dei equipo, y multiplicande las superficies de intercambio térmico con el exterior, no es necesaria la ventilaci& forzada ya que la elevaci& de temperatura en estas condiciones es pequefia.

Descripcih eléctrica

Principio general de la medida de distancia por interrogador

El interrogador DME de a bordo interroga mediante una sefial UHF (1025-1150 MHz), formada por pares de impulsos codificados, a la baliza selec- cionada en la unidad de control. La baliza responde a esta interrogaci’on emitiendo igualmente parejas de impulsos UHF (962-1213 MHz) codificados que son recibidas en el equipo de a bordo; una vez iden- tificados como respuesta a sus propias interrogaciones, calcula la distancia a travbs de la medida del tiempo transcurrido entre la emision de la interrogaci8& y la recepcibn de la respuesta de la baliza. El resultado se presenta en el indicador DME de la cabina en forma numérica. El diagrama de bloques simplificado de la figura 3 muestra las funciones principales del interrogador de a bordo.

Fig. 2 El DME 3574 D visto con lia rapa retirada y abatido ei ensamble de la tarjem principal.

Colmunicaciones Elkctricas * No 50/4 * 1975 255

Interrogadores de a bords DME

Sintetizador

Es del tipo de division directa controlado por un bucle de realimentacion (Fig. 4). El sintetizador comprende un oscilador controlado por tensi~on (OCT) que genera una frecuencia en la banda de 25625 MHz a 287,5 MHz, es decir la cuarta parte de la frecuencia de emision y de la frecuencia del oscilador local del receptor. Esta frecuencia es a continuaci’on dividida en un divisor fijo y despuks por un divisor variable (DRV) siendo la relac&n del divisor dependiente del canal elegido en la unidad de control. Dos memorias ROM (~8010 lectura), de 2048 bits se utilizan en el cam- biador de codigo para transformar el oodigo ARINC dos entre cinco utilizado en la unidad de control, en el codigo BCD utilizado por el DRV. La frecuencia del oscilador variable resultante de la division se compara en fase y frecuencia con una frecuencia de referencia de 125 kHz producida en un oscilador de cristal de cuarzo; la salida del coimparador actua como tensi’& de control del oscilador variable.

Multiplicador de frecuencia y transmisor

La frecuencia generada en el sintetizador se multi- plica por cuatro para obtener la frecuencia de emision y el primer oscilador local del receptor. El cuadrupli- cador esta formado por un generador de armsonicos

Fig. 3 Diagrama de bloques simplificado ,del interrogador DME 3574 D.

Fig. 4 Priacipio del sintetizador de frecuencia usado en el DME 3574 D.

de diodos del tipo de recuperacion brusca (snap-off) seguido de un filtro interdigital de 4 polos con una banda pasante entre 1025 p 1150 MHz. Un amplificador UHF con una potencia de salida de 250 mW en onda continua proporciona la excitacion requerida por el transmisor. El generador de armonicos y el amplificado’r UHF estan realizados en técnica microbanda (Fig. 5).

El transmisor de potencia esta formado por cuatro etapas de banda ancha, utilizando triodos tipo planar en un montaje rejilla a masa. La tensiton de alimentacion pulsante se obtiene de 10s 400 Hz rectificados en onda completa. Un regulador de tension a tiristores suprime un porcentaje variable de ciclos completos. Este tipo de regulaci’on tiene la ventaja de no crear senales parasitas a1 producirse la conmutacison de 10s tiristores en el instante en que la tension pasa por cero.

La tension de alimentacion de la placa de 10s tubos esta modulada en impulsos por un modulador pseudo- gaussiano. Este modulador produce la descarga osci- lante de un condensador sobre el primario sintonizado de un transformador elevador de voltaje, cuyo secundario proporciona el impulso de alta tension correspondiente a1 primer semiperiodo de la descarga osci- lante. En realidad el circuito es doble, con dos circuitos L-C produciendo cada uno uno de 10s impulsos del paso sobre un transformador comun. Los condensadores se descargan mediante tiristores controlados por 10s circuitos que realizan la codification del calculo de distancia.

El conmutador de antena transmis&-recepcion o du.plexor esta situado en el transmisor, proporcionando a1 receptor una atenuacion de 20 dB en 10s impulsos transmitidos.

Receptor El receptor es un superheterodino con dos frecuen-

cias intermedias. Para que la frecuencia del primer oscilador local sea idéntica a la frecuencia de emision, la primera frecuencia intermedia se ha elegido a 63 MHz, la segunda F.I. esta en 8,5 MHz. El factor de ruido global del receptor es de 8,5 dB (Fig. 6).

Un atenuador de diodos PIN, controlado por 10s impulsos de supresison, protege la entrada del receptor de 10s impulsos de emision DME o ATC, a la vez que proporciona un control automatico de ganancia.

El filtro de entrada y el filtro preselector son fil-

” Comb filters. Filtras de espectro en forma de peine. N. del E.

Fig. 5 Multiplicador de frecuencia y transmisor.


Interrogadores de a bordo

r----- -------------__ 1

FILIRO PRESELECTOR

t -_--------

DELSINTE;iZAOIlR DR'!

r--------- l

------------+?

FILTRD DE

, MODULO DE FI L----------------------d

Fig. 6 Esquema de bloques del receptor.

tros paso banda del tipo “peine”‘L, en 10s cuales la sintonia se consigue por la variacih de capacidad de diodos varactores colocados entre la masa de RF y el extremo de las tintas methlicas. El voltaje de control es el mismo para todos 10s diodos de 10s dos filtros, su variaci,& es por pasos, permitiendo la recepcih de 20 canales por paso de voltaje.

El factor de ruido del receptor se mejora por la utilizachh de dos amplificadores de bajo ruido, un amplificador UHF situado entre 10s dos filtros sinto- nizables y un amplificador en la frecuencia intermedia de 63 MHz.

El receptor se protege de las interferencias mediante un filtro de entrada de dos polos y el preselector, con 10s que se consigue un rechazo de 70 dB a la frecuencia imagen. El filtro de la segunda frecuencia intermedia a 8,5 MHz determina la selectividad del receptor dentro de una banda de paso de 230 kHz con una atenuacih de 60 dB a1 canal adyacente.

Tratamiento de la sefial de video

LOS circuitos de tratamiento de la sefial de video realizan el calculo de la distancia a la baliza DME en tierra y proporcionan la informacih de distancia des-’ tinada a1 indicador. Todas las funciones se realizan mediante circuitos digitales agrupandose 10s circuitos en una tarjeta de circuito impreso.

Mediante dos contadores, el sistema genera por un lado 10s impulsos aplicados a1 modulador del transmisor y por otro una puerta de seguimiento que se centra mediante un bucle de realimentach sobre las respuestas de la baliza. La medida de la distancia se realiza midiendo el tiempo transcurrido entre estas dos seriales.

El sistema funciona en tres fases: - bhqueda; la puerta se situa sobre las respuestas de

la baliza. En el indicador se presentan rayas;

- confirmaci& de la toma de datos verificando que por cada ocho interrogaciones a1 menos tres respuestas de la baliza Caen dentro de la puerta. La medida de distancia se presenta a1 final de esta fase;

- seguimiento de las respuestas de la baliza por la puerta. Un sistema realimentado situa la puerta de forma que las respuestas estén siempre centradas sobre ella. Una realimentacih con la informa&& de velocidad permite eliminar 10s errores dinamicos y medir la distancia con velocidades elevadas del avih. En el caso en que las respuestas desaparezcan durante un tiempo que puede llegar a 12 segundos, debido por ejemplo a evoluciones del aviN&, una memoria de velocidad coloca automhicamente la puerta de seguimiento de forma que el piloto siga viendom la distancia sobre el indicador. Cuando las respuestas aparecen de nuevo es& normalmente centradas en la puerta. Si las respuestas desapare- ciesen por un tiempo superior a 10s 12 segundos, el sistema empezaria con la fase de bhqueda.

Sistema de supervision

El interrogador tipo 3574 D esth provisto de un sistema que supervisa sus multiples funciones.

En vuelo

- Realiza una supervision permanente de las distintas partes del equipo indicando a1 piloto mediante sefiales luminosas 10s posibles fallos.

- Una prueba de funcionamiento que parte de la unidad de control puede ser iniciada por el piloto y la simulacih de respuestas de baliza situadas a la distancia de 0 MN permite confirmar a1 piloto el buen funcionamiento del equipo.

En tierra

En caso de averia, se puede detectar el subconjunto defectuoso del sihema: interrogador, indicador o antena, examinando 10s indicadores electromagnéticos de enclavamiento situados en la cara anterior del equipo (Fig. 1).

En el laboratorio de mantenimiento

Los indicadores luminosos internos conectados de forma permanente a1 sistema de supervisimon permiten detectar y cambiar rjpidamente el modula defectuoso.

Interrogador DM 820

Aunque destinado a la aviac& privada de negocios, y tiene por tanto un precio bajo, sus caracteristicas son muy parecidas a las del equipo DME 3574 D del que se deriva (Fig. 7).

Las simplificaciones realizadas afectan a las partes mechicas y eléctricas. El equipo consiste en doms placas laterales fundidas, fijadas sobre un chasis metalico mediante cierres rapidos, pudiindose bascular 10s laterales con el equipo en funcianamiento, 10 que permite un facil acceso a todos 10s elementos.

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 : 1975 287

Interrogadores de a bordo DME

Fig. 7 Interrogador DM 620 con el indicador ID 820 de 4 cifras.

Caracteristicas principales

- Dimensiones (mm) Longitud : 319 Anchura : l24,2 Altura : 160

- Masa : 5kg - Cobertura : 2000300 mn - Precision : 0,2 mn - Tiempo de toma de datos : 2 segundos - Potencia de pico en

emision : 350w - Sensibilidad del receptor : - 82 dBm - Numero de canales : 1OOenelmodoXy

100 en el modo Y opcio’n: 126 en modo Xy126enmodoY

- Conmutac& automatica a transmision (“stand by * automatico)

- Funcibon “enclavamiento de frecuencia”.

Descripci’on resumida

El sintetizador es del tipo de division directa de frecuencia funcionando a la mitad de la frecuencia de emision.

La salida del sintetizador excita un amplificador doblador de frecuencia UHF, totalmente transistorizado, modulado por impulsos, con una potencia de pico de 100 W.

Una etapa de banda ancha, que utiliza un triodo planar, y modulada por impulsos gaussianos de MAT, proporciona la potencia de salida del equipo,

El receptor se ha simplificado respecto a1 del tipo DME 3574 D, y no lleva equipado el filtro de entrada de dos polos, ni el amplificador UHF de bajo ruido. La segunda frecuencia intermedia se ha fijado en 10.7 MHz, 10 que permite obtener la selectividad mediante dos filtros ceramicos destinados originalmente para la recepci,on de FM, pero adecuados a DME tanto desde el punto de vista de banda pasante como de rechazo a1 canal adyacente. Un circuito integrado proporciona la elevada ganancia necesaria en la 2” FI.

LOS circuitos de medida de distancia tienen el mismo principio de 10s empleados en el DME 3574 D, aunque se han introducido algunas modificaciones con objeto de simplificarlos.

La alimentacion del equipo se toma de la tension continua de 28 V; un convertidor estatico con un rendimiento global del 75 %, proporciona, ademis de sus funciones normales, voltajes perfectamente estabiliza- dos.

Indicador de distancia

Dos tipos de indicadores numéricos pueden aso- ciarse a1 interrogador DM 820.

Indicador ID 820

Este indicador presenta la distancia a la baliza DME. Sus dimensiones son 1/2 de 3 A.T.I. de las dimensiones ARINC normalizadas. Este indicador presenta la distancia mediante cuatro caracteres de 7 seg- mentos de neon, proporcionando buena visibilidad cualquiera que sea la iluminacion de la cabina. Una pantalla polarizada de color elimina 10s reflejos internos. La conexion entre el interrogador y el indicador se realiza mediante tres pares de tables que transmiten 10s 16 bits de informaci~on de distancia, la seGaI de reloj y la sefial de sincronizacimon del cuadro.

La informaci,& de distancia calculada por el interrogador no es degradada en el indicador ID 820.

Indicador DV 820

Este indicador presenta ademas de la distancia a la baliza de tierra, o bien la velocidad del avison respecto a la baliza, o bien el tiempo necesario para llegar a la baliza cuando el avion se acerca, o bien el tiempo transcurrido desde el paso de la baliza cuando el avion se aleja de ésta.

El indicador DV 820 esta contenido en una caja 3 ATI. Sus conexiones son idénticas a las del indicador ID 820 sin que sean necesarias conexiones adicionales.

La distancia se presenta de forma permanente en millas nauticas y décimas de millas nauticas mediante cuatro caracteres, de forma analoga a1 indicador ID 820.

La velocidad o el tiempo hasta la estacion se presenta respectivamente en nudos o minutos mediante tres caracteres. Dos pulsadores permiten seleccionar cualquiera de las dos funciones.

Todos 10s circuitos empleados en el indicador son digitales, realizandose las operaciones necesarias para el calculo de la velocidad y del tiempo mediante un circuito integrado de Ios utilizados en las calculadoras de bolsillo, 10 que proporciona una elevada precision.

Todos 10s circuitos del indicador son del tipo MOS por 10 que el consuma se ha reducido considerablemente.

Michel Schilliger nacio en Alençon (Francis). En 1959 obtuvo el grado de ingeniero en la Ecole Nationale de l’Aviation Civile (section telecomunicacion y sefiales).

Hasta 1969 trabajo en la fabrication de radiofaros VOR y equipos de ILS.

En 1970 ingreso en LMT, donde ahora es responsable del desarrollo del equipo DME de a bordo.

288 Comunicaciones Eléctricas * N’ 50/4 . 1975

El desarrollo de un equipo TACAN de a bordo de dimensiones mucho mas pequefias y con unas caracteristicas de precision, fiabilidad y peso que superan ampliamente las de equipos de generaciones anteriores, ha sido posible por la utilizacion de circuitos integrados y nuevas tecnologias trabajando a frecuencias de 1 GHz. Su adaptabili- dad es una caracteristica importante que le hace adecuado para un sinnumero de futuros sistemas de radionavegacion.

J. C. JOGUET Le Matériel Téléphonique, Boulogne-Billancourt, Francis H. VOGEL Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Republica Federal de Alemania

Introducck5n

Mas de 7000 equipos TACAN de a bordo tipos ANIARN-21 y AN/ARN-52, con disefio original realizado en Estados Unidos, han sido fabricados por LMT y SEL desde 1959 con destino a 10s Ejércitos del Aire de Francis y Alemania y a1 mercado de exportaci&.

Estos dos equipos utilizan circuitos de valvulas y dispositivos mecanicos complejos para las medidas de azimut y distancia, asi como para la sintonia de 10s distintos canales TACAN. Las caracteristicas de precisi’on, fiabilidad, peso y consuma de estos equipos son bien conocidas.

Existia, por tanto, la necesidad de desarrollar una nueva generacion que hiciese maxima uso de circuitos integrados, eliminase las partes moviles, y a la vez mejorase las caracteristicas funcionales especialmente en 10 referente a precision en la medida de distancia, sensibilidad, velocidad de toma de datos, decodificacion de 10s 126 nuevos canales conocidos como canales Y y proporcionase compatibilidad con SETACS.

Los estudios initiales realizados en SEL para mejorar la precision en la medida de distancia y el desarrollo en LMT del equipo de a bordo DME sobre el que se demostro la factibilidad de las mejoras en la parte de RF, hicieron posible el desarrollo de un equipo TACAN d e caracteristicas superiores y menor tamafio que el de la competencia.

En 1971 comenzaron 10s trabajos de desarrollo que han sido completados en 1974. Las pruebas de calificaci’on realizadas sobre varios prototipos han demostrado que 10s objetivos del programa de desarrollo han sido alcanzados.

Los Ministerios de Defensa aleman y francés incluyen este equipo que llamamos MITAC’” en todos sus nuevos programas de aviones y parcialmente en algunos de 10s programas existentes como Mirage, MRCA y Alpha-Jet.

Tecnologia

En todos 10s modulas funcionales se emplean elementos de estado solide; 10s disefios del sintetizador, receptor y transmisor estan basados en la utilizaciN& de circuitos integrados UHF de banda ancha, y IOS

circuitos de medida de distancia y azimut en la utilizacion de circuitos logicos (Fig. 1).

:i ïvfarca registrada del sistema ITT

Comunicaciones Elkctricas * No 50/4 . 1975


BDHI - Indicador Irontal de azimut y disrancia FOTAC - Sistema de formation en vuelo en el margen

de frecuencias TACAN IF - Frecuencia intermedia MITAC - Equipo micro-TACAN de a borclo MRCA - Avion de combate de funciones multiples ORTAC-M - Sistema de navegacion en el margen de

frecuencia TACAN (Monoimpulso) RPV - Vehiculos pilotados a distancia SETAC - TACAN de aproximacion TACAN - Sktema aéreo de navegacion tactica UHF - Ultraalta frecuencia VHF - Muy alta frecuencia VOR - Sistema omnidireccional de VHF

Se ha prestado mucha atencion a la modularidad con objeto de facilitar el mantenimiento del equipo.

También se han desarrollado una serie de unidades adicionales adaptables a1 transmisor y receptor, por ejemplo : - Convertidores meczinicos D/A que permiten susti-

tuir 10s equipos AN/ARN-52 B y C del Ejército del Aire francés y 10s AN!ARN-52 (V/D) del Ejército del Aire aleman sin cambiar 10s soportes mecanicos ni el cableado eléctrico.

- Adaptador completamente estatico de coordenadas cartesianas, utilizado cuando se sustituyen 10s AN/

Fig. 1 Vkta de 10s modulas del transmisor/receptor. 1 Fuente de alimentation 5 Amplificador FI 2 Chasis 6 Sintetizador 3 Tarjetas .de video 7 Mulciplicador 4 Receptor 8 Transmisor, versi&r de 4 v&ulas

259 ..

MITAC

ARN-52 C para proporcionar las salidas analogicas Q sen 0 y e COS 0 a1 calculador de navegacih Crouzet T 91.

- Conjunto SETAC para extender la aplicacion del equipo MITAC como ayuda durante la aproximaci& y el aterrizaje. Finalmente se ha subcontratado el desarrollo de

indicadores convencionales en entrada digital BDHI.

Medida de distancia

El sistema TACAN, con la actual infraestructura de tierra hace posible precisiones superiores a 10s i 100 m en las medidas de distancia, mientras que con 10s equipos de valvulas anteriores no se podian conseguir precisiones superiores a 10s + 300 m. Aque- 110s equipos que se intente utilizar como ayudas de aproximacion y aterrizaje necesitan precisiones aun mayores.

CONTmJRES Y GFNEWOR oc IlrlPULSOS OE INTERROOACION

Fig. 2 Esquema de bloques MITAC para la medida precisa de distancias.

Con las tecnologias descritas anteriormente, el MITAC proporciona una precision de + 20 m. Los modulas necesarios para la medida de distancia se muestran en la figura 2.

La medida de distancia se basa en medir el tiempo transcurrido entre la transmis& de un impulso de interrogation y la recepcion del impulso de respuesta transmitido por la baliza de tierra. Los retrasos internos inherentes a la utilizacison de un receptor de banda estrecha (anche de banda de 5 250 kHz en una frecuencia portamdora entre 962 y 1213 MHz) se superponen con el retardo de propagation, dando lugar a errores de medida. Estos errores pueden compensarse momentaneamente mediante una comparaci’& y un ajuste, pero hasta ahora no ha sido posible efectuarla dentro del m&-gen de temperaturas -54 OC a + 90 OC con las tolerancias existentes en la frecuencia portadora y dentro del m&gen de sensibilidades del receptor entre 0 y -90 dB m. La solution es utilizar el proceso conocido por IMPULSO PILOTO, el cual compensa de forma automatica y permanente 10s retrasos variables introducidos por el equipo de a bordo; este proceso se describirj mas tarde. Los tiempos de subida de 10s impuisos de interrogacibn y respuesta son de 2,5 ,cls. Estos larges tiempos de subida equivalen a una distancia de 375 metros, por 10 que es absolutamente necesario afiadir una indication en el frente anterior del impulso para utilizarln como origen de tiempos. Dado que 10s impulsos de respuesta estan modulados en amplitud con 10s datos de azimut, no se pueden utilizar disparadores Schmitt que trabajarian despla- zando un nivel umbral fijo. Se utiliza un disparador de umbral variable que SC puede situar en el punto de amplitud mitad del impulso recibido obteniéndose de esta forma un marcador coincidente con el 50% de la amplitud del frente anterior del impulso recibido.

las fluctuaciones estadisticas existentes m la seEa1, se realiza una integraci’on continua de datos durante aproximadamente 16 medidas. Este proceso da lugar a un error de envejecimiento en 10s datos, funcion de la velocidad del av&n. Este error se elimina mediante un dispositivo interior de correcci’on que tiene en cuenta las variaciones de distancia por unldad de tiempo.

Se dispone también de otros dispositivos para mejorar la medida de distancia, tales como el proceso del primer impulso de una pareja de impulsos de respuesta, el empleo de un cristal de alta estabilidad con el que se consigue una portadora con una estabilidad de * 25 kHz y la generacion de impulsos de interrogac& con tiempos de subida dentro de tolerancias muy estrechas [l].

Ademis la utilizacion de métodos digitales en el procesamiento de la distancia reduce considerablemente el tiempo de elaboraci& de 30 segundos a 1 segundo como maxima.

Medida de azimut

De la misma forma que en el sistema VOR, el azimut se obtiene por la diferencia de fase entre una sefial cuya fase es funcion del azimut (caracteristica ‘de direction) y otra independiente del azimut (impulsos de referencia). Las funciones principales que realizan 10s circuitos de medida de azimut son: recuperacison de las envolventes de 15 y 135 Hz de 10s impulsos modulados en amplitud (extracci& de la modulaci&), decodificac& de 10s impulsos de referéncia de norte y auxiliares de 10s trenes de impulsos codificados recibidos (extraccison de referencias), y medida de la diferencia de fase entre 10s impulsos de referencia y la sefia moduladora reconstituida [2, 3, 4, 51.

La distancia se mide digitalmente mediante un Estas tres funciones las realiza el MITAC redu- bucle de segundo grado (con memoria), el cual indica continuamente la distancia, a&n en el caso en que se

ciendo por un factor de 4, en relation con equipos

interrumpa la comunicacion con el radiofaro de tierra anteriores (i O,5’ en el MITAC contra + 2’ en 10s

por un periodo inferior a 12 segundos. Para eliminar otros equipos), 10s errores residuales a que dan lugar las causas que se mencionan a continuaci&:


MITAC

- variaci& en la frecuencia de rotaci& azimutal hasta tr: 0,2 %;

- variaciones en la profundidad de modulaci,& entre 7,5% y 30% dependiendo de la altura e inclinacibn de la aeronave;

- distorsiones en la envolvente de hasta el 20 %; - niveles de la seiïal recibida dentro del margen dina-

mica de 0 dBm a -90 dBm. La extraction de la modulaci,& es la func& mas

complicada de todas las mencionadas hasta ahora. El circuito utilizado es un detector de pico regulable con correction de error, seguido por filtros activas de 15 Hz y 135 Hz y circuitos de control de fase.

La sefial moduladora extraida se memoriza en un contador sincronizado, 10 que permite conservar la information cuando existan desvanecimientos de sefial de hasta tres segundos.

La decodificacison de la sefial de azimut se realiza totalmente en forma digital, utilizandose también un contador sincronizado para 10s casos que exista des- vanecimiento de secal. Al estar las sefiales de salida de 10s contadores sincronizadas con las sefiales recibidas (modulaci,& de fase y referencia de fase), la diferencia de fase se mide mediante un contador de tiempos. La informaci& de azimut se da en codigo binario y codigo decimal. La distors& armonica de la envoi- vente asi como otros errores causados por sefiales interferentes solo dan lugar a errores de azimut mini- lrnos a1 utilizarse seîiales sincronizadas que no responden a variaciones rapidas.

Receptor

SeGales con nivel de -90 dBm dentro de la banda de 962 a 1213 MHz todavia dan lugar a lecturas excelentes. Esto significa una mejora de 10 dB sobre 10s equipos anteriores en 10s cuales no se pudieron utilizar la tecnologia “microstrip” ni 10s transistores UHF especialmente desarrollados para la banda de frecuencias del TACAN. El receptor incluye un amplificador UHF de 12 dB de ganancia, un filtro preselector con 4 bandas conmutables, un mezclador seguido de un amplificador de frecuencia intermedia a 63 MHz y una segunda frecuencia intermedia a 8,5 MHz. Con objeto de tener un elevado m&gen dinamico todas estas etapas disponen de un control autom!itico de ganancia [6].

Transmisor

Una caracteristica del equipo es disponer de un transmisor de banda ancha (1024 a 1150 MHz) en contraste con el complicado mecanismo de sintonia de canal existente en equipos anteriores.

El transmisor es capaz de producir impulsos de potencia superior a 1,5 kW dentro de la banda a partir de la seGa1 de 300 mW de onda continua generada por el sintetizador.

Se basa en la generaclon interna de una secal TA- CAN a la frecuencia de 961 MHz (correspondiente a1 canal ficticio 00X) con una informaci& de distancia y azimut prefijada. Cuando la sefial de auto-test se activa, la sefial se acopla a1 conjunto transmisor/receptor en el conector de antenas y si 10s datos medidos coinciden con 10s prefijados se produce una indication de operacion correcra en la unidad de control. En caso de averia en uno de 10s mo,dulos (transmisor, receptor, indicador o unidad de contrai), ésta se identifica ripi- damente por las indicaciones del pane1 del transmisor/ receptor. Los circuitos adicionales necesarios para este auto-test llevan sus propios indicadores de operacion correcta, con 10 que una indication global SIiNO aparece en la unidad de control.

Debido a1 considerable progreso que se ha realizado El sistema de prueba consta de una unidad UHF en 10s ultimes cuatro afios en 10s transistores de de generacion y una tarjeta de video completamente potencia en UHF, se han desarrollado varios tipos de separadas del resto del sistema, 10 que garantiza SU transmisores: eficacia.

- Un transmisor de cuatro valvulas moduladas por catodo.

- Un transmisor con dos valvulas de salida moduladas por placa, excitada por un amplificador transistorizado (potencia de salida de 40 W de pico).

- Un transmisor con dos etapas de salida a valvula moduladas por ca-coda excitado por un amplificador transistorizado, con una potencia de salida de 40 W de pico. El transmisor con cuatro v&wlas es el menos cos-

toso, por 10 que ha sido seleccionado para aquellas aplicaciones que no requieren la ayuda de aterrizaje. El transmisor de dos valvulas con modulaci& por placa es capaz de generar impulsos de interrogation con tolerancias muy estrechas, por 10 que se utiliza en aquellas aplicaciones donde se necesita gran precision para medir distancias.

Sintetizador

El sintetizador con enclavamiento de fase utiliza dos cristales de referencia, uno de 10s cuales esta montado en un termostato, en lugar de 10s 126 cristales que se utilizaban en la generacion de equipos anterior. Bajo el control de un selector manual, el sintetizador genera una de 127 frecuencias posibles en el margen de 256 a 287,5 MHz, esta salida es multiplicada por 4 y amplificada para conseguir las seGales con separacison de 1 MHz y el nivel de 300 mW necesarios para excitar el transmisor. La conmutacion digital de canal se realiza en aproximadamente 0,l segundos. La estabilidad de frecuencia conseguida es de & 25 kHz con una pureza espectral que permite un rechazo superior a 60 dB de las frecuencias espureas en transmision y recepcion.

Sistema de prueba incorporado

El sistema de prueba incorporado es una novedad que permite comprobar completamente el sistema de a bordo.

Co’municaciones Eléctricas + No 50/4 * 1975 291

MITAC

UtilizacGn

Componentes del MITAC

Con objeto de optimizar la configuraci~6n utilizada en cada aplicaci’on particular, el MITAC se ha disenado con un concepto modular que permite formar distintas versiones. Los subconjuntos mas importantes y las funciones que realizan son 10s siguientes:

Transmisor/Receptor (Figs. 3 y 4)

Como su nombre indica, este subconjunto contiene el transmisor y el receptor TACAN, asi como 10s circuitos digitales que realizan la medida de distancia y azimut con un radiofaro TACAN o con otra aeronave equipada con equipo MITAC. Los resultados se dan en un formato digital que puede ser utilizado por equipos con entrada digital; por ejemplo, el computador de a bordo o 10s indicadores digitales.

Convertidores Digital/Anal,ogico

a) Convertidores mecanicos Las versiones alemana y francesa son ligeramente diferentes, debido a que sustituyen a equipos ARN- 52 distintos.

b) Convertidor estatico (Fig. 3) Realiza la transformacion a coordenadas cartesianas (Q COS 0 y 0 sen 0) mediante circuitos de estado solide, para aquellos indicadores, como 10s calcula- dores de a bordo Crouzet T91 y T97, que utilizan como entrada cnordenadas cartesianas.

Fig. 3 Equipo MITAC a) Sistema digital normal consistente en:

1 Caja ‘de control 2 TransmisorJreceptor 3 Entradas digitales BDH

b) Subunidades compatibles para convers& de instalaciones analogicas TACAN existentes. 1 Convertidor D/A para sustitucioneb de 10s ANIARN 52 B

YC 2 Transmiçodreceptor y ,convertidor DJA para sustituciones

de 10s AN!ARN 52 B y C 3 Convertidor cartesiano 4 Transmisor/receptor ensamblados en el convertidor

Fig. 4 Sistema completo MITAC para navegacion, aproximacih y aterrizaje.

Indicadores (BDHI, CDI) 6 Adaptador SETÀC Unidad de control SETAC 7 Caja de control del trans- Convertidor digitauanal6gico misorJreceptor Transmisor/receptor

Fig. 5 Equipo MITAC sencillo con indicador DBHI para navegacih

1 Unidad de control pequefia MITAC 2 Indicador BDHI con entrada digital 3 TransmisorJreceptor (transmisor de 2 tubos)

c) Modula adaptador SETAC (Fig. 4) El MITAC se utiliza principalmente en navegacion mientras el SETAC es una ayuda a1 aterrizaje. El equipo MITAC de navegacion puede complemen- tarse con un m6,dulo SETAC que proporciona la desviacimon respecto a1 plano de acercamiento y la desviaci,& de pendiente de descenso (glide slope) cuando se aterriza con una estacion de tierra SE- TAC. La pendiente de descenso deseada se selec- ciona en la aeronave [7]. La informacion de distancia y azimut sigue siendo procesada en el transmi- sorireceptor.

Unidad de control MITAC La unidad de control va instalada en la cabina y es

utilizada para seleccionar el canal y el modo de ope- racibn, indica también si existe algun subconjunto defectuoso en el sistema. Las dos unidades de control que muestran las figuras 3, 4 y 5 son practicamente idénticas desde el punto de vista eléctrico, estando el mode10 mas pequefio destinado a las cabinas estrechas (por ejemplo Alphajet, Mirage).


MITAC

Indicador BDHI (Figs. 3 y 5)

Este indicador presenta la informacion de Azimut, Distancia y Ruta en la misma forma que 10s indicadores anteriores. La diferencia esta en que acepta la salida digital del transmisor/receptor sin necesidad del convertidor mecanico necesario en 10s anteriores indicadores BDHI. El indicador incluye ademas 10s circuitos necesarios para que funcione el marcador de agujas cruzadas de ruta, simplificandose de esta forma el cableado en la aeronave.

Configuraciones MITAC

La modularidad del diseno actual permite configu- rar distintas ayudas a la navegacion y el aterrizaje dependiendo del tipo de aeronave, el espacio disponible y la naturaleza de la electronica de a bordo. La configuraci’& mas sencilla para distancias medias, consiste en un transmisor/receptor con una unidad de control y un indicador BDHI. Esta configuracibn es apropiada para helic’opteros a1 no requerir ayuda para el aterrizaje (Fig. 5).

Un sistema MITAC completo para aeronaves complejas (por ejemplo MRCA y ALPHAJET) consiste de un transmisor/receptor, unidades de control MITAC y SETAC y varios indicadores. Esta instalacion proporciona ayudas a la navegacion y a1 aterrizaje (Fig. 4).

- Utilizacimon del TACAN en el sistema “Ro-Roy’ con un MITAC controlado por un ordenador para mejorar la precision en la localizaci~on.

- Utilizacion de la técnica del salto de frecuencia (“frequency-hopping”) con un MITAC controlado

por ordenador para mejorar el secreto de 10s datos y su comportamiento bajo contramedidas enemigas.

- MITAC para realizar mantenimiento en formacibn (FOTAC). \

- MITAC a bordo de vehiculos pilotados remota- mente (RPV’s). Se espera, pues, que el sistema MITAC juegue un

importante pape1 en radionavegacion durante muchos anos.

Conclusiones

El nuevo sistema MITAC, que da information de aproximaci~on y aterrizaje para aviones, es mas exacto, fiable y adaptable que 10s sistemas TACAN anteriores. Tiene una precislon de 20 m en distancia y O,5’ en azimut con una sensibilidad mejor que -90 dBm. La construction modular la hace adaptable para uso en varios sistemas futuros, tales como ORTAC-M y FOTAC.

Referencias [l] H. Vogel: PrGisions-Entfernungsmessung nach dem TACAN-

Prinzip: Standard Elektrik Lorenz Interna1 Technical Report,

Condiciones ambientales y fiabilidad

Las pruebas de calificacion realizadas han mostrado que el equipo satisface completamente las especificaciones AIR 7303 y MIL-STD-810-B. La prueba de vi- braci’on (5 g entre 20 Hz y 2 kHz), que inicialmente dio algunos problemas, se satisface plenamente después de las mejoras introducidas en la estructura.

Las pruebas de interferencia y alta temperatura que siempre han sido criticas en este tipo de equipo fueron facilmente superadas. Las medidas de fiabilidad realizadas en varios equipos resultaron en un MTBF de 500 horas, 10 que es una mejora de 6 a 1 sobre 10s anteriores.

El periodo de homologation ha demostrado las cualidades practicas que pueden esperarse del equipo, aplicables a la producclon y prueba de equipos de a bordo que funcionen en condiciones tipicamente militares.

Posibilidades futuras

MITAC es el sistema mas moderno de la familia TACAN a1 cual pertenecen las distintas estaciones de tierra destinadas a tareas de radionavegacion tactica militar [8].

Sus caracteristicas particulares hacen posible que pueda utilizarse en nuevas aplicaciones ademas de las posibilidades de las generaciones anteriores. Algunos ejemplos de estas aplicaciones de las cuales ya se estan realizando estudios, son las siguientes: - MITAC utilizado como equipo de a bordo del sis-

tema ORTAC-M.

ocrubre 1967. [2] E. Kramar: Funksysteme für Ortung und Navigation: Stutt-

gart, Kohlhammer-Verlag, 1973. [3] R. 1. Colin y S. H. Dodington: Principales of Tacan; Elec-

trical Communication, marzo 1956, volumen 33, n” 1, pags. 11-25.

[4] J. C. Joguet: Dispositif digital de mesure d’un angle relève- ment en rodionavigation; Patente francesa no 2 149 266.

[5] R. Lamine: Etude d’un dispositif de mesure numérique d’un equipement TACAN, comunicacion a1 Conservatoire National des Arts et blétiers, julio 1974.

[6] J. C. Joguet: Dispositif d’elimination des effects de satura- tlion dans un récepteur d’impulsions codées; -Patente francesa nu 2 134 773.

[7] 1~. D. Eckert: SETAC - Una ayuda de aproximacion y aterrizaje; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 50 (19751, no 4, pags~ 318-324 (en este numero).

[8] M. Bohm: F,amilia de sistemas TACAN; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 50 (1975), no 4, pags. 273-277 (en este numero).

Horst Vogel nacio en Stuttgart en 1936. Es ingeniero de telecomunicacion por la Ingenieurschule Esslingen. Después de un a?io en el departamento de desarrollo de informatica de SEL, trab’ajo en el sistema Doppler-VOR en la division de navegacion de Berlin y Stuttgart. Posteriormente ha trabajado un allo en ITT Avionics en Nutley en navegacion TACAN. Respon- sable de varias estudios para el nuevo equipo TACAN y sobre precision de la medidsa de d,istancia con TACAN, en 1970 fue nombrado jefe del proyecto del sistema micro TACAN de a bordo. H. Vogel fue nombrado jefe del Departamento de Des- arrolmlo de la linea de navegacion en 1971.

J. C. Joguet nacio en Francis en 1935. Obtuvo el grado de ingeniero en la Ecole Supérieure d’Electricité en 1959. El mismo afio ‘ingreso en LMT.

Primeramente se ocup0 del equipo TACAN de a bordo de la primera generacion y participa en el desarrollo de 10s equipos de a bordo IFF y DME. En 1970 fue nombrado responsable del desarrollo del proyecto Microtacan.


~ 1

El principio del sistema TACAN no puede cumplir ya 10s ultimes requisitos para navegacion de aproximacil6n y de medio alcance y otras aplicaciones proyectadas. Sin embargo, la banda de frecuencias y el formato de la seiial del TACAW ofrece posibilidades de introducir nuevos principios que se adaptan mejor a 10s requisitos de hoy dia. El sistema ORTAC-M es un ejemplo de este desarrollo. - - -

G. PEUKER Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Republica Federal de Alemania

Introduction Lista de abreviaturas

Las estaciones terrestres TACAN existentes (por ejemplo GRN-SA, URN-20) Ilegaran pronto a1 tér- mino de su vida y deben reemplazarse por un equipo de nueva generacion. Por esta razon, durante cierto tiempo se han llevado a cabo desarrollos, entre otros, en ITT Avionics y LMT. Los nuevos desarrollos estan caracterizados por el uso de la tecnologia mas avanzada y de antenas de exploracion electronica. Esto da como resultado una mayor fiabilidad (MTBF) del sistema total. En algunas antenas se consigue una pro- tecion mejorada contra efectos de caminos multiples mediante directividad vertical reduciendo de este modo 10s errores azimutales. Se mantiene el mismo principio de medidas azimutales del TACAN, de modo que las propiedades del sistema no han cambiado.

Desde el punto de vista de planification del sistema, la combinacion del principio DME con el principio de azimut TACAN no es, sin embargo, una solucion optima. Para el sistema DME se necesita una anchura de banda relativamente alta y un corto tiempo para una medida. En el caso del principio de medida de azimut TACAN, ocurre justamente 10 contrario: se necesita una anchura de banda pequeiïa y larga duraci& de tiempo. Por tanto, la esfera frecuen- ciaitiempo disponible se ocupa con poca eficacia. El mét,odo propuesto para medidas azimutales en el sistema ORTAC-M se adapta mejor a1 principio DME.

Una de las propiedades mas importantes del sistema ORTAC-M es la posibilidad de funcionamiento con canal comun para muchas estaciones terrestres. Es fundamentalmente esta caracteristica la que abri6 nuevas aplicaciones para el sistema ORTAC-M. Las autoridades militares alemanas consideran a1 sistema ORTAC-M como un sucesor potencial de las estaciones terrestres TACAN y bien adaptado para ulteriores aplicaciones, especialmente en la escena tactica. A este respecto, las siguientes caracteristicas del OR- TAC-M son las mas importantes:

alta precision para medidas de distancia y azimuta- -1 es, incluso en condiciones de intensos caminos

multiples; - transmision bajo demanda solamente y mediante

antenas direccionales; - corto tiempo de medida para distancia y azimut.

El azimut ORTAC-M no puede evaluarse mediante el equipo TACAN de a bordo existente, sin modificar. Es pues necesario que la senal completa TACAN normal se transmita también mediante el ORTAC-M.

‘) Marca registrada del sistema ITT

294

DME - Equipo de medida de distancias MITAC - Micro-TACAN MTBF - Tiempo medio entre fallos ORTAC - Sistema de localizaci6n en la banda de

frecuencias del TACAN PDME - DME de precisihn SETAC - TACAN-Sector SROB - Radiofaro omnidireccional de corto alcance STANAG - Acuerdos de normalizackh TACAN - Navegacion aérea tktica

Solamente el avanzado equipo de a bordo MITAC+ esta preparado para usar todas las ventajas del nuevo sistema.

Principio y realizacion técnica del ORTAC-M

La medida de distancia ORTAC-M es basicamente idéntica a la del conocido DME, por 10 que se refiere a canal, forma del impulso y acceso ,de la estacion terrestre. Se han introducido las siguientes caracteristicas adicionales en el respondedor ORTAC-M para conseguir la precision PDME: - derivaci’on del disparador a partir del primer im-

pulso (temporizacion con el primer impulso) con objeto de reducir errores de caminos multiples;

- disparador de precision y retardo de precision, para una cronometracion exacta;

- principio de impulso piloto para contabilizar el retardo del equipo. El error de distancia del ORTAC-M juntamente

con el MITAC esta comprendido entre 20 m y 100 m, dependiendo de la distancia.

De acuerdo con la figura 1, se explica a continua- cion el principio de la medida de azimut. Se recibe en tierra una interrogation de un TACAN de a bordo mediante una antena DME y, a1 mismo tiempo, por un conjunto especial de antenas de radiogonio’metro. Este conjunto consta de 27 elementos sencillos dispuestos de manera equidistante sobre un circula (diametro: O,9 m, unas 3 longitudes de onda). Cada una de las 27 antenas se conecta a un receptor, estando todos 10s receptores alimentados por un oscilador local comun. En 10s receptores se miden las fases y amplitudes de las salidas con relation a la antena central M. Estos valores se obtienen en forma digital, eva- luandose después por un ordenador digital que calcula el azimut de la interrogation recibida. Para este calculo pueden utilizarse diversos métodos. Uno de 10s métodos mas directos se esquematiza en la figura 1. Solo se utilizan 10s 27 valores de fase que aparecen


25 25 23

Fig. 1 Forma senoidal de las diferenclas de fase en el conjunto circular de antenas.

FRENTE DE ONOA

LLE:iOA

DIFEAENCIA DE FASE

como una curva senoidal si se disponen del 1 a1 27 (después de un proceso initial en que se anaden mul- tiplos de 2 z si es necesarioj. La fase de esta funcion senoidal, referida a la antena 1 (o a cualquier otra antena cuya orientacion con relation a la direction norte sea conocida), es la direcci’on del azimut desde el que se recibio la senal.

Existen otros diversos métodos que utilizan tam- bién amplitud y fase con objeto de reducir la influencia de las senales procedentes de caminos multiples.

La recepcion simultanea en las 27 antenas exige una medida regular de las caracteristicas de amplitud y fase de todos 10s receptores. Para este objeto se transmite un impulso de prueba de muy baja potencia a través de la antena central que es recibido por todas las anteriores situadas en el circula. Las amplitudes y fases medidas se utilizan para establecer valores de calibracGn en el ordenador, necesario para la correction de las diferentes caracteristicas del receptor en cada medida real.

El azimut de las interrogaciones transmitido por

Comunicaciones Elkctricas . No 50/4 . 1975 295

cualquier equipo de a bordo TACAN puede medirse como se ha descrito, en la estacion terrestre. Con objeto de transmitir esta informacGn de azimut a1 equipo de a bordo, el formato de la sefial QRTAC-M contiene otro par de impulsos que se sincroniza con el impulso de respuesta del DME y cuya separac& en el tiempo, en relaci~dn a la respuesta correspondiente del DME, es proporcional a1 azimut (después de restar un retardo de tiempo b&ico conocido). La escala de esta calificacion de tiempo es: 1 /is igual a O,l”; esto da como resultado un error de equipo extremadamente bajo.

Las respuestas correctas de kigulo se extraen en el equipo de a bordo de una manera similar a las del sistema de seguimiento y exploraci~&n del DME normal. La cantidad adicional de circuiteria necesaria es, pues, relativamente pequena. La informaci’& azimutal del ORTAC-M se obtiene en el mismo formato y de las mismas salidas del equipo de a bordo para su ulterior proceso que en el equipo actual de a bordo TACAN normal o que en el equipo avanzado MITAC.

La precis& de la medida azimutal del ORTAC-M viene determinada, principalmente, por las propiedades de la estaci’on terrestre, tales como diametro de la antena circular, precisi,dn de 10s circuitos de medida de amplitudifase y método de proceso en el ordenador. Por 10 tanto, se dispone de varias posibilidades para reducir errores (especialmente 10s causados por propagation de caminos multiples). Este no es el caso para el principio de azimut TACAN. La precisGn establecida para el azimut ORTAC-M es 0,2’, suponiendo unas condiciones circundantes que ocasiona- rian un error de un grado en un TACAN convencional.

La medida de un valor azimutal requiere solo una interrogation y una respuesta (como en el DME). Como consecuencia de esto, el numero necesario de impulsos a transmitir por una estac& terrestre se reduce considerablemente, especialmente si es pequefio el numero de aviones que utilizan una estac&. Este hecho permite un reparto de capacidad mediant.e funcionamiento en multiplex por divisi,on de tiempo en el mismo canal de RF. Para este objeto, todas las interrogaciones y respuestas han de llevar un codigo especial. Una estac& terrestre transmite una respuesta solamente si la interrogation recibida Ileva el &digo correcto, que es seleccionable en la caja de control de a bordo. Las estaciones terrestres que trabajan en este modo de canal comtin pueden estar situadas dentro de una vecindad inmediata, unas de otras, sin que se requieran areas de proteccl6n.

El numero de canales mdltiples de divis& de tiempo por canal de radiofrecuencia depende de las necesidades operacionales; desde el punto de vista del equipo, es cuestion de la complejidad de codificackk y decodificacion. Un numero razonable es 32. La CO-

dificacio’n se consigue por un tercer impulso y variaci& de las posiciones del impulso o mediante modulacion de la fase de la portadora.

En tanto que una estacison terrestre no sea interro- gada por un avion, no tiene lugar transmi&n alguna

ORTAC-M

(radiosilencio). En algunas aplicaciones (por ejemplo, actualizac& de 10s sistemas de navegacion de a bordo autocontenidos) solo debe transmitirse un pequeno numero de respuestas, con objeto de medir el azimut con precisi’on suficiente (determinacion de position de tiempo corto).

Otra caracteristica importante del sistema OR- TAC-M es la transmision con antenas de directividad horizontal, 10 que es posible debido a que es conocido el azimut de una interrogaci’on (proceso rapido para azimut aproximado) antes de que se transmita la respuesta. Se utilizan ocho antenas conmutables, que tienen una anchura de ha2 horizontal a 3 dB de 45O cada una. Mediante este método, la potencia radiada efectiva de la estacion terrestre se aumenta considerablemente.

La transmision solo bajo demanda y la transmision direccional son caracteristicas importantes en relation con la radiolocalizacion. La localizaci’on de la estac&n mediante radiogoniimetros se hace mas dificil.

La transmis& de datos tierra aire (“llamada general”) suplementa las caracteristicas operacionales del sistema ORTAC-M (transmisi’on de datos meteorolo- gicos, estado del equipo, datos tacticos). La realizacijon técnica se logra transmitiendo grupos de impulsos que llevan 10s datos en forma digital, con manipulaci80n por corte de emisison (todojnada). Esto es muy similar a la codification de identidad de las estaciones terrestres TACAN normales.

Los modulas mas importantes de una estacion terrestre son: sistema de antenas (antenas transmisoras y receptoras); receptores rkltiple 27 con oscilador CO- mun), ordenador digital (alta velocidad). Algunos de estos modulas son idénticos a 10s modulas correspondientes del sistema SETAC (familia TACAN [l]. Son ejemplos, el transmisor, la generacion de frecuencias, el receptor DME y, posiblemente, el ordenador digital del equipo de a bord0 SETAC.

Transmisih de la sefial TACAN normal

Puesto que el sistema ORTAC-M ha de ser un sucesor de las actuales estaciones TACAN, debe darse un servicio complet0 TACAN a todos 10s equipos de a bordo TACAN que se utilizan en la actualidad. Por esta razon, la estacion terrestre ORTAC-M puede ajustarse a un modo operacional en el que se transmita la senal TACAN normal. Este modo operacional debera realizarse con un minimo de equipo adicional terrestre. Esto es posible utilizando m’odulos OR- TAC-M extensivamente, en especial por 10 que respecta a la antena. Por otra parte, es también de de- sear que 10s modulas requeridos por la transmisimon de seiïal TACAN puedan quitarse facilmente, de manera que se obtenga una estacion terrestre con servicio ORTAC-M solamente, 10 que es interesante para algunas aplicaciones. Se han estudindo diversas soluciones técnicas. La configurack!m del sistema que ahora se esta determinando, cumple 10s anteriores requisitos.

La sefial TACAN normal (STANAG 5034) se

hlarca registrada del sistema ITT

transmitira mediante las 27 antenas receptoras OR- TAC-M y 4 elementos de antena dispuestos en el centro del conjunto circuiar (ver Fig. 2),

Las cuatro antenas monop010 centrales se alimentan con portadora y banda lateral de 15 Hz, de la misma forma que en el radiofaro omnidireccional (SROB) d 1 t e sis ema SETAC. En cada uno de 10s cuatro sectores geométricos de 90 grados se superponen dos componentes de RF. Las amplitudes de ambas cambian con el seno y el coseno del angulo geomé- trico y la diferencia de fase eléctrica de ambos es de 90 grados. Las fases absolutas son 0, 90, 180 y 270 grados en 10s cuatro sectores. Como resultado, la fase eléctrica es igual a1 angulo geométrico (camp0 giratorio). La generaci~on de la componente de 135 HZ

viene dada de una manera analoga utilizando las 27 antenas del conjunto circular. Tres grupos de 9 antenas se alimentan con banda lateral de 135 Hz, las diferencias de fase son ahora de 120 grados y las fases absolutas son 0, 120 y 240 grados, respectivamente. En un sector geométrico de 40 grados, la fase eléctrica de la banda lateral de 135 Hz cambia de 0 a 360 grados; esto se repite nueve veces. La seiYa1 completa TACAN se genera asi por alimentaci~on activa de elementos sencillos de antena. Los problemas con las diferencias en la caracteristica vertical de las componentes de 3 5 Hz y 135 Hz, procedentes de 10s dos conjuntos circulares, pueden, por tanto, resolverse mejor. La especificacion para tolerancias en las profundidades de modulaci’on de las componentes de 15 Hz y 135 Hz se cumplen en todo el margen de frecuencias TACAN.

La estacion terrestre ORTAC-M puede conmutarse a tres modos operacionales: ORTAC-M solamente, TACAN solamente, ORTAC-M y TACAN. En el ultime modo, todos 10s equipos de a bordo existentes

Fig. 2 Generacih del campo de rotaci& con componentes de 15 Hz y 135 Hz para la transmisibn de secal TACAN.


tienen servicio completo, mientras que el equipo MI- TAC recibe el azimut mas preciso procedente del ORTAC-M. Por otra parte, algunas caracterfsticas (funcionamiento con canal comun, transmis& direccional) del ORTAC-M se reducen o no existen, en el caso de este modo de operaci~on mixto.

Especificaciones mas importantes del ORTAC-M

En la figura 3 se da un diagrama de bloques de la estacion terrestre ORTAC-M. A partir de la designa- cion de 10s bloques pueden identificarse 10s mddulos que son necesarios para la transmisSon ORTAC-M y TACAN respectivamente.

Las especificaciones mas importantes del sistema son : Margen de frecuencias : 962 a 1213 MHz (transmisor)

1025 a 1150 MHz (receptor) Canales TACAN : 252 (X e Y) Canales multiplex division tiempo : 32 por cada canal TACAN Potencia de pico del transmisor : 1kW Precision : error de azimut TACAN:

1’ (con MITAC) 2’ (con ARN-52) error de azimut ORTAC: 0,2O (con MITAC) Distancia : 15 m ‘0 1 % de distancia (con MITAC) 185 m 0’ 2 % de distancia (con ARN-52)

r---- _----..-

I -.

Cobertura de alcance : como en TACAN

(lfnea visual, o aprox. 200 km) Numero de aviones : mas de 100 Condiciones ambientales : de acuerdo con MIL-STD-8108

para equipo terrestre

Aplicaciones del ORTAC-M

La aplicacibn mas importante que puede antici- parse para el ORTAC-M es para navegaciaon de encaminamiento, como sucesor de las actuales estaciones terrestres TACAN (por ejemplo GRN-SA). Para esta aplicacion, las elevadas precisiones de las medidas de distancia y azimut del ORTAC-M son esenciales, si las coordenadas medidas se utilizan no solamente para una representacion directa sino también para alimentar a1 ordenador de a bordo. Dependiendo de la situa- cimon geométrica (angulos de intersection) 10s errores de medida de coordenadas primarias pueden amplifi- carse considerablemente, si se lleva a cabo computa- cion de fuera de ruta (estaciones terrestres fantasmas) o navegacion de area real. La medida de distancia mejorada (precision DME, error inferior a 100 m) se suplementa de manera optima por la medida precisa de angulo en el sistema ORTAC-M. De esta manera, se hace posible la determinaci,on precisa de un punto en el espacio. Esta es una condition necesaria para una correcta navegacion de area o espacio, un objetivo del futuro.

La medida exacta de un punto en el espacio es tam- bién importante para la actualizacion requerida en 10s sistemas de navegacion autonomes (sistemas Doppler

_--- ------ ANTENA

,,/y TACANIORTAC

UE135 HZ ANTENA TACAN CIE 15 Hz

ANIENA TRA#Sh#ORA UIKECGIONAL ORT4C

GEFIERAGION DE

I

AGIMUT I

L------------------ -A

Fig. 3 Diagrama de bloques de la estacih terrestre ORTAC-M.


QRTAC-M

y de inercia). Para estas aplicaciones, resulta ventajoso la determinac&n de position de corto tiempo del sistema ORTAC-M.

Los tiempos cortos de transmision en caso de misiones tkticas cerca de la zona enemiga, son una caracteristica esencial para el éxito de 10s sistemas de radio. Como ejemplos tenemos las misiones de observaci’& con aviones convencionales y 10s movimien- tas de helic6Spteros (transporte, observaci&). Es de esperar que la soluciOn optima para estas funciones sean una combinaci& de medios autkomos de a bordo (por ejemplo navegacibn Doppler) y radio ayudas basadas en tierra. El sistema ORTAC-M ofrece caracterfsticas que se adaptan bien para ta1 aplicacibn: alta precision incluso en condiciones ambientales extremas, tiempos de transImis& cortos, funcionamiento de hasta 32 estaciones en el mismo canal TA- CAN, incluso en vecindad inmediata. No existe ya el problema de la distribution de canales. Esto, naturalmente, es también una ventaja para otras aplicaciones.

El gran ntimero de estaciones terrestres que pueden situarse unas cerca de otras, en un &-ea dada, permite una soluci& para el problema de cobertura de baja altitud de 10s sistemas de radio. En caso de dificultades topograficas extremas, podria utilizarse una “estacion volante” montada en un helicoptero. La posic& exacta de esta estaci6n se mide continuamente por una estacik terrestre fija y se transmite a cada usuario de la estac& volante.

El sistema ORTAC-M también se ha propuesto como ayuda de navegaci’ck para vehiculos pilotados de manera remota.

Finalmente, debe mencionarse que existen algunas posibilidades de utilizar la estacion terrestre ORTAC- M como medio para control de trifico aéreo limitado en el zkea tktica (10s datos de kgulo se obtienen en tierra, la distancia e identification pueden transmitirse de aire a tierra con velocidades de datos muy bajas). La determinacion de la posicGn de vehiculos terrestres también es posible con el sistema ORTAC-M

Fig. 4 Configuraci& m6vil del ORTAC-M.

(control de fuego de artilleria, medidas terrestres, locaiizaci& de veh;culos).

En la figura 4 se muestra una configuration m6vil del ORTAC-M.

Referencia [l] M. Bohm: La familia de sistemas TACAN; Comunicaciones

Eléctricas, Vol. 50 (1975), N” 4, phgs. 273-277 (en este numero).

Günter Peuker nacio en Leipzig, en 1925. En 1959 obtuvo el grado de ingeniero diplomado en la Escuela Técnica Superior de Dresden. Ese mismo afio se incorpora a Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, como ingeniero <de desarrollo en el campo de 10s ordcnadore’s. En 1963 paso a la linea de producto de navegacion donde Sue jefe de un laboratorio en 1970. Hoy lleva la responsabilidad de la planificacih técnica ,de sistemas en el departamento de desarrollo, en 10s campos de ayudas a la nave- gaci6n y equipos para aviacih.

2% Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975

FACE-Standard ha desarrollado dos nuevos amplificadores de estado solide para DME. El amplificador de radiofaros FSD-30 da una potencia de 200 vatios y es adecuado para radiofaros DME coexistentes con un ILS o un MLS. Este amnlificador también nuede alimentar a1 nuevo amplificador FSD-5 de 1 kW empleado en radiofaros DME para na;egacion de crucero:


D. GRAZIANI FACE-Standard, Milan, Italia

Introduction

Los radiofaros DME disefiados hace ya muchos afios solian emitir una sefial cuya potencia era del orden de varios kilovatios, mientras que la sena emitida por el equipo interrogador de a bordo era, y sigue siendo, del orden de un kilovatio. La diferencia venia impuesta por el hecho de que la sensibilidad del receptor de a bordo era inferior a la del receptor de tierra. Hoy dia ya no ocurre esto, limitandose la potencia transmitida para la navegacion por 10s equipos DME de tierra a un kilovatio como maxima. Esta es una de las razones por las que se han abandonado 10s klystrons, caros y complicados, sustituyéndolos por otros tipos de valvulas de vacio mas simples y baratas.

Cuando el equipo DME se utiliza para aterrizaje, junto con un ILS o MLS, la potencia de salida puede ser aun menor: 100-150 vatios, ya que el alcance es ~‘010 de 30 millas nauticas. En la actualidad, como ya se pueden conseguir estas potencias con transistores, 10s equipos de tierra DME se construyen totalmente utilizando tecnologias de estado solide.

El equipo para aterrizaje DME, mode10 FSD-30, fabricado por FACE-Standard es un dispositivo de estado solide con una potencia de salida del transmisor de hasta 200 vatios, y una potencia minima de salida en el conector de antena de 120 vatios, produ- ciéndose la diferencia en 10s equipos DME duales a causa de las pérdidas en 10s tables, circuladores, dispositivos de acoplamiento y a1 relé de conmutacion de 10s transpondedores.

El equipo FSD-30 se fabrica desde hace dos afios, habiendo alcanzado en la practica un valor muy alto de MTBF, demostrandose asi la gran ventaja que supone utilizar amplificadores transistorizados en las etapas de salida de transmisor. Pero hoy dia ha mejorado el MTBF de 10s transistores, han aparecido nuevos tipos con mejores caracteristicas de adaptacibn a la entrada y a la salida, es mayor la anchura de banda instantanea y por tanto mayor la estabilidad y menos critica la sintonia, y se puede obtener mayor potencia por componente. Todo ello ha llevado a FACE-Stan- dard a extender la transistorizacion a1 amplificador de 1 kW para el equipo DME de navigation mode10 FSD-5.

La transistorizacion no solo proporciona un mejor MTBF, sino que ofrece también otras ventajas a1 usuario, tales como supres&n de operaciones de mantenimiento delicadas para la sustituci,on periodica de las valvulas, la desaparicion de altos voltajes peligrosos p unas dimensiones, peso y consuma menores.

Ahora bien, la introduction del transistor en lugar


ILS - Sistema de aterrizaje por instrumentos DME - Equipo de medida de distancia MLS - Sistema de arerrizaje por microondas MTBF - Tiempo medio en& fallos ROE - Relacibn de ondas estacionarias

de la valvula para la generacio’n y amplificaci~on de sefiales de radiofrecuencia en 10s transmisores DME ha originado nuevos probIemas motivados por el uso de una técnica distinta. La solucio’n de estos problemas se hacia mas dificil por una serie de razones, entre las que destacan: la frecuencia de la sefial (1 GHz); la modulacion por impulsos; las impedancias bajas de las etapas, debidas a 10s bajos voltajes; la linealidad de modulacion necesaria para mantener el espectro de frecuencias dentro de 10s limites especificados; la alta relation entre las seiiales correspondientes a las condiciones de trabajo y reposo; la anchura de banda utilizada (961,5-1213,5 MHz, es decir 252 MHz); la pro- teccibn de 10s transistores contra las sobretensiones, desadaptaciones, procedimiento de sintonia, ciclo de trabajo excesivo, etc.

La gran experiencia acumulada, junto con algunas ingeniosas soluciones técnicas, han permitido a FACE- Standard resolver todos estos problemas tanto para amplificadores de bajo nivel como de alto nivel (1,5- 2 kW), ta1 como se requiere en el DME para navegaci’& mode10 FSD-5.

Caracteristicas principales del transmisor DME

Las caracteristicas mas sobresalientes del transmisor DME aparecen en la tabla 1 y se comentan a con- tinuacibn:

Banda de frecuencias

La banda de frecuencias esta contenida dentro de la banda L y cerca de la region de las microondas. Han de tomarse ciertas precauciones en 10s componentes y materiales asociados con 10s transistores con el fin de tener minimas pérdidas y estabilidad adecuada. Desde hace algunos acos se dispone de transistores que funcionan en estas frecuencias, con potencias de hasta 100 vatios por unidad, pero han ido mejorando paulatinamente, sobre todo en 10 que se refiere a la adaptacion a la entrada y a la salida en toda la banda de trabajo. Los transistores actuales que ya incorporan estas caracteristicas son naturalmente 10s mas aconsejables. Existen varios suministradores

299

Amplificadores de estado sblido para radiofaros

Tabla 1 - Caracterkticas principales del transmisor DME. s-

I-

Banda de frequencias 961,5-1213,5 MHz (252 MHz) (25 “hj Anchura de banda la maxima disponible en el caso de instanthea equipo fijo; 252 MHz para equipo

transportable Modulacih mediante pares de impulsos gaussianos,

de 3,5 ,hseg de duracihn, ciclo de trabajo 2 o/o> emision entre impulsos inferior a - 60 dB

Espectro de 200 mW a f 0,8 MHz de la frecuencia frecuencias central

tipo N 2 mW a I! 2 MHz de la frlecuencia central

Emision espuria inferior a 55 dB (armhicos, etc.) Cambio de minimo nhmero de puntos de sintonia frecuencia y muy poco critica para equipo fijo

(instanthea para equipo transportable) Margen de de-10’C a +55’C temperatura Proteccih contra incremento del ciclo de trabajo,

voltaje y sobrecorriente

en el mercado con tipos normalizados, a pesar de algunas pequefias diferencias en el montaje y el encap- sulado. FACE-Standard ha prestado una atencion especial a la posibilidad de tener, por 10 menos, dos suministradores para el mismo transistor, garanti- zando asi a 10s usuarios un facil suministro durante un largo tiempo.

Anchura de banda instantanea

En el equipo DME fijo de tierra no hay ninguna razon especial que aconseje una gran anchura de banda instantanea, mientras que resulta obligatorio en el caso de equipo transportable, a fin de permitir un cambio de frecuencias sencillo y rapido, sin partes moviles. El cambio de frecuencia en el equipo fijo es muy raro y no importa que se tarde en la operacion un tiempo relativamente largo. Sin embargo, siempre es util tener una gran anchura de banda instantanea para asi simplificar el procedimiento de sintonia, tener mayor estabilidad, favorecer la puesta en paralelo de 10s elementos y reducir 10s efectos de nivel y fase debido a 10s cambios de temperatura y voltaje. Los nuevos transistores con adaptacion de impedancias a la entrada y a la salida representan una contribution importante a unas mayores anchuras de banda instantaneas. Estos dispositivos incluyen elementos reacti- vos que transfieren una impedancia muy baja a un valor superior, en la banda dada, mejorando as; las posibilidades de adapta&& y reduciendo el valor de Q en dicha banda. Estos transistores cubren generalmente toda la banda DME (252 MHz), con una salida muy plana, sin necesidad de dispositivos de sintonla salve casos excepcionales. FACE ha adoptado este tipo de transistores en todas las etapas de alto nivel de todos 10s amplificadores para potencias de hasta 2 kW.

Modulation

Los amplificadores se modulan con un par de impulsos gaussianos de 3,5 ,US de duracion cada uno.

La forma especial del impulso y las limitaciones del espectro de frecuencia imponen una buena linealidad de modulacion junto con un moderno rendimiento en cada etapa a fin de obtener la maxima potencia de salida. l’or estas razones, FACE ha elegido la modulacion en colector, pero usando una técnica especial, la cual se ilustra en las figuras 1 y 2, en las que aparecen 10s tipos y formas de 10s impulsos usados en las distintas etapas de 10s amplificadores.

La raz’& fundamental por la que se usa esta téc- nica especial estriba en la falta initial de linealidad de la modulation en colector, debida a las caracteristicas de las etapas trans.istorizadas. La curva de la figura 3 da, por ejemplo, la caracteristica de las dos etapas finales del amplificador de las figuras 1 y 5. La curva muestra que cuando el voltaje de modulacion es bajo, la salida del transmisor es inapreciable siendo por tanto la lineahdad muy pobre en esta region, produ- ciéndose una alteracion de la forma original del impulso y un ensanchamiento del espectro de frecuencia debido a una variacion mas rapida de 10s niveles en 10s partes de subida y bajada del impulso. La adoption del Ilamado impulso de pedestal (Figs. 1 y 2) compensa este efecto y permite obtener un impulso de salida con un espectro de frecuencia correcto (Fig. 4). Otro aspecto importante de la modulation es la elevacion de la temperatura de 10s transistores y componentes asociados, que depende del ciclo de trabajo y del rendimiento de cada etapa, el cual alcanza con facilidad valores del orden del 40-50 %; 10 cual quiere decir que la potencia media disipada es igual o ligeramente superior a la mitad de la potencia media

Fig. 1 Diagrama simplificado del amplificador FSD-30. Se indica el uso de impalsos cu,adrad,os y de pedestal para sobtener modu-

la.ci& correcta.

ENT 200 w + --$h KW

L 16 IMPULSOS OE

PEDESTAL 1;

Fig. 2 Diagrama simplificado del amplific’ador FSD-5. Se muestra la conexion de 16 unidades en paralelo para obtener la poten-

cisa de salida de 1,5 a 2 kW.

300 Comunicaciones Eléctricas * N” 5014 * 1975

Ampiificadores de estado sblido para radiofaros

240

VATIOS

200

160

120

SO

40

5 10 15 20 25 30 35 40

Standard ha adoptado mlosdulos de fundicion con disipadores adecuados para el amplificador de 200 vatios, anadiendo ventilacion por aire forzado en el caso del amplificador de 2 kW (ver Figs. 5, 6 y 7). Se ha cuidado tarnbien la fijacibn de 10s transistores a su base a fin de facilitar la transferencia de calor. En las figuras 1 y 5 se observa que 10s transistores de modulation en alto nivel estan incorporados en 10s amplificadores; se hace asi para evitar conexiones de table largos para las sefiales moduladoras, cuya corriente es muy alta (picos de 20-30 amperios) y las impedancias muy ba-

VOLTAJE OEL IMPULSO OE MODULACION

Fig. 3 Amplificador FSD-30. Potencia de salida en funcih ,del voltaje de modulacih.

Fig. 6 Amplificador FSD-5.

Fig. 4 Efecto del pedestal en el impulso (de salida.

Fig. 5 Amplificador FSD-30. Se aprecian 10s disipado,res tér,mi- COS y la facilidad de acceso para pruebas y sintonia.

de salida, pero a1 ser el ciclo de trabajo bajo (2-2,5 %) la potencia media disipada es también baja; sin embargo, debido a 10 compacto del transistor y del equipo en general, se ha prestado una atencion especial a 10s valores de la temperatura en el interior de 10s transistores, que pueden afectar a su vida. FACE-

Fig. 7 Modula del amplificador FSD-5. Se ve el disipador del transistor de ~moduiccih.



jas (unos cuantos ohmios), evitando asi 10s efectos indeseables producidos por la reactancia de las conexiones. Como la emisi’on entre impulsos ha de ser muy baja (menor que - 60 dB), es. necesario motdular un cierto numero de etapas en cascada; por consiguiente, el efecto del amplificador debe ser ta1 que en ausencia de modulacio’n, la senal se atenua por el propio amplificador de forma que aparece a la salida con un nivel suficientemente bajo. La figura 1 muestra este proceso: durante la modulacil& la ganancia del amplificador es 36 dB, y la ausencia de modulation es - 50 dB, de forma que durante 10s intervalos entre impulsos hay una caida de 86 dB. Hay que tener cuidado para que cada etapa atenue la sefial en ausencia de moduiacion, es decir, hay que cuidar las caracteristicas de desacoplo entre 10s circuitos de entrada y salida. l’or esta razck, 10s disenos de FACE-Standard se basan en un montaje muy preciso de cada etapa a fin de garantizar una separacion maxima entre la entrada y la salida de cada etapa y del amplificador completo.

Espectro de frecuencias

Las especificaciones para el espectro de frecuencias garantizan una protection mkima entre canales, 0 sea, entre 10s diferentes radiofaros y 10s receptores de a bordo. El espectro de frecuencia que aparece en la tabla 1 corresponde a1 equipo de tipo “N” (estrecho) y es el mas estrecho. Depende de la forma de 10s impulsos de modulackk, su contenido de armonicos, 10s tiempos de subida y bajada y la tendencia a oscilar de cada etapa. El espectro de frecuencia minimo se ob- tendra cuanto mayor sea la aproximacion del impulso real a un impulso gaussiano de una cierta duracion: por tanto se ha de limitar el tiempo de subida a un minimo (=Y 2 ,US) para cumplir la condition anterior, con la consiguiente ventaja para la precisi,on del sistema DME. Los equipos DME de FACE-Standard son todos del tipo “N” con un espectro de frecuencia garantizado, gracias a la técnica de modulacGn con impulsos de pedestal ya descrita.

Emision espuria

Cualquier sefial, excepta la utilizada, que se genere accidentalmente en el transmisor, en especial en las etapas de bajo nivel (oscilador-multiplicador) ha de aparecer a la salida del transmisor por 10 menos a 60 dB por debajo de la senal auténtica. Dichas sefiales son fundamentalmente de dos tipos: 10s subarmonicos y 10s armomnicos. Los subarmonicos se producen en el modula multiplicador de bajo nivel y hay que filtrar- 10s antes de entrar en el amplificador final, ya que si este ultime es de banda ancha, como ocurre generalmente, dichos subarmonicos aparecerian a la salida y seria mucho mas dificil el filtrado, necesitkdose filtros criticos y Costosos. Los arm,onicos se suelen producir en el propio amplificador final y se pueden eliminar mediante un sencillo filtro paso bajo a la salida. En cualquier caso, la emision espuria no es una consecuencia derivada de la sustitucison de valvulas por transistores sino mas bien de la tendencia del fabri-

cante hacia amplificadores de bandas mas anchas por las razones apuntadas anteriormente. La transistoriza- cison ha agudizado el problema puesto que el Q de 10s circuitos conectados a 10s transistores es mucho mas bajo que en el caso de valvulas sobre todo en las etapas de alto nivel. Los amplificadores de FACE-Stan- dard que aparecen en las figuras 5 y 6 tienen una emision espuria mejor que 65 dB.

Cambio de frecuencia

Esta operacion suele ser frecuente en 10s equipos DME de tierra transportables. En tales casos se equipa un sintetizador y se amplia la banda de todas las etapas de amplification subsiguientes con el fin de evitar la sintonia mecanica. Por 10 tanto, el cambio de frecuencia se obtiene en estos equipos mediante una ope- ration rapida y sencilla como, por ejemplo, girando el mando de canal.

En el caso de un equipo fijo, el cambio de frecuencia es necesario solo cuando hay una reasignacion de frecuencias o cuando se lleva el equipo a un nuevo emplazamiento. En tales casos ya no resulta justifi- cado el uso de un sintetizador ni el ensanchamiento de la banda. Normalmente 10 que se hace es sustituir el cristal de cuarzo y resintonizar algunas etapas. FACE-Standard ha simplificado estas operaciones evitando todo ajuste critico y reduciendo a1 minimo el numero de puntos de sintonia, indicando el valor aproximado de frecuencia en 10s mandos mas importantes, mostrando la sintonia correcta en un medidor y ensanchando la banda de 10s amplificadores de alto nivel para asegurar la maxima protection de 10s transistores de potencia. El cambio de frecuencia en el transmisor FSD-30 se puede hacer en media hora y en el FSD-5 en dos horas, aproximadamente.

Margen de temperatura

Los cambios de temperatura producen dos efectos principalmente: cambios en las caracteristicas del transmisor y riesgos para 10s transistores y otros componentes.

Para evitar el primer tipo de efectos, aun cuando no haya cambios importantes en la temperatura, se ha de cuidar en el diseno la estabilidad de 10s circuitos de modulaci~on. FACE-Standard ha elegido etapas de modulacion en alto nivel con modulacion en colector y seguidor de emisor, las cuales practicamente no se ven afectadas por la temperatura, de forma que las caracteristicas del transmisor permanecen invariables en todo el margen de temperaturas especificado.

El segundo tipo de efectos, que aparece en el limite superior del margen de temperatura (+ 55’) ha sido evitado por FACE-Standard mediante la utilizaci~on de fundicion de aluminio, disipadores y ventilacion forzada, como se puede apreciar en las figuras 5 y 6.

Protection

A fin de evitar dafios de importancia, sobre todo en 10s costosos transistores de potencia de radiofre-



cuencia, se necesitan distintos tipos de protecci#on en 10s amplificadores, moduladores y fuentes de alimen- tac& Las protecciones han de tener en cuenta 10s limites de voltaje y corriente, la disipaci’on de calor, el ciclo de trabajo y la longitud maxima de impulso aplicables a 10s transistores. En el amplificador de la figura 5 (FSD-30), la limitacion de corriente se lleva a cabo en la fuen.te de alimentaci’&; la limitation de voltaje se realiza en el modulador mediante circuitos recortadores; el ciclo de trabajo queda limitado por la propia limitaci& de corriente, ya que el valor de la corriente es directamente proporcional a1 ciclo de trabajo; y la limitacion de la longitud de 10s impulsos se hace con un circuito especial, incorporado en el modulador, y cuando aparece un impulso de duracion superior a un cierto valor, hace caer inmediatamente 10s voltajes aplicados a1 mismo tiempo que se enciende una lampara de alarma. El amplificador de la figura 6, ademas de todas estas protecciones lleva también una protection contra el calentamiento excesivo, la cual desconecta el amplificador cuando, por cualquier accidente, la temperatura supera un cierto limite.

Algunos transistores de potencia pueden también llegar a peligrar a causa de desadaptac& de la carga, que puede aparecer durante la sintonia o cuando se modifica o quita accidentalmente la carga. La propiedad de 10s transistores de aguantar altos valores en ROE ha ido siendo mejorada por 10s fabricantes, de forma que 10s tipos moldernos son muy resistentes e incluso algunos pueden soportar una ROE infinita. Por todo elle, si se usan transistores modernos, no se necesita una protection especial contra riesgos de este tipo. Sin embargo, siempre sera recomendable, y mas seguro, el evitar la desconexion de la carga durante el funcionamiento normal de 10s amplificadores.

Amplificador FSD-30 En la figura 1 aparece un diagrama simplificado. El

amplificador se alimenta con un oscilador-multiplicador de 50 mW. La ganancia es de 36 dB. La relacimon entre modulacion presente y ausente es superior a 85 dB. La banda va desde 961,5 a 1213,5 MHz, con anchuras de banda instantaneas de 60-100 MHz. El espectro de frecuencia es del tipo “N” (estrecho). La modulaci’& se hace con impulsos cuadrados en las tres primeras etapas (véase la Fig. l), y con impulsos de pedestal en las otras dos etapas, como ya se explico anteriormente. La etapa final utiliza dos transistores en paralelo, a través de un montaje hibrido a la entrada y a la salida. Las hibridas son del tipo Wilkinson. El cambio de frecuencia se realiza con muy poca regulacion, la mayoria de 10s condensadores de sintonia se ajustan en fabrica y no se han de reajustar cuando se cambia la frecuencia. Se pueden obtener mas de 200 vatios de salida en toda la banda, mediante procedimientos sencillos. El amplificador va montado en un modula de fundicion de aluminio con disipadores adecuados. Todas las operaciones de sintonia se pueden realizar desde arriba, con 10 que no es necesario sacar e1 modula para cambiar la frecuencia o realizar comprobaciones. Los transistores de modulacion final van

incorporados, por las ramones ya mencionadas. Hay puntos de prueba en cada etapa y en 10s colectores de modulacion, para poder detectar 10s fallos y realizar rapidamente a1 sintonia. El acceso en 10s transistores y otros componentes es muy facil, asi como su sustitucion. Hay una protection total contra elevaciones de la corriente, de 10s voltajes de modulation o de la longitud de 10s impulsos. La figura 5 muestra el amplificador completo.

Amplificador FSD-5

El diagrama simplificado aparece en la figura 2. El amplificador es excitado por el amplificador. FSD-30 descrito anteriormente. La ganancia es pequefia (lO- 13 dB) debido a la presencia de muchas hibridas. La banda va de 961,5 a 1213,5 MHz. El espectro de frecuencia es también del tipo “N”. La modulation se realiza mediante impulsos de pedestal, como puede verse en la figura. El amplificador utiliza 16 mbdulos iguales, conectados en paralelo a la entrada y a la salida mediante una hibrida de 16 puertas del tipo Wilkinson. La anchura de banda instantanea es superior a 10s 100 MHz, de forma que el cambio de frecuencia se puede realizar muy facilmente, retocando la sintonia de algunos condensadores. Este amplificador puede dar una potencia de salida de 1,5-2 kW, e incluso mas. El disefio del amplificador permite utilizar sd10 8 m’bdulos si asi se desea, dando por tànto menos potencia, pero todavia del orden de 1 kW, dependiendo del tipo de transistor usado en las etapas finales. LOS puntos de sintonia y de prueba son accesibles desde la parte superior del equipo. El transistor de modulaci& final va incorporado en cada modula. La protecci0n, a1 igual que en el caso del amplificador de FSD-30, es total, incluyendo ademas un sensor de temperatura que desconecta 10s voltajes cuando la temperatura supera un cierto valor preestablecido. La figura 6 muestra el amplificador completo, mientras que la figura 7 muestra un modula completo del amplificador, con el disipador del transistor de modulaci&.

Conclusiones

La introduction de transistores de mayores potencias en la region de gigahercio ha hecho posible dise- fiar radiofaros DME de tierra de estado solide para ayudas a1 aterrizaje y a la navegacion. Los amplificadores FSD-30 y FSD-5 del tipo DME para radiofaros desarrollados por FACE-Standard, han demostrado poseer mayor fiabilidad y disponibilidad que 10s anteriores equipos de valvulas.

Danio Graziani nacio en Venecia en 1922. Se doctoro en In- genieria Eléctrica en la Universidad de Padua en 1950. Desde 1951 a 1963 trabajo en Iris Radio, Milan, don,de colaboro en el desarrollo de equipos de comunicaciones en VHF y UHF.

Ingres6 en FACE-Standard en 1964, en dontde ocupo el cargo de ingeniero jefe ,de desarrollo en el departamento de E!ectr& nica para Aviation; ha d’ ‘g d in i o cl disefio y desarrollo de 10s equipos DME para ayuda a la navegacion, tales como DME, ILS y TACAN; en la actualidad es responsable de toNdas las actividades de investigation y desarrollo en la Division de Radio y Ayuda a la Navegacibn de FACE-Standard.

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 . 1975 303

Las mayores potencias asequibles con 10s modernos transistores de potencia para microondas de que se dispone comercialmente, permiten su empleo para reemplazar a las valvulas en 10s radares que trabajan en la banda L. Debido a1 tiempo medio entre fallos (MTBF) potencialmente elevado de 10s transistores, a su alta capacidad del ciclo de trabajo, requisitos de modulacil6n relativamente sencillos, y rendimientos de hasta 60 %, 10s transistores son Mes .tanto en sistemas transpondedores civiles como militares.

J. D. JACKSON Standard Telecommunication Laboratories Limited, Harlow, Reino Unido

Introducckk

Los modulas transistorizados descritos aqui, han sido desarrollados para reemplazar a 10s osciladores de valvulas utilizados en la banda L para transpondedores IFF (Identification de amigo o enemigo). Utilizados conjuntamente con adecuadas técnicas de microminia- turitacion, estas fuentes ofrecen ventajas como son su bajo peso y tamafio, mayor duraci’& y mas alta fiabilidad.

El actual equipo para IFF utiiiza triodos que suministran hasta 500 vatios. Aunque estas valvulas son baratas j satisfacen con facilidad las exigencias de potencia de pico y media, la necesidad de fuentes de alimentacion de 1200 a 1500 vatios y la corta vida fiable de 1000 a 2000 horas son razones de importancia para el desarrollo de una alternativa en estado solide.

Hasta muy recientemente parecia que la fuente de estado solide mas adecuada para conseguir estas caracteristicas seria el diodo Gunn, aunque sus mayores desventajas eran su baja eficacia y las rigurosas exigencias de modulation. Un competidor posterior, el diodo Trapatt, aparece ahora como una posibilidad muy real para dar, con 10s elementos actuales, potencias de pico de 400 vatios y rendimientos del 40 %. Sin embargo, el autor. no tiene noticia de que se haya podido comprobar su funcionamiento para el mayor codigo de respuesta del transpondedor de 4 X 15 impulsos a la temperatura ambiente mas alta. De 10s 3 elementos posibles de estado smolido, el transistor se encuentra en una position avanzada de desarrollo respecto a 10s diodos Gunn y Trapatt, por 10 que parece ser la solu- cison mas inmediata.

Aunque hace pocos afios se habria considerado como improbable la obtenci& de altas potencias mediante transistores en las frecuencias de la banda L, 10s recientes avances en fotolitografia y en técnica de mascaras han producido transistores, disponibles comercialmente, que suministran potencias continuas de 50 vatios y potencias de pico de 300 vatios a 1090 MHZ.

Una diferencia importante entre onda continua y de impulsos de 10s tran.sistores es que el nivel de entrada se puede incrementar sustancialmente cuando trabaja con impulsos. Esto se debe a que operando con impulsos, suponiendo que la anchura del impulso es menor que la constante de tiempo térmica de la pastilla semiconductora, la entrada a un transistor esta limitada por la corrienre de pico y no por las

304


DME - Equipa de medida de distancias IFF - Identificacibn amigo-enemigo MOS - Semiconductor hido-metjlico MTBF - Tiempo medio entre fallos RF - Radiofrecuencia SETAC - TACAN ‘de sector TACAN - Ayuda tktica a la navegacibn

consideraciones térmicas como en el caso de trabajo en onda continua. Ademas, debido a que 10s transistores pueden resistir tensiones mucho mayores en condiciones de impulsos cortos sin alcanzar la ruptura secundaria, pueden suministrar mas potencia de impul- SOS.

Se han desarrollado dos diferentes disezos de sistemas de transpondedores IFF. El primero incorpora un oscilador continuo y amplificadores de potencia para conseguir un transmisor de estado solide com- pacte y de bajo coste. El segundo utiliza una cadena de amplificadores de impulsos gobernados por un cristal controlado por una fuente de onda continua que también alimenta a1 mezclador del receptor.

La aplicacion IFF presenta la mas sencilla de las exigencias de 10s impulsos en la banda L, puesto que es una sola frecuencia y la forma de 10s impulsos es relativamente sencilla. Sin embargo, hay otras importantes aplicaciones, tales como 10s sistemas de nave- gacison en la banda L (por ejemplo el TACAN y el SETAC’>), que requieren grandes anchuras de banda (de 960 a 1215 MHz) y ajustada estrechamente a la forma gaussiana del impulso. Aunque estas aplicaciones son mucho mas dificiles que el IFF, el transistor es incluso mas adecuado para obtener la mejor solution de estado solide (comparado con 10s diodos Gunn y Trapatt) puesto que el funcionamiento en banda ancha es mas sencillo y hay mas probabilidades de control de la forma de 10s impulsos. Se pueden realizar gran cantidad de soluciones para mejorar la anchura de banda e incrementar la pkencia obtenible con transistores de microondas.

Transmisor IFF de 175 vatios

La figura 1 muestra el esquema de un modulador, oscilador de potencia y amplificador de dos etapas utilizado para generar una potencia de pico de 175 vatios a 1090 MHz. El modulador acepta la muestra

” Marca registrada del sistema ITT


TRE! DE IMPULSOS IFF D:L COQIF~CADOR

hlSCilQ0

D MSC,lQQ

CAMO:DO1 POTENCIA

DE 2 VIAS

115 w

Fig. 1 Generador transistorizado para IFF de 175 vatios mostrando el modulador, el oscilador de potencia, y el amplificador

de dos etapas.

de impulsos IFF del codificador del transpondedor y de ésta se deriva una muestra de impulsos IFF de 40 voltios, que modula a1 colector de la etapa osciladora. El modulador genera también un impulso envolvente de 45 voltios que abarca a1 tren de impulsos IFF. Este impulso envolvente se aplica a 10s colectores de las etapas amplificadoras de alta potencia.

La figura 2 muestra el diagrama del circuito del transmisor. El oscilador fundamental utiliza un transistor de pastilla unica 2 H 4431 dispuesto en una configuraci’on de colector a tierra para conseguir un funcionamiento estable. Se utiliza una unica red de polarizacion Clase A de suministro que alimenta con suficiente estabilidad la corriente necesaria para actuar a1 elemento y, considerando la alta ganancia de 10s transistores, suministrar una polarizaci~on en corriente continua (CC) fija. Una resistencia en el emisor tam- bién proporciona estabilizaciosn en CC facilitando una

nn n

Fuentes transistorizadas

realimentacion negativa (contrarreacci,&). Al comen- zar las oscilaciones, la radiofrecuencia (RF) desplaza la union base-emisor polarizando inversamente a1 transistor durante parte del ciclo con 10 que trabaja en Clase C y el angulo de conducc&a 10 determina la sintonizacion del circuito. La resistencia de emisor limita la corriente continua y fuerza a1 elemento a funcionar at?n mas en Clase C.

El circuito de RF es una modificackk del oscilador Colpitts standard en el que las inductancias y capaci- tancias parasitas contribuyen a la frecuencia de oscilacion. Estos parasitas y el efecto de las inductancias de las conexiones pueden hacer dificil el disefio del circuito resonante. Para atenuar este problema se han dispuesto condensadores variables a 10 largo de toda la estructura. Ademas, se han realizado un cierto numero de pruebas experimentales para determinar la disposicion mas propicia de 10s componentes para producir la frecuencia de oscilaci’on deseada. El transistor se monta con su colector a tierra a través de un condensador de paso de RF y con sus terminales de union 10 mas cortos posible para minimizar la inductancia de la coneximon del colector. La frecuencia de oscilacion viene determinada por esta inductancia del colector y por la longitud de la linea de transmis& de la base resonante con la capacidad total del circuito, mientras que la salida de potencia se toma del emisor a través de una red de condensadores a una impedancia de 50 ohmios. Se consigue una salida de 2 vatios de potencia de pico a 1090 MHz con una alimentacion del colector de 40 voltios. Es posible la sintonia en la gama de 900 a 1200 MHz por ajuste de 10s condensadores variables.

La potencia suministrada por el oscilador se introduce a la primera etapa amplificadora a través de una red de adaptacion en L. Este paso Clase C utiliza un transistor M§C 2010 en disposicion de base comun para generar potencias de pico de 20 vatios con 10 decibelios de ganancia: el rendimiento de colector es de 60 %. Mediante una resisténcia en el emisor se pola-

-ILlL.-~~.IL

TENSION DE 4 TE$SION DEL MODUL4DOk

+ 45v

ETAPA AMPLIFICADORA I

DIVISOR DE POTENCIA-ETAPA DE INTERMEDIA SALIOAXOMBINADOR OE POTENCIA

Fig. 2 Circuito del generador transistorizado para IFF de 175 vatios.



riza automaticamente la union base-emisor, contro- landose asi el ingulo de conduccion con 10 que se obtiene el ,optimo rendimiento y un funcionamiento mas estable.

La elecc& de la disposition se basa en consideraciones de estabilidad y en las caracteristicas. Las ventajas teoricas de la disposici& en base comGn, tales como mayores ganancias de potencia para frecuencias mas altas y mejores rendimientos debido a la elevada resistencia de salida, son muy conocidas, a1 tiempo que el desarrollo de mejores caracterkticas de encapsulados de baja inductancia ha permitido que el funcionamiento del circuito sea completamente estable. Se han conseguido varias ventajas adicionales. Primero, mediante la reduccion de la realimentacic& de la salida a la entrada (debido a1 efecto regenerativo de la inductancia de la conexion comLn) la sintonizacion del circuito de salida produce un efecto pequefio sobre la adaptaci’& de la entrada, haciendo considerablemente mas sencillo sintonizar y ajustar el amplificador. Segundo, la ganancia de potencia en baja frecuencia es mucho menor que en un amplificador de emisor comun, de ta1 forma que elimina la dificultad de las oscilaciones a frecuencias de algunos megahercios que perturbaban a 10s elementos en emisor comun en altas frecuencias. La tensi’on de 10s impulsos colector-base de esta etapa es de 30 voltios, procedente de 10s impulsos de 45 voltios, que gobiernan la etapa siguiente de salida. La red de salida proporciona una impedancia de carga de colector adecuada para el funcionamiento en Clase C, mientras que un elemento derivado en octave de longitud de onda en circuito abierto, optimiza la potencia de salida y el rendimiento presentando un cortocircuito a1 segundo armonico.

La etapa de salida consta de dos amplificadores hibridos adicionales que emplean cada uno un transistor MSC 1100 con una ganancia de 10 decibelios y rendimiento de colector de 60 y;,. Las redes de adaptaci& de entrada y salida son similares a las de la etapa anterior y proporcionan una impedancia de 50 ohmios a 10s accesos a la hibrida. Se utiliza una hibrida tipo Wilkinson [l] para el divisor/combinador de potencia, de comprobada utilidad en la obtention de una dispo- sic& de circuito que sea simétrica, propiedad importante cuando se requiere un igual reparto de la carga. Todas las puertas de la hibrida est& bien adaptadas y las salidas altamente aisladas. Una resistencia de salida atiende la esencial funci& de proporcionar la adaptaci& y aislamiento del extremo de salida y, debido a su simetria, est; desacoplado del extremo de entrada. De esta forma cada amplificador puede ser sintonizado independientemente y protegido contra la posibilidad de fallo de alguna otra etapa. Las pér- didas en el divisor de salida se superan mediante el incremento de la sefial de entrada, mientras que las pérdidas en el combinador de salida (incluyendo pér- didas debidas a las diferencias de amplitud y fase entre cada amplificador) se han mantenido en 0,3 decibelios. Se han fabricado y probado tres unidades transmisoras en la gama de temperaturas de - 55 a + 70 grados centigrades y con un tren de 15 imp&os, con

306

modulador.

Tabla 1 - Caracteristicas del transmisor de 175 vatios

una anchura de 0,45 microsegundos cada uno y una separacison de 1,45 microsegundos. El ciclo de trabajo medio es de 1 %; cada una de las tres unidades tiene una potencia de pico de salida de 175 vatios con un error absoluto de medida en el peor caso de & O,3 decibelios. Todos ellos funcionan dentro de limites de las especificaciones de temperatura, estabilidad de frecuencia y desequilibrio de carga. En la tabla 1 se dan 10s datos caracterfsticos completos del transmisor de 175 vatios.

La figura 3 muestra el prototipo de transmisor de 175 vatios en dos mitades para exhibir 10s circuitos microbanda sobre alhmina y 10s condensadores variables semiconcentrados utilizados para sintonizacion. En un disefio final estos condensadores variables se- rfan reemplazados en parte o en su totalidad por condensadores integrados yio lineas microbanda. La figura 4 muestra el transmisor ensamblado junte con el

- Frecuencia: 1090 MHz

Cambio de frecuencia de - 60 a + 75 “C flMHz

Cambio de frecuencia con desadaptacion de cualquier fase de 1,5 : 1 1: 0,3 MHz Cambio de frecuencia del primer a1 ultime impulso de una serie (15 impulsos) 0,5 MHz DespBazamiento de frecuencia durante 2 horas de calentamiento la su temperatura de régimen 0,2 MHz

Potencia: 175 W k 0,3 dB Variation de potencia de una serie de 15’ impulsos 0,l dB (Max.) Variaci6n de potencia de - 55 a + 75 oc - 0,5 dB

Desequilibrio de salida 1,5 : 1 en cualquier fase

Ciclo de trabajo 1 Qio Rendimiento ‘de la etapa de salida 50 010

Tension de alimentaci& + 48 v

Fig. 3 Dos mitades de un prototipo de transmisor de 175 vatios mostrando 10s circuitos microbanda y 10s condensadores varia-

bles semiconcentrados.


Fig. 4 Transmisor ensamblado de 175 ratios junto con el modulador asociado.

Transmisor para IFF de 380 vatios

La figura 5 muestra un transmisor de 380 vatios. Los circuitos dentro del recuadro rayado comprenden el amplificador de impulsos de RF de 4 etapas y el modulador asociado desarrollado en Standard Teie- communication Laboratories (STL). Como se men- cion anteriormente, este sistema regula el oscilador local del receptor mediante cristal para proporcionar una mas adecuada estabilidad a la frecuencia. El esquematico muestra las etapas en cascada del amplificador con 10s transistores utilizados y 10s niveles de potencia generados. El amplificador de RF es atacado por una sefial continua de RF de 25 milivatios a 1090 MHz, la cual se modula en la uni’& emisor-base de la primera etapa amplificadora en base comun Glase B mediante 10s impulsos de IFF de baja tension derivada del codificador del transpondedor. Esta forma de la onda de tension polariza directamente el primer transistor durante la condici,on ON (TODO) y polariza inversamente la union durante la condicison OFF (NADA);

1090 MHz ONDA CONTINUA

136'25 MHz ONDA CONTINUA

AL MEZCLACOR


esta polarizacion inversa controla el nivel de fugas de RF entre impuls’os. El modulador genera también un ‘impulso envolvente a un nivel de tension alto (+ 45 voltios) que abarca a1 tren de impulsos de IFF. Este impulso envolvente se aplica a 10s colectores de las etapas amplificadoras de alta potencia. Se controla la corriente que ataca a cada una de estas etapas y las sefiales se llevan a 10s circuitos logicos del modulador.

Cada una de las 4 etapas amplificadoras trabaja en base comun. Suministran una ganancia total de 42 decibelios con un rendimiento general de 45 ~6. La etapa de salida se forma por la uni’& hibrida de 4 amplificadores, cada uno de 10s cuales entrega una potencia de pico de 100 vatios a las entradas del combinador de salida. El divisor!combinador de potencia de 4 direcciones comprende un despliegue de tres hibridas Wilkinson de dos direcciones. La pérdida de esta hibrida es de 0,2 decibelios y la diferencia de amplitud en las bornas de salida es menor que 0,l decibelios. La contribuci~on a la pérdida total del combinador de potencia, incluyendo las debidas a la diferencia de amplitud y fase, reduce la potencia combinada a la salida a 380 vatios. La variaci’& de potencia es de - 0,5 decibelios en una gama de temperaturas de - 55 a + 75 grados centigrades, mientras que bajo el mayor codigo de respuesta del transpondedor la variacion de potencia es menor que 0,l decibelios en una serie de 15 impulsos. El amplificador funciona con un desequilibrio de carga de 1.5 : 1 en cualquier fase, e incluso en circuito abierto. Mediante un disyuntor de sobrecarga de corriente se protege contra la condition de cortocircuito en la carga.

Las figuras 6 v 7 muestran el amplificador y el modulador, respectivamente. El amplificador de RF incorpora circuitos microbanda sobre alumina con condensadores miniatura semiconcentrados, mientras que el modulador ha sido îabricado en circuito impreso.

r---- -----------7 MSC1100

-uLr--l-l- -J L


Fig. 5 Transmismor transistorizado de 380 ratios controlado por cris- cal.

4L RECEPTOR

307


Amplificador y modulador se conectan para formar un m’odulo compacto de dimensiones: 145 X 71 X 39 milimetros.

Técnicas de modulaci&

Las necesidades de la modulacion son relativamente sencillas puesto que no se requieren altas tensiones. Ademas, debido a que el rendimiento del elemento es alto, la potencia total a suministrar es razonable.

Las neces,idades del modulador se facilitan posteriormente mediante la adopcilon de un sistema por el cual la modulation relativamente dificil de impulsos individuales con un tiempo de subida rapido se efectua solamente en las etapas de baja potencia, con un impulso envolvente no critico que alimenta a las etapas de alta potencia,

En el transmisor de 175 vatios el patron de impul- SOS de IFF se aplica a1 colector de la etapa osciladora, y 10s colectores de las etapas siguientes se gobiernan con un impulso envolvente que abarca el tren de impulsos de IFF. Este método tiene fundamentalmente dos ventajas: - El impulso envolvente suministra una tensimon a 10s

colectores que protege a 10s transistores de su des- truccion por tension de ruptura y disipacion tér- mica, si se llegase a la situacion en que 10s amplificadores comienzaran a oscilar. Por ejemplo, se han experimentado falios - atribuidos a un efecto de ruptura de larga duraci,&n en la superficie -

Fig. 6 Amplificador transistorizado de 380 vatios.

Fig. 7 Modulador para uso con el amplificador de 380 vatios.

cuando las uniones emisor-base de 10s transistores sometidos a impulsos son polarizados directamente y le Ilega una tension continua de 45 voltios a 10s colectores.

- El impulso envolvente salva 10s problemas de osci- lac& y transitorios cuando la cadena transmisora generai es accionada por impulsos individuales del tren de impulsos. Se ha utilizado un esquema de modulacion del

transmisor de 380 vatios todavia mas actractivo. En este caso el diagrama de impulsos de IFF se aplica a la uni’& emisor-base de la primera etapa, mientras que todas las etapas con alta tensison se gobiernan como en el cas0 anterior con un impulso envolvente en 10s CO- lectores. Este esquema de modulation emisor-base tiene dos ventajas adicionales: - La modulacimon esencial en la primera etapa se rea-

liza en baja tension y corriente. De esta forma se reduce el tamai?o, complejidad y coste del modulador.

- Se puede controlar la entrada de la primera etapa, que se gobierna mediante una Ser?a1 de RF continua. Se puede reducir el nivel de fugas de RF entre impulsos polarizando inversamente el emisor de la primera etapa entre dichos impulsos. La figura 8 muestra el circuito del modulador que

incluye dos amplificadores para gobernar el transmisor de 380 vatios. Los impulsos de entrada del codificador se ilevan a un circuito monoestable, el cual genera un impulso envolvente que abarca 10s impulsos entrantes. El impulso envolvente se amplifica desde su nivel lmogico de 3 voltios hasta alcanzar una salida de 30 amperios a 45 voltios. El segundo amplificador se gobierna con 10s impulsos de entrada del codificador previamente conformados por un circuito disparador Schmitt (trigger Schmitt) y a continuaci& se invierte en una puerta NAND. En el modulador del transmisor de 175 vatios, el nivel l’ogico se amplifica hasta cerca de 1 amperio a 45 voltios. En el circuito del transmisor de 380 vatios el nivel logico se amplifica a 250 miliamperios y + 0,6 voltios.

OLAAIZACIQR INVERSA

SALIQA DEL IlrlPULSQ

I I ,--O REPQSICIQN u

SENSQR QE SQRRECARGA

REWAQQR z 24v ENTWA 50 V 0 QE TENSIQW 5-- 20 v.

Fig. 8 Modulador para un tr’ansmisar de 400 vatios.



Las salidas de 10s dos amplificadores moduladores se controlan por medio de transformadores de corriente y las sefiales se realimentan a 10s circuitos I&i- COS. En el caso de un transistor en RF que excita en exceso un nivel de corriente prefijado, 10s impulsos de entrada a1 modulador se inhiben y las tensiones de excitacion se reducen a cero. Mediante un boton de reposicion se restauran 10s impulsos de modulaci’& una vez que ha desaparecido la sobrecarga. Este circuito de protection contra sobrecargas es de gran valor cuando se ajustan 10s diferentes pasos del transmisor, y a1 mismo tiempo protege contra cortocircuitos a la salida del transmisor eliminando asi la necesidad de un circulador.

Otras aplicaciones de las fuentes transistorizadas de alta potencia

La primera aplicaci’on en STL de 10s transistores de alta potencia de pico en banda L ha sido 10s transpondedores IFF en 10s que el desarrollo de 10s circuitos de combinacion, adaptacion, modulacion y protec- cion han producido fuentes de estado solide que en- tregan aproximadamente 400 vatios. Este resultado se ha conseguido mediante hibrida afiadiendo cuatro dispositivos de 100 vatios. Actualmente se pueden conseguir mayores potencias con el empleo de 10s nuevos transistores existentes en el mercado; y aplicando las técnicas ya desarrolladas seria posible alcanzar 1 kilovatio sin aumentar mucho la complejidad. También 10s transistores demostraron ser la mejor soluci,on de estado solide para sistemas de navegacion de la banda L, como TACAN, SETAC y DME, en que ademas de la potencia se requiere banda ancha, forma de 10s impulsos y control de fase. La gran anchura de banda exige elementos de bajo Q, adaptacibn de la banda ancha y circuitos combinadores de potencia. La forma gaussiana del impulso requiere un control correcto de la forma del impulso y un circuito de realimentacion si no se quiere sacrificar el rendimiento y salida de potencia.

Hasta la fecha 10s transistores solo se han usado en las primeras etapas de 10s equipos TACAN de a bordo, de modo que 10s problemas de alta potencia (hasta 1,5 kW) y el control de forma de 10s impulsos, que se circunscribe a las ultimas etapas, no habian sido considerados. Ya se dispone de transistores que permiten la realizacion practica de fuentes de banda ancha con hasta 200 vatios mientras que la posible aparicion de transistores de 250 vatios con adaptacion en banda ancha permitira un verdadero avance en generadores de estado solide que .alcancen por 10 menos 1 kW. Esto practicamente permitira cualquier disefio excepta la construction de estaciones terrestres de alta potencia totalmente de estado smolido. En STL se estan desarrollando varias técnicas para mejorar el comportamiento y reducir la complejidad y el coste de amplificadores transistorizados. Se han utilizado 10s transistores actuales para realizar fuentes de baja potencia (ZOO W), pero las nuevas técnicas permitiran la explotacion de transistores de mayor potencia

cuando se disponga de ellos. El resto de esta comunicacion presenta varios procedimientos y técnicas actuales para mejorar la anchura de banda, aumentar la potencia y reducir la distorsion de amplitud de 10s transistores de potencia para microondas.

Adaptaci’& de impedancia

Un importante problema que hay que superar es la adaptacion de la impedancia de entrada del transistor a la impedancia de carga del colector de la etapa anterior, para una anchura de banda apreciable.

LOS elementos que operan a frecuencias de microondas trabajan cerca, o incluso por encima de sus frecuencias de corte. Esto quiere decir que cuando entra en funcionamiento un elemento, la componente resistiva de la impedancia de entrada es pequefia com- parada con la reactancia del circuito de entrada del elemento, y el Q de entrada es elevado. Esto limita la maxima potencia de entrada disponible, asi como la anchura de banda resultante.

Los transistores para altas potencias tienen unas dimensiones fisicas apreciables. La distancia desde la superficie de la pastilla semiconductora de silicio hasta el exterior dei elemento es bastante grande a causa de la conexion de entrada, que tiene una inductancia molesta. Naturalmente, todos 10s disefios intentan minimizarlo, pero incluso 10s encapsulados mas avanzados, siguen manteniendo la suficiente inductancia como para imponer severas limitaciones a la anchura de banda. El unico procedimiento que le queda a1 ingeniro que disefia el circuito es emplear transistores en forma de pastilla (chip). Aunque esto es mas dificil que utilizar elementos encapsulados, finalmente proporcionara la mejor caracteristica puesto que permite que la circuiteria importante sea realizada en la propia pastilla evitando efectos tales como inducciones parasitas de las conexiones.

Este procedimiento ha sido seguido por 10s dise- fiadores de transistores con la incorporaci,& de redes de adaptaci& de banda ancha en el interior del en- capsulado del transistor. Mediante el uso de hilos de conexion a la pastilla como inductancias en serie y condensadores MOS (semiconductor oxido-metalico) como elementos en derivacion, se han conseguido transformadores de paso bajo con una o dos etapas. Puesto que la adaptacion interna se restringe a la realizacion de un Q de entrada bajo y no se ha inten- tado transformar la baja resistencia del transistor hasta 50 ohmios, el usuario esta en situacion de tomar la mayor parte de las decisiones de-diseGo del circuito y conservar la anchura de banda y las posibilidades de potencia del transistor. Teniendo en cuenta el hecho de que las impedancias de 10s transistores de potencia para microondas son mucho menores que 50 ohmios, el procedimiento obvio para conseguir la gran anchura de banda de las etapas amplificadoras en cascada, consiste en realizar una transformacison directa de la impedancia de carga de la etapa previa a la de entrada del paso siguiente. Esta técnica junte con la plena caracterizacion y explotacison de 10s parame-



I l l

tros del transistor en el dise60 de circuitos, ha reducido la complejidad del circuito y mejorado la anchura de banda y la potencia de 10s amplificadores de microondas a transistores,

Integracion de redes adicionales de adaptaci’& y potencia

Para conseguir 10s niveles de potencia deseados con amplificadores de potencia a transistores para aplicaciones tales como IFF, se han puesto en paralelo, con éxito, 10s pasos amplificadores con una hibrida tipo Wilkinson de N accesos. En aplicaciones tales como el TACAN, que requiere una anchura de banda de aproximadamente el 25 %, este tipo de hibrida tiene ademis otra caracteristica ventajosa que es una pérdida de retorno y un aislamiento mayor que 23 decibelios. No obstante cuando la hibrida Wilkinson basica se emplea en amplificadores convencionales en cascada es necesario transformar las impedancias de entrada y salida de cada amplificador a 50 ohmios o a algun otro valor real del nivel conveniente para ponerlas en paralelo. Una modification de esta hibrida consiste en transformar las impedancias de carga complejas idén- ticas de las N - 1 accesos a una impedancia real o compleja en el acceso de entrada. En esta caso las impedancias complejas deben representar la impedancia de entrada o de carga del colector. Esta hibrida modificada es asi util para ambas redes de entrada y salida, y reduce el numero total de componentes necesarios en 10s amplificadores en paralelo, manteniéndose el aislamiento entre 10s accesos equifase-equiamplitud.

Para una relacimon de onda estacionaria de tension y un aislamiento especificados, la anchura de banda de la hibrida modificada se degrada en la misma pro- porciNon que se incrementan la relation de transfor- mac& y el Q de la impedancia de carga. Con transistores de potencia encapsulados que tengan compo-

nentes reales de la impedancia de entrada de O,5 ohmios y Q’s de entrada de 5, la hibrida modificada deja de producir una caracteristica Util con anchuras de banda grandes y relaciones de transformacion también grandes. Sin embargo, estos problemas se pueden mitigar continuando con el empleo de las técnicas de utilizacion de pastillas de transistores, y adaptaciones directas como las descritas en la secci’& anterior. Ademis, la hibrida debe realizarse en forma de componentes concentrados, para que pueda ser compatible con la integracion de transistores en pastillas y con la reduccion de tamaÎio del circuito.

Control de la forma del impulso

Una aproximac& ajustada a la forma gaussiana del impulso, obligada para la separacion de 1 MHz de 10s canales TACAN, esta en oposicison con la no linealidad inherente a1 alto rendimiento y las potencias elevadas en las etapas de transistores. Este problema es mucho peor que en el caso de las valvulas debido a la falta de linealidad de la resistencia de entrada y de la ganancia de corriente y curvatura de la parte superior de la caracterfstica de colector. El procedimiento mas usual consiste en trabajar en Clase A o Clase AB y restringir la amplitud de la sefial, pero esto reduce considerablemente la potencia de salida y el rendimiento que se pueden alcanzar. Alternativa- mente, se puede usar realimentaci~on negativa desde la etapa de salida de alta potencia a la de alta ganancia y baja potencia, pero el desplazamiento de fase de la portadora en el bucle de realimentacion, debido a la realimentacion a través de varias etapas puede causar inestabilidades en el circuito. En vista de estas limitaciones se ha utilizado una técnica sencilla de realimentacion de envolvente [2] para corregir la distorsion de amplitud. Esta técnica tiene ventajas sobre la realimentacion negatjva debido a su menor exigen-

Fig. 9 Amplificador de 200 vatios propuesto par,a el TACAN.

200 w

310 Comunicaciones Eléctricas . No 5014 - 1975


cia de anchura de banda y a su menor desplazamiento de fase en el bucle de realimentacion.

La figura 9 muestra un amplificador a transistores de 200 vatios con realimentacion envolvente para reduccion de la distorsiN6n. Se compara una secal de referencia con la salida no lineal detectada y su diferencia se introduce en fase en la entrada a la polari- zacim6n de emisor en la primera etapa amplificadora. Esta técnica de autocorrecci86n logra una potencia y linealidad de salida constantes frente a 10s cambios en el nivel de entrada, ganancia del amplificador, no linealidad y condiciones ambientales, mientras que el grado de linealidad queda limitado por el margen dinamico del modulador de amplitud y la linealidad del bucle de realimentac&

El amplificador de 4 etapas funciona con una sefial nominal continua de entrada de 25 milivatios con la modulaci6n gaussiana introducida en la union emisor- base del primer transistor. Esto elimina la necesidad de un modulador gaussiano independiente a la entrada del amplificador y supone una reduccion efectiva en la fuga de onda continua. Todas las etapas es& polarizadas para trabajar en Clase B y 10s colectores de todos 10s pasos de alta potencia se alimentan con un impulso envolvente de 10 microsegundos. La etapa de salida consta de 4 amplificadores hibridos unidos para suministrar una potencia combinada total de salida de 200 vatios, con una ganancia de 39 decibelios.

La figura 10 muestra un prototipo del amplificador de RF.

Conclusiones

Desde hace pocos afios 10s transistores de potencia han mejorado significativamente y han permitido la construcci& de osciladores y amplificadores con mayores potencias en el margen de las microondas. La capacidad de manipulaci& de potencia de estos transistores probablemente aumentard en 10s proximos afios, a1 tiempo que la compatibilidad entre pastillas de transistores y componentes discretos proporcionara modulas completos de circuitos funcionales.

El transistor puede satisfacer todas las exigencias

de la especificacion dei transpondedor de IFF, con la posible exception del coste initial. Sin embargo, se considera que cuando se tiene en cuenta la alta fiabilidad y el bajo consuma de potencia de las fuentes de transistores, el coste, incluidos 10s repuestos, se podra comparar favorablemente con las fuentes de valvulas. Ademas, el empleo de técnicas de circuitos microbanda y tecnologia de circuitos integrados ha dado lugar a una mejora de las caracteristicas, mayor fiabilidad, buena reproducibilidad y menor peso.

La técnica de aplicacion de una hibrida a varias etapas amplificadoras de potencia ha permitido obtener mayores potencias, asi como el elevado aislamiento de las hibridas ha dado lugar a amplificadores que pueden ser puestos en paralelo prkticamente sin ninguna interaccidn. Se han establecido importantes esquemas de modulaci& y protection, con las que se obtienen altas tensiones de pico para su aplicacion a 10s transistores sin comprometer la fabilidad del elemento.

Asi como en la aplicacion para IFF, se preven tam- bién 10s transistores como la mejor solution de estado s6lido para otros radares en la banda L tales como el TRCAN, SETAC y DME. Se han descrito varios procedimientos que permiten poner en paralelo y adaptar transistores de potencia para microondas en las grandes anchuras de banda tipicas de estos sistemas. Todas estas técnicas pueden hallar aplicacion en el disefio de circuitos por medio de elementos encapsulados o integrados con la pastilla del transistor. En todo caso, las técnicas son muy utiles no solamente para incrementar la fiabilidad, potencia de salida, y anchura de banda de 10s amplificadores de transistores, sino tam- bién para reducir la complejidad, tamafio y coste del circuito. Finalmente, el uso de realimentaci6n de envolvente en estos sistemas de radar proporciona un sencillo y eficaz medio de reducir la distorsion de amplitud y lograr la linealidad, a1 tiempo que se mantiene la elevada potencia y el rendimiento.

Agradecimientos

El autor desearia expresar su agradecimiento a P. W. Hedges que fue responsable del dise60 y desarrollo del modulador; a A. ‘$7. Horsley y C. P. Sand- bank por sus consejos y apoyo; y a Le Matériel Téle- phonique por su permiso para publicar el trabajo desarrollado para ellos como principal cliente.

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Transactions, MTT-8, enero 1960, pags. 116-118. [2] T. Arthanayake y H. B. Wood: Linear Amplification using

Envelope Feedback; Electronic Letters, abri1 1971, volumen 7, N” 7, pags. 145-146.

J. D. Jackson nacio en 1945 en Durham, Inglaterra. Obtuvo el grado de Licenciado en Ciencias en ingenieria eléctrica en 1968 y el Master en 1971 en la Universidad de Londres. In- greso en STL en 1968 donde ha trabajado en circuitos integrados de microondtas. Actualmente es Ingeniero “senior” de Investiga- cibn y trabaja en amplifioadores a transistores de alta potencia

Fig. 10 Amplificador de 200 vatios para el TACAN. para microond#as.

Comunicaciones Eléctricas . No 5014 . 1975 311

M. BCSHM Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Reptiblica Federal de Alemania

M!is del 75 Y, dei total de accidentes en la aviation civil suceden dentro del area terminal durante el despegue o durante la aproximaci6n y aterrizaje de las aeronaves. Por consiguiente, la seguridad de 10s vuelos depende en gran medida del comportamiento de 10s sistemas de ayuda de guia de aterrizaje.

La radioguia durante el aterrizaje esta proporcionada principalmente, en el momento presente, por el sistema ILS, un sistema inventado hace unos 40 a6os con importante participaci& de ITT. Aunque ampa- rado por las reglamentaciones de ICAO hasta 1985, se hizo evidente desde mediados de la década de 10s afios 60, que debia buscarse un sistema de ayuda de aterrizaje mas eficaz.

RTCA, en Estados Unidos, corner& en 1967 a especificar este nuevo sistema de aterrizaje, que ha sido desarrollado dentro de un Programa National de 10s Estados Unidos tras 10s competitivos esfuerzos de 4 compaiiias, entre las que se encuentra ITT Gilfillan.

Un nuevo sistema de ayuda de aterrizaje, solamente puede ser introducido mediante un acuerdo internacional. Por esta raz&, ICAO establecio un concurso internacional para definir el sucesor del sistema ILS. Respondieron cinco naciones: Estados Unidos, Reino Unido, Francis, Australia y Alemania. Basicamente, han sido propuestas tres soluciones técnicas diferentes: Haz explorador, exploracibn Doppler, y guia interfero- métrica procesada en tierra. Para finales de 1976 ke espera la decision sobre cual de 10s sistemas presentados es considerado el mejor por ICAO.

ITT, uno de 10s mayores suministradores de equipos ILS del mercado mundial, propuso dos de las soluciones debido a1 conocimiento de la importancia del asun- to. Se concentraron todos 10s recursos disponibles dentro de ITT para un esfuerzo multi-compa$a, 10 que ha conducido a1 sis.tema de guia de aterrizaje por microondas Doppler, propuesto por el Reino Unido a ICAO, y el sistema DLS, propuesto por Alemania (ya en

Comunicaciones Eléctricas, volumen 50, N” 1, pags. 69-A).

La aviation militar utiliza atin sistemas especiales de ayuda de guia de aterrizaje, pero existe la intention de participar en el resultado del esfuerzo de ICAO, el futuro sistema MLS, siempre que esté disponible en un plazo de tiempo relativamente corto.

Sin embargo, problemas urgentes en el aterrizaje militar, obligan a establecer soluciones provisionales en diversos paises. En Alemania, el sistema TACAN se ha mostrado particularmente adecuado para su utili- zaci6n no sOlo como sistema de navegacion en ruta, sino también como un sistema de ayuda de aterrizaje si se modifica adecuadamente. De esta forma, un nuevo sistema Micro-TACAN, con un suplemento de video para aterritaje permite a 10s operadores de la aeronave utilizar un unico equipo tant0 para la navegacion en ruta como para el aterrizaje, en lugar de dos equipos diferentes. El sistema SETAC’“, la nueva ayuda de aterrizaje basada en el sistema TACAN, hace posible un considerable ahorro en peso y coste, a1 mismo tiempo que proporciona mayor integracion y superior comportamiento.

Todos estos magnfficos sistemas de ayuda de aterrizaje recientemente desarrollados, sin embargo no deben encubrir el hecho de que el ILS sigue siendo el principal sistema para guia de aterrizaje, y que seguira sién- dolo durante afios. Por ello, ITT continua sus esfuerzos para servir a la comunidad de la aviation mediante una mejora permanente del sistema ILS.

Vuelos seguros equivalen a aterrizajes seguros. Los sistemas de guia de aterrizaje juegan uno de 10s pape- les mas importantes durante la proxima década. ITT esta trabajando sobre bases asombrosamente amplias para proporcionar 10s mejores equipos a este area que es la mas importante de la avia&&. Los articulas que siguen, 10 indican claramente.

” Marca registradn del sistema ITT


Los sistemas DME de banda L pueden tener la misma precish que 10s sistemas DME de banda C de MLS utilizando técnicas de codificackh de fase. El DME/MLS de fase codificada evita las interferencias, emplea equipo comh y es compatible con 10s equipos DME preexistentes.

S. H. DODINGTON ITT Headquarters, Nueva York, USA A. H. LANG J. S. LeGRAND ITT Avionics, Nutley, New Jersey, USA

Introduccih

El sistema de aterrizaje por microondas (MLS) propuesto en marzo de 1973 a1 Al1 Weather Operations Pane1 (AWOP) de la Organizacion International de Aviation (ICAO) por el UK y 10s USA, requeria no solo un equipo de medida de distancias (DME) de precision del tipo de impulsos trabajando en la region de 10s 5 GHz (banda C), sino también independientemente un sistema asociado de medida de angulos. Desde entonces ha quedado patente que el transporte a bordo del avion de un dispositivo’ relativamente caro como éste, para utilizarlo solamente durante unos pocos minutos a1 final del vuelo, era antieconomica si se podian obtener 10s mismos resultados con el equipo DME de navegacion exigente, que trabaja en 960-1215 MHz (banda L). Este ultime sistema, adoptado por ICAO en 1959, se utiliza en mas de 50.000 aviones y 1000 estaciones de tierra de todo el mundo [l].

Las especificaciones originales [2] del DME para el MLS banda C, exigian 200 canales con tiempos de elevaci& de 10s impulsos de 0,l microsegundo y una precision maxima de -t 20 pies (i 6 m). El sistema de banda L actual trabaja también con 200 canales, pero tiene tiempos de elevacibn de impulsos de 2,5 microsegundos y precisiones, en las peores condiciones de ecos multiples, de varios cientos de pies. Se ha acep- tado generalmente que si se pudiesen aplicar 10s mismos tiempos de elevaci& de 10s impulsos tanto a la banda L como a la banda C, las precisiones de 10s dos sistemas serian idénticas. Sin embargo, esta disminu- ci& de 25 veces del tiempo de elevaci& produciria obviamente algunos efectos secundarios que podrian interferir con el uso actual del DME de la banda L, cuyo formato de sefial esta garantizado por un acuerdo international hasta 1985. El problema, por consiguiente, ha sido el de desarrollar un medio mediante el cual se puedan utilizar impulsos mas escarpados con el DME/MLS de banda L sin perturbar el uso convencional del DME banda L.

El objetivo que nos propusimos ha sido el de que no exista interferencia entre ambos sistemas. Si esto se consigue, cada uno de 10s 200 canales convencionales, segun se define en el Anexo 10 del ICAO, se puede utilizar como canal MLS y la caja de control de a bordo puede ser comun a ambos con la simple adicion de un conmutador para pasar del modo NAV convencio- na1 a1 nuevo modo MLS. Esta es la disposici& operacional preferida por la mayoria de 10s operadores ya que minimiza el tiempo de transici& en la cabina para

Comunicaciones Eléctricas . N” 50/4 * 1975


AWOP - Comiskh de operaciones en todo tiempo DME - Equipu de medida de disrancia ICAO - Organizaci6n International de Aviacibn Civil ILS - Sistema de aterrizaje por instrumentos MLS - Sistema de aterrizaje por microondas NAV - Modo de navegaci6n SAW - Onda achtica de superficie

pasar del ILS a MLS. Desdo luego, en las pistas de aterrizaje que tienen guia angular de ambos tipos ILS y MLS, no existe ninguna raz& para no utilizar un transpondedor DME comun.

Para proporcionar un minimo de interferencia entre 10s dos sistemas, incluso con un alto grado de equipo comhn, el nuevo sistema utiliza impulsos simples de 3,5 microsegundos, en lugar de 10s impulsos pareados de 3,5 microsegundos del sistema convencional, y cada impulso del nuevo sistema esta codificado en fase en incrementos dei orden de 0,l microsegundos. Al decodificar se obtiene un solo impulso de 0,1 microsegundos, proporcionando la misma precision que en la banda C.

En 10s parrafos siguientes se describe corno funciona el sistema y se dan resultados de las medidas pre- liminares, mostr&dose que virtualmente no existe nin- gUn efecto de un sistema sobre el otro, mientras que, simultineamente, proporciona la mayor cantidad de equipo com&n tanto en el equipo del avidn como en el de tierra. De hecho, la unica diferencia basica de equipo entre 10s dos, es la de que cada equipo tiene su propio siscerna codificador y decodificador; todo 10 demis, incluyendo transmisores, receptores, antenas y circuitos de determinacion de Jistancia, es comhn a ambos.

Estructura de la seiial del DME de precisih

Mientras que el DME convencional utiliza el espacio entre impulsos de un par para diferenciar una sefial deseada de otras sefiales en la misma frecuencia! este sistema utiliza un solo impulso con una simple modulacion de desplazamiento de fase pulsada.

El desplazamiento de fase pulsado, donde 10s “unos” y “ceros” binarios se representan por desplazamientos de fase de Oo y 180’ de la frecuencia portadora, se utiliza ampliamente en sistemas de comunicaciones para la transmision de information digital. Esta misma técnica se utiliza en este sistema para distinguir la se- fia1 DME/MLS deseada de otros impulsos de la misma

313

/

Equipo de precisih DME

frecuencia; y para permitir la canalizacion de las se- Gales de banda ancha (necesarias para la alta precision en la determinacion de distancias) en canales de frecuencia relativamente estrechos.

La forma de onda DME/MLS es un simple iinpulso con modulaci& bifasica que tiene un tiempo de elevaci& de 0,l ,L?S y una anchura de 3,5 PS. La codification utilizada para modular el impulso de RF es una secuencia de una longitud maxima de 31 bits, con una longitud de bit de 0,l bis aproximadamente. Una salida de potencia d e 20 W proporcionara el alcance requerido de 30 millas (50 km) con un m&-gen de 19 dB. La seleccion de esta estructura de se?ial proporciona las siguientes ventajas significativas: - frente de impulso de fuerte pendiente 10 que pro-

porciona una precision de 20 pies (6 m), - bajo coste de codification y decodificacion, - ninguna falsa decodificacion de sefiales interferen-

tes, - alta eliminacion (casi infinito) de seGales de canales

adyacentes. La interferencia con 10s DME convencionales es

virtualmente inexistente ya que: - 10s impulsos simples son rechazados por 10s decodi-

ficadores de pares de impulsos de 10s DME convencionales, el amplio espectro de 10s impulsos codificados en

-f d’ ase lsminuye la potencia efectiva recibida por un DME convencional en una relation de 1O:l por 10 menos,

-1 a potencia de RF transmitida de la seiial codificada en fase se puede reducir en 3O:l por debajo, de la secal no codificada en fase y de frente escarpado gracias a la mejora debida a la deteccion de correlacion de la sefial recibida. La figura 1 a) es un diagrama de bloques sencillo

de un procedimiento para modulaci& doble de fase del impulso de RF. El codigo, con una longitud maxima de 31 bits, se genera en un sencillo registrador de desplazamiento de 5 bits. Este codigo se aplica a1 conmutador de RF que deja fuera la linea de media longitud de onda para cada “uno” digital e incluye la linea para cada “cero” digital, dando lugar a un impulso de RF modulado por desplazamientos de fase de 180’. En la practica, las transiciones de fase se hacen gradualmente para reducir fuertemente la ocupacion del espectro.

La figura 1 b) muestra la utilizacion de un decodificador-correlacionador de Onda Acustica de Superfi- cie (SAW= Surface Acoustic Wave) para comprimir el impulso con modulaci& bifase. Para las S&ales del canal (frecuencia de RF y codigo correctos) la salida de la SAW es una sefia de pico con un alto grado de correlacion que excedera del umbral, proporcionando asi un impulso puerta de 0,l ,~rs. Los codigos recomen- dadas permiten el uso de este correlacionador barato de SAW, que es esencialmente un dispositivo de circuito impreso, para la decodificacion. Con este decodificador no se producira decodificacion de sefiales no deseadas (las que no estén moduladas, tengan c’odigo

QEL COO1GO QIGITAL

a) Principio de la codificacih bifhca

IMPULSO MOOULAQO EN

FASE

MAXIMO QL CORRELACIQN\~ I

QENIRO DEL CANAL-

FUERA DEL CANAL-

b) Principio de deco’dificacich con una SAW.

Fig. 1 Codification y decodificacion de la forma de onda para MLS/DME

diferente o frecuencia diferente). Todas las sefiales, incluyendo tanto las deseadas como las no deseadas, tendran la misma amplitud a1 salir del limitador previo a1 SAW. El maxima de correlacion del correlacionador SAW sera de 31 veces aproximadamente la de la entrada limitada para la secal deseada. La maxima salida para cualquier sefia no deseable que pueda esperarse es de 10 veces aproximadamente el nivel de entrada. Asi, con el umbral establecido en un ntvel de 26 veces el nivel de la sefial de entrada, la sefia correla- cionada deseada sera siempre detectada, mientras que todas las sefiales fuera de 10s canales se& rechazadas.

Adicionalmente, se consigue un rechazo muy elevado (“casi” infinito) de las seGales de canales adyacentes mediante la utilizacion de esta técnica, segun se

AMPLITUQ IdirilA QE CQRRELACIOR

- MAYIMA SENAL DE INTERFCREl4CIA QECQQIFIGAQA

CENTRQ I “EL CAW I

AQYACENTÉ I

I CERIRQ f QEL CAi4AL / AWfACEiiTE

-TIikr++ I I -153 Ktk +Id ir”i +1000 KHZ

Fig. 2 Selectividad del sistema codificado en fase.


Equipo de precisixh DME

muestra en la figura 2. La respuesta frecuencia del correlacionador SAW se muestra en la curva superior. Como ya se ha mencionado anteriormente, solamente las seîiales superiores a1 umbral generaran una salida. Consecuentemente, fijando el umbral como se ha indicado, todas las señales que se separan de la sefia del canal en + 155 kHz o mas no generan un impulso puerta; por 10 tanto, el sistema produce un rechazo infinito a frecuencias de canales adyacentes que es& a + 1 MHz. Asi, no existen problemas de canal adya- tente con el esquema de canales propuesto, utilizando frecuencias de la banda L con una separacion de 1 MHz.

Capacidad del sistema

La compatibilidad con el DME de ICAO existente es de extrema importancia en este sistema DME/MLS que utiliza la misma banda de frecuencias. Esta compatibilidad puede entenderse que significa 10 siguiente: - Los interrogadores DME convencionales pueden uti-

lizar el sistema DME/MLS (con las precisiones existentes) sin sufrir modification;

- no habra interferencia para el sistema DME convencional debidas a la seGaI DME/MLS y no habra interferencia para el sistema DME/MLS

- d e 1 b’d a a seiïales del DME convencional. Las pruebas y analisis realizados hasta la fecha han

mostrado que la estructura de la sefial DME/MLS defi- nida en este articula permite que ta1 operacion sea totalmente compatible. Primero, para considerar el uso de sistemas DME convencionales con este sistema, debe re- visarse el esquema propuesto de distribution de canales.

Puesto que las pruebas y analisis han indicado que no existe interferencia mutua entre 10s sistemas DME convencional y DME/MLS, incluso cuando las dos se- Gales est& en la misma frecuencia, virtualmente, no existe restriction alguna sobre la asignacion de canales para las nuevas secales. Asi, 10s canales actuales de DME de ICAO se utilizarian segtin es& actualmente, con las frecuencias de interrogation y respuesta separadas por 63 MHz. En cada direction se utilizaran dos codigos de fase diferentes de 31 bits correspondientes con 10s modos X e Y actuales, con 10 que se proporciona un total de ZOO canales operacionales.

Esta distribution de canales permite que la caja de control de a bordo sea idéntica en forma y funcionamiento que la del equipo existente, requiriendo solamente un nuevo conmutador para pasar de la funcion NAV actual a la nueva func&n MLS. Esta misma unidad puede controlar el receptor de angulo del MLS segun se indica en la figura 3. De esta forma, 10s 200 canales de funcionamiento del MLS se seleccionan exactamente como hasta ahora.

La libertad de asignacion de canales permite una completa flexibilidad en la distribution de canales DME/MLS. Por 10 tanto, el funcionamiento compatible que permita a1 sistema DME convencional trabajar con este sistema, se puede realizar facilmente. Para conseguirlo, debe utilizarse el transpondedor de modo dual que se indica en la figura 4.

SELECTOR DE CANAL

MLS

PRESENTACIONES

INDICADOA DE CRUCE DISTANCIA

Fig. 3 Configuraci& de a bordo basica.

Este transpondedor es esencialmente idéntico a 10s transpondedores existentes, excepta por la adicion del codificador y decodificador de fase. Este transpondedor contestaria a un avion equipado convencional- mente con un par de impulsos cuando reciba ta1 inte- rrogacion. Sin embargo, cuando se le interrogue con impulsos codificados en fase contestara con impulsos codificados en fase. Los canales de frecuencia que pudieran asignarse para ta1 instalacion de forma que no entren en conflicto con el funcionamiento de 10s DME existentes, son{ 10s ya asignados a1 ILS, donde exista también un MLS, o canales Y que no se requiera para el VOR. Por 10 tanto, existen mas de 100 canales disponibles potencialmente para este modo dual de funcionamiento.

La figura 5 muestra el resultado final del interrogador de a bordo del DME/MLS que proporcionara una precision de 20 pies (6 m) con 200 canales, asi como

Fig. 4 Transpondedor de modo dual.

Comunicaciones Eléctricas * No 5OJ4 * 1975 315

,

Equipo de precisih DME

Fig. 5 Interrogador de modo dual.

un DME convencional de navegacih.. Para navegacih de crucero, el pane1 de control seleccionara el codificador y decodificador de impulsos pareados y la unidad trabajara como un DME convencional. Para funcionamiento como MLS se seleccionarh el codificador y decodificador de fase. Los circuitos de determinacih precisa de distancias que proporcionan la precish DME requerida para ei MLS se utilizara en cualquiera de 10s modos de funcionamiento. Ademas, todos 10s otros circuitos, incluido antenas, receptores, transmisores y sintetizadores de frecuencias, son comunes a am-

0’ I Il111 5000 10000 20 000 SI 000

IMPULSOS ERRATICOS CtlOlFICADOS EN FASE OME!MtS POA SEGUNDO

Fig. 6 Nivel para el que se pierde eI enchvamiento DME como funcibn de la interferencia DME/MLS.

bas modos. Par 10 tanto, la funcih MLS se puede afiadir a un DME con una cantidad minima de complejidad adicional.

Resultados obtenidos

Puesto que 10s sistemas ICAO no responden a 1aS seiïales del sistema DME/MLS y viceversa, nuestro método de prueba se ha dirigido a la determinacih del nhmero y nivel de impulsos DMEIMLS que producen el comienzo de interferencia con la recepcih de impulsos tipo ICAO en un sistema ICAO.

La figura 6 muestra resultados tipicos obtenidos en las pruebas de funcionamiento de 10s interrogadores DME, en presencia de impulsos codificados en fase DME/MLS interferentes. El nivel y frecuencia de repeticih de las sefiales DME/MLS fueron variados, para determinar 10s efectos que pudieran tener sobre la precisih y para fijar fos niveles para fos cuales las unidades no podian adquirir o mantener el bloqueo sobre la sena1 DME deseada. Na se notd efecta sabre la precisih y, como puede verse en la figura, se nece- sitaron niveles extremadamente altos y altas frecuencias de repeticih de las seFiales interferentes antes de que afectasen a1 funcionamiento del equipo. El nivel de interferencia que produce cualquier efecto tiene un orden de magnitud varias veces superior a cualquiera de 10s esperados en funcionamiento. Normalmente, en cuaiquier canal, 10s impulsos DME/MLS no pasarin de 3000 por segundo y se transmitiran a un nivel sustan- cialmante inferior a 10s del sistema DME/ICAO. Por 10 tanto, todos 10s interrogadores probados funciona- rhn y aim tend& un mkgen considerable sometidos a estas condiciones de interferencia. Incluso el NARCO UDI-4 que es un equipo antiguo que Gene un detector super-regenerativo sin decodificador de pares de impulsos, dispone de un amplio mhrgen en estas condi-

l-

1 -

-

I-

l-

, -

l- 5000 10000 20000 50000

IMPULSOS ERRATICOS CODIFICADOS EN FASE DME/:rlLS POR SEGUNDO

Fig. 7 Nivel para el que se pierde e1 enclavamiento del TACAN en funcibn de la interferencia DME/MLS.

316 Comunicaciones Eléctricas * No 5014 . 1975

Equipo de preciskin

35

25 1000 5000 10000 20 000 50000

IMPIJLSOS ERRATICOS COOIFICAOOS EN FASE DMEIMLS POR SEGUNDO

Fig. 8 Eficiencia de contestacion del haz AN/URN-20 en funcion de la interferencia DME/MLS.

ciones de interferencia. La figura 7 muestra resultados similares obtenidos con dos interrogadores TACAN.

Pruebas similares realizadas sobre un transpondedor TACAN, como se muestra en la figura 8, indican que se necesitan 20.000 impulsos DME/MLS por segundo (en canal) a un nivel 50 dB por encima del umbral del haz para que se produzca una pérdida signifi- cativa. Esta condition, nuevamente, esta muy por encima de 10 que se puede esperar.

ConclusiiPn

Un sistema de precision DME codificado en fase para MLS ha demostrado que proporciona: - todo ei funcionamiento especificado para el MLS, - Compatibilidad total con DMEIICAO,

un plan sencillo de canales utilizando 10s controles -DDE cabina existentes.

Agradecimiento

Las medidas descritas se realizaron mediante un subcontrato de la US Federal Aviation Administration a través de Vitro Laboratories [3] y gracias a1 entusiasmo de Joseph DelBalzo de la FAA y de James Freund de Vitro a quienes ofrecemos nuestro agradecimiento. Debemos también nuestro agradecimiento a

Narco Scientific Industries por el préstamo de 10s interrogadores DME.

Referencias [l] Anexo 10 de las Conventions of International Civil Aviation

Organization Stan\dards and Recommended Practices: Aero- nautical Telecommunications 1971.

[2] Informe Final de Radio Technical Commission for Aeronau- tics Subcommittee SC-117, DO-148, octubre 1970.

[3] Analysis and Experimentation on Lx-Band for MLS: Informe final; ITT Avion&, Nutley, New Jersey, Contract VL-SC- 1150, julio 1975.

Sven H. Dodington es consulter ,del Departamento Técnico de ITT Headquarters en Nueva York. Nacio en Vancouver, B.C., Canada en 1912 y obtuvo el Grado AB en la Universidad de Stanford en 1934. Desde 1935 a 1941 trabajo en Londres, Inglaterra, en el desarrollo de transmlisores y receptores de television y participa en el trabajo del US National Television Standards Committee que establecio las actuales normas de TV monocromatica. Se incorpora a ITT en Nueva York en 1941 y durante la segunda guerra mundial, se especializo en contramedidas para radares de a bordo del tipo de enmascaramiento. Des- plazado a 10s nuevos laboratorios de Nutley en 1945, se especializo en ayumdas a la navegacion, introduciendo control a cristal en la banda de 1000 MHz; desarrollo el primer DME utilizado por las lineas abreas y participo en la invencibn del sistema de navegacion TACAN. Ha registrado del orden de 40 patentes.

Es miembro del Institute of Electrical and Electronics En- gineers y ha sido jefe national de 10s grupos IEEE sobre Elec- tronica Aeraespacial y Navegacional (1962-63) y de Sistemas Electronicos Aerospaciales (1966-67). Durante varios aÏios ha sido Consejero Técnico de RTC4 y consulter para NASA. Es miembro del Institute of Navigation y Associate Fellow del American Insritute of Aeronautics and Astronautics.

Arnold H. Lang es el Director de la Secci& de Ingenieria de ITT Avionics en Nutley, New Jersey, y responsable de 10s sistemas DME y TACAN. Nacio en Hackensack, New Jersey, en 1932. Recibid su grado BS en 1954 y el MS en 1960, ambos en el Stevens Institute of Technology en Hoboken, New Jersey. Se incorporb a 10s laboratorios ITT de Nutley, New Jersey, en 1954, donde trabajo primeramente en el diseno de sistemas de guia de cohetes. Posteriormente, fue responsable de la ingenieria de sistemas de telemedida e instrumentaci& de prueba de alcance de cohetes de una serie de instalaciones. Desde 1969, Mr. Lang ha sido responsable de la ingenieria de todos 10s sistemas DME y TACAN, incluyendo tanto 10s equipos de tierra como 10s de a bordo, en ITT Avionics.

Jesse S. LeGrand nacio en Doe Run, Missouri, en 1916. Ob- tuvo el grade BS en Ingenieria Eléctrica en la Universidad de Missouri, Rolla, en 1938. Estuvo empleado en la Aluminum Company of America, Bendix Radio Corporation, Stewart- Warner Corporation, US Engineer Department y Air Force Technical Schools antes de incorporarse a ITT en Nueva York en 1942. Actualmente es miembro principal del Staff Técnico de ITT Avionics, Nutley, New Jersey. Mr. LeGrand es miembro del IEEE. Tiene registradas 11 patentes. Sus responsabilidades mas recientes est& en el campo de la ampliation del espectro y la compresion de impulsos.

Comunicaciones Eléctricas * No 5014 . 1975 317

El sistema de ayuda de aproximaci~on y aterrizaje SETAC” proporciona una informacion de alta precision para guia de aeronaves en la etapa de aterrizaje dentro de un amplio volumen de cobertura. La estacion terrestre SETAC-A entrega una informaci6n muy precisa de angulo sectorial horizontal, y la estacilon terrestre SETAC-E proporciona information de elevacion. El perfil de aproximacison 10 puede seleccionar el piloto a bordo de la aeronave.

K. D. ECKERT Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Reptiblica Federal de Alemania

Introducci6n

En la segunda mitad de 10s años 60, 10s expertos militares evidenciaron la necesidad de desarrollar e instalar ayudas modernas de aproximacison y aterrizaje. La definicion resultante de 10s requisitos operacionales (elaborada por un grupo de trabajo de la NATO) constituyo la base para el desarrollo del sistema SETAC”. Requisitos necesarios fueron alta calidad en la cobertura, precision, integridad y seguridad, asi como una aplicabilidad tactica y una eficiente economia tan altas como fuese posible. Ademas, la ayuda de aproximacion y aterrizaje a desarrollar debia ser utilizable por diferentes tipos de aviones, tales como STOL, CTOL y helicopteros.

Diseiio del sistema y flujo de la information

La ayuda de aproximacion y aterritaje SETAC SEctor-TACan) es un sistema, por decirlo asi, de com- puto a bordo. Esta basado en el sistema de navega- ci86n de encaminamiento TACAN [l], usado extensivamente por aviones de las Fuerzas Aéreas de la NATO. Las frecuencias y anchuras de banda son idén- ticas, el formato de la sefial es bastante similar, 10 que permite la utilizacion del mismo receptor de a bordo TACAN también para navegacilon de encaminamiento. Esto ilustra una de las notables ventajas del sistema SETAC.

El sistema consta de tres componentes: - la estacion terrestre SETAC-A - la estaci’on terrestre SETAC-E - la unidad de a bordo SETAC incorporada a una

unidad de a bordo TACAN, preferiblemente MITAC-. En la figura 1 se muestra la instaiacion terrestre de

10s componentes SETAC y el flujo de informaci,& entre las diversas partes del sistema.

El corazson del sistema SETAC es la estacion terrestre SETAC-A. Instaiada detras del final de la pista de aterrizaje, s’u principal funcion es Ilenar el volumen de cobertura necesario con informaci’& azimutal. La estacion terrestre SETAC-A transmite dos tipos de informaci~on azimutal: la information azimutal real, transmitida omnidireccionalmente, Ilamada SROB (de Short Range Omnidirectional Beacon, es decir Radio- faro Omnidireccional de corto alcance) y la informaci& angular de sector, transmitida a través de un sistema horizontal de antenas de gran base, dando asf una guia horizontal muy precisa dentro de un sector de & 25O, simétrica respecto a la linea central de ate-

‘i Marca registrada del sistema ITT

318

Tabla de #abreviaturas

AGC Cat. II CTOL ICAO MA MITAC PDME SIE SETAC SROB STANAG STOL

- Control automhtico de ganancia (CAG) - Categoria II - Avion de despegue y aterrizaje convencionales - Organizacih International de Aviacih Civil - Modulaci6n de amplitud - Micro-TACAN - Equipo de a bordo - Equipo de medida de distancia de precisih - Unidad transpondedora - TACAN de sector - Radiofaro omnidireccional de corto alcance - Acuerdo de normalizazih - Avion de despegue y aterrizaje en corto espacio

rrizaje prolongada. Lo ultime da nombre a1 sistema SETAC (SEctor-TACan) debido a que la seña angular de sector tiene un verdadero caracter TACAN.

La estacion terrestre SETAC-A soluciona tres problemas adicionales: - contiene un transpondedor para medida precisa de

distancias (PDME) [2]; - el formato de la sefia multiplex por division de

tiempo utilizado permite un enlace de datos tierra- aire (capacidad aproximada, 2,5 kbitios/s), equipada la estac& terrestre SETAC-A con el terminal de tierra necesario.

- Las se6ales transmitidas por el SETAC-A se reciben en la estacion terrestre SETAC-E, sincronizando asi la transmision de 10s impulsos SETAC-E que se utilizan para la determinacion de elevacion mediante la unidad de a bordo SETAC. La estaci~bn terrestre SETAC-E (E de elevacion)

instalada (de acuerdo con las reglas del anexo 14 de la ICAO) en el punto de aterrizaje, fuera de la pista, su-

Fig. 1 Flujo de informaci& en el sistema SETAC. A-E = SETAC-A a SETAC-E


SETAC

‘ministra el volumen de cobertura con informacion de elevacion (Fig. 1). Sincronizado con 10s impulsos recibidos de la estacion terrestre SETAC-A, el SE- TAC-E transmite impulsos en el modo multiplex por division de tiempo con el SETAC-A en el mismo canal TACAN, que después del apropiado tratamiento por la unidad de a bordo SETAC conduce a la informacion de elevaci,&. La antena SETAC-E, un conjunto vertical de 20 Â (compuesto de 40 antenas sepa-

A radas -, mas una antena de referencia) transmite estos

2 impulsos secuencialmente. Los impulsos de referencia TACAN radiados por la antena SROB de la estacion terrestre SETAC-A y recibidos por el receptor SE- TAC-E forman la trama de sincronizacion de todos 10s impulsos transmitidos por ambas estaciones terrestres SETAC. Esto determina el régimen de informacion primario ofrecido a1 equipo de a bordo SETAC a partir de la informacion de elevaci& y angulo de sector del SROB.

La unidad de a bordo TACAN (preferible MI- TAC), combinada con el accesorio SETAC, forma la instalacion de a bordo SETAC requerida [2]. Mientras que la unidad de a bordo MITAC evalua la informaci& azimutal SROB (radiada omnidireccionalmente por la estacion terrestre SETAC-A), transmite tam- bién senales de interrogaci& PDME y evalua las respuestas PDME procedentes del SETAC-A (a través de la antena SROB). Las restantes sefiales SETAC (angulo de sector y elevacion) se evaluan por la unidad de a bordo SETAC.

Para este fin, el sistema MITAC entrega las sefiales demoduladas recibidas de las estaciones terrestres SE- TAC y otras varias sefiales de interconexion a1 equipo de a bordo SETAC, compuesto del accesorio SETAC y de la unidad de control SETAC. El accesorio SE- TAC consta de una parte analogica y de otra procesadora. La parte analogica maneja las sefiales de entrada a1 accesorio SETAC procedentes del MITAC, de la unidad de control SETAC y del adaptador del avion, asi como las transmitidas a 10s indicadores apropiados u otros usuarios. La parte procesadora (un ordenador digital de coma flotante con frecuencia de reloj de 3,2 MHz), ejecuta el proceso de sena real para eva- luac& de la informacion de azimut y elevacion. En el diseno de la unidad de a bordo SETAC hay que considerar también otros parametros: el pequeno VO- lumen limitado, de unos 6 drr?, el consuma de potencia no superior a unos 100 vatios y la capacidad de cumplir 10s requisitos ambientales de acuerdo con la especificacibn MIL-STD-810 B.

La medida de azimut y distancia con el sistema SETAC-A

Las secciones siguientes describen 10s componentes del sistema SETAC y sus funciones. La estacion terrestre SETAC-A, como Corazon del sistema, proporciona, no ~8010 informacimon de guia, sino que también genera y transmite la trama de reloj mediante el que es sincronizado el formato de la senal SETAC. Esto se

realiza mediante la transmis& de impulsos TACAN de referencia, principales y auxiliares, y por Ia secuencia de 10s llamados impulsos aleatorios, bien conocidos en el TACAN y definidos en el STANAG 5034, que llevan la informaci’& de guia transmitida SROB y el angulo de sector.

Como anteriormente se ha mencionado, la estac& terrestre SETAC-A radia dos tipos de informaci& de guia horizontal mediante dos sistemas de antenas independientes. En primer lugar, se discutira la informacion de angulo de sector, hists&icamente las mas antigua, que da una informaci& de guia horizontal conica y precisa mediante el uso de un sistema de antenas de amplia base dispuesto horizontalmente [5]. El principio utilizado es el siguiente: Dos antenas iso- tropicas separadas aproximadamente una longitud de onda y alimentadas por idénticas senales de RF, generan un diagrama de radiacion de intensidad de campo de cuatro lobules en el plano H. Al cambiar la fase de la sena RF de alimentacion de una de las antenas continuamente con respect0 a la otra, por ejemplo, introduciendo una diferencia de frecuencia, el diagrama de cuatro ldbulos aparenta entrar en rotacion. Un observador situado en el campo de radiacion vera un cambio periodico en la intensidad de campo que tiene la frecuencia diferencia. Si el formato de la sefial transmitido esta de acuerdo con 10s requisitos del TACAN (STANAG 5034) y la frecuencia diferencia elegida es de 15 H7: en este caso, la sefial observada en el campo radiado corresponde a la sefial aproximada del TA- CAN de 15 Hz. Una diferencia es importante: se alcanza un cambio de pase de 360’ de la seGaI MA de 15 Hz en esta disposici’on dentro de un cierto sector geografico, cuya anchura viene determinada solamente por la separaci’&a de las antenas radiantes (medida en longitudes de onda). Ver figura 2. Con respecto a 10s impulsos de referencia transmitidos omnidireccionalmente, la fase de la sefial MA de 15 Hz puede utilizarse para determinacion de angulos en la forma conocida por el principio TACAN. La relation del angulo de fase eléctrico a1 angulo geografico es 1 para el TACAN normal y se incrementa a diez aumentando la separaci’on entre las antenas de frecuencia lateral y portadora SETAC, con 10 que se obtiene una anchura de sector principal de 36’. Esto significa que un cambio de kngulo de fase de un grado corresponde a un cambio angular en el lugar de observacibn de O,l”. De esta manera, se consigue una informacion de guia horizontal muy precisa (error del sistema + O,l”, 1 0). La componente 135 Hz es necesaria también con objeto de obtener la precision deseada utilizando circuitos de evaluacion TACAN normal y para suprimir las reflexiones de obstkulos y del suelo, utilizando a1 efecto un dispositivo de antenas de base amplia (15,6 1). Esto, por otra parte, conduce a una ambigüedad de la informacion de guia horizontal debido a1 diagrama de radiacion de lobules multiples utilizado. El problema de la ambigüedad se resuelve mediante una information de azimut real adicional de cobertura omnidireccional (azimut SROB).

Una antena instalada en el centra de la estacion


SETAC

DOSLE 016R:lM “,AFRLMb ni P”RT40”R>Z OWRM EN ocno “UNI”IRKCI”NbL CPAMOIDE

Fig. 2 GeneraciOn de la informacih de SROB y de hgulo de sector.

a) SETAC-A, medida aproximada y precisa de la sefia de hgulo de sector.

b) Generacih de seÎiales SROB.

terrestre SETAC-A, a una altura de unas 5 X, genera un diagrama cardioide que gira a 15 Hz, transmitiendo de este modo una seBal aproximada TACAN que cubre 360” sin ambigüedad, pero con un error de i 5O (1 0). La antena esta formada por cuatro antenas monopolo instaladas ortogonalmente en una abertura de bocina simétrica circularmente que transmiten impul- SOS de forma TACAN en modo multiplex por divis& de tiempo con seiïales angulares de sector e impulsos de referencia validas para la informacih SROB, asi como para la informacih de hgulo de sector. La antena SROB no tiene parte alguna mhil meczhicamente. El diagrama cardioide giratorio se genera alimentando 10s monopolos por pares con se- Gales de doble banda lateral de 15 Hz que tienen envolvente de seno y coseno y mediante alimentacih simulthea y adicional de 10s cuatro monopolos con la sefial portadora de RF, como se indica en la figura 2.

Ademis, la antena omnidireccional SROB se utiliza como antena transpondedora para fines de PDME. Con objeto de conseguir una funckh DME de precisi&, la estacih terrestre SETAC-A estabiliza el tiempo de retardo del transpondedor mecliante un sistema de impulsos piloto, reduce 10s efectos de caminos mhltiples en el PDME mediante sincronizacion dl . ’ e primer lmpulso y est& equipado con un circuito de control automatico de ganancia (CAG) especifico ‘“impulso a impulso”. En cooperacih con una unidad de a bordo TACAN que tiene similares cualidades (MITAC), el sistema PDME proporciona informaci,& precisa de distancia a bordo con errores de i 30 m a k 40 m, dependiendo de las condiciones de trans-

. *, mision.

La figura 3 muestra la mecanizacihn de la estacih terrestre SETAC-A. Un armazh, en forma de caja transportable mediante ruedas, tiene dos brazos movi- bles provistos de las antenas ‘de hgulo de sector y de 10s correspondientes tables de RF. En la parte superior del armazh, se instala la antena SROB sobre un tubo giratorio para fines de ajuste. La caja del armazh contiene dos unidades transmisoras,/receptoras SETAC-A (estacih dual), el terminal del1 enlace de datos tierra- aire SETAC, un compartimento para el monitor de campo, las antenas de hgulo de sector y 10s accesorios utilizados en la versih transportable. La estackh terrestre SETAC-A requiere un suministro de energia de 24 V, CC (k 20 %) y disipa unos 280 vatios.

Determinacih de la elevaci& con el sistema SETAC-E

La estackh terrestre SETAC-E proporciona infor- mach de elevaci& entre + 1’ y, a1 menos, 60’ de manera que el piloto a bordo del avi~ch, en etapa de aproximackh, puede seleccionar el camino de descenso deseado. En principio, la determinackh de elevacih viene dada por la medida de diferencias del camino de transmision, que se obtienen de selales transmitidas por diferentes antenas de la antena SE- TAC-E, dispuesta verticalmente (Fig. 5a). Las sefiales recibidas experimentan interferencias producidas por secales de caminos m;ltiples, en particular por las re- flejadas en el suelo. La superposicih de las sefiales directa y de camino m;ltiple da como resultado una medida errhea de las diferencias del camino de transmis& a bordo del avion, que no son de fkil correc- cih. El sistema SETAC soluciona este problema utili-

2

5

Fig. 3 Estac& terrestre SETAC-A. 1 - Antenas de hgulos de sector 2 - Antena SROB 3 - Unidad transmisora-receptora 4 - Terminal terrestre del enlace de datas 5’ - Compartimiento de accesorios


SETAC

zando un proceso matematico para la generacison de 10s llamados diagramas virtuales de radiacGn. Se alimenta un conjunto lineal de antenas, que consta de varias antenas isotrdpicas, simultaneamente con senales de idéntica frecuencia, fase y amplitud, obtenién- dose un cierto diagrama de radiation que depende solamente de la separacion de las antenas y de la longitud delconjunto lineal. Cambiando la fase y la amplitud de las sesales de alimentacGn de las antenas iso- tropicas, puede obtenerse casi cualquier configuration de diagrama. Esta consideraciones forman la idea basica de 10s diagramas virtuales. Un sistema de trans- misison que conste de transmisor, sistema de alimentaci’& de antena, conjunto de antenas, medio de transmis&, antena receptora, receptor y circuitos de evaluacion es un sistema complementario que permite transferir a la parte evaluadora del sistema receptor, ciertos procesos de conformaci’on del haz, normalmente realizados en el transmisor (mediante cambios en la fas,e y la amplitud).

El conjunto de antenas transmite secuencialmente senales idénticas de antena a antena que se reciben y miden en el equipo de a bordo. La seccion evaluadora del receptor, mediante ponderacion ‘de la amplitud y fase de cada sefial recibida, crea un diagrama de radiacion virtual producido por el receptor, ta1 como 10 veria éste, pero que no se transmite desde la antena de la estaci’on terrestre. De esta manera, la caracteristica de transmis& no ha cambiado. Con la ayuda del procesador, que es parte de la unidad de a bordo del SE- TAC, puede construirse cualquier diagrama de antena deseado con la ventaja de adaptarse de forma optima a la finalidad requerida. Estos diagramas calculados se llaman diagramas virtuales porque no existen en la realidad [4].

Por 10 que respecta a1 SETAC-E, estos diagramas son preferidos ya que no iluminan el suelo o solo en cantidad minima, 10 que permite la determinac& de pequenos angulos de elevacion sin efectos importantes e interferencias procedentes del suelo. Natural-

Fig. 4 Estacihn terrestre SETAC-E 1 - Antena SETAC-E z - Unidades transmisora-receptora transportables

AL RECEPTOR DE A BORD0

\

\

----- ---

7 ///////\ / /A

Fig. 5a SETAC-E Principio de la medida de elevacih

Si-Se - Centros de graveda,d de transmision D - Separacion de 10s centras de gravedad 9, - Elevaci& x - Diferencia del camino de transmision

mente, este tipo de transmision no ocasiona limitacion de la cobertura como hubiera ocurrido con un proceso real comparable de formacion del haz.

La estacion terrestre SETAC-E se dise% de acuerdo con estas consideraciones. Las partes principales son el conjunto de antenas de 6 m de altura y la correspondiente unidad transmisora/receptora (Fig. 4). Las antenas se instalan en un mastil de section triangular, formado por tres secciones separables. De acuerdo con 10s requisitos de movilidad, este conjunto puede ins- talarse y ajustarse en media hora, aproximadamente. El mastil contiene 10s tables de RF, 10s dispositivos de conmutaclon de RF, 10s circuitos de supervision y control, asi como la unidad de conmutaci’on de antena; est0 se muestra esquematicamente en la figura 5b.

Iniciados por las secales SETAC-A, recibidas por una antena especial, situada detris del mastil de antena SETAC-E, la estaci’on terrestre SETAC-E transmite, 15 veces por segundo, 40 impulsos idénticos, un impulso a través de cada de las 40 antenas de medida. La unidad de a bordo SETAC determina el camino de transmision entre cada una de las 40 antenas de medida y la antena receptora de a bordo, con respecto a1 camino de transmis& ëntre la antena de referencia


SETAC

RNTENA NO EXCITADA

RFARENCIA

lg= FRECUENCIA DEINTERROGACIDN OETIERRA fa- FRECUENCIA DE RESPUESTA OE TIERRA

l ANTFNA DE SEQALES DE RESPUESTA SINCRONIZACION

PARA Et PROCEDENTES SETAC-A DEL SETAC-A

SECCION

SUrEYR MASTIL I

RESPUESTA AL SETAC-A

SECCION MEDIA DEI

YASTIL

R'PO'ED' 2

Fig. 5b SETAC-E Diagrama funcional de la antena SETAC-E

de la antena SETAC-E (la inferior) y la antena receptora de a bordo. El equipo de a bordo SETAC regis- tra adicionalmente las amplitudes de las senales de referencia y cada una de las sefiales de medida. La transmision se realiza con la ayuda de una frecuencia despla- zada 100 kHz anadida a1 impulso de portadora de 31,5 ,US a intervalos especificos, como se indica en la figura 5b, a través de la antena de referencia y medida. La portadora es radiada por la antena de referencia solamente. Este proceso permite la determinacion de amplitudes y diferencias de fase de acuerdo con 10 requerido por el calculo de diagramas virtuales, mantenimiendo la comunicaci& multiplex por division de tiempo con las sefiales SETAC-A y la sincronizacion de antena y ciclo con 10s impulsos del SE- TAC-E.

La determinacion de la elevacion se realiza ahora mediante una simple relac$n geométrica, como se indica en la figura 5a. A este respecto, son de importancia fundamental dos puntos. En primer lugar, la determinacion de la distancia x, realizada por una medida de diferencia de fase, debe hacerse sin ambi- güedad y, en segundo lugar, 10s I’obulos de radiacion de 10s centras de gravedad de las antenas SI y S? deben ser taNles que se evite la iluminacion del suelo.

322

Mientras que el primer requisito puede conseguirse facilmente, el segundo ha de lograrse aplicando el sistema de determinacion del diagrama virtual a1 procesador que forma parte de la unidad de a bordo SE- TAC. El proceso se realiza en dos etapas. - 1” etapa:

Determinacion aproximada de la elevacion a bordo del avion utilizando un diagrama vireual de unas 70’ de cobertura de elevacion. El resultado estara fuertemente afectado de reflexiones en el suelo debido a que este diagrama solo permite una pequena reduccimon de la iluminacion del suelo.

- 2” etapa: Obtention de un diagrama virtual que tiene solamente una anchura de haz de 6O, cuyo maxima esta orientado a la elevacion resultante de la etapa 1. Este diagrama virtual estrecho permite ahora una supresion suficiente de las reflexiones en el suelo. Las repeticiones alternadas de ambas etapas dan

como resultado una’ exploracion con haz estrecho si el receptor cambia su elevacion con respecto a la estacion terrestre consiguiendo de esta manera una supresion continua de las reflexiones en el suelo y optimi- zando la relation sefial a ruido en las senales recibidas.


SETA

Fig. 6 Unidad de a bordo SETAC 1 - Parte analogica 2 - Parte procesadora 3 - Alimentation

Funcih y disefio de la unidad de a bordo SETAC

La unidad de a bordo SETAC se ha disefiado como un aditamento a la unidad de a bordo MITAC del TACAN, formando el nuevo equipo de a bordo TA- CAN, MITAC-M-D/A. La unidad de a bordo SETAC ha de realizar las siguientes funciones: - Establecer la necesaria interconexion con la unidad

transmisora/receptora MITAC, con la unidad de control SETAC y con el avion.

- Realizar todos 10s procesos de decodificaci,on necesarios.

- Generar las necesarias sefiales de control automatico de ganancia y 10s correspondientes impulsos de conmutacion para el amplificador receptor.

- Realizar medidas de amplitud y fase. - Determinar la information angular de sector. - Realizar el calculo de elevaclon con la ayuda del

proceso de diagrama virtual. - Conseguir una information de azimut sin ambi-

güedad, utilizando informaci80n SROB y de angulo de sector.

- Controlar las sefiales validas y de alarma. El procesador de a bordo SETAC es un ordenador

digital completo disefiado en arquitectura paralela que trabaja en modo de coma flotante (exponente - 16 a + 15, mantisa - 1 a + 1). La longitud de una palabra es de 18 bitios, con una resolucion de 12 bitios y la frecuencia del reloj es de 3,2 MHz. Las operaciones matematicas, la mayor parte de las cuales de tipo tri- gonométrico, se controlan mediante un micropro-

Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975

grama. La memoria de programa es una memoria de lectura solamente (ROM) con capacidad de 2,5 kbitios, mientras que como memoria de registro de acceso ri- pido se utilizan memorias de acceso aleatorio (RAM) con capacidad de O,5 kByte.

Para el diserio modular de la uniciad SETAC, la separacion en una parte analogica instalada en la parte central de la caja y en una parte de procesador, situada en su parte posterior, ha resultado muy adecuada, como se muestra en la figura 6. El tercer gran modula es suministro de energia, montado en la parte frontal de la unidad SETAC, de facil sustitucion (volumen 0,6 dm 3 115 VI400 Hz1100 VA). La alta concentracion de equipo necesaria (unos 2100 componentes, 1000 de 10s cuales son activas y contenidos en un volumen de un 4,5 dm3) exigieron un cuidado especial para resolver 10s problemas mecanicos, particularmente en 10 que se refiere a la elecci~on de la tecnologia de 10s semiconductores, con objeto de soslayar el correspondiente problema de disipacion del calor. Esto se consiguio utilizando la tecnologia de bajo consuma CMOS con envase plano de CI montados parcialmente en tarjetas de circuito impreso multicapa.

Tabla 1 - Parametros del sistema SETAC

Tipo de informacion

Jlevacidn SETAC-E)

inIgulos rorizontales SETAC-A)

SROB

-

E (

1 t (

P SI

1 C

(

-

qulo de xtor

dedida de listancia PDME SETAC-A)

Volumen de cobertura

horizontal: + 70° simétrica a la Iinea central de aterrizaje prolongada vertical: + 1’ a + 70° de elevacion alcance: 15 méllas nauticas (28 km

horizontal: 360=’ vertical: 7000 m (20.000 pies) alcance: 30 millas nauticas

horizontal: + 1P simétrico respect0 a la Linea central polongada, ampliada a -t 25 mediante proceso con ordena,dor vertical: + 1” a 70~ de elevacion alcance: 20 millas nauticas

como con SROB

T - )

Error del sistema la

f 0,1°

t O,lO

l - *30ma1:40m dependiendo de las condiciones de transmision

SETAC

Resultados del desarrollo y aplicaciones

El sistema SETAC ha pasado casi su fase de desarrollo: las Fuerzas Aéreas alemanas planean introducir el servicio en 1978. Permite aproximackh y aterrizaje en condiciones atmo;sféricas adversas, a1 menos de acuerdo con la CAT. II de la ICAO para diferentes tipos de aviones militares, pudiendo insta- larse en un aeropuerto 10 mismo que en un lugar tactico de aterrizaje. Como miembro de la familia TACAN, el sistema SETAC utiliza todas las ventajas técnicas, economicas y logisticas que’ ofrece un sistema de aviation integrado [3].

El sistema SETAC proporciona informaci& de guia de alta calidad. La tabla 1 indica 10s parametros del sistema.

Una particular ventaja economica del sistema SETAC es el uso comtin del receptor de a bordo TACAN para navegac& de encaminamiento, asi como aproximaci6n y aterrizaje mediante el SETAC. Ademas, el sistema SETAC ofrece un enlace de datos tierra aire de 2,5 kbitiosls.

El procesador de a bordo SETAC utilizado para evaluaci6n de la sefial SETAC proporciona la notable oportunidad del multiple uso del equipo de a bordo SETAC y en particular del procesador de a bordo SETAC, por ejemplo, para realizar funciones de navegac& de area. El procesador de a bordo SETAC se utiliza solo aproximadamente el 10% del tiempo que dura una mis& (durante la aproximaci6n y aterrizaje), como funcion para la que ha sido diseriado. El tiempo restante, el procesador puede resolver otros problemas, por ejemplo, en union de un sistema de

navegacion Doppler, puesto que el diseGo del procesador; respecto a programas y equipos, permite estas posibles aplicaciones adicionales. Estas consideraciones muestran la amplitud del espectro de aplicaciones del sistema SETAC y en particular de la unidad de a bordo SETAC.

Agradecimiento

El sistema SETAC se ha deiarrollado bajo contrato del Ministerio de Defensa aieman. El autor quiere agradecer a todos 10s departamentos gubernamentales implicados su excelente colaboraci6n y apoyo.

Referencias [l] E. Kraar: Funksysteme fiir Ortung und Navigation; Kohl-’

hammer-verlag, Stuttgart, 1973. [2] H. Vogel, Jo C. Joguet: MITAC - Nuevo equipo TACAN

miniatura; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 50 (1975), N” 4, pigs. 289-293 (en este numero).

[3] M. Bohm: Famiiia dc sistemas TACAN; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 50 (1975) N” 4, pags. 273-277 (en este numero).

[4] K. Kohler: Métodos de localizacion por sintesis con diagramas de radiaci& virtuales; Comunicaciones Eléctricas, vol. 48 (1973) N” 3, p.!igs. 319-324.

[5] C. W.Earp, E. Kramar: Patente alemana N” 159.1610 de 31. 5. 1967, Sektor Drehfunkfeuer.

[6] K. D. Eckert, H. J. Roper: Das Anflug- und Landesystem SETAC; Funktechnik 1972, N” 21, p&s. 777-781.

Klaus D. Edtert naci en 1932. Estudi6 de 1953 a 1959 electrotecnica en la Universidad Técnica de Berlin. En 1965 se incorpor6 a Standard Elektrik Lorenz AG, como ingeniero de diseno en el grupo de navegacion. Desde 1968 trabajo en sistemas de ayuda de aterrizaje. En 1970 fue jefe de un departamento de desarrollo y jefe del programa técnico del proyecto SETAC.

324 Co,municaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975

El Gobierno del Reino Unido esta sometiendo a la ICAO el sistema Doppler de guia de aterrizaje por microondas como posible sucesor de ILS. Las pruebas detalladas del prototipo del sistema ML§ Doppler han demostrado que es capaz de cumplir 10s rigurosos requisitos de la nueva generacion de 10s sistemas de guia de aterrizaje. Ademas, se puede adaptar facilmente para cumplir las exigencias cambiantes en 10s proximos 40 aiïos.

P. K. BLAIR C. P. SANDBANK Standard Telecommunication Laboratories, Harlow, Reino Unido

Introduction

El desarrollo del sistema de microondas Doppler para guia de aterrizaje (DMLS, de Doppler Micro- wave Landing Guidance System) ha tenido lugar cpmo parte de un programa international organizado por la ICAO para llegar a un acuerdo sobre el sucesor del sistema ILS. El ILS de VHF-UHF, adoptado por la ICAO en 1949 como sistema patron de aterrizaje y aproximacion se ha desarrollado ampliamente hasta llegar a su estado actual, en combinac&n con radio- altimetros y autopilotos, para aterrizajes completamente a ciegas (“manos libres”). Los trabajos Ilevados a cabo en companias de ITT, especialmente STC y SEL, han contribuido notablemente a este desarrollo [l, 21. Aunque el sistema ILS ha proporcionado un excelente servicio y seguira como una ayuda recomen- dada por la ICAO hasta a1 menos 1985, el desarrollo de la aviaci,on y 10s modelos previstos de operaciones en 10s aeropuertos justificaron un comienzo precoz del desarrollo de una nueva norma de la ICAO para sustituir la existente ILS. Ademas el ILS tiene algunas deficiencias; es sensible a las condiciones del suelo que a veces se encuentran a alguna distancia del aeropuerto y en algunos lugares no puede obtenerse una calidad satisfactoria. Este articula describe el trabajo realizado en el sistema Doppler MLS para ser some- tido a la ICAO por el Gobierno del Reino Unido.

Facilidades que ha de proporcionar el sistema de aterrizaje de microondas (&ILS)

En 1972, la 7” conferencia de navegacion aérea de Montreal acepto un conjunto de requisitos operacionales para el MLS. Las mas importantes areas, desde el punto de vista de seleccion y desarrollo técnico, en las que el MLS debe diferir del ILS son las siguientes: - cobertura mas amplia y mayores facilidades, - menor sensibilidad a las condiciones del lugar, - mayor capacidad del sistema.

En la tabla 1 se muestra la cobertura que ha de proporcionar el MLS, en comparacion también con la proporcionada por el ILS normal. El significado de la guia de elevacion y azimut proporcional sobre un amplio margen de angulos comparado con el camino de aproximacion unico en linea recta, es que el MLS debera permitir caminos de aproximacion segmentada en la pista. Esto mejorara considerablemente 10s procedimientos de control de trafico aéreo, las rutinas de disminuciton del ruido y permitira un sistema de guia mejorado en aeropuertos, tales como el International

Comunicaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975

de Hong-Kong en el que, debido a1 terreno, debe vo- larse por el camino de aproximacimon indicado en la figura 1.


AWOP - Comision de operaciones en todo tiempo DF - Goniometria (direction finding) DLS - Sistema de aterrizaje con equipo DME DME - Equipo de medida de distancias DMLS - Sistema de aterrizaje por microondas con

efecto Doppler DI?SK - Manipulation por desplazamiento diferencial

de fase FDM - Modulation por division de frecuencia FRSB - Haz de exploracion de frecuencia de

referencia ICAO - Organizacion International de Aviation Civil ILS - Sistema de aterrizaje por instrumentos LED - Diodo emisor de luz MLS - Sistema de aterrizaje por microondas RAE - Royal Air Establishment, UK, una agencia de

las fuerzas aéreas del Reino Unido RF - Radiofrecuencia RTCA - Comision técnica de radio para la navegacion

aérea de 10s EE. UU. STOL - Despegue y aterrizaje cortos TDM - Modulation por division de tiempo UHF - Ultra alta frecuencia vco - Oscilador controlado por tension VHF - Muy alta fre,cuencia

Tabla 1 - Comparaci& de 10s sistemas ILS y &ILS.

Guia azimutal

Guia de elevacion

Medida de distancia

Guia de despegue o de azimut para aterrizrje fallido Guia de descenso

Transmision de daws

-

MLS

Proporcional en un sector de k 40’ (hasta 20 millas n)

Proporcional de 1 a 15O (hasta 20 millas n)

Precision entre f. 6 metros y rt 10 rnerros hasta 10 millas n Proporcional en k zoo (hasta 5 millas n) Disponible a partir de la elevacion de precision 2 y DME Amplia (de identidac y .k rsrado aunos- férico en la pistaj

1

i

ILS

Camino nnico de aproximacion con guia proporcional en un sector de t 4O Camino t?mico de aproximacion con guia proporcional en + 0,3’ Radiofaro de mar- crcion situandose ahora algunos DME a1 lado de ios ILS No prevista

Disponible a partir de altimetros de radar No prevista

325

Doppler MLS

De particular interés es la facilidad de guia del descenso rjpido necesaria inmediatamente antes del punto de aterrizaje. En algunos aeropuertos, el terreno antes del umbral es irregular hasta el punto de que el altimetro de radar no es enteramente satisfactorio en la guia de descenso rapido que proporciona. Esta situa- cimon se espera que mejore grandemente mediante el uso de un método que es independiente del terreno inmediato, es decir, obteniendo la altura del avion a partir de un DME de precisi,on y el angulo de eleva- cison de un radiofaro de precision situado a unos 500 m mas alla del punto de aterrizaje. Las pruebas del sistema Doppler han mostrado que 10s angulos de eleva- cison muy pequefios implicados, pueden medirse mediante un sistema economico en la banda C (5 GHz), mejor que con el costo extra que supone el uso de la banda Ku (15 GHz) como se esperaba por el SC 117, el comité international de RTCA que propuso origi- nariamente el concepto MLS.

Debido a que el MLS tendra una capacidad de trafico de 100 a 200 aviones y a1 menos 200 canales de RF, en paralelo con las dem& facilidades de navegacion, desapareceran 10s problemas actuales de asignacion de canales.

Otra mejora que se espera del MLS reside en su comportamiento bajo severas condiciones de propa- gacion por caminos multiples. Hemos mencionado anteriormente las dificultades del terreno asociadas con el ILS. Siendo un sistema de VHF, tiene inevitable- mente tamafios de abertura restringidas, con una antena de pendiente de descenso que utiliza la imagen de tierra para formar el haz requerido. Con frecuencia es necesaria una nivelacion del terreno y, donde esto no pueda realizarse, puede quedar restringida la calidad o funcionar fuera de especificacion. También producen perturbacion 10s hangares y 10s grandes edificios y estructuras del aeropuerto. La utilizacion de frecuencias de microondas significa que pueden obtenerse mayores aberturas de antena y, por tanto, haces mas estrechos con la correspondiente menor influencia de la ubicacimon. Sin embargo, su comportamiento en

cuanto a propagac& por caminos multiples, se puede consi’derar qui& como el area mas importante en las evaluaciones consideradas, debido a que las grandes aberturas est-an compensadas hasta cierto punto, por el mayor volumen de cobertura y por el hecho de que las reflexiones de microondas tienden a ser de naturaleza mas especular.

Naturalmente, debe transcurrir algun tiempo antes d e que ‘se haga LISO completo de todas las facilidades que el MLS pueda proporcionar, en union con otros desarrollos; la considerablemente mayor flexibilidad para la navegacion en el area terminal es considerada por muchas administraciones como esencial para el manejo del futuro trafico aéreo.

Esquema del programa international MLS

El programa international MLS, actualmente en curso, tiene su origen en el comité especial SC 117, establecido por la RTCA en 1968 para considerar 10s sistemas candidatos a facilitar una gufa de precision para aproximacion y aterrizaje que satisfaga las necesidades de un amplio numero de usuarios. El comité considero muchas técnicas posibles, incluyendo haces de barrido meckico y electronico y principio Dopp- ler. El concepto Doppler fue propuesto por Charles Earp y su equipo en STL y tiene raices sustanciales en el radiofaro de antenas conmutadas y en la goniometria, de larga tradicio’n en ITT [3]. Mas adelante, se revisan brevemente 10s principios del sistema Dopp- ler; en la figura 2 se trata de comparar graficamente las caracteristicas de las principales versiones MLS, actualmente en consideracion.

El caso para el Doppler (Fig. 2a) se justifico ante el comité con la presentacion de algunos primeros resultados de vuelo prometedores, tomados en un sistema en funcionamiento en el aeropuerto de Stansted [4] que trabajaba en la banda L con una abertura de 29 longitudes de onda. El comité recomendo proseguir el desarrollo tanto para el Doppler como para el haz de barrido de la frecuencia referencia (FRSB, de

NUEVOS TERRITORIOS

Fig. 1 Rumbos de aproximacih a1 aeropuerto de Hong-Kong.


Frequency Reference Scanning Beam), figuras 2b y 2c, y propuso formatos de sefia detallados.

Siguiendo las conclusiones del SC 117 en octubre de 1970, 10s gobiernos del Reino Unido y de USA comenzaron un amplio programa de desarrollos de 5 afios, determinando proceder a través de etapas de analisis técnicos, demostracis6n de factibili-dad, evaluaci& del equipado del prototipo y preparacion de la

ANGULO 0100 POR LA (a) FRECUENCIA EN CUALQUIER

PUNTO DELSCCTOR CUBIERTO

BARRIDD SOBRE ULCOSEKTURA

Et AVION DECODIFICE LA IDENTl040 DEL HA

BARRI00 SOBRE

HA2 UNICO BARRI00 DE UN LAO0 A OTA0

Fig. 2 Caracteristicas basicas de 10s sistemas MLS fundamentales consideradas por ICAO.

a) Doppler. b) Haz de explonacion electrbnica de la frecuencia referencia. c) Haz de exploration meckica de la frelcuencia referencia. ,d) Haz de exploration ,de referencia de tiempo. e) MLS calculado en tierra.

Doppler MLS

production, tomando una decisi’on, en un, momento adecuado, entre las técnicas Doppler y de haz de barrido.

Las decisiones fundamentales que afectan a la navegacion aérea las toma la Organizaci’on International de Aviation Civil (ICAO) que en 1969 invito a 10s estados interesados a hacer propuestas para el desarrollo de sistemas encaminados a satisfacer su borra- dor de Requisitos Operacionales. Cinco naciones respondieron, siendo propuesto el sistema Doppler por el Reino Unido y USA que planearon desarrollar 10s dos sistemas del SC 117 hasta el nivel de factibilidad antes de realizar la seleccion defimtiva para su propuesta final. Las otras naciones que respondieron fueron Alemania con el DLS [5]; Australia con el Interscan (Fig. 2 d), un sistema de haz de barrido codificado por tiempo transcurrido y Francis con un concepto de calculos de funciones multiples efectuados en tierra (Fig. 2e). La Junta de Operaciones Todo Tiempo de la ICAO (AWOP, de Al1 Weather Operations Panel) ha supervisado estos programas y en la actuali-

dad prepara el establecimiento de las propuestas finales, que incluirk las pruebas de vuelo detalladas, antes de hacer su recomendacion técnica a la ICAO a finales de 1976.

Siguiendo la seleccio~n técnica, queda un considerable trabajo a realizar por 10s estados de la ICAO, incluyendo la generacion de las normas y procedimientos del MLS. En paralelo, 10s estados deben empren- der el desarrollo del prototipo de production y parece”probable que el primer sistema de “categoria 1” se instalara hacia 197819.

El programa MLS del Reino Unido

Las pruebas en la banda L realizadas en Stansted fueron seguidas por la construction de un receptor y dos radiofaros Doppler experimentales (uno de eleva- cison con abertura de 60 Â. y uno de azimut de 120 A) para la Instituclon de Aviaci.on Real. Este equipo se probe conjuntamente en 10s aeropuertos de Farn- borough y Bedford con extensivas pruebas terrestres y de vuelo. Los resultados, 10s primeros realizados en parte alguna con una amplia cobertura MLS del tipo SC 117, fueron muy prometedores y dieron una mayor confianza en la capacidad del Doppler para realizar la funcion MLS. La figura 3, muestra el equipo de elevaci,& (actualmente de uso regular en un programa STOL) y la figura 4 unos resultados tipicos de prueba de vuelo azimutal. Estos resultados, ya en el area de precisi’on requerida para aterrizajes a ciegas, contribuyeron a la decisGn del Reino Unido para concentrar su desarrollo solamente en el Doppler.

El programa del Reino Unido corner& su fase de demostracion de factibilidad a principios de 1972 en que RAE, Plessey y STL disefiaron, conjuntamente, un sistema complet0 que incluia sistemas azimutales hacia adelante y hacia atrk, y un sistema de elevacion de abertura 90 Â que permitiria medidas de descenso guiado, supervision integral y de campo y una gama de receptores de a bordo. Una parte sustancial de este


Doppler MLS

Fig. 3 Antena de elevaci& Doppler. Fase 1 del Reino Unido.

0.6’ VUEU IZQDA

0.4'

04" VUEU DCHA

0.6"

ecwipo fue construida par STL, haciendo uso de dise- && desarrollados en eî equipo- experimental. El formato de sefial elegido fue un formato hibrido TDM- FDM, con objeto de permitir a1 usuario de a bo.rdo basico utilizar un simple receptor de FDM. La evaluaci& tuvo lugar en el aeropuerto de Bedford utilizando un sistema de seguimiento de cine-teodolito y un proceso de analisis de datos independiente (“off- line”). El programa de pruebas es extensivo, incluyendo pruebas de vuelo y de campo, con elevados niveles de propagacik por caminos multiples producidos bien por repetidores activas de microondas o mediante reflectores pasivos; también se han llevado a cabo medidas detalladas de comportamiento para kgulos pequefios, tant0 para elevacion no 1 como para descenso guiado.

En principio, el aeropuerto de Bedford parece un lugar relativamente “limpio” pero tiene una pista cuya convexidad es ta1 que la sefia en el punto de aterrizaje procedente de la estacion azimutal se obtiene por pura difraccik, reforzando asi la importancia de las sefiales de caminos multiples recibidas de reflectores pequefios pero bien eluminados. Esto, combinado con 10s generadores de caminos mbltiples mencionados anteriormente, proporciona una prueba severa para un MLS. Se obtuvieron excelentes resultados en la pista convexa con el equipo experimental primitivo, y 10s modelos de factibilidad que incorporaban receptores de a bordo considerablemente mas avanzados, se com- portaron de modo semejante. Los resultados totales formarin uria parte importante del informe final que el Reino Unido sometera a la ICAO.

Un factor clave en el desarrollo del Doppler ha sido la mayor comprens& de las técnicas del proceso de la sefial utilizadas en el receptor de a bordo para separar las sefiales deseadas de las procedentes de caminos multiples o de interferencias incoherentes. Una

-

Fig. 4 Prueba de vuelo azimutal tipico Doppler, que de muestra que la precisih del sistema esta en la regih adecuada para aterrizaje a ciegas.

DISTANCIA DESOE Et TRANSMISOR EN MIttARES DE PIES


caracterfstica especial de la contribution de STL a1 programa Doppler y que se tratara mas adelante, ha sido las mejoras en la calidad acompafiadas de una sustancial reduccion en tamafio, coste y complejidad.

un avion en un tiempo dado es la misma para cualquier sistema de exploraci&.

Subsistemas terrestres

Fundarnentos del Doppler

Antes de describir algunos de 10s equipos Doppler de reciente desarrollo parece adecuado revisar brevemente 10s principios de funcionamiento del sistema.

Si se excita secuencialmente con una fuente de radiofrecuencia un conjunto lineal de radiadores, entonces, dependiendo del angulo visual del observador con relation a dicho conjunto, se observari un desplazamiento Doppler de la RF. Si el conjunto tiene N elementos con una separacion entre elles de d longitudes de onda, su apertura efectiva seri L = Nd y la excursison de fase para un observador situado a un angulo 0 de la normal a1 conjunto de antenas seri L sen 0. Si el conjunto es barrido en T, segundos, podremos escribir el desplazamiento de frequencia como

Comprenden el transmisor y la antena. El transmisor Doppler es intrinsecamente sencillo; dos sefiales de RF, desplazadas una de la otra normalmente 100 kHz, se obtienen de una fuente controlada por cristal y se amplifican hasta un nivel de 1 a 10 vatios. Los equipos actuales utilizan amplificadores de onda progresiva en las etapas de salida pero en la primera instalacion se utilizaran transmisores totalmente de estado solide. En 10s sistemas desarrollados utilizando TDM, el transmisor comprende también un medio para modulaci& de identification, ordinariamente DPSK, transmitida por el canal de referencia.

Af={&sen @}Hz.

La medida de este desplazamiento de frecuencia, o dicho de otra manera, el analisis de la trayectoria de fase, determina el angulo del observador y es la tarea fundamental del procesador de a bordo.

Después del procesador del receptor, el conjunto de antenas ha recibido la maxima atencion en el desarrollo. Las aperturas tipicas que se han construido han sido las siguientes: - Elevaci& 1 : 60 Â - Elevaci& 2 : 90-120 L - Azimut hacia adelante : 60-120 1 - Azimut hacia atris : 30-60 Â.

El conjunto Doppler es probablemente la antena

Es obvio que, incluso a 5 GHz, el desplazamiento Doppler es pequeco y puede ser enmascarado por el movimiento del avion o la inestabilidad de frecuencia. Por 10 tanto, se emite, deslde una antena separada, una seiial de referencia, derivada de la misma fuente de RF, pero con un pequefio cambio de frecuencia, que experimentara las mismas perturbaciones y se transfiere de este modo el desplazamiento Doppler, después de deteccion en el receptor, a una baja frecuencia conveniente, tipicamente 100 kHz.

MLS mas economica desarrollada en términos de coste por unidad de apertura. Comprende un conjunto lineal de elementos y un conmutador secuencial con un polo por elemento. Para la funcison de elevaci,& se hak utilizado con éxito una serie vertical de elementos, bien en forma de guiaondas o de dipolo, con una cierta conformaci& del diagrama azimutal mediante pequefios reflectores planos o curvados, como en el conjunto que se muestra en la figura 3.

Como la apertura es finita, T, es limitado y el espectro de la sefial no es una linea sencilla sino una

Los conjuntos de antenas azimutales necesitan cierta directividad- vertical con objeto de reducir la iluminacion del suelo que, por otra parte, causaria severas pérdidas de nivel de sefial a bajas alturas, particularmente cuando la pista es convexa.

sen nx distribution de la forma - , teniendo una anchura

nx

del lobule principal de + Hz. La anchura del haz s

iguala a1 desplazamiento de frecuencia producido por el cambio de un ciclo de fase en el periodo de exploracibn T, y vemos pues que la anchura del haz angu-

Se han comprobado con éxito tres tipos de conjuntos de elementos azimutales, obteniendo la conforma- cion del diagrama vertical bien mediante contrantena, con elementos extendidos de guiaondas, o bien mediante reflector curvado indivi,dual. El sistema de conmuta&& secuencial, para todos 10s tipos, utiliza diodos p-i-n, habiéndose ideado algunos métodos inge- niosos de producirlos con muy bajo costo.

1 lar del conjunto de antenas es arc sen -. Esto es equi-

L valente a la directividad que se obtendria excitando continua y uniformemente la misma apertura medida entre el maxima y el primer nulo y es, aproximadamente, la misma que la anchura del haz a 3 dB. Tipica- mente, para una apertura de 60 longitudes de onda la anchura del haz a 3 dB es de 1 grado. Vemos, pues, una equivalencia entre la respuesta de barrido Doppler en términos de amplitud-frecuencia y la respuesta del haz barrido en amplitud-tiempo. Esta equivalencia también se extiende a las relaciones seiial/ruido ya que puede demostrarse que la potencia total recibida por

Las razones basicas del bajo costo de 10s conjuntos de antenas Doppler radican en la excitaci& secuencial y son las siguientes: primeramente, el uso de conmutadores simples en lugar de desfasadores supone un nUmero muy inferior de diodos p-i-n y excitadores asociados por elemento juntamente con una logica mucho menos compleja que la necesaria para haces dirigidos. En segundo lugar, debido a que la potencia total del transmisor se emite en cualquier instante a través de un solo elemento, el conjunto de elementos puede reducirse drasticamente sin pérdida de la potencia de la sefial recibida.

La reduccisbn de un conjunto de elementos radian-

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Doppler ML§

Doppler MLS

tes introduce lobules espurios y en un sistema de exploracil& éstos son prohibitivos si han ,de evitarse las ambigüedades. El sistema Doppler puede resolver las ambigüedades moviendo la sefial de referencia durante el tiempo de reposo del elemento principal del conjunto a la manera de un Vernier, o disponiendo la separacimk de elementos de una manera pseudo- aleatoria. Medidas prkticas realizadas en conjuntos construidos en STL, han confirmado el principio, y las simulaciones mediante ordenador han demostrado la posibilidad de reducir 10s conjuntos prkticos, a1 menos, por un factor de 4, manteniendo todavia niveles aceptables de lobules laterales.

La figura 5 ilustra un conjunto azimutal Doppler en pruebas en el RAE de Bedford. Este conjunto de radiadores tiene una longitud de 120 Â (haz de O,5’) y utiliza una contrantena de 20 ;I, juntamente con un pequefio reflector iluminado para conformaci& del haz vertical. El transmisor se aloja en la pequefia caseta situada detris de la antena. STL ha construido también otro conjunto similar de 60 1 para evaluaci& en la funcion de guia en sobrealcance de pista. También incluye facilidades para experimentar con diferentes separaciones de elementos y conmutar entre conjuntos radiantes principales y de reserva que ocupan la misma linea base fisica.

Receptores de a bordo

Los receptores tipicos Doppler comprenden una cabeza de RF seguida por amplificadores de FI con control de ganancia y detectores de video de disefio convencional. El diseGo esta gobernado por las res- tricciones usuales de selectividad de canales adyacentes y factor ‘de ruido, y no presenta problemas particulares. A continuaci& del detector esta el decodificador de funcion de identidad (para sistema TDM), o 10s filtros de selecci’on de sub-canal (para sistema FDM). A éste le siguen el procesador de sefial, circuitos de computa y medios de producir informaci& de salida de guia, usualmente ambos de datos digitales, y un medidor anabogico.

Fig. 5 Antena de azimut Doppler en pruebas en el RAE de Bedford.

Como sucede con otros sistemas de aterrizaje por microondas, el componente clave es el procesador de sefial, cuya misi’on es extraer la marcaci’on correcta a partir de una mezcla de ruido térmico y sefiales procedentes de caminos multiples. Estas señales se generan por reflex& de la sefial del radiofaro en objetos tales como hangares, aviones aparcados, o en el suelo. En todos estos casos, se han registrado altos niveles de coeficientes de reflex&n que presentan la posibilidad de espectros con muy escasa separacbon y de amplitud y frecuencia central comparables.

En total STL ha construido cuatro sistemas Dopp- ler de a bordo completos de acuerdo con 10s patrones de construction adecuados para vuelos de prueba y acoplamiento de aproximacion automatica. La figura 6 muestra un ejemplo tipico de este equipo. La unidad posee representaci’on digital con LED y conmutadores qUe permiten seleccionar kualquier angulo de aproximac&, para fines de prueba.

STL ha desarrollado una amplia gama de procesadores de sefia durante el programa del MLS [6], que va desde el simple filtro fijo, que facilitara a1 usuario una cobertura similar a la del ILS, hasta una serie de filtros de seguimiento que proporcionaran una cobertura volumétrica total y capaces de funcionar en condiciones muy dificiles de propagaci’on por caminos multiples. La idea de un filtro de seguimiento, (an& logo a la puerta de tiempo de seguimiento en un procesador de haz de exploraci,&) se introdujo en el SC 117 y en su realizacion actual utiliza un método, bien conocido en radar, de seguimiento seno-coseno. Su funcionamiento se puede describir brevemente de la siguiente forma: la seGaI de entrada se mezcla con la de un oscilador controlado por tens& (VCO) en dos caminos en cuadraiura para proporcionar seîiales en fase y en cuadratura, cuyas fases relativas indican si el VCO esta bajo o alto. A 10s mezcladores siguen filtros paso bajo, ordinariamente de 3 polos, con 10s que se logra el filtraje necesario entre la seiial y el ruido (y sefiales de caminos multiples). Diferenciando y formando productos cruzados, se obtiene la seîïal de error que Ileva a1 VCO a la frecuencia de la sefial. Luego se mide la frecuencia del VCO para obtener la frecuencia de la seEa1 con alta precisi’on. Durante el anallisis, confirmado por pruebas subsiguientes, se llev6 a cabo una importante mejora en el principio de seguimiento desbloqueando o inhibiendo la seïial de control del VCO durante el periodo en el cual el filtro recibe el inevitable transitorio causado por la terminacion de la exploraci’&. El transitorio producido por una sefia fuera de banda procedente de caminos multiples se inhibe de manera analoga, 10 que permite alcanzar el factor de rechazo de régimen permanente del filtro.

Otros trabajos sobre este principio, utilizando antes del dispositivo de seguimiento’ un filtro de banda ancha provisto de puerta, han conducido a obtener unas caracteristicas de kgulo pequefio excepcional- mente buenas en pruebas que han demostrado satis- factoriamente la capacidad del Doppler para descanso guiado en la banda C, 10 que ha constituido un desa-


Doppler ML§

ERROR

0.08+

Fig. 6 Receptor MLS Doppler construido por STL para el actual programa ‘de ~desarroblo del Reino Unido.

rrollo de la técnica mas alla del concepto original del SC 117 que propuso descenso guiado en la banda Ku. Estas pruebas se realizaron utilizando la antena de 90 3, sometida a evaluacion en Bedford y construida por la Compafiia Plessey..

El requisito para guia de descenso guiado representa el reto mas critico para cualquier sistema de elevaci’& debido a la proximidad en angulo de las sefiales directas y la reflejada en el suelo. En la figura 7 se reproducen algunos de 10s resultados obtenidos de este modo y muestran una prueba estatica a distancia de 530 metros con niveles medidos de sefiales de caminos multiples por reflexion en el suelo comprendidos entre 0,85 y 0,95 de la sefial util en 10s angulos inferiores. Se indica el funcionamiento con error muy pequefio hasta alturas de la antena receptora tan bajas como 3 metros. Este potente procesador que utilisa técnicas analogicas es fundamentalmente sencillo y ha sido realizado en forma de circuito integrado lineal. Ha demostrado también ser extra uadamente fiable. Otra caracteristicas del procesador es su extraordinariamente bajo nivel de ruido; la figura 8 muestra 10s resultados obtenidos en un reciente vuelo de pruebas.

Antes de terminal- con la unidad de a bordo, debe-

0

0.08 .,L 0.5 10 1.5"

ERROR ALTURA DEL RECEPTOR Y ANGULO OE ELEVACION

Fig. 7 Pruebas de elevaci& de hngulo pequeco en el RAE de Bedford.

mos mencionar que cualquier sistema de seguimiento necesita un circuito de elaboraci’on juntamente con un circuito de verificacion que garantice el funcionamiento. La funcion de estos circuitos, realizada de manera similar a la del sistema de seguimiento seno-coseno, es asegurar que se capta y se sigue la Ser?a1 correcta. Se han incluido 10s algoritmos y constantes de tiempo adecuados para lograr protection contra problemas tales como captura initial incorrecta debida a caminos multiples de corta duracion (destellos), o pérdida del seguimiento, una vez capturado correctamente, por encontrar la mis,ma situaci& o un “fading” de corta duracion de la sefial deseada. Estos circuitos son tambien comunes a todos 10s tipos de dispositivos de seguimiento MLS.

Desarrollo futuro del Doppler

Después de la recomendacison del SC 117 de 1969 para proseguir el estudio de la exploraci’& Doppler se tuvo la impresi’on de que este sistema podria ofre- ter un considerable campo para futuros desarrollos. l’or ramones bien conocidas, 10s sistemas de ayuda a la navegacion tienen ciclos de vida muy largos y es importante que posean potencial de crecimiento para hacer frente a situaciones dificiles. El desarrollo del principio de exploraci& Doppler en 10s 18 meses pa- pados, después de la propuesta de este sistema por el SC 117, ha demostrado que la exploraci’& Doppler incorpora algunas ventajas unicas sobre otros compe-

DIRECCIOH OC VUE10 DE PAUEBA I 7 b I ' I I , v , 1

60 - 50 - 40 - 30 - 20 -10 0 10 20

LIMITE OE f ANGULO ACIMUTAL (GRAOOS) 3o t L,~,lTE50, 6o COBERTURA ICAO COBERTUAAICAO

Fig. 8 Vuelo orbital de prueba alrededor del mdiofaro Doppler de elevaci& a 10’.

Comunicaciones Eléctricas * N” 50/4 . 1975

l i

Doppler MLS

tidores del MLS, que se describen en otros articulas de este numero.

Los radiofaros de elevaci& MLS radian un haz en forma de abanico que proporciona guia en elevacion sobre un anche sector azimutal (60’). Este haz ilu- mina obstkulos que pueden estar en el mismo kgulo de elevaci& que 10s receptores pero a diferentes azi- muts. El efecto de estas reflexiones “dentro del haz” es producir un ciclo de la fase relativa de las sefiales directa y de caminos mhltiples a medida que se mueve la aeronave. La reduccifon de este efecto se lleva a cabo actualmente en todos 10s sistemas eligiendo velocidades de exploraci& que son superiores a las exigidas por la teoria de la informac3n, con objeto de reducir las posibilidades de muestreo sincrono del error de creka por el avi’on. Este método, que depende del

y movimiento del avion, es completamente ineficaz gara helioopteros u otras aeronaves de movimiento lento.

En el sistema Doppler, el efecto de caminos multiples dentro del haz puede computarse en tierra. El centra de radiaci& del conjunto de elementos se mueve en forma pseudo-aleatoria, de un lado a otro, mientras que la progresison secuencial de fase entre la secal de referencia y 10s elementos del conjunto tiene lugar como anteriormente. Moviendo la transmis& de referencia para estar siempre debajo de la columna vertical apropiada, se preserva la codificaci’on deseada mientras que se desadapta la secal interferente. Se utiliza el mismo numero de elementos que en la antena de elevaci’& normal, con 10 que la base o matriz se hace mucho m& ligera, 10 que da una gran economia sobre otros sistemas que puedan también poseer la anterior propiedad de reduccion de caminos mdltiples. La sefial es esencialmente idéntica a la procedente de un radiofaro normal Doppler, pero posee algunas de las cualidades de un verdadero sistema de guia de haz delgado. Actualmente, se esta evaluando una antena que incorpora este concepto, como parte del programa Doppler del Reino Unido.

Conclusi&

Se ha pasado revista en este articula a1 desarrollo del sistema Doppler desde su propuesta initial y a tra- vés de las fases experimental y de prototipo. Ha habido una progresion continua desde 10s prometedores resultados initiales hasta el detallado programa de pruebas en el equipo de ingenieria. Los seis afios de experiencia de la exploraci8& Doppler ofrecen suficiente confianza en la medurez de su técnica para des- empe<ar el pape1 de sistema futuro de guia de aterrizaje. Ademk, a partir del proceso fundamental de generar la exploraci’& por excitaci& secuencial ha ad- quirjdo propiedades que le hacen capaz de adaptarse rapidamente a 10s nuevos problemas y requisitos de 10s 40 0 mas afios proximos. Posiblemente, el logro mas importante del trabajo llevado a cabo en el MLS Doppler ha consistido en establecer, de una manera firme, que toda la explora&& electrdnica para la cobertura del Area MLS puede lograrse con un equipo sencillo y de coste reducido.

Agradecimiento Los autores se complacen en agradecer la ayuda de

sus numerosos colegas de ITT que les han facilitado 10s fundamentos de este articula. Desean mencionar particularmente a C. W. Earp, F. G. Overbury, C. S. Smith, P. Barton, D. R. Hi11 y K. Kelly de STL; J. M. Jones de RAE; M. Whitney y J. McIlwraith de CAA; R. Rosien de ITT Gilfillan y S. H. Do,dington de ITT HQ.

Referencias [l] W. L. Garfield 1 F. T. Norbury: Instrument Low Approach

System and Radio Aitimeter for All-Weather Landings; Elec- trical Communication, Vol. 41 (1966), N” 2, pags. 196-214.

[2] H. Popp: La nueva generaci& de radioayudas a la navegacion de estado si>lido desarrollada por Standard Elektrik Lo- renz AG; Comunicaciones Elkctrica>, Vol. 48 (1973), N” 4, pags. 393-402.

[3] C. W. Earp y D. L. Cooper-Jones: Practical Evolution of the Commutated Aerial Direction Finding System; Institution of Electrical Engineers Proceedings, 1958, Parte B, N” 105, Suplemento N” 9. Reimpreso en Electrical Communication, marzo 1949, volumen 26, N” 1, pags. 52-75.

[4] C. W. Earp, F. G. Overbury y P. Sothcott: Sistema de guia para la navegavi6n aérea por exploration Doppler, de STL; Comunicaciones Elésctricas, Vol. 46 (1971), N” 4, pags. 262-281.

[5] M. Bohm y G. Peuker: El sistema DLS - Otra alternativa para el sucesor del sistema ILS; Comunicaciones Eléctricas, Vol. 50 (1975), N” 1, pkgs. 69-75.

[6] P. Barton, F. G. Overbury y P. K. B.lair: The Range of Air- borne Processing Available to the Future User of the Dopp- ler MLS; Proceedings of the 8th International Aerospace Instrumentation Symposium, marzo 1975, Cranfield, Reino Unido.

Peter K. Blair nacio en 1937 y obtuvo el certificado de ingenieria eléctrica mientras trabajaba como aprendiz en la Com- pafiia Marconi. Trabajo en esta Compacia desde 195’5 a 1962 en una variedad de proyectos que incluian transmision de TV y sistemas de radar y de microondas punto a punto.

En 1962, se incorpora a Standard Telecommunication Labo- ratories Limited trabajando como ingeniero de desarrollo en sistemas de transmis& de microondas de estado solide y repetidores de televisibn. En 1966 fue nombrado coordinador de proyecto y responsable del desarrollo de 10s amplificadores transistorizados de 1 GHz de anchura de banda, y desde 1969 hasta comienzos de 1971 tuvo a su cargo el desarrollo de osciladores de efecto Gunn de alta potencia para aplicaciones de radar con radiadores en fase.

En la actualidad, es director del departamento para sistemas moviles y de ayuda a la navegacion. Mr. Blair es miembro asociado del IEE.

Charles P. Sandbank ingreso en la Division de Valvulas Bri- mar de la Standard Telephones ansd Cables en 1953, después de obtener su graduation con honores en Ciencias Fisicas en la London University. Obtuvo el Diploma del Impeyial College en Ingenieria Eléctrica en 1956. El 1959 fue transferido de la Divi- sion de Valvulas a la Division de Transistores donde inici al- guno de 10s primeros desarrollos con circuitos integrados semiconductores del Reino Unido. Cin,co aiios mas tarde, paso a Standard Telecommunication Laboratories para ser jefe del De- partamento de Dispositivos Electronicos. Ademis de la investi- gacion en microelectronica, se intereso especialmente en la gene- ration y desarrollo de microondas con dispositivos de estado solide como sustitutos de 10s tubos de ondas progresivas y de rayos catodicos.

Desde 1969, él Sr. Sandbank es el director de la Division de Sistemas de Comunicaciones donde se realiza mucha de la inves- tigacion sobre tecnologia de comunicaciones por fibra optica de STL.

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Los aeropuertos civiles ya pueden utilizar un nuevo sistema ILS modular. Dicho sistema emplea modulaci,& electronica y proporciona una gran fiabilidad y flexibilidad, con 10 que el sistema cumple con las exigencias mas recientes.

W. POSCHADEL Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart, Republica Federal de Alemania

IntroduccGn

La seguridad en vuelo exige no solo una navegacion correcta y segura, sino también la conduccidn de la aeronave hasta el punto de contacto con la pista durante la delicada operacion de aterrizaje. Los aviones modernos, con pesos por encima de la 140 toneladas y velocidades de crucero de unos 900 km/h, presentan grandes dificultades para la maniobra cuando aterri- zan a velocidades de unos 225 km/h. Por 10 tanto, si se identifica demasiado tarde desviaciones considerables de la trayectoria ideal de aterrizaje, puede producirse un aterrizaje incorrecto. Cuando las condiciones de visibilidad permiten una vision directa de la pista se pueden iniciar las correcciones necesarias con suficiente antelacion, pero cuando las condiciones climaticas (nu- bes bajas, escasa visibilidad) son adversas, es imprescin- dible guiar la aeronave durante la aproximacion por medio de radio-ayuda. Surge asf la necesidad de utilizar un sistema de aterrizaje por instrumentos (ILS).

Es evidente que, en tales circunstancias, las segales recibidas durante la aproximacion y el aterrizaje deben ser de gran precision y fiabilidad. Ademas de una du- plicacion de 10s transmisores, se necesita un sistema de supervision Perfect0 que actne automaticamente en cas0 de fallo.

El sistema ILS proporciona una trayectoria con una inclinacion entre 2.5’ y 3’, con una altura de 15 m por encima del umbral. Dicha trayectoria se obtiene como intersection de dos planos (Fig. 1). El localizador genera el plano vertical, mientras que el plano inclinado se genera en el equipo de pendiente de descenso.

Cada uno de estos dos planos queda identificado por la misma profundidad de modulacion, por frecuencias de 90 Hz y 150 Hz. Domina el voltaje de la modula-

cion con 90 Hz o 150 Hz segtin sea la direction de la desviacion de 10s planos de referencia. La recepcion a bordo de estos voltajes controlara, por tanto, el indicador de agujas cruzadas o el piloto automatico durante el aterrizaje.

Se usan marcas de radiacibn vertical con el fin de se6alizar dos distancias a1 umbral (1050 m y 7200 m). La figura 1 ofrece un resumen de 10s principios ex- puestos.

Los planos con igual profundidad de modulacion de ambas frecuencias (90 Hz y 150 Hz) se producen mediante una orientaci6n espacial diferente de 10s diagramas de profundidad de modulacion direccional, parcialmente solapados, obteniéndose asi la misma amplitud. Normalmente, el diagrama de profundidad de modulacion direccional se obtiene a partir de un diagrama relativamente anche con 90 Hz y 150 Hz con la misma profundidad, a1 cual se superpone un diagrama de banda lateral con un nulo. Este nulo da lugar a un plano de igual profundidad de modulacibn. La alimentacion de la antena del localizador necesita una portadora modulada ai 20 % con 90 Hz y 150 Hz (CSB), y alimentando la amena del localizador con las bandas laterales puras (SBO).

Desde hace mucho se vienen usando distribuidores capacitives rotativos para obtener las bandas laterales de 90 Hz y 150 Hz. Sin embargo, ya en 1952 SEL lograba 10s mismos efectos utilizando circuitos electronicos.

Principios de la modulaci6n electronica

Un oscilador com6n alimenta dos etapas moduladoras del transmisor, las cuales se modulan por separado con 90 Hz y 150 Hz.

LOCALIZAOOR PENOIENTE - OE

Fig. 1 Instalacih ILS

Comunicaciones Elkctricas * No 50/4 . 1975

Modulacih electrhica ILS

Tabla de abreviaturas dora en la salida de SBO. La compensation necesita que ambas partes de la portadora tengan la misma amplitud y fase. La fase viene impuesta por la longitud de table desde y hacia 10s amplificadores de potencia, pudiéndose corregir unos cuantos grados mediante un condensador de pequeGa capacidad. Las etapas del transmisor son muy estables en fase, debido a su baja impedancia, no necesitandose ninguna correction. La estabilidad de amplitud en radio frecuencia se logra mediante un bucle de control de alta ganancia. Por 10 tanto, es constante el nivel medio de portadora en cada amplificador de potencia.

/ CSB - Portadora y bandas laterales -1 DDM - Diferencia &I profundidad de modulacih ICAO - Organizacih International de Aviacih Civil ILS - Sistema de aterrizaje por instrumentos SBO - Unicamente bandas laterales

A la salida de dichas etapas se tend& dos ondas: A * (1 + 1-n . coswQO(j5,,) ’ t) Cos fh.

Ambos voltajes se suman y restan en la red sub- siguiente. La suma es una portadora con ambas bandas laterales: AZ . 1 + 7 ’ Cos mQ,jt + T ' Cos wl& Cos .ih.

Por el contrario, la diferencia contiene solo una banda lateral con la misma fase y otra desfasada 180°, sin portadora:

A2 F (COS wQOt - COSW1&) COS Bt.

La figura 2 muestra esquematicamente el principio de funcionamiento.

La comparacion entre modulacion en emisor o en colector es favorable a esta ultima. En el caso de modulacion en emisor hay que suministrar continuamente la potencia requerida durante 10s picos de modulacion. Durante 10s periodos en que no hay picos de modulacion, la potencia no utilizada se envia a una carga fic- ticia. Con el método de modulacion en colector, por el contrario, sOlo se genera la energia de radiofrecuencia necesaria para la envolvente. Se obtiene asi un mayor rendimiento y una mayor potencia de salida, del orden de 10s 40 W, sin recurrir a1 empleo de transmisores voluminosos. También se obtiene una mayor fiabilidad.

La estabilidad de la amplitud de modulacion es también muy importante, ya que una profundidad de modulacion distinta influye directamenee sobre la posicion de la trayectoria. La estabilidad se logra, en primer lugar, mediante la generacion de las frecuencias de 90 Hz y 150 Hz con una gran estabilidad en amplitud, pero ademas se demodula la envolvente a la salida de cada amplificador de potencia, alimentandose un circuito de realimentacion negativa conectado a la entrada del amplificador de modulacion, mejorandose asi la estabilidad de la prnfundidad de modulacion. Al mismo tiempo se reducen las distorsiones en 10s amplificadores de modulacion y de potencia. El coeficiente de distorsion para una de las frecuencias de modulacion esta por debajo del 5 %.

Analisis del error El funcionamiento correcto de 10s amplificadores de El calculo se cifie solo a las variaciones de fase en

potencia combinados requiere la supresion de la porta- radio-frecuencia, ya que las amplitudes de la portadora

, 1 DEMODUlADDR

Esta disposition proporciona una supresion de portadora de 50 dB por 10 menos, en la salida de SBO. Dicho valor no baja de 40 dB incluso en condiciones ambientales extremas. El calculo de error que aparece mas adelante muestra la influencia de las variaciones de fase dentro de 10s canales de modulacion.

OSCllA00R w AMPLIFICADOR

DE POTENCIA

4

I 1

REALIIENTACION NEGATIVA

RFAlIlrMFNTACION NEGATIVA

Fig. 2 Principio de la modulaci& electrhica. ü, = A, COS cet - m m ùl = A, (1 + m cas wQOt) COS Qt

u, = A, 1 + - COS CO& + -cas w,,,t i 2 2

COS Dt

ü, = A, (1 + m COS qsot) COS Qt m U, = A,- (COS q,,t - COS q,,t) COS Qt.

2


ModulacGn electrchica ILS

y de la modulaci& permanecen constantes, como se ha indicado anteriormente. Por otra parte, las variaciones de amplitud se pueden identificar directamente.

Para calcular el efecto de un cambio de fase, se supone una cierta diferencia en la longitud de 10s canales - de modulacion. Si se toma VO.5 como amplitud a la salida del amplificador de potencia (Ui y Us), resultaran 10s siguientes voltajes para CBS y SBO:

Us = + (1 + m COS oeot) COS f2Rt +

+<1 + m cas qtjot) Cos (Qt + y)

ü, = + (1 + m COS qOt) cas Qt -

+(l + m COS q50t) cas (Qt + y)

en donde: 03 = salida CSB Üa = salida SBO iîz = profundidad de modulation B = 2 nF, F = frecuencia portadora w = 2 nf, f = frecuenciamoduladora (90 0 150 Hz) y = diferencia de fase entre 10s dos canales de ra-

diofrecuencia. Ambos voltajes Us y U, generan una intensidad de

campo E de acuerdo con sus diagramas EcSB y ESBO - - - E = U, . ECSR + lJ4 - ESRO.

El calculo de esta ecuacion conduce a la siguiente expresion, despreciandose 10s términ’os cuadraticos de la modulation :

1El =(&,q 2 COS~- + E2 *zy SBOsln - 2

+ ECSB ESBO 1 COS %ot +

COS~- + E2 .2y 2 SBO sm --

2

1 1 ‘la - ECSB ESBO COS '%iot .

Lo’s dos primeros términos representan el nivel de la portadora; 10s dos siguientes 10s de las bandas laterales correspondientes a 90 Hz y 150 Hz. La profundidad de modulation viene dada por la relation entre la amplitud de modulacion y la amplitud de la portadora. To- mando la relation entre 10s voltajes de 90 Hz (3,, tér- mino) o de 150 Hz (4O término) y el voltaje de portadora (1” y P términos), despues de operar, se obtiene:

ESBO DDM=m-- 1

ECSB cos2_-+ - Esso '

2 c 1 ECSB sin2 Y

2 La segunda fraccion representa la distorsion debida

a la diferencia de fase y~ entre ambos canales de modulacion para 90 Hz y 150 Hz.

La tabla 1 muestra el coeficiente de distorsion para un rumba determinado (DDM = 15,5 %) en funcion de la diferencia de fase de radiofrecuencia y~. Para una


Tabla 1 - Coeficiente de distorsih en funci6n de la diferencia de fase para un rumbo (DDM = 15,5 @/o)

I /

Y

1

‘%' ESBDP sin2x cos2- . - 2 ECSB 2

diferencia de fase de 20’ (muy alejada de 10s valores normales de este equipo) el error en DDM seria de 2,6 %.

Dicho valor es tan solo la cuarta parte de 10 tole- rado por la ICAO en su Anexo 10.

La figura 3 muestra la distorsion sobre el valor del azimut originada por distintos angulos dei desfase y, en un sector de rumbo de una antena de 2 portadoras tipica. Notese que todas las curvas cortan a1 eje de azimut en el punto Oo, por 10 que la position dei rumbo no esta afectada por y. Tan solo puede aparecer una re- duccibn despreciabie de la anchura del rumbo.

Ajuste electrhico de la anchura del rumbo

La pendiente de la funcion DDM correspondiente a1 rumbo depende no solo del diagrama SBO. sino también de la potencia SBO. El valor DDM exacto ha de ajustarse con precision en cada tipo de equipo, tras

21

15

lml “/

10

I I I 1 2 3

ACIYUT (GMIOS)

Fig. 3 Diferencia en profundidad de modulacih (DDM) en funcich de la desviacih del rumbo.

335

l 1

Modulaci& electrbnica ILS

haber elegido el alcance por medio de una distribution de corriente adecuada en la antena.

Este ajuste se hacia antes reduciendo las bandas laterales en un divisor de potencia coaxial a la salida del transmisor. Con la introduccian de transmisores repa- rados y de gran estabilidad, dicho ajuste se puede obtener combinando 90 Hz y 150 Hz, como se muestra en la figura 4.

Un generador alimenta a unas redes combinadoras, S, con 90 Hz y 150 Hz. Estas redes permiten la adi- ci& de un voltaje que consta de 90 Hz y 150 Hz, a partes iguales. Dicho voltaje se lleva a un amplificador operacional, OP.l, que suministra 90 Hz con la misma fase que en el generador, y 150 Hz desfasados 18OO.

El potenciometro situado a la entrada del amplificador operacional OP.2 sirve para ajustar este voltaje. El factor K, po,r el que se multiplican ambos voltajes puede adoptar cualquier valor entre + 1 y - 1, mediante el ajuste. El voltaje resultante se conecta directamente a una de las redes combinadoras, y a través de un amplificador operacional inversor, OP.3, a la otra red combinado’ra.

Una hibrida suma y resta las sefiales a la salida del transmisor. Por 10 tanto, 10s voltajes anadidos se anulan mutuamente en la salida correspondiente a la suma, debido a la oposicion de fase mientras que tienen la misma fase en la salida correspondiente a la diferencia, sumandose o restandose a las bandas laterales. De esta manera la potencia de la banda lateral SBO puede variarse a voluntad sin influir en absoluto en la portadora CSB. Una inversion de la fase de 10s voltajes afiadidos mediante el potenciometro situado antes de OP.2 influye de forma opuesta en la potencia de la banda lateral, a1 cambiar el signo de K.

Generador de 90/150 Hz controlado por cuarzo

Cuando se usa un modulador mecanico, la precision de las frecuencias de 90 Hz y 150 Hz depende de la frecuencia de la red, a no ser que se equipen generadores de potencia especiales de gran estabilidad de frecuencia, para el motor del modulador.

Fig. 4 ‘Principio del ajuste en baja frecuencia de la anchura del rumbo.

El principio de modulaci& electronica garantiza, por el contrario, una independencia total de la red a la vez que una estabilidad y precision mejores que 10s limites impuestos por la ICAO en su Anexo 10. Am- bas frecuencias, 90 Hz y 150 Hz, se obtienen a partir de un oscilador de cuarzo de 230.4 kHz. Como se muestra en la figura 5, se dispone de frecuencias de reloj para 10s dos contadores binarios de 8 bits, a la salida de 10s divisores 5:l y 3:l. El control de modos permite contar hacia adelante y hacia a&.

Cada salida del contador binario se conecta a una red divisora de resistencia 1~2, ponderando cada etapa y produciendo un incremento o disminucion de voltaje escalonado en 256 pasos. La relation de fase correcta se produce mediante un divisor 3:l que alimenta impulsos de sincronizacion de 30 Hz en el canal de 150 Hz. Los dos filtros activas RC que estan a continuaci& dejan pasar solamente el primer armonico.

El principio en que se basa este generador, junto con una fuente de alimentation C.C. regulada, garantiza una gran estabilidid de amplitud de las secales de 90 Hz y 150 Hz. Esta estabilidad sirve también para la generacion de voltajes de calibraci&. Se puede hacer una comprobacion de estos voltajes de calibracion con un voltimetro digital de alta precision, por ejemplo. Hay voltajes de calibraci& que corresponden a DDM = 0 y DDM = 0,155 para el localizador, y DDM = 0,175 para le pendiente de descenso. Dichos voltajes se

150 HzM

Fig. 5 Diagrama bloque del generador de 90/150 Hz.

336 -

Comunicaciones Eléctricas * N” 50/4 . 1975

Modulacith electmhica ILS

conectan, mediante cableado interno, a1 equipo de supervision, para comprobacih o calibraci&. De esta forma se pueden realizar comprobaciones internas ri- pidas y eficaces durante el funcionamiento.

Conclusiones

Las investigaciones sobre la modulaci& electrhica en la Compafiia, como las aqui descritas, junte con las instalaciones existentes, confirman la large vida y seguridad del equipo completamente electr6nico. Los resultados de precisih y estabilidad van mas alla de 10 necesario en la Categoria III de ICAO (Anexo 10).

Se dispone asi de un sistema ILS flexible, que requiere poco mantenimiento, y de construccih modular. Este sistema satisface todas las necesidades del cliente mientras no se introduzca MLS. Mas ah, parece que también podra cumplir 10s nuevos requisitos que en el futuro establezca ICAO.

Referencias [l] H. Popp: La nueva generacion de radioayudas a la navega-

cion de estado solide desarrollada por Standard Elektrik Lorenz A’G; Comunicaciones Elé’ctricas, Vol. 48 (1973), N” 4, pags. 393-402.

[2] R. A. Hampshire: Fixed-beam aircraft approach system; Electrical Communication, Vol. 31 (1954), N” 1, phg. 189.

[3] W. Feyer, H. VO~S: Die Landekursanlage LK2; LuRfahrttech- nik-Raumfahrttechnik 4, 1963.

[4] ICAO, Anexo 10, Volumen 1, julio 1972. [5] G. Hofgen: Instrumentenlandung im Luflverkehr; Techniken

der ZukunR, N” 9, Nov. 1974, pags. 56-60. [6] H. Rausch: Moderne Funk-Landesysteme; Elektronik-Anzei-

ger 6, ai?o 1974, N” 11, pags. 223.

Werner Poschadel naci en Berlin en 1922. Estudio Electro- tecnica en la Berlin Ga&chule, en donde obmvo su Licenciatura en Ingenieria, especialidad Telefonia, en 1947. Ingres6 en 1948 en C. Lorenz AG, que mas tarde pasaria a ser Standard Elektrik Lorenz AG. Corne& como ingeniero de Laboratorio, y trabajo en desarrollos en el campo de transmis& por radio. Desde 1961, el Sr. Poschadel es Jefe del Departamento de Desarrollos de Navegacion. En 1967 fue nombrado ingeniero senior.


Basado en una patente de ITT, el d iseEio de FACE para el modulador mecbico del equipo ILS satisface todas las necesidades de precisih p robuste2 impuesta a1 equipo de navegacibn. Se da una ides. de corno se consigue.

D. GRAZIANI FACE-Standard, Milan, Italia

IntroduccGn

La sefia emitida por un sistema ILS se modula con dos frecuencias de 90 y 150 Hz, con profundidades de mo,dulaciNon y su diferencia especificadas. Estos valores deben ser muy estables, mejor que el 1 %, para poder lograr la necesaria estabilidad de la linea imaginaria que guia a1 aeroplano en la fase de aterrizaje.

El grado de estabilidad se vuelve mas importante cuando las condiciones de visibilidad son malas, correspondientes a un aterrizaje de clase tres.

La distorsison minima de 10s tonos de modulaci& (frecuencias de 90 y 150 Hz) y su estabilidad de frecuencia son asimismo condiciones que deben ser cum- plidas.

Este tipo de modulaci& puede realizarse de forma mecanica o eléctrica. La modulacion mecanica, aun siendo una técnica antigua, posee la ventaja de que permite la separacion, en dos cadenas diferentes, de la misma sefial procedente del transmisor, pudiendo obtener asi las senales de rumbo y de pendiente en cuadratura. Esta técnica, patentada por ITT, evita el uso de dos transmisores y moduladores independientes para la pendiente y el rumbo, con 10 cual aumenta el MTBF (tiempo medio entre fallos) y la disponibilidad del equipo, reduciéndose las dimensiones y el con- sumo. Las senales resultantes no est& separadas ligeramente en el espectro de frecuencia (10 kHz) como se hace normalmente, sino que son de la misma frecuencia, estando 10s tonos modulados en cuadratura. El efecto es una separac& en fase cuyos resultados son similares a 10s que se obtienen en una separacion en frecuencia.

La modulacion electronica posee en cambio la ventaja de que elimina todos 10s mecanismos moviles,

Fig. 1 Modulator mecknico, Med. FMM-4-B.

Fig. 2 Modulator mechico mode10 FMM-4-B con la seccih de 90 Hz desmontada.

pero no permite la modulation en cuadratura por 10 que se necesita un segundo transmisor, es decir, practicamente un equipo duplicado.

Principio de modulacih

FACE-Standard ha adoptado la solution de modulacion mecanica para su sistema ILS tipos FS-37 y 38, disenando nuevos moduladores de gran estabilidad.

Las principales caracteristicas de estos moduladores, FMM-4-A y B, ademas de la gran estabilidad, son la impedancia constante, tanto, de entrada como de salida, en toda la banda ILS; las bajas pérdidas en radiofrecuencia; ruido acustico muy bajo; bajo con- sumo; reducidas dimensiones; facil acceso a 10s componentes, y la ya mencionada posibilidad de cuadratura de la sefia de pendiente.

Las figuras 1 y 2 muestran el modulador completo para la pendiente de descenso; el del localizador es similar, con la unica diferencia de que son distintas las longitudes de las lineas resonantes que se hallan en el interior del dispositivo. La figura 2 nos muestra el modulador abierto, habiéndose separado la seccion de 90 Hz.

El modulador modula en amplitud una sefial portadora, generando las bandas laterales con independencia de la portadora. Esto se logra por medio de unos condensadores giratorios, que distribuyen la energia a diferentes cargas, conectadas de forma que se elimina 1 a portadora y quedan solo las bandas laterales.

El diagrama simplificado de la figura 3 muestra este principio. La portadora, en la secci’& de 90 Hz, se aplica a la entrada y se distribuye, a través de un sector de tres elementos a las salidas 1 y 2. La rotaci’on se logra con un motor sincrono de 60 Hz, bifasico, de

338 Comunicaciones Eléctricas . Na 5014 * 1975

SALIDA 1

UN4 ROTACION COMPLET0 'XP

Fig. 3 Diagrama simplificado y sefiales de salida.

1800 r.p.m. con 10 que la frecuencia de modulaci’& resultante es 90 Hz.

En la position del rotor que muestra la figura 3, la sefial de salida es maxima en el terminal 1 y minima en el terminal 2. A medida que se produce la rotaci’&, disminuye la senal en el terminal 1 y aumenta en el terminal 2 periodicamente, ta1 como queda ilustrado en la figura. El maxima tiene lugar cuando un elemento del rotor queda enfrentado a una de las placas I-4, momento en el cual 10s otros dos elementos se hallan en una posici’on ta1 que la senal es minima en el otro terminal de salida. El minimo tiene lugar cuando dos elementos del rotor se enfrentan parcialmente, y por igual a dos placas opuestas (1, 3 0 2, 4), debido a que las dos sefiales, que se transfieren a placas opuestas, se encuentran en oposici’on de fase en la salida (1 6 2), ya que las longitudes de linea se han seleccionado de forma que la diferencia de fase sea de 180’.

Como se ve en la figura 3, la senal de entrada se transfiere a las salidas 1 y 2, yendo de un maxima a un mfnimo peri,odicamente. A un minimo en 1 corresponde un maxima en 2 y viceversa, obteniendo asi dos seGales con una diferencia de fase de 90’. La sefia resultante corresponde a una modulaci’& con doble banda lateral y portadora suprimida, ta1 y como se demuestra a continuaci’&, suponiendo que no hay pérdidas.

Sean: V, = voltaje de la portadora a la entrada del

modulador VI, V, = voltajes de las bandas laterales a la

salida Vpl, V,- = voltajes inducidos en las placas 1 y 3.

Si el voltaje de entrada es A COS mt, 10s voltajes inducidos en las placas 1 y 3 serin:

V,l =A COS od[l fcos 2 n90 t] V,z=A COS Cd[l +cos (2 7190 t-n)]

Como las dos seGales se combinan después de haber desfasado 180’ la sefial inducida en la placa 3, la sefia resultante sera:

VI = v,, - v,, = A COS cr1t [l + COS 2 3l90 t] - -A COS wt[l +cos (2 TL 90 t-n)]=

=A COS cet + A COS tcos 2 n 90 t-A COS ot- -A COS wtcos(2 n 90 t-n)=

Comunicaciones Eléctricas . N” 50/4 . 1975

Modulador mechico ILS

=A COS wtcos 2n90 t-l- A coswtcos2 ?c90 t= = 2 A COS cc>t COS 2 n 90 t, que se puede poner

como : v1=-4cos(wt+ 2x90 t)+Acos(wt-2rc?Ot).

Apreciandose en esta exprerion que solo quedan las bandas laterales, habiendo eliminado la portadora.

Toda la descripci& que se ha hecho anteriormente para la seccion de 90 Hz es aplicable a la secci’& de 150 HZ, con la unica diferencia de que el rotor tiene -5 elementos en lugar de 3.

Como no existen pérdidas apreciables en la transferencia de sefial desde la entrada a las dos salidas, la energia de la portadora se transforma integramente en energia en las dos bandas laterales. Las impedancias de 50 ohms en las tres puertas se mantienen constantes a pesar de la rotacion gracias a1 principio utilizado y a la precishon de la construcci’on mecanica.

En la figura 4 se muestra el esquematico completo de uno de 10s moduladores (el de pendiente de descenso). El modulador correspondiente a1 localizador es ligeramente diferente debido a que se usa una frecuencia distinta (110 MHz).

La temperatura o la humedad no afectan a 10s niveles de salida ya que en todos 10s componentes criti- COS el dieléctrico es aire. Ademas, el Q del dispositivo es bajo y la inestabilidad de 10s componentes no influye sobre la sintonia de la frecuencia. Las formas de onda de 10s tonos de modulacion son muy constantes y su contenido de armonicos permanece inalterable en cualesquiera condiciones ambientales, ya que depende exclusivamente de la geometrfa de 10s elementos del rotor y de las placas fijas. La estabilidad de las frecuencias de 90 y 150 Hz queda garantizada por la gran estabilidad de la rotacion del motor sincrono, que se alimenta de una fuente de 60 HZ muy estable (0,l %). La correlaci’on de amplitudes y fases de las dos frecuencias de 90 y 150 Hz es siempre constante, pues ambas frecuencias se generan a partir de rotores montados sobre el mismo eje. La modulation diferencial entre las dos frecuencias logra una estabilidad especialmente alta ya que las posibles pequefias variaciones se producen en la misma direction y se anulan mutuamente.

sw,

i --i-----

0 “ii:

mechnico, esquematico.

339

Modulador mecbico ILS

ConstrucciQn

La precision y robuste2 de la construction se pueden apreciar en las figuras 1 y 2. El modulador va montado en una caja metalica de fundicion. El modulador se monta por separado. Conectandose a1 eje del motor mediante una junta amortiguadora universal. El eje se monta sobre dos cojinetes de bolas especiales, estando todo el rotor equilibrado con gran precision a fin de reducir el ruido acustico, disminuir las vibraciones y prolongar la vida de 10s cojinetes. El montaje y des- montaje del modulador es sencillo y rapido, con 10 cual se facilita el mantenimiento.

La vida del cojinete es superior a las 15 000 horas de rotacion continua, con 10 que las sustituciones han de hacerse aproximadamente cada dos afios por tér- mino medio. Esta vida se ha podido constatar en mas de 30 unidades funcionando desde hace cuatro afios.

Conclusiones

El nuevo modulador mecanico disefiado por FACE- Standard para su sistema ILS da una salida muy estable y tiene impedancias constantes de entrada y salida. Esto es el resultado del acoplamiento mecanico directo con una construction precisa pero robusta.

340

Danio Graziani nacio en Venecia en 1922. Se doctoro en Ingenieria Eléctrica en la Universidad de Padua en 1950. Desde 1951 a 1963 trabajo en Iris Radio, Miilan, donde colaboro en el desarrollo de equipos de comunicaciones en VHF y UHF.

Ingreso en FACE-Standard en 1964, en donde ocupo el cargo de ingeniero jefe de desarrollo en el departamento de Electrk nica para Aviation; ha dirigido el disefio y desarrollo de 10s equipos DME para ayuda a la navegacion, tales como DME, ILS y TACAN; en la actualidad es responsable de rodas las actividades de investigaci& y desarrollo en la Division de Radio y Ayuda a la Nevagacion de FACE-Standard.


J. BAUDIN Le Matériel Téléphonique, Boulogne-Billancourt, Francis

Ya en el afio 1939, LMT (Le Matériel Téléphoni- que) registre su primera patente relativa a la realizacion de “Un equipo para entrenamiento de navegacion aérea sin visibilidad”. Desde aquella fecha, su Di- vision de Simuladores aumento continuamente de tamafio e intervino en una gran variedad de desarrollos, tales como equipos de entrenamiento para vuelos sin visibilidad y simuladores de aekonaves.

El radar situado a bordo de aeronaves en funcion aire-tierra es evidentemente un medio de navegacion autonome ampliamente usado por las fuerzas aéreas militares para misiones en zonas hostiles.

Una navegacion de este tipo, que requiere atencion constante y gran experiencia por parte del operador, y a veces del mismo piloto, necesita un entrenamiento largo y cuidadoso; de aqui la necesidad de un simulador de radar aire-tierra digital.

Utilizando medios puramente digitales para resolver este problema, LMT obtuvo un éxito a1 conseguir seguridad y precisi’on en la produccion de imagenes simuladas de radar a partir de un mapa digitalizado almacenado en una memoria digital.

De esta forma, esta realizacion de la Division de Simuladores es una contribution a1 desarrollo de las ayudas a la navegacion.

No obstante, 10s pilotos y las personas responsables de la navegacion aérea no se preocupan solamente por las aeronaves en ruta, y se vi0 que el trafic0 intensivo en 10s principales aeropuertos del mundo requiere que,


tanto las aeronaves como 10s movimientos sobre las pistas de 10s vehiculos de mantenimiento o de servicio, sean cuidadosamente controlados, en especial en caso de mal tiempo. El problema es entonces detectar objetos por radar cuando estan parados o en lento movimiento en un ambiente con fuertes sefiales per- turbadoras y por consiguiente se debe alcanzar el nivel técnico de 10s radares de vigilancia de tierra coheren- tes, tales como el RATAC (Radar de tiro para la Artilleria de Campafia). LCT (Laboratoire Central de Télécommunications) es bien conocida por sus excelentes desarrollos en este campo, que fueron el origen de 10s equipos fabricados en serie para 10s ejércitos de Francis, Alemania y Estados Unidos. Estos importantes conocimientos y su experiencia técnica en radares terrestres permitieron a LCT tratar brillantemente el problema de la vigilancia de las pistas de aterrizaje con el radar Corail.

J. Baudin se gradua como ingeniero de telecomunicacih en 1950. In!gre,so en LCT en 1951, donde trabajo en el ,departamento de rad#ar. Posteriormente su actividad en LMT e ITTFL (Nutley, USA) se desarrohlo en radionavegacion. En ITTFL participh en el desarrollo del equipo TACAN de a bordo.

A su vuelta a LMT desarroello 10s primeros equipos IFF. Des- pués fue transferido a las oficinas centrales de ITTE en Bruselas en donde fue Director de la Linea de Productos de “Avionica”, desde 1963 a 1969.

En 1969 vol& a LMT com’o Director de la Linea de Pro- ductos .de Radiocomunicaciones. Actualmente es Director Téc- nico de LMT.

341

La interpretacih de las imagenes de 10s radares aire-tierra necesita de un entrenamiento actualmente posible gracias a1 simulador digital que se describe en este articula. Est5 constituido principalmente por una memoria muy rapida que contiene la descripckh digitalizada del mapa geografico, y un ordenador especial cuyo pape1 es el de computar 10s ecos de radar producidos por cada detalle del mapa.

G. VILLEMIN A. MATTERA Le Matériel Téléphonique, Trappes, Francis

Introduccih

La observaci’& e interpretacion de las imagenes del terreno proporcionadas por el radar de un avion en su funcion de representaci’on son las bases de un modo autonome de navegacion ampliamente utilizado en la aviation militar. Esta navegacion es dificil puesto que requiere no solo mantener la atencion del operador, que puede ser simultaneamente el piloto, sino tam- bién, una considerable experiencia en la interpretacion de la imagen del radar y en la extraction de la informacion util de la misma.

Verdaderamente, si el ojo humano se acostumbra, en vis& normal, a identificar objetos por su forma geométrica y su color, esto no sigue siendo cierto cuando estos objetos se presentan en una pantalla de radar en forma de marcas brillantes y cuando el operador, mediante la alteracion de 10s controles, puede destacar una caracteristica particular.

La ventaja de 10s simuladores para el entrenamiento en navegaci’on mediante radar se ha hecho claramente patente después de 1960.

El principio de la simulacion [l], todavia en uso actualmente, se basa en una cierta representacion del terreno y consiste en el calculo de la imagen del radar a medida que avanza el vuelo simulado del avion. En 10s primeros simuladores, el terreno se representaba mediante placas fotograficas con una codification apropiada y se usaba un ordenador analogico para calcular las imagenes del radar. La pobre resolucimon y la falta de estabilidad de estos simuladores se consideraron como limitaciones inaceptables, especialmente para vuelos a baja altura y en 1970, LMT deci- dia atacar este problema mediante métodos puramente digitales, 10 que significaba la necesidad de desarrollar dos nuevas técnicas: - digitalizacion automatica de mapas de forma que

se pueda generar un archiva de la information digital del terreno;

- dculo de la imagen de radar en tiempo real.

Mode10 digital del terreno

La informackk se obtiene de 10s mapas geograficos existentes [2]. La generacion del archiva digital, ut&- zable directamente por el simulador del terreno para el radar aire-tierra, lleva consigo la utilizacion de un hardware y un software especiales, asi como una division juiciosa de las responsabilidades entre la maquina y el operador.

342

El proceso de generacion del archiva consta de dos etapas: - digitalizacion del terreno, que consiste en la utili-

zacion de un ordenador de tipo general para la reconstruction de 10s trazados de curvas dados por un lector optico: curvas de nivel para relieve y contornos para 10s detalles (corrientes de agua, rocas, bosques, ciudades, ferrocarriles, etc.).

- codificacison, que consiste en el proceso de 10s datos obtenidos: compresion para minimizar el volumen de memoria, y almacenamiento para facilitar el acceso a la informaci,& durante el movimiento del avion.

Digitalizacion del terreno

Los métodos de proceso y division de tareas entre el operador y la maquina difieren de acuerdo con el tipo de informacion a digitalizar. La participaci,on del operador es grande cuando se estan digitalizando deta- Iles topograficos, mientras que para digitalizar lineas de nivel se utilizan procedimientos automaticos generalmente.

Aunque ayudado en esta fase por el ordenador que “propone” soluciones sobre una pantalla de rayos catmodicos, es del operador en todos 10s casos la responsabilidad final de la comprobacion de la informaci& digitalizada.

Digitalizacimon de 10s detalles topograficos

La naturaleza especial de estos detalles requiere la presencia de un operador cuando se tienen que utilizar mapas policromados y cuando se digitalizan 10s contornos a partir de la tabla de datos del seguimiento manual de una curva con la ayuda de un ordenador digital y una consola de presentacion grafica. El ordenador clasifica y almacena la informacion adquirida siguiendo las direcciones proporcionadas por el operador (naturaleza del detalle y sus caracteristicas). La informacion reconstruida se presenta en una consola grafica para su comprobac&, daci’on por el operador.

Digitalizaci’on de curvas de nivel

Si el seguimiento manual de una linea se puede justificar para 10s detalles topograficos, no ocurre 10 mismo para las curvas de nivel.

Verdaderamente, la propia naturaleza de las curvas

terminacion y vali-


Simulador digital del terreno

de nivel, interrelacionadas por leyes precisas, exige un método programado de seguimiento. El uso de este método, no ~010 reduce el tiempo de digitaliza&6n, sino que también elimina el efecto del operador sobre la calidad del archiva obtenido.

El centra digitalizador (Fig. 1) consta de un lector de tambor, un ordenador digital de uso general con una unidad de disco y una consola de presentack5n.

Se utiliza un mapa orografico monocromo normal. El mapa esta acoplado a un tambor que gira a una velocidad constante. Enfrentado con el tambor hay un explorador formado por un proyector y una célula fotoeléctrica que detecta la luz reflejada por un punto luminoso de 50 micras de diametro. El explorador se mueve horizontalmente. La senal modulada se digitaliza y pasa a1 ordenador.

La informacion obtenida se utiliza para reconstruir las curvas de nivel por continuidad. Los programas utilizados en esta fase de la digitalizaci36n toman en consideracion las propiedades de 10s contornos de 10s relieves, en particular: la falta de pendiente de las lineas de nivel, continuidad de la altitud, tendencia del relieve, etc.

Las curvas reconstruidas se presentan en la pantalla de una consola grafica. El operador puede comparar- las con las curvas del mapa original y, si es necesario, mediante petic& a través del ordenador, introduce la ,informaci86n suplementaria necesaria para una buena digitalizac&.

Puesto que la informacion obtenida despuks de la digitalizacion es numerosa y redundante, existe la necesidad de clasificarla y comprimirla para facilitar su utilizacion en el simulador de terreno del radar.

El metodo de clasificaci’bn Gene en cuenta la organizacion de las memorias y de 10s ordenadores de uso especial, asi como la de la continuidad de la trayectoria del avil&.

Ei tipo de compresi,on adoptado tiene que proporcionar un buen compromiso entre el trabajo de pre- parar la informaci~on, el volumen de almacenamiento de la memoria y las demandas realizadas sobre r-1 ordenador de uso especial para realizar el trabajo de compres&r.

LA/IT ha desarrollado métodos de compresi6n de informack5n totalmente nuevos. Los resultados han mostrado que la exactitud de un archiva de niveles comprimidos es del mismo orden que la de 10s contornos de relieve en un mapa normal de escala 1 :lOO 000.

Codificack de la informaci~6r-r digitalizada

Descripcih del Centro de Cbmputo

Con las caracteristicas del terreno almacenadas en forma digital en una memoria de masas, la funci’on del centra de computa (Fig. 2) es: - Extraer de la memoria la informac& relacionada

con el area del terreno iluminada por el haz del radar en cualquier momento.

OHDENADOR DE us0 GEl‘lERAL

PROGRAKA DE SUPERVISIO?!

CONTROLES DE LA MEMORIA

PRtSEWCION DEL RADAR

ORDEMADOR OE US0 ESï'EClAL

GENERAOOR DE WEO DEL RADAR I

UN1060 DE CIllA ,:AGE!Ei,C,, TERREMO Y PROGRPIIAS

U4lOAO DE DISC0 "9EA DEL EJE?Clî,"

Fig. 1 Centra de digitalizacibn en que se preparan las presentaciones del simulador del terreno.



Fig. 2 Diagrama de bloques del simulador digital de terreno, para radar.

Esto da lugar a un problema de rapido acceso a la informac&r contenida en un gran archiva - la solution adoptada es la de utilizar un sistema de memoria jerarquico.

- Computar 10s ecos del radar en tiempo real y presentar sobre el indicador una imagen dinamica que posee todas las propiedades de una imagen obtenida en condiciones reales con el tipo de radar simulado. Este es un problema de proceso de alta velocidad que solo es capaz de resolver un ordenador de uso especial.

Ordenador de uso general y estructura jerarquica de memoria

La memoria jerarquica utilizada para obtener el gradiente de flujo de informaci’& requerido a partir de un archiva de gran capacidad, consta de dos niveles. El primer nivel consta de una memoria de masas que contiene toda la informacion correspondiente a la zona de vuelo y el segundo es una memoria de acceso rapido, denominada memoria de trabajo, que contiene la informaci~on relacionada con la zona del terreno que da lugar a ecos visibles sobre la pantalla en cualquier momento.

Una memoria fuente disefiada para proteger 10s archives se asocia con estas dos memorias.

Un pequefio ordenador de uso general controla estas unidades de memoria, la memoria fuente y la memoria de masa con periféricos normales (tinta mag- nética, unidad de disco).

Naturalmente, el pape1 de este ordenador se extiende también a la direccioa general del sistema (general management): sincronizacion y supervis& de todos 10s equipos en respuesta a informaci,& procedente de la consola de control; generackk de 10s parametros del avis& o aceptaci6r-r de estos parametros cuando el simulador del radar se acopla a un simu’lador de vuelo.

La presencia de un ordenador de uso general pro-

porciona flexibilidad a1 sistema permitiendo la intro- ducc& de modos especiales de funcionamiento; por ejemplo, pueden introducirse rapidamente las caracteristicas de un radar particular o el instructor puede introducir fenomenos exteriores en tiempo real.

Ordenador de uso especial

El pape1 del ordenador de uso especial es el de computar 10s ecos del radar en tiempo real[3,4].

El método elegido para conseguir el ritmo de proceso requerido es el de repartir el trabajo entre varias unidades de proceso de uso especial trabajando en paralelo y controladas por el ordenador de USO general.

La parte normal del proceso se maneja con tres maquinas digitales cada una de las cuales trabaja unas 30 veces aproximadamente mas rapida que un ordenador convencional de uso general.

Para cada celula elemental de terreno, su funcion es la de: - descomprimir la informacZn de contorno y calcu-

lar las pendientes; - decodificar la information topografica y calcular

la capacidad de reflex& de detalles a1 radar, tales como edificios, rios, vegetacion, etc.;

- calcular la potencia reflejada procedente de cada célula elemental de terreno tomando en consideracion el angulo de incidencia entre el haz del radar y el terreno, a1 angulo de inclination y la reflexivi- dad del terreno;

- prever el efecto de sombra producido por el relieve; - tomar en consideracion la direction y altura de

10s detalles topograficos para el calculo de la refle- x& y del efecto de sombra. El ordenador de uso especial procesa la informa-

cion normal para reproducir las caracteristicas del radar simulado; modo de exploraci,&, anchura de haz, longitud de impulso, etc. Puede también simular 10s efectos de niebla y lluvia o la interferencia por otros radares. Para algunos de estos procesos se utilizan métodos analogicos.

La imagen que aparece en la pantalla, figura 3, se puede modificar mediante 10s controles usuales de la pantalla del radar.

Conclusiones

La organizaciS6n de un simulador de terreno para radar se puede resumir segun sigue: - 10s datos geograficos - position del avion e infor-

macion del terreno - aparecen a nivel de ordenador de uso general y a nivel de memoria;

- el elemento digital del ordenador de uso especial simula las leyes de propagation y reflex& de las sefiales transmitidas por el radar de a bordo en el espacio de terreno definido por 10s datos geograficos;

- el elemento anakgico del ordenador de uso especial simula el proceso que la seiial recogida por el explorador s’ufre en el receptor del radar simulado.

344 Comunicaciones Eléctricas * No 5OJ4 * 1975


Fig. 3 Imagen de radar simulada.

Esta estructura da a1 sistema considerable flexibilidad. Aunque su uso principal es el entrenamiento de navegantes en tiempo real, el simulador de terreno para radar se puede utilizar para dar mapas de pre- diction de radar que son una sucesion de imagenes de radar tomadas durante una mision predeterminada. Estos mapas proporcionan material de estudio util durante el entrenamiento y su disponibilidad en vue10 contribuye considerablemente a1 éxito de una mision, especialmente sobre territorio que no le sea familiar a1 piloto.

Una parte indispensable del simulador de terreno para radar, el archiva de datos del terreno digitaliza- dos, es también un subproducto para el que hay muchas aplicaciones potenciales :

- preparacion para grandes proyectos de ingenieria civil;

- calculo de zonas de visibilidad aplicados a problemas de propagation de ondas (radio, radar, tele- vis&); calculos de objetivos aplicados a tktica de arti-

-11 eria, etc. Los ordenadores microprogramados de alta veloci-

dad han abierto el camino de las técnicas de computa de imageries.

Referencias

[l] Investigation of Computer Techniques for Radar Landmass Simulation: United States Naval Training Device Center, Port Washington, Nueva York, Technical Report 1966.

[2] J. H. Garlow: Automatic Contour Digitizer: United States Army Engineer Topographie Laboratories, Fort Belvoir, Virginia, abri1 1971, 4D 726 386, pag. 100.

[3] M. 1. Skolnik (E,d.): Radar Handbook; Nueva York, McGraw- Hi11 Book Company, 1970.

[4] F. E. Nathanson: Radar Design Principles; Signal Proceosing and the Environment; Nueva York, McGranr-Hi11 Book Company, 1969, pag. 626.

Gérard Villemin na.& en Hadol (Vosgos) en 1947. Se gradua en el Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (secci& de electroni’ca y proceso de datos) en 1969.

En 1969 se incorpora a la Division de Sistemas Electrlnicos y Simuladores de LMT donde actualmente mantiene la posicion de jefe de ingenieros de proyectos en ingenieria de sistemas.

Alain Mattera nacio en Bourg (Ain) en 1945. Se gradua en ingenieria en la Ecole Nationale Supérieure de Ttl&ommuni- cations en 1967 y se incorpora a la Division de Sistemas Elec- tronicos y Simuladores ‘de LMT en 1969. Actualmente trabaja en la seccion de Nuevos Productos como ingeniero anaiista- programador.


Un radar monoimpulso con supre&n de ecos fijos asociado a un dispositivo de tratamiento de las informaciones recogidas permite llevar a cabo una vigilancia continua de las pistas de aterrizaje y despegue, y constituye una eficaz ayuda para el control de 10s movimientos de aviones en el suelo o en sus proximidades.

G. BARRIÈRE Laboratoire Central de Télécommunications, Vélizy-Villacoublay, Francis.

Introduccishn Tabla de abreviaturas

En muchos aeropuertos se esta consiguiendo llevar a cabo el manejo del creciente trafico gracias a la utilizacion de pistas de despegue paralelas y a la mejora de 10s sistemas de aterrizaje por instrumentos (ILS = Ins- trumental landing system). Se espera que la instaura- ci’& de 10s equipos ILS de Categoria Tres de la ICAO (International Civil Aviation Organization = Organi- zacion de la Aviation Civil International) y el incremento en las operaciones de 10s aeropuertos, concen- traran la atencison de 10s controladores en el problema del movimiento de superficie. La administracion del transporte aéreo francés (Direction des Transports Aériens), previendo una mayor necesidad de pistas de despegue y de vigilancia y control de la zona de aproximacion pidio a1 Service Technique de la Navi- gation Aérienne (STNA) y a las autoridades del aeropuerto de Paris que considerasen este problema. Se evaluaron varias técnicas de equipo para deteccion en superficie de aeropuertos y se preparo una especificacion para una instalacion experimental.

AFD - Control automatico de frecuencia ASDE - Equipo de deteccion sobre el suelo en

aeropuertos ASR - Radar de vigilancia de aeropuertos ATC - Control de trafico aéreo ATCRBS - S&ema de baliza de radar para el control de

trafic0 aéreo CFAR - Tasa constante de falsas alarmas CORAIL - Control por radar de incidentes en el suelo ICAO - Organizacion International de la Aviation Civil ILS - S&ema de aterrizaje instrumental IMC - Condiciones Meteorologicas que implican el

uso de instrumentos LCT MTBF MT1 QFU

- Laboratoire Central de Telecommunications - Tiempo medio entre fallos - Indicador de vehiculos moviéndose - Direction del trafico

RGDF - Range Gated Doppler Filters, filtros puerta de alcance, por efecto Doppler

STNA - Service Technique de la Navigation Aérienne VMC - Condiciones meteorologicas con visibilidad

En noviembre de 1969, en el aeropuerto de Orly, se realizo una primera evaluacion sobre un mode10 simplificado del sistema propuesto por LCT (Labora- toire Central de Télécommunications).

Como la prueba result’o satisfactoria, el Service Technique de la Navigation Aérienne realizo el desarrollo de un prototipo, que compraron las autoridades del aeropuerto de Paris.

lada por este equipo, acerca del riesgo existente por ha- berse introducido en ella vehiculos u otros aviones que se encuentren en’tierra. Esto tiene una particular importancia cuando las condiciones meteorologicas son malas.

Este equipo, denominado CORAIL (anagrama de “Contrôle par Radar des Incidents au sol”) se ha instalado en la pista 03 del aeropuerto Paris-Orly (Fig. 1).

Referente a1 control de aproximaci’on para aterrizaje, Corail permite a 10s controladores incrementar la capacidad de manejo del trafico del aeropuerto, reduciendo el espaciamiento entre dos aviones conse- cutivos.

El Corail no es un equipo del tipo convencional ASDE (Airport Surface Detection Equipment, Equipo de deteccion sobre el suelo en aeropuertos). El Corail va alternando las diversas coberturas de la zona para proporcionar un rastreo automatico continuo de la principal zona de interés. El Corail y el ASDE se complementan cuando funcionan en paralelo, ta1 como ocurre en Orly.

Posibilidades del Corail

El principal objetivo del Corail es ayudar a1 per- sonal de la torre de control en la observacion de 10s movimientos de 10s aviones en 10s pasillos de aproximacion para el aterrizaje en las zonas de acceso a las pistas, y hacer mas fluido el trafico en estas areas de movimiento critico.

Por 10 que respecta a la vigilancia de pistas, el Corail proporciona un aviso automatico a 10s aviones que est& aterrizando o despegando por la pista vigi-

Fig. 1 Radar Corail instalado en el aeropuerto de Orly, Paris, donde esta funcionando en la pista 03.


CORAIL

El Corail proporciona un analisis automatico de la situation, basado en criterios establecidos a priori. Cuando se vulneran estos criterios, el persona1 de la torre de control es alertado mediante una alarma, una presentacion visual de la situacion y la adecuada informacion alfanumérica.

Por 10 tanto, el Corail no necesita un operador de radar que esté continuamente detectando, identifi- cando, rastreando e interpretando la situacibn del trafico en la zona de interés.

El Corail emplea pantallas de teievision para ofre- ter una presentaci,on grafica de 10s movimientos que tienen lugar por las pistas y las zonas adyacentes de aproximaci’on a las mismas.

Para realizar evaluaciones después del vuelo sobre incidentes concretos o para llevar a cabo estudios sobre el funcionamiento de 10s aviones, el Corail facilita la posibilidad de grabar datos sobre el itinerario, la velocidad de deslizamiento por la pista y la aceleraci,&.

La transmision de 10s datos desde el puesto de radar hasta la torre de control se lleva a cabo mediante lineas telefonicas convencionales. Para la coordinaciirn de ,operaciones de emergencia de control de trafico aéreo (ATC, Air Traffic Control) se pueden instalar pantallas remotas en servicios anexos del aeropuerto.

Descripcih del sistema

Principios de funcionamiento

El Corail utiliza las técnicas del radar Doppler monoimpulso desarrollado para vigilancia y observacion de intrusiones. A través de un sistema coherente MT1 se detectan 10s blancos moviles. Este sistema tiene una ventaja por 10 que respecta a sensibilidad y discrimination de blancos respecto a 10s demas radares de vigilancia de superficie de aeropuertos. El alcance se fija mediante grupos de filtros puerta (Range Gated Doppler Filters, RGDF). Para el rastreo de precisimon de 10s blancos principales se utilizan puertas m’oviles. Otros dispositivos con puertas de alcances contiguos proporcionan una cobertura continua de la pista y de las zonas adyacentes. Aunque la antena esta fija, debido a la utilizacion de la técnica monoimpulso, se obtiene el azimut exacto de cualquier blanco situado dentro del haz de dicha antena.

El procesador de la sefial proporciona informacimon sobre 10s blancos moviles. Para el analisis del blanco se utilizan 10s siguientes datos: - Distancia - Angulo de desviacison azimutal respecto a1 eje de la

pista - Velocidad - Aceleraci’on.

Como consecuencia de esto, 10s blancos se pueden clasificar en dos categorias: a) Vehiculos con movimientos normales. Una puerta

de rastreo sigue a cada uno de 10s aviones que estan despegando o aterrizando y sus caracteristicas son comparadas con unos criterios predeterminados. Este tipo de blancos caen dentro de 10

rutinario y no necesitan la atenci’on del contro- lador, a menos que otros blancos ocasionen con- flictos potenciales.

b) ‘Vehiculos con movimientos anormales. Pueden ser, o bien aviones que no cumplen las normas preestablecidas, o bien vehfculos intrusos. En cualquier caso, su presencia merece la atencion del con- trolador, a fin de que éste emprenda la correspondiente action correctiva. El sistema de alarma aisla y da las seiïales de aviso

a una de las tres siguientes keas (ver figura 2): - zona de aproximacion, - zona de la pista, - zona de prealarma.

Esta ultima zona es una franja de unos 150 metros alrededor de la pista en la que se ha situado esta instrumentacion. El estado de despeje de la pista se presenta en una pantalla luminosa.

Descripcison del equipo

De acuerdo con el diagrama de la figura 3 el Corail consta de 3 principales conjuntos de equipo: - Conjunto de antena y torre.

Fig. 2 Las tres zonas de vigilancia cubiertas por el radar Corail. La zona de prealarma es una zona de 150 m de anche alrededor

de la pista.

LINEA TELEFONICA --------------

Fig. 3 Partes principales del sistema Corail.

Comunicaciones Eléctricas . N” 50/4 * 1975 347

CORAIL

- Conjunto de procesador de datos de la seGaI y radar.

- Conjunto de presentacioa de datos y alarma. En la figura 4 puede verse un diagrama de bloques detallado.

El conjunto de antena y torre (Fig. 5) esta disenado de ta1 forma que su instalacion se realice proxima a la linea central de la pista, de forma similar a la instalaci’& del localizador ILS. La antena Corail se puede situar entre 300 y 900 metros mas alla del giro a1 extremo de la pista equipada. Se utiliza una torre ligera para conseguir despejar la trayectoria del haz por encima de todas las estructuras que intervienen, tales como la del localizador ILS y la iluminacion.

ACOPLACOR n

I

:ANAL A

PUESTO REMOTO DE RADAR LINEA TELEFONICA

-------

t

------ TOARE OE CONTROL

Fig. 4 Diagrama de bloques del equipo Corail en la antena y en la torre de control.

Fig. 5 Conjunto de antena y torre. La antena est& contenida en la cupula encima de una torre ligera.

El haz de la antena cubre la pista, sus alrededores y la zona de aproximacion, hasta unas 8 millas nk- ticas.

La antena va alojada en una cupula (radomo), montada sobre la torre de la antena. La antena tiene un diagrama de radiacion de monopulso de suma y diferencia. Esta alineada con el eje central de la pista y no es exploradora, es decir permanece fija. Cuando no se puede realizar la instalacion alineada con el eje de la pista, o cuando ello no conviene, ta1 como ocurre en Orly, se puede ajustar el procesador de la sefial a fin de compensar esta desviacion respecto de dicho eje.

Normalmente, 10s equipos de proceso de datos de la sefial y de radar se disefian para funcionar en caseta. Deben estar situados dentro de la longitud admisible de la guiaonda de la antena. Lo deseable, es que esté proxima a la de la torre de la antena.


CORAIL

El radar propiamente dicho consta de un transmisor receptor ta1 como se indica en la figura 4. Se trata de un sistema Doppler de impulsos. De acuerdo con la técnica monoimpulso, se utilizan dos recepL tores en el radar.

El procesador de datos consta de tres subconjuntos principales : -Un dispositivo de filtros Doppler provistos de

puerta de alcance para la vigilancia de la pista. Se utiliza una puerta para cada intervalo de pista de 45 metros;

- 4 puertas para el seguimiento del avion durante el aterrizaje o el despegue;

- 1 circuito de alarma que compara las caracteristicas de la senal recibida con un umbral preestablecido, proporcionando las alarmas necesarias a1 per- sonal de la torre de control. El mensaje resultante se envia a1 conjunto de pre-

sentacion de datos y alarma a través de modems y lineas telef.onicas convencionales. Este mensaje contiene la siguiente informackkr:

situaci’&, distancia y desviaci’on del eje de la pista -d 1 e os objetos detectados y seguidos por las puertas

de seguimiento; situaci’&, distancia y desviac& del eje de la pista

-d 1 e os objetos detectados por las puertas de alcance fijo;

- informacion de alarma; - informac& de control (pruebas internas del equipo)

accionado por circuitos especiales para comprobac& del calibrado. Los bastidores del equipo electronico Corail son

de diserTo normal (19 pulgadas). El radar, el extractor de sefial, el procesador de datos, las alimentaciones y 10s equipos para autoprueba automatica son de disefio modular. Se le ha dotado de la suficiente flexibilidad como para poder adoptar disposiciones que se adapten a la configuracion especifica de cada aeropuerto. (Ver figura 6).

El conjunto de presentacion de datos y alarma se ha disefiado de ta1 forma que su instalaci,on se realice en la torre de control.

Mediante un decodificador de mensaje se realiza la separaci’on entre 10s diversos tipos de information que llegan juntos: - sefiales de alarma - localizaci~on de vehiculos en la zona de aproxima-

cison - localizaci’on de vehfculos en la zona de la pista - senales de control.

En el aeropuerto de Orly se utilizan normalmente dos monitores convencionales de television. - uno para la zona de la superficie del aeropuerto,

en el que aparecen 10s moviles y 10s mensajes de alarma;

- otro para la zona de aproximacibn, donde solamente se pueden observar 10s moviles. Ver figuras 7 Y 8. Una alarma actistica dirige la atenci’on del contro-

lador hacia la pantalla correspondiente en el momento

Fig. 6 Bastidores normales de 19 pulgadas (482 mm) que contienen las unidades modulares de equipo.

en que se ha detectado una senal de violacion de 10s criterios de control establecidos como limite.

En la tabla 1 se puede ver una relac& de las condiciones que normalmente se tienen en cuenta para la alarma automatica y para la presentaci,on de mensajes. La mayoria de estas caracteristicas automaticas del Corail no se pueden conseguir en 10s sistemas de operaci,on manual, dado que el seguimiento de un determinado blanco es un dato esencial para el com- parador de la alarma (es decir: velocidad anormal, aceleracifon anormal).

Fig. 7 Pantalla monitora para el kea de ia superficie del aeropuerto; presenta 10s vehiculos y 10s mensajes de alarma.

Comunicaciones Eléctricas . N” 5014 . 1975 349

CORAIL

Fig. 8 Pantalla monitora para la zona de aproximacion; presenta unicamente 10s vehiculos.

Tabla 1 - Mensaje de alarma automatico

1. Go Around - (continuai- volando sin aterrizaje): este mensaje se initia cuando el avion que est; aproximkdose incrementa su velocidad por encima del limite de velocidad establecido para el aterrizaje.

2. Abort - (vuelo abortado): se initia cuanda hay una disminucion en la aceleracion despues del comienzo del recorrido de despegue del avion

3. Undershoot - (aterrizaje corto): se initia cuando tiene lugar un anormal descenso de la velocidad de aproximacion antes de Ilegar al limite de la pista.

4. Overshoot - (despegue largo): se initia cuando un avion se aproxima ya a1 limite de la pista a baja velocidad.

5. Off Runway - (fuera de pista): se initia cuando un avion cruza el limite Iateral de la pista a baja velocidad.

6. Close Interval - (espacio contiguo): SC initia cuando un avih sobrepasa cualquiera de 10s dem& limites establecisdo.

7. Aircraft on - (avion en pista): se initia cuando un Runway avion en movimiento se detiene momen-

theamente dentro de 10s limites de la pista.

8. Aircraft on - (avih en la pista de circulation): se Taxiwa~ initia cuando un avion en movimiento

se detiene momentkeamente dentro de 10s limites de la pista de circulation de salida bajo vigilancia.

9. Intruder - (prealarma de intrusion): se initia Prealarm cuan,do un objeto movil entra en una

zona de prealarma de la pista (aproximadamente a 150 metroi alrededor de la pista).

10. Intruder on - (intrusion en la pista): se initia cuando Runwa~ un objet» mdvil entra desde las zonas

contiguas de prealarma a la zona de la pista.

Caracterkticaî técnicas

El radar Corail funciona en la banda X, con una frecuencia sintonizable, con una abertura del haz de 4O, t.anto por 10 que se refiere a1 azimut como a la elevacion. Radia con polarizacion circular, reduciendo

350

asi las interferencias esporadicas producidas por la lluvia. Tiene un extractor CFAR (constant false alarm rate = tasa constante de falsa alarma), que proporciona un tiempo medio entre falsas alarmas de 10 horas. Radia impulsos de 0,35 ,LLS de anchura y 7 kW de potencia de pico con un ciclo de servicio de 10d3. Comprende un receptor con un factor de ruido de 6,5 dB.

El Corail esta disefiado para funcionar 24 horas a1 dia. Mediante un monitor incorporado, se prueban de forma automatica y continua todos 10s parametros del sistema de radar relacionados con las caracteristicas de funcionamiento del mismo. El tiempo medio entre fallos es de 5000 horas. El consuma de potencia, es 1000 vatios.

Las principales cifras correspondientes a1 funcionamiento son: - Una probabilidad del 99 % de iniciar el seguimiento

de la ruta de un Caravelle o DC9 a 8 millas nh- ticas.

- Las precisiones de las medidas tipicas son: Distancia i 10,5 metros Azimut i- O,l” de desviacion Velocidad rt 5%.

Primeros resultados de la evaluacih en el aeropuerto de Orly

Problemas técnicos

Durante las primeras pruebas de funcionamiento aparecieron algunos problemas concernientes a la tasa de falsas alarmas y a la fiabilidad de 10s tubos (magne- tron y tiratron).

Ya se han resuelto y en la actualidad se obtiene la esperada tasa de falsas alarmas (una falsa alarma por cada 10 horas).

No ha habido ninguna dificultad en cuanto a la fiabilidad del resto de 10s circuitos del equipo.

IntroduccGn del sistema Corail de 10s procedimientos existentes

La vigilancia mediante el Corail de la aproximacion para el aterrizaje y de la pista es un nuevo concept0 para 10s controladores de la torre de control. El sistema les proporciona una localizaci’on exacta del avion antes de la pista, en la pista y en las salidas de la misma.

Tras el primer periodo de evaluacion, 10s controladores organizan el uso del sistema de vigilancia y alarma de la siguiente forma; creando dos modos de operaci~on, sin ningun cambio en 10s criterios de alarma : - Modo IMC (Instruments Meteorological Condi-

tion = condiclon meteorol,ogica que implica ell uso de instrumentos) en el cual, se realiza una presentacion grafica de todas las alarmas cuando éstas tienen lugar, y solamente se las hace desaparecer mediante la intervention manual de 10s controladores.

- Modo VMC (Visual Meteorological Condition = con-

Comunicaciones Eléctricas . No 5O/4 . 1975’

CORAIL

dicion meteorol~dgica con visibilidad) en cl cual tarnbien se realiza una presentacion grafica de las alarmas cuando éstas tienen lugar, pero, después se borran sutomaticamente cuando desaparece el mo- tivo de alarma, sin necesidad de que actue el con- trolador. Se ha afiadido un circuito de mando auxiliar d

conjunto de presentaci,on de datos para que el con- trolador, especialmente en el modo IMC, pueda seleccionar: - el QFU, o direction de trafico, - el tîpo de movimiento sutorizado en la pista: ate-

rrizaje yio despegue. Esto significa que, por ejemplo, un avGn puede ser

declarado “intruso en la pista” durante el despegue, cuando solamente es& autorizados 10s aterrizajes.

Ampliaciones y perspectivas futuras - Caso de pistas paralelas

El seguimiento automatico del recorrido del aterrizaje y despegue de 10s aviones proporciona infor- imacion continua acerca de la velocidad y la aceleraci&. La experiencia ha demostrado que la grabacion permanente de esta informaci’& puede ser util: -para facilitar las investigaciones en torno a un

accidente, - para obtener estadisticas sobre la velocidad del

avion en tierra, la situac& de 10s giros en las salidas de las pistas, las variaciones de las trayec- torias de aproximacion y ‘la utilizacion de la pista. Se ha evaluado la utilizaci6n de un radar secun-

dario (ATCRBS = Air Traffic Control Radar Beacon System = sistema de baliza de radar para el control del trafico aéreo) junto con el Corail para obtener un codigo de identidad del avi,on y poder utilizarlo en el mensaje de datos que se envia a1 dispositivo de presentacion de la torre de control. Utilizando un equipo ATCRBS, situado en el mismo lugar que el Corail, la administrackm del aeropuerto de Paris investi& en Orly el control de interrogation del c6digo de identidad, la separaci’on entre las respuestas de varios aviones y la correlacion del alcance entre el ATCRBS y el Corail. Se obtuvieron resultados satisfactorios.

El Corail se puede utilizar para localizar a 10s vehiculos de rescate que estén operando en o cerca de la pista, bajo condiciones de visibilidad reducida.

Se puede usar un canal de recepci’on auxiliar no coherente y muy directive para detectar vehiculos o aviones detenidos en la pista y por tanto no sefialados por el sistema Doppler.

Recientes realizaciones

Berlin - Aeropuerto Tegel - Pistas paralelas

Se han instalado dos sistemas Corail en el Aero- puerto de Berlin-Tegel a principio de 1975 (Fig. 9).

El Aeropuerto dispone de dos pistas paralelas no independientes separadas unos 200 m; cada equipo vi- gila una pista y un determinada sentido del trafico de 10s dos posibles. Los equipos incluyen 10s canales auxi-

Fig. 9 Radar Corail instalado en el aeropuerto de Berlin-Tegel, funcionando en la pista sur.

liares de deteccibn para vehkulos parados en las pistas. Los mrnsajes recibidos de 10s dos radares se correla- cionan y procesan en un dispositivo especial que presenta una imagen unica de las pistas (Fig. îC) y elabora las alarmas rspecfficas de las pistas paralelas ademas de las ya mencionadas. Estas alarmas son: - error de alineacion (Fig. 11) : cuando un avis& esta

aterrizando en una pista no autorizada; - movimientos simultaneos: cuando un primer avion

rsta siguiendo una pista mientras el segundo se prepara a aterrizar en la otra.

Aeropuertos de Charies de Gaulle (pista 01) y Orly (pista 04)

En 1975 se ha instalado un equipo Corail en cada uno de estos aeropuertos (Fig. 17). Los equipos incluyen el canal auxiliar de deteccion para vehiculos detenidos, pero no ri dispositivo especial para tratamiento de alarmas.

Por otra parte, la visua!izacibn m& elaborada fn- corpora la memorizacion de la traza de 10s vehiculos en movimiento sobre la pista (Fig. 13). Los ecos vistos

Fig. 10 Visualizacih de las pistas en ei aeropuerto berlinés de Tegel.

Comunicaciones Eléctricas N” 50/4 . 1975 351

l Il !

FI~. Il Alarma de error de alineamiento.

Fig. 13 Trayectoria de un avion sobre la pantalla monitora en el aeropuerto de Charles de Gaulle.

Fig. 12 Ra,dar Corail instalado en el aeropuerto Charles de Gaulle y funcionando en la pista 01.

en la pantalla en tiempo real son brillantes; un sistema de envejecimiento atenua 10s ecos anteriores del mismo vehfculo. Los controladores vigilan constantemente las pantallas.

Conclusiones

La primera evaluaci’& del sistema Corail en el aeropuerto de Orly ha arrojado resultados muy satisfactorios y el persona1 de la torre de control ha demostrado un gran interés.

La posibilidad que el Corail presenta de vigilar automaticamente las operaciones que se realizan en la pista bajo las peores condiciones de visibilidad, libera a 10s controladores de la incertidumbre de las obstruc- ciones de pista.

La posibilidad de seguir automaticamente el rumbo del avion en la aproximaci’on para el aterrizaje viene a sumarse a1 resto de las caracteristicas de este sistema, que permiten el manejo seguro de una elevada densidad de trafico. Permite un espacio minimo de ATC (ATC = control de trafico aéreo) entre aviones y re- leva a1 ASR de esta funci&a cerca del aeropuerto.

Mediante las técnicas Corail se pueden observar automaticamente aterrizajes simultaneos en pistas paralelas.

Los radares Corail y ASDE se complementan entre si en muchas funciones y ambos proporcionan apoyos necesarios y adecuados para el manejo del trafico de aeropuerto.

Agradecimiento

La cooperacion del Service Technique de la Navi- gation Aérienne y de la Administracion de 10s aeropuertos de Paris y de Berlin-Tegel facilitt6 enorme- mente el desarrollo del primer sistema Corail, su eva- luaci6n en el aeropuerto de Orly el desarrollo de 10s radares instalados en el Charles de Gaulle, Orly y Ber- lin-Tegel. Su eficiente ayuda nos permiti6 tener el sistema en funcionamiento en las mejores condiciones deseables.

Georges Barrière naci en Castelnau-Durban (Francis), en 1925. Estudio en la Universidad de Burdeos, donde se gradua como ingeniero de radio y licenciado en ciencias.

Se incorpora a1 Laboratoire Central de Télécommunications en 1962 y participa en el desarrolio ,de circuitos para proceso de datos con destino a 10s radares de vigilancia de superficie.

Desde 1968 es el responsable del proyecto Corail.


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