ES2944109T3 - Radar secundario para mejorar la seguridad aérea mediante la detección ADS-B de muy largo alcance - Google Patents

Abstract

El radar secundario que comprende una antena que tiene un diagrama de radiación formando un canal suma denominado SUM, un diagrama de radiación formando un canal diferencia denominado DIFF y un diagrama formando un canal de control denominado CONT, la localización de dichos blancos se realiza de acuerdo a los siguientes pasos: - detección de señales espontáneas ADS-B recibidas en dicho canal CONT (102), en dicho canal SUM (103) y en dicho canal DIFF (104); - medir al menos la potencia de dichas señales espontáneas y su azimut relativo a dicho radar (110); calculándose la ubicación de un objetivo que emite señales espontáneas ADS-B aprovechando al menos la detección de una señal espontánea ADS-B desde la posición de latitud y longitud de dicho radar y el radar de auditoría relativa de medición de azimut, la llamada celda de posición CPR codificada en siendo seleccionada dicha señal espontánea por dicha medición de azimut. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Radar secundario para mejorar la seguridad aérea mediante la detección ADS-B de muy largo alcance

La presente invención se inscribe en el ámbito del control del tráfico aéreo (ATC), tanto civil como militar.

En la actualidad, el control del tráfico aéreo se basa principalmente en el radar secundario, cuya fiabilidad de detección está ampliamente reconocida, proporcionando el radar secundario una vigilancia síncrona de las aeronaves según los protocolos SSR y Modo S. Además, la recepción asíncrona de largos squitters ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast o “Vigilancia dependiente automática en modo difusión”) (los squitters son informaciones posicionales proporcionadas por las aeronaves que no se activan en respuesta a señales de interrogación radar, sino que se transmiten automáticamente desde los medios de transmisión de las aeronaves), prevista para garantizar la prevención de colisiones (TCAS: Traffic Alert and Collision

Avoidance System o “Sistema de Alerta de Tráfico y Prevención de Colisiones”) a bordo de las aeronaves funciona a nivel de ATC en tierra formando parte del sistema de vigilancia cooperativa.

La solicitud de patente FR3075398 divulga, por ejemplo, un procedimiento de localización de objetivos emisores de squitters ADS-B mediante un radar secundario que comprende una antena que tiene un diagrama de radiación que forma un canal suma denominado SUM, un diagrama de radiación que forma un canal diferencia denominado DIFF y un diagrama que forma un canal de control denominado CONT, teniendo el radar secundario una cobertura de interrogación predefinida (siempre es así por construcción), realizándose la localización de dichos objetivos según las etapas siguientes: - detección de squitters ADS-B recibidos en dicho canal CONT, en dicho canal SUM y en dicho canal DIFF; - medición de al menos la potencia de dichos squitters y su azimut relativo a dicho radar.

Esta vigilancia puede acoplarse a la vigilancia tipo IFF (Identification Friend or Foe o “Identificación Amigo o Enemigo”), en la que los interrogadores IFF identifican las aeronaves según diversos protocolos militares.

Dentro de una misma estructura que agrupa estos sensores, la utilización operativa de estas diferentes actividades requiere el funcionamiento simultáneo de:

• la escucha síncrona del radar secundario SSR/Modo S y del interrogador IFF cuando se utiliza este último, estos modos síncronos utilizan los haces formados por SUM y DIFF;

• la escucha asíncrona de los squitters civiles en ADS-B o de los squitters militares en Modo 5, estos modos asíncronos explotan la cobertura omnidireccional del diagrama control (anotado CONT) que consiste en los diagramas control hacia delante (anotado CONT_Front) y hacia atrás (anotado CONT-Back).

Clásicamente, los squitters ADS-B se transmiten sin solicitud del radar secundario a una velocidad propia del transmisor, que depende en particular del estado del transmisor y de la naturaleza de la información transmitida. Como resultado:

• La escucha por un receptor ADS-B debe ser omnidireccional, mientras que:

o La ganancia de la antena suele ser baja, por ejemplo de 11 a 15 dBi, dependiendo del número de antenas utilizadas para cubrir 360° en el caso de un receptor ADS-B autónomo dedicado;

o El alcance garantizado anunciado es del orden de 150 Nm, o ligeramente superior en función de la calidad del transpondedor que transmite el squitter y del número de antenas utilizadas en el receptor ADS-B;

• Por principio, la localización de un objetivo en ADS-B también requiere dos squitters de posición casi consecutivos.

La recepción y procesamiento de información ADS-B se ha identificado como una función clave para las nuevas generaciones de radares secundarios. Al integrar la función ADS-B en la estructura de un radar secundario, la función de recepción explota principalmente el diagrama CONT-Front y CONT-Back para lograr una cobertura de escucha cercana a los 360°. Estos diagramas suelen mostrar una ganancia del orden de más de 17 dB, inferior a la ganancia máxima del diagrama suma (anotado SUM). Sin embargo, este último, utilizado para la detección síncrona en aplicaciones civiles o militares con alrededor de 27dBi, puede garantizar un alcance de detección del orden de 250 Nm.

En contraste con el modo síncrono, en aplicaciones civiles o militares, el alcance en Radar está clásicamente limitado en primer lugar por el alcance del canal de enlace ascendente a 1030 MHz (es decir, por la potencia de las interrogaciones transmitidas y la sensibilidad de recepción de los transpondedores), el alcance en ADS-B está limitado únicamente por el canal de enlace descendente a 1090 MHz, es decir, la potencia del transpondedor y la sensibilidad del receptor ADS-B. En efecto, intrínsecamente a la estructura del radar secundario, el canal descendente (recepción) es más sensible que el canal ascendente (transmisión) para garantizar que cualquier respuesta generada por el transpondedor pueda ser recibida y utilizada.

Como resultado, la diferencia de ganancia operativa entre el radar síncrono y la escucha ADS-B asíncrona, siendo todo lo demás igual en términos de arquitectura entre los dos sensores, es del orden de 8 a 10 dB. Esto conduce, en una estructura de receptor ADS-B integrada con un radar secundario, a un alcance garantizado en ADS-B del orden de 100 Nm típicamente, considerando además que una recepción de respuesta asíncrona utilizando del diagrama control (CONT) tiene muchas más probabilidades de estar distorsionada que una respuesta síncrona en el diagrama SUM, ya que es de naturaleza mucho más estrecha, del orden de 3°. Se puede añadir que la superposición de las respuestas, que entonces se dicen distorsionadas, dificulta su detección y descodificación. La tasa de respuesta ADS-B garantizada en un entorno cargado de aeronaves es, a nivel de recepción, por tanto, de dos a tres veces inferior a la del radar secundario en modo S.

Se conocen soluciones del estado de la técnica que intentan superar estas deficiencias de rendimiento. En particular, el estado de la técnica en un receptor a DS-B dedicado consiste en aumentar el número de antenas independientes para cubrir los 360° con el fin de proporcionar una protección de selectividad en azimut y ganar simultáneamente realizando un haz asociado a cada receptor. Los receptores están acoplados a un procesamiento común que agrupa las detecciones, eliminando las detecciones duplicadas y, en particular, el paso de un objetivo de un receptor a otro para construir trayectorias ADS-B únicas.

Una deficiencia de este tipo de solución es, en particular, el coste de la infraestructura del sistema ADS-B, que aumenta con el número de antenas, normalmente de 4 a 8 (antenas múltiples, antena multipunto, torres de múltiples haces, receptores múltiples, procesamiento ADS-B global, etc.).

En el caso de un receptor ADS-B integrado en una arquitectura radar, la detección sobre diagramas suma (SUM) y diferencia (DIFF), además de los de los diagramas CONT, permite una mayor ganancia y una mejor selectividad acimutal, pero sólo durante una parte muy pequeña del tiempo (del orden del 1,4% correspondiente a 5°/360°). Por lo tanto, sólo proporciona una mejor cobertura temporal de escucha de 360° complementando la escucha ADS-B en la ganancia del diagrama CONT en el eje de la antena. En efecto, se sabe que la detección global de un receptor ADS-B requiere dos squitters de posición consecutivos para construir una trayectoria. Así, aunque se reciba una primera respuesta en el diagrama SUM, la segunda respuesta se recibirá inevitablemente en el diagrama CONT, por lo que en última instancia se limitará al alcance del diagrama CONT únicamente para la recepción ADS-B integrada con una arquitectura de radar secundario.

Un objetivo de la invención es superar las desventajas de la técnica anterior, en particular haciendo posible obtener detecciones ADS-B de objetivos de muy largo alcance. Para ello, la invención tiene por objeto un procedimiento de localización de objetivos emisores de squitters ADS-B mediante un radar secundario que comprende una antena que tiene un diagrama de radiación que forma un canal suma denominado SUM, un diagrama de radiación que forma un canal diferencia denominado DIFF y un diagrama que forma un canal de control denominado CONT, realizándose la localización de dichos objetivos según las siguientes etapas:

• detección de los squitters ADS-B recibidos en dicho canal CONT, en dicho canal SUM y en dicho canal DIFF;

• medición de al menos la potencia de dichos squitters y su azimut respecto a dicho radar; calculándose la localización de un objetivo emisor de squitters ADS-B utilizando al menos la detección de un único squitter ASD-B a partir de la posición en latitud y longitud de dicho radar y de la medición en acimut con respecto a dicho radar, seleccionándose la denominada célula de posición CPR codificada en dicho squitter mediante dicha medición en acimut.

En el caso en que dos posiciones codificadas CPR codificadas en dicho squitter estén posiblemente posicionadas en el mismo sector azimutal, se discriminan por ejemplo dichas dos posiciones utilizando la potencia medida y la altitud codificada en dicho squitter ADS-B, siendo la posición retenida la posición más probable según un estimador basado en la visibilidad de dicho objetivo y la coherencia de la potencia recibida por el radar según la distancia del objetivo al radar.

En una realización particular, dicho procedimiento comprende una etapa en la que se asegura la adquisición selectiva de un objetivo en cuanto entra en la cobertura de interrogación de dicho radar utilizando:

• La posición codificada en los squitters ADS-B emitidos por dicho objetivo en cuanto entra en la cobertura de recepción de dicho radar;

• La identidad selectiva de dicho objetivo contenida en su dirección modo S codificada en dichos squitters. transmitiéndose una única interrogación selectiva cada N vueltas para fijar el objetivo al código de la estación de radar y evitar así la contaminación de las M respuestas DF11 que un objetivo suele generar en cada vuelta potencialmente tan pronto como entra en dicha cobertura de interrogación hasta la zona de alcance operativo de dicho radar.

Dicho procedimiento comprende, por ejemplo, una etapa en la que dichos objetivos son detectados y localizados por sus squitters ADS-B antes de la cobertura de interrogación de dicho radar, dichos objetivos se ponen en seguimiento ADS-B en cuanto entran en dicha cobertura de interrogación permitiendo su adquisición por dicho radar secundario y, a continuación, dichos seguimientos se desbloquean momentáneamente cuando entran en dicha cobertura de radar operativa para poder detectar su posible estado de bloqueo por otro radar, es decir, la ausencia de respuestas síncronas DF11, y así poder alertar potencialmente de un conflicto de códigos II/SI para otros objetivos Modo S no ADS-B al tiempo que se garantiza la vigilancia selectiva en Modo S de este objetivo tan pronto como entre en la cobertura operativa de dicho radar.

Dicho procedimiento comprende, por ejemplo, una etapa en la que se calcula, en una ventana temporal deslizante, por célula geográfica 3D,una media de la diferencia entre alcáncela distancia de un objetivo medida por dicho radar y alcáncela distancia de dicho objetivo codificada en los squitters ADS-B emitidos por dicho objetivo en todos los objetivos a medida que atraviesan la célula luego cada distancia medida por el radar de cualquier objetivo en cualquier modo se corrige en función de las diferencias promediadas calculadas para la célula geográfica sobrevolada por dicho objetivo.

Dicho procedimiento comprende, por ejemplo, una etapa consistente en medir la sensibilidad de los transpondedores y, a continuación, detectar los transpondedores cuya sensibilidad falla a las interrogaciones de 1030 MHz transmitidas por dicho radar, interrogando selectivamente o no a los objetivos que transmiten los squitters ADS-B localizados por dicho procedimiento, al entrar en la cobertura de interrogación (43) de dicho radar y calculando la sensibilidad del transpondedor a partir de la potencia recibida por el transpondedor durante su primera respuesta a dichas interrogaciones de 1030 MHz, se declara que un transpondedor tiene sensibilidad defectuosa si está por encima de un umbral dado.

Dicho procedimiento comprende, por ejemplo, una etapa en la que la detección de un altímetro defectuoso asociado al transpondedor de un objetivo ADS-B se efectúa utilizando, sobre una serie de células geográficas sobrevoladas por dicho objetivo la desviación de la diferencia entre la altitud barométrica y la altitud geométrica codificada en los squitters ADS-B transmitidos por dicho objetivo con respecto a la media, en una ventana temporal deslizante, de la diferencia entre la altitud barométrica y la altitud geométrica calculada para otros objetivos por célula para cada una de dichas células geográficas sobrevoladas por dicho objetivo, juzgándose que un altímetro es defectuoso si dicha diferencia supera un umbral dado.

La invención también se refiere a un radar adecuado para implementar dicho procedimiento.

Otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, que se hace con referencia a los dibujos anexos que muestran:

La Figura 1, las posibles etapas para la implementación de la invención;

La Figura 2, una ilustración de los diagramas de antena ATC habituales;

La figura 3, una ilustración de la sensibilidad azimutal en ADS-B integrada de una antena ATC típica;

La Figura 4, una ilustración de la arquitectura de un radar secundario según el estado de la técnica, sin recepción ADS-B;

La Figura 5, un ejemplo de evolución de una arquitectura de radar secundario que implementa el procedimiento según la invención;

La figura 6, los diferentes alcances de interrogación y detección utilizados por un radar según la invención; La Figura 7, una ilustración del principio de detección global ADS-B con dos squitters sucesivos;

La figura 8, una ilustración del principio de detección ADS-B con un único squitter, según la invención; La Figura 9, una ilustración de la eliminación de la ambigüedad ADS-B que puede ocurrir;

La figura 10, una ilustración de los diferentes alcances que intervienen en la trayectoria de un objetivo entrante en la cobertura del radar;

La figura 11, un ejemplo de zona de conflicto de códigos II/SI entre radares cuyas coberturas se solapan; La Figura 12, un ejemplo de mapa de las diferencias medias entre la altitud barométrica y la altitud geométrica;

La figura 13, un ejemplo de la distribución de la diferencia de altitud en una célula geográfica tridimensional; La Figura 14, una ampliación en un objetivo de las diferencias de altitud coherentes con objetivos en la misma célula geográfica;

La Figura 15, una ampliación en un objetivo con una diferencia de altitud incoherente con los objetivos de la misma célula geográfica.

La figura 1 ilustra las etapas para la implementación de la invención. Para ello son necesarias al menos dos etapas. Para esta implementación, la invención prevé la presencia de una función de detección ADS-B integrada con una estructura de radar secundario 101 que comprende:

• necesariamente una detección permanente 102 en los diagramas CONT_Front y CONT_Back con una sensibilidad muy elevada;

• sino también, como opción, una detección permanente adicional en los diagramas del lóbulo principal (detección 103 en los diagramas SUM y detección 104 en el diagrama DIFF) con una sensibilidad inferior, del orden de 15 dB, para alcanzar la ganancia de antena del diagrama CONT (CONT_Front y CONT_Back) y rellenar así el hueco de ganancia que ocupa unos 5° del diagrama CONT en el eje de la antena.

Las Figuras 2 y 3 ilustran los diagramas de antena implicados, cuando se recibe a 1090 MHz. La figura 2 muestra los diagramas de antena SUM, DIFF y CONT de una antena típica para la función ATC de un radar secundario. Las ganancias en los diagramas SUM y DIFF son mucho mayores que la ganancia en el diagrama CONT alrededor del eje de la antena. La figura 3 muestra la sensibilidad azimutal en ADS-B integrada de una antena ATC típica, donde los canales SUM, DIFF están alineados a la misma sensibilidad de recepción que el canal CONT.

Volviendo a la Figura 1, en la primera etapa 110 se realiza la detección de squitters ADS-B a muy largo alcance, logrando así:

• La detección de squitters ADS-B en los diagramas SUM y DIFF con una sensibilidad muy alta;

• El cálculo de la posición del objetivo con un solo squitter, utilizando procedimientos clásicos de medida de la desviación a partir de las detecciones en SUM y DIFF, como se detallará en la siguiente descripción. En lo sucesivo, los términos squitters ADS-B o respuestas ADS-B se utilizarán indistintamente.

En la segunda etapa 120, se utiliza operativamente la primera etapa 110. La detección pasiva por ADS-B de una aeronave más allá del alcance operativo sincrónico del radar, o incluso hasta dos veces más alejado, permite aprovecharla incluso antes de que la aeronave entre en la cobertura del radar, lo que mejora tanto el funcionamiento del radar como la seguridad del sistema de vigilancia ATC, como se demostrará más adelante.

En el ámbito del radar, y más generalmente en el ámbito de la seguridad aérea ATC:

• se reduce la contaminación RF mediante el bloqueo de baja frecuencia de los objetivos en cuanto entran en la cobertura de transmisión del radar, es decir, mucho antes de que entren en la cobertura operativa del radar, con el fin de limitar la contaminación sustituyendo todas las respuestas "All Call" (DF11) por un número mucho menor de respuestas selectivas (DF04);

• se mejora la detección de conflictos de códigos II/SI en el límite del alcance del radar y se garantiza la detección de objetivos ADS-B en la cobertura del radar y bloqueados erróneamente por otro radar (es decir, más concretamente, objetivos ADS-B fuera del alcance de escucha ADS-B por el diagrama CONT);

• se mejora la precisión de medición del alcance sincrónico del radar compensando la distorsión de la propagación ionosférica.

En el ámbito de la seguridad ATC, la entrada en la cobertura radar operativa de las aeronaves equipadas con ADS-B se realiza antes:

• la detección no contaminante de fallos de sensibilidad del transpondedor;

• la detección de un altímetro defectuoso asociado al transpondedor.

El principio de la invención, así como la utilización de las distintas zonas de detección, se describirán con más detalle más adelante. En primer lugar, se describen posibles adaptaciones de una arquitectura de radar secundario para implementar la invención.

Las Figuras 4 y 5 ilustran por tanto la evolución de la arquitectura de un radar en Modo S con respecto a la invención, ilustrando la Figura 4 una estructura habitual en la técnica anterior y la Figura 5 una estructura que implementa la invención.

Haciendo referencia a la Figura 4, que muestra un ejemplo del sinóptico de un radar en Modo S común, se recuerdan los componentes de dicho radar. La figura 4 muestra la arquitectura mínima de un radar secundario en modo S sin la recepción ADS-B integrada por los diagramas CONT_Front y CONT_Back, que no es un equipo básico en la configuración de radar secundario convencional. La siguiente descripción presenta una solución de cuatro canales, SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back, la invención es por supuesto aplicable para una solución de tres canales SUM, DIFF y CONT

En su uso habitual, el radar secundario funciona en modo síncrono, es decir, transmite una interrogación y espera una respuesta coherente con ella, lo que le permite localizar por medición (en acimut y distancia) e identificar (por la dirección en Modo S) el objetivo. El sinóptico de la figura 4 muestra este funcionamiento síncrono del radar en modo S:

• la parte izquierda muestra la generación de las interrogaciones;

• la parte derecha presenta el procesamiento síncrono de las respuestas asociadas;

y las sincronizaciones entre ellas, ilustradas por las flechas cruzadas entre izquierda y derecha.

Para realizar esta tarea, el radar está equipado con una antena 1 que asegura la radiación de las interrogaciones a 1030 MHz y las respuestas de retroalimentación a 1090 MHz, en cuatro diagramas 11, 12, 14, 15, cuyas funciones son clásicamente para:

• el diagrama SUM, interrogar y detectar la respuesta síncrona del objetivo ;

• el diagrama DIFF, localizar con precisión el objetivo en el haz SUM;

• el diagrama CONT_Front, bloquear y rechazar las respuestas de los objetivos orientados hacia la antena que no están presentes en el haz SUM principal;

• el patrón CONT_back, bloquear y rechazar las respuestas de los objetivos situados en la parte posterior de la antena (es decir, no necesariamente presentes en el haz SUM principal).

Mientras que los diagramas SUM y DIFF son clásicamente precisos con lóbulos de 3dB entre 2,4° y 10°, los diagramas CONT_Front y CONT_Back tratan de cubrir casi 180° cada uno.

La antena también puede ser:

• de diagrama fijo, llamado "mecánico" y giratorio;

• de diagrama evolutivo, de escaneo electrónico, denominado “AESA”, fijo o giratorio.

Una junta rotativa 2 y cables de bajada de antena, para una antena giratoria, proporcionan:

• el acoplamiento de RF de las señales transmitidas a 1030 MHz y recibidas a 1090 MHz de forma independiente para los cuatro diagramas entre las partes giratoria y fija del radar;

• la difusión de la posición en acimut 201 del eje del lóbulo principal de la antena.

Un procesamiento de RF incluye:

• un duplexor o circulador 3 que proporciona acoplamiento de RF entre las señales transmitidas a 1030 MHz y recibidas a 1090 MHz independientemente para los cuatro diagramas;

• un transmisor 4 que proporciona :

o la transmisión de interrogaciones a 1030 MHz en el diagrama SUM;

o la transmisión de impulsos de bloqueo de los transpondedores fuera del lóbulo SUM a 1030 MHz a través de los diagramas CONT_Front y CONT_Back;

o esto para los diferentes protocolos secundarios: IFF, SSR y Modo S ;

• un receptor 5 para recibir las respuestas a 1090 MHz en los cuatro diagramas SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back, y para calcular la medida de desviación para los diferentes protocolos secundarios: IFF, SSR y Modo S.

El procesamiento en tiempo real comprende:

• una gestión espacio-temporal 6 que garantiza la gestión en tiempo real de los periodos de interrogación y de escucha asociados para los diferentes protocolos secundarios: IFF, SSR y Modo S ;

• un procesamiento de la señal 7 que garantiza:

o el procesamiento de las respuestas en los periodos de escucha asociados a las interrogaciones para los diferentes protocolos secundarios: iFf, SSR y Modo S ;

o la detección y descodificación de respuestas síncronas en el lóbulo principal de la antena utilizando los cuatro diagramas:

° SUM: para detectar las respuestas recibidas en el lóbulo principal;

° DIFF: para localizar con precisión en azimut las respuestas recibidas en el lóbulo principal SUM y posiblemente para la discriminación de respuestas entrelazadas;

° CONT_Front y CONT_Back: para rechazar las respuestas recibidas en los lóbulos laterales de SUM y DIFF.

Un procesamiento en el lóbulo principal de la antena comprende:

• una gestión 8 de los objetivos presentes en el lóbulo, garantizando:

o la preparación de las transacciones (interrogaciones y respuestas) a realizar en el lóbulo siguiente para los distintos protocolos secundarios IFF, SSR y Modo S;

o la gestión de los periodos IFF, SSR, Modo S "All Call" y Modo S "Roll Call" en el lóbulo;

o la colocación dinámica de las interrogaciones y las respuestas selectivas en modo S en el futuro periodo "Roll Call" en función del estado de las transacciones recién completadas y de las nuevas aeronaves que entren en el lóbulo;

• los extractores 9 que aseguran la constitución de trazados para cada uno de los diferentes protocolos secundarios IFF, SSR y Modo S, a partir de las respuestas síncronas recibidas en el lóbulo según el protocolo utilizado en las interrogaciones.

Un procesamiento de varias vueltas 10 comprende:

• una gestión 101 de tareas Modo S a realizar con los objetivos en la cobertura, asegurando la predicción de las posiciones de los objetivos (reunión de antena) y la preparación de las tareas a realizar asociadas a estas posiciones según las peticiones internas y externas y el estado de las transacciones de vueltas anteriores;

• una asociación de los trazados y el seguimiento 102 de los objetivos en la cobertura que garantiza el seguimiento de los objetivos para mejorar el rendimiento (eliminación de trazados falsos, control de los datos descodificados, etc.) y predecir la posición futura de los objetivos principalmente, pero no sólo, en el Modo S.

Una interfaz con los usuarios permite al radar tener en cuenta diversas consultas y visualizar los trazados y el seguimiento de los objetivos.

La figura 5 muestra los cambios en comparación con la arquitectura habitual de la figura 4, estos cambios se presentan en líneas discontinuas en negrita. Si bien el funcionamiento del radar en Modo S es síncrono, puede observarse que los procesamientos añadidos 31, 32 para la invención no están relacionados con la transmisión y solo se utiliza, para la primera etapa 110 de la invención, la posición en azimut del eje del lóbulo principal de la antena. La mayoría de los elementos permanecen inalterados, verificándose así la no intrusión de la invención en el funcionamiento operativo del radar Modo S.

Los principales elementos añadidos tienen las funciones que se describen a continuación:

En la gestión del espacio-temporal 6:

• Transmisión 33 de la posición en azimut del lóbulo principal de la antena al procesamiento 31 de la respuesta asíncrona ADS-B (véase más adelante) ;

En el procesamiento de señales 7:

• Adición de un procesamiento 31 permanente (independiente de los periodos de escucha de las interrogaciones) que garantice la detección y descodificación de las respuestas ADS-B asíncronas utilizando por separado pero por igual los cuatro diagramas SUM, DIFF, CONT_Front y CONT_Back en toda su sensibilidad:

o Para detectar todos los squitters ADS-B recibidos: DF17;

o Para extraer la dirección Modo S;

o Enriquecer cada respuesta descodificada con sus características :

hora de detección, azimut del lóbulo principal de la antena en el momento de la detección, potencia recibida en SUM, DIFF, CONT_Front y

CONT_Back y desorientación del squitter ADS-B en el haz principal de SUM y DIFF por medida de desviaciones;

En el procesamiento no en tiempo real (procesamiento de varias vueltas)

• Añadir la localización 32 de objetivos ADS-B de largo alcance ;

• Decidir la interrogación selectiva 34 al entrar en el alcance de interrogación síncrona.

Con referencia a la Figura 6, se vuelve al principio de la invención. Un radar según la invención sigue utilizando clásicamente los diagramas CONT para la detección de los squitters ADS-B. El alcance del radar para este procesamiento ADS-B clásico se ilustra mediante un primer círculo 41. Además, como se describirá más adelante, la invención utiliza ventajosamente el límite de alcance en recepción (RX) de las señales emitidas por los transpondedores de las aeronaves circundantes en los canales SUM y DIFF, estando este límite de alcance ilustrado por el círculo 42 de mayor diámetro. Siendo a su vez el alcance en recepción superior al alcance máximo de las interrogaciones transmitidas por el radar (TX) e interpretadas por el transpondedor ilustrado por un tercer círculo 43 correspondiente al transpondedor de alta sensibilidad.

En otras palabras, el principio de detección ADS-B de largo alcance según la invención se basa en el uso del diferencial de alcance entre:

• La cobertura operativa del radar, ilustrada por un círculo final 44, alcance basado en valores garantizados:

o En transmitiendo a 1030 MHz, considerando un transpondedor con sensibilidad mínima ; o En recepción síncrona a 1090 MHz, considerando un transpondedor a mínima potencia ; o La ganancia de los diagramas SUM y DIFF de la antena de radar en modo síncrono ; o La cobertura de interés para el uso del radar, necesariamente más estrecha que la suma de los tres criterios anteriores;

• El alcance máximo 43 de las interrogaciones a 1030 MHz, considerando un transpondedor con sensibilidad máxima, cuyo alcance máximo se utiliza en la segunda etapa 120 ;

• El alcance máximo 42 en recepción a 1090 MHz, considerando un transpondedor que transmite con la potencia máxima ;

• El alcance operativo ADS-B 41, para una función ADS-B integrada en el radar, basado en los valores garantizados:

o De la ganancia del diagrama CONT de la antena utilizada en ADS-B convencional para garantizar la detección continua de los squitters ADS-B (véase más abajo);

o En recepción asíncrona a 1090 MHz considerando un transpondedor a mínima potencia. La figura 7 ilustra el principio de detección ADS-B global con dos squitters (respuestas más abajo), aplicado en la técnica anterior como se ha recordado en la introducción. Es bien conocido en la literatura que la información de ubicación de los transpondedores ADS-B se codifica en un formato denominado CPR (“Compact Position Reporting”) a partir de dos respuestas ADS-B, transmitiéndose una respuesta según un primer marco de referencia geográfico denominado par y transmitiéndose la otra respuesta según un segundo marco de referencia geográfico denominado impar. La figura 7 muestra un ejemplo de nueve células de respuesta 61, con las respuestas pares 62 en negrita y las respuestas impares 63 en caracteres más finos. Cada célula CPR 62, 63 contiene información de latitud y longitud relativa a la célula, estando las células representadas en un sistema de ejes donde las ordenadas representan las latitudes y las abscisas las longitudes. De forma conocida, un receptor ADS-B que aplique dicha detección global, necesita localizar una fuente de transmisión ADS-B:

• Recibir dos señales ADS-B sucesivas de dos tipos diferentes: un squitter ADS-B según el marco par 62 y un squitter ADS-B según el marco impar 63 ;

• Determinar la posición de la fuente (objetivo) calculando la única célula CPR 64, para la cual las posiciones par e impar coinciden.

y reconstituir así la posición absoluta en latitud y longitud en el marco de referencia terrestre (y ya no relativa a la célula).

La figura 8 ilustra el principio de detección ADS-B según la invención. Aquí se representan las respuestas de un solo marco, por ejemplo el marco impar. El principio de la invención consiste en localizar la posición de un objetivo a partir de una única respuesta ADS-B (par o impar) utilizando simultáneamente:

• la posición en latitud y longitud del radar 70;

• la medida de acimut 71 realizada por el radar 70 durante la recepción de este squitter ADS-B, medida realizada a partir de los diagramas SUM y DIFF.

En efecto, conociendo la posición en latitud y longitud del radar y la medida en acimut del squitter (con una tolerancia dada), es posible entonces calcular la célula CPR 72, satisfaciendo las dos condiciones siguientes:

• Posición compacta ADS-B transmitida en el squitter recibido ;

• Medida del acimut del squitter visto desde la posición del radar en latitud y longitud.

y así localizar un objetivo ADS-B con un solo squitter ADS-B. Con referencia a la figura 8, la medición del acimut 71 permite seleccionar la posición 72 (célula CPR) entre las 9 posibles presentadas en la figura.

Para resumir el procedimiento de detección según la invención, se puede recordar que durante la adquisición del squitter asíncrono en SUM o DIFF el radar mide sus características de la misma manera que una respuesta síncrona, obteniendo :

• La posición acimutal de la antena ;

• La desorientación del objetivo en el haz SUM mediante medida de la desviación;

• poderla potencia del squitter en SUM y DIFF ;

Dado que la distancia no tiene significado en el caso de una respuesta asíncrona, la descodificación del squitter proporciona al objetivo:

• La posición relativa en latitud (CPR par o impar) ;

• La posición relativa en longitud (CPR par o impar) ;

• La altitud.

Cuando se localiza el objetivo de largo alcance ADS-B, se puede encontrar ambigüedad geográfica cuando dos posibles posiciones de objetivo 81, 82 (en dos células CPR contiguas) están alineadas con la posición del radar como se muestra en la Figura 9. En este caso, el acimut medido 71 por sí solo ya no es un discriminante que permita definir la célula correcta. A continuación, se utilizan otras dos características del squitter ADS-B recibidas:

• La potencia del squitter en SUM y/o DIFF ;

• La altitud declarada del objetivo.

Conociendo las características del radar: posición geográfica (incluyendo su altitud) y las pérdidas RF de la instalación, es posible entonces definir la posición más probable 82 entre las dos posiciones posibles, estableciendo un estimador basado en la visibilidad del objetivo por el radar (según la altitud del radar y del objetivo) y la coherencia de la potencia recibida del squitter según las dos posiciones.

Al utilizar simultáneamente :

• El alcance en recepción asíncrona del radar en los diagramas SUM y DIFF;

• La detección y localización de objetivos con un solo squitter;

el radar detecta ventajosamente objetivos ADS-B a distancias muy largas, normalmente más del doble del alcance operativo 44 del radar (véase la figura 6).

La figura 10 ilustra las diferentes zonas de detección con respecto a la trayectoria 99 de una aeronave por ejemplo a FL500 (unos 15.000 metros de altitud) y con respecto a la visibilidad de la aeronave, representada por una curva 90 en función de la altitud tanto del radar como del objetivo. La figura 10 permite visualizar para este ejemplo en función de la distancia del objetivo en el eje x y de la altitud del objetivo en el eje y:

• La zona máxima de detección ADS-B de largo alcance está delimitada por una línea casi vertical 92, que es función de la potencia del transpondedor y de la sensibilidad del receptor ADS-B por el diagrama SUM del radar;

• La zona mínima garantizada de detección ADS-B de largo alcance está delimitada por una línea casi vertical 95.

• La zona máxima de contaminación de las respuestas no selectivas DF11 (alcance de contaminación de la transmisión) delimitada por una línea casi vertical 93, en función de la sensibilidad del transpondedor modo S a las interrogaciones radar por el diagrama SUM;

• El alcance operativo del radar garantizado está delimitado por una línea casi vertical 94

• La zona de detección habitual de un receptor ADS-B integrado por el diagrama CONT, delimitada por una línea casi vertical 91.

Hay que tener en cuenta que, normalmente, los transpondedores que difunden squitters ADS-B al ser por naturaleza recientes, sus características de RF suelen ser buenas y, por tanto, por encima del mínimo de cualquier transpondedor en Modo S, lo que suele limitar el alcance operativo del radar que tiene que hacer frente a todos los objetivos en Modo S, incluso a los no equipados con ADS-B.

Partiendo del límite de visibilidad 90 de la aeronave, en función de la altitud del radar como consecuencia de la redondez de la tierra, se visualiza la zona de detección según la invención de los squitters ADS-B a largo alcance desde la más favorable (línea 92) hasta el límite de detección garantizado de los squitters ADS-B (línea 95), a partir de la cual la aeronave en vuelo radial puede ser detectada antes de entrar en la zona de contaminación 93, luego en la zona operativa del radar 94 y finalmente en la zona de detección ADS-B integrada 91 (detección ADS-B convencional garantizada).

Si se considera que una aeronave, por ejemplo a altitud FL500, entra en la cobertura del radar, la invención permite considerar tres zonas:

• Una zona A, en la que se detectan los squitters ADS-B de largo alcance antes del inicio posible de la contaminación DF11 ;

• Una zona B, correspondiente al inicio de la contaminación DF11 antes de la cobertura del radar;

• Una zona C, correspondiente a la cobertura radar que incluye la recepción ADS-B integrada habitual.

Como se desprende de la descripción anterior, la presente invención se basa en el hecho de que la integración de la función ADS-B en una arquitectura de radar es casi idéntica al procesamiento de la señal de modo S del radar de las respuestas síncronas (DF11, DF04/05, DF20/21), ya que los squitters ADS-B son, de hecho, sólo respuestas modo S largas. La invención también permite, en el lóbulo principal SUM o DIFF del haz de radar:

• localizar en acimut y en potencia los squitters recibidos realizando una medición radar habitual muy precisa, aquí sobre una respuesta asíncrona en lugar de síncrona como es habitual:

• obtener una ganancia de antena significativa, del orden de 15dB más que la ganancia sobre el diagrama CONT, habitualmente utilizado para la detección ADS-B, es decir, un alcance del orden de cuatro veces superior al alcance ADS-B integrado (convencional) habitual (Para facilitar la representación, los distintos espaciamientos no respetan una escala);

• localizar un objetivo a muy larga distancia con un solo squitter (y no dos como suele ser necesario cuando no se busca detectar a muy larga distancia), utilizando el conocimiento de la posición del radar, la medición precisa en acimut realizada por este radar y la posición relativa CPR en latitud y longitud codificada en el squitter ADS-B detectado.

Aunque la cobertura temporal sigue siendo baja, inferior o igual al 1,4% en toda la anchura del diagrama SUM, la invención permite al radar secundario procesar de forma similar objetivos distantes a muy larga distancia (entre 200 Nm y 500 Nm como se muestra en la Figura 10), como se hace convencionalmente con objetivos más cercanos con un receptor ADS-B integrado convencional utilizando el diagrama omnidireccional CONT.

Se describen ahora ventajas de la invención, utilizadas en la segunda etapa 120 (Figura 1), relativas en particular a:

• A nivel de radar :

o La reducción de la contaminación a 1090 MHz ;

o La detección de conflictos de códigos II/SI y la detección de objetivos erróneamente bloqueados en la zona de doble cobertura entre los dos radares en conflicto;

o La corrección de la distancia medida por el radar en función de la propagación ;

• A nivel de seguridad ATC :

o La detección de transpondedor defectuoso en sensibilidad a 1030 MHz ;

o La cartografía de la presión atmosférica y la detección de altímetros defectuosos.

Estas cinco mejoras operativas, ventajosamente proporcionadas por la invención, se presentan a continuación. Reducción de la contaminación a 1090 MHz y de la tasa de respuesta de los objetivos fuera de la cobertura operativa del radar.

Actualmente, la ocupación del espectro de 1090MHz se está convirtiendo en uno de los problemas más difíciles en la vigilancia ATC. La contaminación encontrada se debe a su éxito y las respuestas utilizadas son de distintos tipos, como:

• DF11: para la adquisición por radar en modo S de nuevos objetivos;

• DF04/05: para vigilancia ATC en modo S : ELementary Surveillance (ELS);

• DF20/21: para vigilancia ATC en modo S : "EnHance Surveillance" (EHS);

• DF0: para anticolisión activa TCAS;

• DF17: los squitters ADS-B para anticolisión pasiva ACAS (Sistema anticolisión aerotransportado).

Las respuestas D04/05/17/20/21 siguen siendo el objeto de la función que desempeñan de un radar en Modo S en su uso operativo. Las respuestas DF0 acabarán siendo sustituidas por las DF17. Las respuestas DF11 se derivan de objetivos aún no conocidos por un radar y sólo son parcialmente sustituibles por otro medio como:

• agrupación de radares en modo S;

pero esto sólo reduce la contaminación dentro de su cobertura, quedando la contaminación DF11 fuera de la cobertura común de la agrupación;

• inicialización de pistas en squitter ADS-B;

pero la cobertura RF de un receptor omnidireccional ADS-B es aproximadamente la mitad que la del radar y, por tanto, sólo es utilizable a corto y medio alcance del radar para iniciar pistas de radar en squitter ADS-B, por lo que no resuelve la contaminación a largo y corto alcance del radar

Para describir la contribución de la invención a la reducción de la contaminación en el espectro de 1090 MHz, nos referimos a la figura 10: si consideramos un objetivo volando a FL500 entrando en la cobertura del radar:

• Zona A: casi tan pronto como es visible puede ser detectado por ADS-B de largo alcance;

• Zona B: si el radar está autorizado a este azimut, puede entonces bloquear el objetivo con interrogaciones selectivas de tipo UF4 en cuanto entre en la cobertura de transmisión del radar, es decir, incluso antes de que empiece a responder a las interrogaciones no selectivas DF11, entonces el radar mantiene las interrogaciones selectivas a un ritmo menor (unos 15 a 18 s) lo suficiente para evitar que el objetivo se desbloquee: reduciendo así la contaminación de DF11 (3 a cada vuelta de 5 s) a una contaminación más reducida en DF04 (1 vuelta cada 3 vueltas de 5 s) así en una proporción cercana a 10 ;

• Zona C: el objetivo se encuentra dentro de la cobertura operativa del radar, por lo que la pista ya está establecida.

La invención permite así reducir tanto la contaminación causada por nuestro radar como la tasa de respuestas generadas innecesariamente por este transpondedor, acelerando al mismo tiempo la puesta en pista del radar en cuanto entra en la cobertura operativa del radar en Modo S.

Detección de zonas de conflicto de código II/SI de largo alcance y detección de objetivos ADS-B bloqueados erróneamente.

El principio del conflicto de códigos II/SI en el límite de alcance del radar se recuerda a continuación, con referencia a la Figura 11. Varias soluciones (véase, en particular, la solicitud de patente FR1913154) proponen detectar una zona de la cobertura del radar con un conflicto de código II/SI con otro radar R2 cercano al radar R1 en cuestión, cuyas coberturas operativas 111, 112 se solapan. La zona de solapamiento 113 representa la zona de conflicto de códigos II/SI (si II1 = II2) entre las dos coberturas operativas en la que ambos radares R1, R2 bloquean, por tanto, en el mismo código II/SI los objetivos que entran en su cobertura, ocultándolos así al otro radar.

Si se consideran, a título de ejemplo, las diferentes aproximaciones existentes según la posición de un radar de muy largo alcance R1 típicamente de 250 Nm (siendo recíproca la de R2), en el acimut común de R1 y R2 la diferencia entre la distancia máxima entre los objetivos salientes (por tanto lejanos porque ya bloqueados por R1) y los objetivos entrantes para R1 (por tanto vistos sólo cuando están más cerca porque todavía bloqueados por R2) indica una probabilidad de conflicto. Este procedimiento es sólo indicativo (probabilidad basada en el comportamiento) y no permite constatar si un objetivo entrante no ha sido visto en la zona de conflicto, y mucho menos mitigarlo, por lo que la seguridad ATC no está garantizada.

En este acimut común de R1 y R2, como en toda la cobertura ADS-B del radar R1, el seguimiento por radar en modo S de un objetivo aún no detectado (por las llamadas generales UF11/DF11 o por el agrupamiento en modo S) utilizando la dirección modo S así como la posición dada por el squitter ADS-B emitido por el objetivo, permite:

• procesar el conflicto de códigos II/SI en la zona de cobertura operativa común 114 de R2 y la de ADS-B de R1;

• garantizar un alto nivel de reactividad y, por lo tanto, detectar objetivos, ADS-B, bloqueados por R2 tan pronto como se encuentren en la cobertura ADS-B de R1

pero como el alcance habitual de un receptor ADS-B integrado de R1 está limitado por la menor ganancia del canal CONT en comparación con el canal SUM de R1 (unos 15 dB), esto no cubre toda la zona de conflicto para los radares de largo alcance.

Por las mismas razones, el análisis de la presencia y distribución de los resultados descrito en la solicitud de patente FR1913154 se aplica ahora a todas las aeronaves en Modo S, estén o no equipadas con ADS-B OUT, pero está, como en el caso del alcance ADS-B de R1, limitado por la menor ganancia de CONT frente a SUM de R1, por lo que este análisis se aplica para radares de alcance medio.

Según la invención, los objetivos ADS-B son ahora detectados y localizados por su squitter y puestos en la pista de ADS-B mucho antes de la cobertura operativa del radar, esto es desde la zona de recepción de las llamadas generales UF11 y DF11, que es también la zona de las interrogaciones selectivas UF04/05 y DF04/05 a esta distancia del radar, como se muestra en la figura 10.

Si no se aplica el principio de supresión de la contaminación descrito anteriormente (por ejemplo, en caso de denegación por el usuario de la autorización de bloqueo fuera de cobertura, es decir, en la zona B), el radar R1 puede, no obstante, interrogar a este objetivo en cuanto entre en su zona de cobertura operativa (zona C) y garantizar así una vigilancia perfecta en modo S en toda la zona de conflicto de código II/SI, siempre que el objetivo esté equipado con ADS-B.

El conflicto de código II/SI sólo se declara en la cobertura operativa del radar 94 por lo tanto si el objetivo ADS-B ha sido bloqueado en la zona C para reducir la contaminación de DF11 entonces la invención propone liberar el bloqueo a la entrada de la zona C, si hubiera autorización para ello, verificar la ausencia de DF11 de este objetivo en la zona B para declarar el conflicto de código II/SI mientras el radar recibe DF04/05 en interrogación selectiva de este mismo objetivo, por lo que con este procedimiento primero se detecta el objetivo y sólo después se verifica si hay conflicto de código II/SI o no, en particular para alertar sobre la posible no detección de aeronaves de tipo modo S, no ADS-B. Si el objetivo ADS-B no ha sido bloqueado en la Zona C, entonces la ausencia de una respuesta DF11 suya en el radar antes de su entrada en la Zona B, es decir, antes de ser bloqueado en la cobertura del radar operativo, se convierte en un indicador de un conflicto de código II/SI.

Corrección de la distancia medida por el radar en función de la propagación.

Se sabe que las ondas de un radar secundario a 1030 MHz y 1090 MHz no se propagan en línea recta, debido a distorsiones de índice en las capas de la ionosfera, lo que hace que los objetivos parezcan estar más lejos de lo que realmente están.

Según la invención, para corregir la distancia medida por el radar, se pueden utilizar los mismos squitters ADS-B que los utilizados para la detección ADS-B de largo alcance:

• Los mensajes ADS-B "Airborne Position Message" (“Mensaje de posición aérea”) transmitidos aproximadamente cada 0,5 segundos proporcionan tanto la posición en latitud/longitud como la altitud barométrica;

La etapa 110 que hace posible la localización del objetivo ADS-B en posición en latitud y longitud y la altitud con un solo squitter combinado con la posición conocida en latitud y longitud del radar permite recalcular la distancia exacta del objetivo al radar en la localización geográfica y altitud donde se encuentra el objetivo, que es principalmente sensible para radares de gran altitud (superior a 1.000 metros) teniendo visibilidad sobre estos objetivos a media altitud, a muy larga distancia del radar.

La invención propone por tanto, sobre una base temporal deslizante que puede ajustarse en función de la estabilidad atmosférica del lugar, realizar una estadística de la diferencia entre la distancia medida por el radar y la calculada por los objetivos ADS-B presentes en la célula, por célula geográfica 3D y por banda de altitud. Así cada célula, utilizando objetivos ADS-B, está asociada a una diferencia media de la distancia medida por el radar y la geométrica. Este análisis puede realizarse en la Zona C, o incluso en la Zona B si el radar está autorizado para interrogar fuera de la cobertura operativa

Si las estadísticas por célula son representativas (es decir, basadas en un número suficiente de muestras con estabilidad de diferencia de distancia y coherencia con las células vecinas) entonces en cada detección síncrona por el radar de objetivo SSR, Modo S, IFF, ya sea ADS-B o no, la distancia (incluyendo por tanto la propagación en las capas de la ionosfera) puede complementarse con una evaluación de la distancia geométrica corrigiendo la distancia medida de la diferencia media de esa célula a esa altitud y por tanto la contribución de las reflexiones de la ionosfera. La distancia medida por el radar se corrige así en función de las diferencias medias calculadas sobre las células geográficas por las que ha pasado sucesivamente el objetivo. En el caso de la gestión multirradar, esta corrección de la distancia también mejora la asociación de las pistas de diferentes radares para el mismo objetivo, compensando así la diferente propagación en las capas de los radares.

Detección de transpondedores de baja sensibilidad

Una de las finalidades de esta etapa opcional de la invención es detectar lo antes posible al entrar en la cobertura remota del radar la presencia de aeronaves con un transpondedor de baja sensibilidad, es decir, por debajo de los umbrales estándar. Así se puede alertar sobre la fragilidad potencial de la detección síncrona de estas aeronaves por el radar, es decir, aeronaves que durante las maniobras que reducen su campo radiado recibido del radar ya no pueden ser detectados. La OACI define en el Anexo 10 vol IV las características de radiofrecuencia en la antena del transpondedor instalada en las aeronaves:

• en sensibilidad: -71 a -77 dBm para escucha de las interrogaciones (sólo modo síncrono) ;

• en potencia: 51 a 57 dBm (125 a 500W) para la transmisión de respuestas síncronas y asíncronas.

La solicitud de patente FR1800479 propone evaluar la sensibilidad de un transpondedor en configuración activa, típicamente durante el despegue de la aeronave de un aeropuerto, a priori a corta distancia, mediante la emisión de diferentes interrogaciones, adicionales a la vigilancia del objetivo. Estas interrogaciones se atenúan en potencia (tanto por reducción en el transmisor del radar como utilizando la atenuación de la ganancia de la antena cuando el objetivo está muy desviado en el lóbulo) para definir para qué potencia el objetivo ya no responde. En efecto, como la potencia de las respuestas del transpondedor sigue siendo máxima incluso a corta distancia del interrogador, se sabe que la no detección de la respuesta por el radar sólo se debe a la no interpretación de la interrogación por el transpondedor.

La invención tiene el mismo objetivo y propone evaluar la sensibilidad del transpondedor en una configuración casi pasiva, es decir, sin generar interrogación adicional y, por tanto, sin contaminación añadida, a diferencia del enfoque anterior, con el mismo objetivo de advertir de la presencia de transpondedores demasiado insensibles.

Para este propósito, tan pronto como el squitter ADS-B es recibido en el lóbulo principal de la antena (SUM y/o DIFF), el objetivo es identificado en dirección modo S y localizado en azimut y distancia. Para limitar la contaminación generada por las respuestas DF11 que el objetivo emite en cuanto interpreta las interrogaciones, el objetivo se bloquea selectivamente lo antes posible mediante interrogaciones selectivas a plena potencia del emisor radar en su centro de lóbulo (por tanto, a máxima ganancia), a una frecuencia de repetición muy baja (normalmente 1 vez cada 15 segundos).

Como el radar ha localizado el objetivo a través de los squitters ADS-B del objetivo, se supone que la potencia transmitida por el transpondedor también es conforme cuando el objetivo empieza a responder a una interrogación UF11 no selectiva o UF04/05 selectiva, que está justo por encima del umbral de sensibilidad en recepción del transpondedor, el radar puede entonces calcular la potencia recibida en la antena del transpondedor utilizando las características, como se describe en la solicitud de patente FR1800479 mencionada anteriormente, siendo estas características: para el radar:

• ganancia de la antena (ganancia máxima - pérdida de ganancia de la antena debida a la desorientación en azimut del objetivo durante la interrogación);

• pérdidas debidas a los cables entre el transmisor y la antena ;

• potencia máxima de su transmisor;

para el objetivo:

• pérdida de ganancia de la antena en función de la elevación del objetivo visto en la antena del radar;

• pérdidas de propagación estimadas considerando que los fenómenos de propagación son similares entre las interrogaciones y las respuestas ya que las frecuencias son muy cercanas (1030MHz para las interrogaciones y 1090MHz para las respuestas) teniendo en cuenta las otras características conocidas relacionadas con las dos frecuencias.

En ambos casos, en común a la mayor brevedad para los objetivos que aparecen en el espacio aéreo, y aunque existen diferencias entre los dos enfoques, que se indican a continuación, se complementan para el mismo propósito.

Para la solicitud de patente FR1800479, se trata de efectuar una medida de sensibilidad típicamente durante el despegue de una aeronave de un aeropuerto, por lo tanto a corta distancia, reduciendo la potencia emitida en las interrogaciones sucesivas hasta que caiga por debajo del umbral de sensibilidad en recepción, haciendo que el transpondedor no responda: la búsqueda es por lo tanto activa y contaminante pero sigue siendo aceptable porque sólo se efectúa en la inicialización de la trayectoria

De acuerdo con la presente invención, se pretende realizar una medición de sensibilidad de larga distancia típicamente incluso antes de que una aeronave entre en el espacio aéreo radar. Dado que el balance descendente (aeronave a radar) es bueno ya que se detectan respuestas ADS-B, si la aeronave no responde a interrogaciones no selectivas o selectivas esto implica que su transpondedor está todavía por debajo del umbral de sensibilidad en la recepción de las interrogaciones a 1030 MHz emitidas por el radar secundario. Las interrogaciones selectivas adicionales destinadas al transpondedor no lo contaminan, ya que no las recibe hasta que ha superado el umbral de sensibilidad en recepción.

La solución aportada por la invención favorece la seguridad ATC, ya que requiere la detección lo antes posible de cualquier fallo de los sistemas de vigilancia durante el vuelo de una aeronave.

Detección de altímetros defectuosos.

La separación de aeronaves en altitud es uno de los fundamentos de la seguridad aérea, tanto en lo que respecta al control del tráfico aéreo como a los sistemas automáticos, como los sistemas anticolisión de a bordo. La medición de la presión atmosférica define la altitud local de una aeronave y garantiza así la separación de altitud barométrica entre aeronaves en el mismo corredor aéreo. Se sabe que el fallo de los altímetros puede provocar catástrofes aéreas. Por lo tanto, es importante detectar el fallo de un altímetro barométrico lo antes posible, o incluso en tiempo real, lo que permite la presente invención antes o en cuanto una aeronave entra en la cobertura aérea de un radar secundario.

Una primera etapa para detectar los altímetros barométricos defectuosos consiste en establecer, por célula geográfica 3D, una presión atmosférica media que conduzca al establecimiento de un mapa de las diferencias entre altitud barométrica y altitud geométrica, habiéndose dividido previamente la cobertura ADSB de largo alcance de la invención en células geográficas. La dimensión de una célula puede ser normalmente de 1° en latitud y 1° en longitud.

La información obtenida con la ayuda de un segundo tipo de mensaje ADS-B "Airborne Velocity Messages" transmitido cada 0,5 segundos proporciona la diferencia de altitud entre la medida barométrica y la medida geométrica (obtenida por posicionamiento por satélite GNSS en particular). Según la invención, se realiza una estadística de esta diferencia, por célula geográfica, sobre una base temporal deslizante que puede ajustarse para tener en cuenta la estabilidad atmosférica de los lugares. La figura 12 muestra un mapa de ejemplo de los promedios de las diferencias entre altitudes barométricas y geométricas, así obtenidas. La gradación de los promedios corresponde a la gradación de los tonos de gris en el mapa.

En asociación con estos promedios por célula, también se considera:

• El número de mediciones en la célula utilizadas para establecer el promedio;

• Una desviación estándar de las mediciones en cada célula que refleja la estabilidad de la medición en la célula y, por tanto, la estabilidad de la presión atmosférica en esa célula.

Según la invención, al ritmo de la base de tiempo deslizante (base de tiempo deslizante sobre la que se realizan los promedios de diferencia por célula geográfica 3D):

• Para cada célula geográfica, se analiza la distribución de las diferencias entre la altitud barométrica y la altitud geométrica en el rango de posibles valores entregados en el squitter ADS-B, típicamente en un paso de 25 pies, como se ilustra en la Figura 13, que muestra un ejemplo de la distribución 131 de estas diferencias para todos los objetivos presentes en la célula geográfica;

• Entonces si:

o por una parte, la desviación típica de las diferencias es inferior a un parámetro de la invención que muestra una estabilidad de las diferencias de altitud en esta célula y ;

o por otra parte, un número de diferencias en la célula es mayor que otro parámetro, lo que muestra una representatividad del promedio de la célula;

entonces cualquier objetivo del radar en la célula tiene su diferencia de altitud (barométrica/geométrica) evaluada en relación con el promedio de las diferencias de altitud.

Los dos parámetros de la invención permiten al operador ajustar la invención a las características de su emplazamiento de radar:

• la estabilidad atmosférica mediante la desviación típica

• la carga de la aeronave a través del número de mediciones

Si esta diferencia de altitud se aproxima a la distribución de las demás diferencias de la célula, según un criterio de proximidad dado 142, se considera que el objetivo tiene una diferencia de altitud barométrica/geométrica coherente y su puntuación se valora como una pista ADS-B, este caso se ilustra en la figura 14. Esta figura muestra la diferencia del objetivo mediante una curva 141 próxima a la distribución de todas las diferencias 131.

Si esta diferencia 151 está fuera de la distribución de las otras diferencias de la célula por una distancia 152 demasiado grande, como se ilustra en la Figura 15, se considera que el objetivo tiene una diferencia de altitud barométrica/geométrica incoherente y su puntuación como pista ADS-B se devalúa, dándole un valor de -1 en lugar del valor 1 del caso anterior (Figura 14).

La puntuación de coherencia de la diferencia en altitud barométrica/geométrica para cada pista ADS-B se analiza basándose en un número determinado de comparaciones realizadas para declarar a un usuario de radar si esta puntuación está por debajo de un valor que supone un altímetro defectuoso. Este valor se define considerando la precisión de la medida de posición ADS-B transmitida en los squitters, que se utilizaron para establecer la diferencia de altitud barométrica/geométrica tanto para la referencia de la célula como para el objetivo de interés. Así, cuanto más precisa sea la detección de errores de altimetría, menor será la población de objetivos utilizada y, por tanto, afectada por la prueba, cuanto más deberá incorporar la invención esta menor cantidad de datos por célula a lo largo de una ventana deslizante más larga. Este parámetro permite ajustar el compromiso habitual entre la precisión de la medición y la estacionariedad del contexto de medición

La detección a muy largo alcance de los squitters ADS-B permite realizar este análisis estadístico antes de que el objetivo entre en la cobertura de responsabilidad del radar en Modo S y, por tanto, permite a un controlador aéreo gestionar la separación entre dicho objetivo y los de su entorno con más margen para garantizar la seguridad ATC, incluso en caso de fallo del altímetro.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de localización de objetivos emisores de squitters ADS-B mediante un radar secundario que comprende una antena (1) con un diagrama de radiación que forma un canal suma denominado SUM, un diagrama de radiación que forma un canal diferencia denominado DIFF y un diagrama que forma un canal de control denominado CONT, teniendo el radar secundario una cobertura de interrogación predefinida (43), caracterizado porque la localización de dichos objetivos se realiza según las siguientes etapas:

- detectar los squitters ADS-B recibidos en dicho canal CONT (102), en dicho canal SUM (103) y en dicho canal DIFF (104);

- medir al menos la potencia de dichos squitters y su azimut respecto a dicho radar (110);

la localización de un objetivo emisor de squitters ADS-B que se calcula utilizando al menos la detección de un único squitter ADS-B a partir de la posición en latitud y longitud de dicho radar y de la medición del acimut (71) de dicho squitter ADS-B con respecto a dicho radar, calculándose dicha posición a partir de las detecciones en el canal SUM y en el canal DIFF, seleccionándose una célula denominada de posición CPR (72) codificada en dicho squitter mediante dicha medición en acimut.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, en el caso en que dos posiciones codificadas CPR (81, 82) en dicho squitter estén posicionadas posiblemente en el mismo sector azimutal, dichas dos posiciones (81, 82) se discriminan utilizando la potencia medida y la altitud codificada en dicho squitter ADS-B, siendo la posición retenida (82) la posición más probable según un estimador basado en la visibilidad de dicho objetivo y la coherencia de la potencia recibida por el radar según la distancia del objetivo al radar.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una etapa (120) en la que se asegura la adquisición selectiva de un objetivo en cuanto entra en la cobertura de interrogación (43) de dicho radar utilizando:

- La posición codificada en los squitters ADS-B transmitida por dicho objetivo al entrar en una cobertura de recepción (42) de dicho radar;

- La identidad selectiva de dicho objetivo contenida en su dirección modo S codificada en dichos squitters. transmitiéndose una única interrogación selectiva cada N vueltas de rotación de la antena (1) para bloquear el objetivo en el código de la estación de radar y evitar así la contaminación de respuestas DF11 que suele generar un objetivo en cada vuelta potencialmente desde que entra en dicha cobertura de interrogación (43) hasta la zona de alcance operativo (44) de dicho radar.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una etapa (120) en la que dichos objetivos son detectados y localizados por sus squitters ADS-B antes de la cobertura de interrogación (43) de dicho radar, dichos objetivos se ponen en pistas ADS-B en cuanto entran en dicha cobertura de interrogación permitiendo su adquisición por dicho radar secundario, y luego dichas pistas se desbloquean momentáneamente al entrar en dicha cobertura de radar operativa para poder detectar su posible estado de bloqueo por otro radar, es decir, la ausencia de respuestas síncronas DF11, y así poder alertar potencialmente de un conflicto de códigos II/SI para otros objetivos en Modo S no ADS-B, garantizando al mismo tiempo la vigilancia selectiva en Modo S de este objetivo tan pronto como entre en la cobertura operativa de dicho radar.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una etapa (120) en la que, en una ventana de tiempo deslizante, para cada célula geográfica sobrevolada por un objetivo, se calcula una media de la diferencia entre la distancia del objetivo medida por dicho radar y la distancia de dicho objetivo codificada en los squitters ADS-B emitidos por dicho objetivo sobre todos los objetivos a su paso por la célula, y a continuación se corrige cada distancia medida por el radar de cualquier objetivo en cualquier modo en función de las diferencias medias calculadas para la célula geográfica sobrevolada por dicho objetivo.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una etapa (120) de medición de la sensibilidad de los transpondedores y posterior detección de los transpondedores con sensibilidad defectuosa a las interrogaciones a 1030 MHz transmitidas por dicho radar mediante la interrogación selectiva o no de los objetivos emisores de squitters ADS-B localizados por dicho procedimiento, al entrar en la cobertura de interrogación (43) de dicho radar y calcular la sensibilidad del transpondedor a partir de la potencia recibida por el transpondedor durante su primera respuesta a dichas interrogaciones a 1030 MHz, se declara que un transpondedor tiene sensibilidad defectuosa si está por encima de un umbral dado.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una etapa (120) en la que la detección de un altímetro defectuoso asociado al transpondedor de un objetivo ADS-B se efectúa utilizando, sobre una serie de células geográficas sobrevoladas por dicho objetivo la desviación de la diferencia entre la altitud barométrica y la altitud geométrica codificada en los squitters ADS-B transmitidos por dicho objetivo con respecto a la media, en una ventana de tiempo deslizante, de la diferencia entre la altitud barométrica y la altitud geométrica calculada para otros objetivos por célula para cada una de dichas células geográficas sobrevoladas por dicho objetivo, juzgándose que un altímetro es defectuoso si dicha distancia (152) supera un umbral dado.

8. Radar secundario, caracterizado porque está configurado para implementar el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.