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Radiotransmisión, Informe Sistemas de radioayuda
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SISTEMAS DE RADIOAYUDA
Johann Edward Polanía González, Andrés Camilo Montoya Valencia
Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia Medellín, Colombia
ABSTRACT
Radio navigation systems useful for differentmeans of transport, bases its operation on radiowaves in the transmission and reception of these signals, additionally uses different modulationand specific frequency bands.
In this article is a brief description of the mostimportant radio navigation systems today,mentioning the features, performance and utility.
KEY WORDS: Carrier, frequency, modulation, ,
phase, pulse, ratio wave, transmission.
RESUMEN
Los sistemas de radioayuda útiles para losdiferentes medios de transporte, basa su funcionamiento en ondas de radio en la
transmisión y recepción de dichas señales,adicionalmente utiliza diferentes modulaciones ybandas de frecuencias específicas.
En el presente artículo se da una brevedescripción de los más importantes sistemas deradioayuda en la actualidad, mencionando lascaracterísticas, funcionamiento y utilidad.
PALABRAS CLAVES: fase, frecuencia,modulación, onda de radio, portadora, pulso,radio ayuda, transmisión.
I INTRODUCCIÓN
La evolución en los sistemas de transporte tanto
marítimo como aéreo han requerido con el
transcurso de los años herramientas tecnológicas
que les permitan orientar ante cualquier situación
meteorológica, evitar obstáculos y servir de guía
para poder llegar a un destino, es por ello que es
necesario la introducción de las radioayudas, que
haciendo uso de las ondas de radio permiten a la
aeronave o embarcación orientarse en todo el
transcurso del viaje.
El presente artículo describe los principales
sistemas de radioayuda en la navegación marítima
y aérea en los cuales se hace uso de ondas de
radio.
II MARCO TEÓRICO
La radioayuda se puede definir como el conjunto
de señales radioeléctricas, generalmente generadas
en instalaciones terrestres y recibidas a bordo, que
permiten guiar al sistema de navegación ya sea
marítima o aérea.
La necesidad de desarrollar herramientas que le
permitieran al sistema de transporte navegar de
forma segura, guiada y en cualquier condición
atmosférica, conllevaron al diseño y creación de
los sistemas de radioayuda, por ejemplo, en la
aviación se encontró que presentaba una gran
ventaja de desplazarse por encima del terreno,
pero generaba un serio problema y es que
necesitaba de tecnologías que permitiese guiar a
los aviones.
Es por ello que a continuación se describen los
sistemas de ayuda radioeléctrica que se han
desarrollado en los últimos años:
Primero se mencionan algunos sistemas de
radioayuda para navegación aérea como son los
siguientes:
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NDB (Non Directional Beacon: Radiofaro nodireccional: La estación NDB emite una señal
utilizando una frecuencia entre los 190 y 540 kHz.
Debido a este rango de frecuencias, la señal de un
NDB puede ser captada a grandes distancias y através de terreno y obstáculos, pero por otro lado
es fácilmente distorsionada por fenómenos
meteorológicos.
En la figura 1. se ilustra un sistema NDB terrestre
Figura 1.Sistema NDB terrestre
En la aeronave la señal es captada por un
instrumento llamado ADF(Automatic Direction
Finder) , que detecta la dirección desde la cual
llega dicha señal y lo muestra en el tablero del
avión.
El ADF no solo indica la posición de antenas de
radio AM, sino que también sirve para recibir la
señal.
En resumen un NDB es una antena de cables que
a veces se alza entre medio de dos postes
telefónicos. Otras veces, es una alta y fina antena
coronada por un espiral de cables.
Al acercarse a una estación NDB se puede utilizar
una radio común para escuchar, ya que estesistema utiliza un rango de frecuencias al igual
que el AM.
VOR(Very High Frequency Omni-DirectionalRange):
El sistema omnidireccional VOR es una radio
ayuda a la navegación que utilizan las aeronaves
para seguir una ruta preestablecida, siendo,
además, uno de los sistemas de navegación más
utilizados. El transmisor terrestre emite una señal
de radiofrecuencia en todas las direcciones, que es
recibida por el equipo VOR de cualquier aeronave
que se encuentre dentro del rango de alcance (240
kilómetros máximo y hasta 37500 pies de altura),y tenga sintonizada la frecuencia de dicha
estación, que puede variar de 108 a 118 MHz
modulada en AM.
La información recibida, es interpretada por un
receptor denominado OBS, Omni Bearing
Selector, y el resultado es utilizado bien para
posicionarse en el espacio, o bien para guiar a la
aeronave, manteniéndola dentro del radial que
esté seleccionado.
La emisión del VOR está modulada por tres
señales, siendo una la que contiene la
identificación de la propia estación que permite al piloto identificarla. Las otras dos son ondas
sinusoidales de 30 Hz., desfasadas entre sí, a las
que se conoce como “señal de referencia” y “señal
variable”, manteniendo la de referencia su fase
constante, mientras que la variable la cambia
según la dirección en que es emitida.
Los equipos VOR, se clasifican en tres tipos
según su alcance, VOR Terminal (T), con una
cobertura de 25 millas náuticas, VOR de Baja
Altitud (L), con 40 millas náuticas y VOR de Alta
Altitud (H), con 100 millas náuticas,
aproximadamente.
Se ilustra en la figura 2 una antena terrestre VOR.
Figura 2. Antena VOR
El VOR es utilizado como la radioayuda principal
para la navegación aérea. La señal emitida por el
VOR no es afectada por fenómenos atmosféricos.
Además cuanto menor es la altura de la aeronave,
menor es la distancia desde la cual se puede captar
la señal. [1]
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DME (Distance Measuring Equipment):
El equipo medidor de distancias DME, empleado
normalmente junto a un VOR, utiliza la radio
telemetría básica para proporcionar información
de la distancia oblicua existente entre la aeronavey la estación terrestre que recibe los impulsos
enviados por el equipo interrogador que está a
bordo en una frecuencia comprendida entre
978 Mhz -1213 Mhz. Básicamente, el avión se
comunica con el equipo de tierra mediante una
secuencia de pulsos con una separación de 12 µs
el cual los retransmite con un retardo de 50 µs.
El equipo del avión calcula el tiempo trascurrido
desde que emite la señal hasta que recibe la
respuesta, le descuenta 50 µs, y divide el resultado
entre 2, (“ida” y “vuelta”). Este tiempo, lo
multiplica por la velocidad de la luz, dando ladistancia entre la aeronave y el equipo terrestre.
A continuación se describe la ecuación para
calcular dicha distancia:
Hay que tener siempre en cuenta, que la distancia
medida por el DME, es la real en línea recta entre
el avión y la estación, variando la distancia sobre
la superficie terrestre en función de la altitud a la
que se encuentre la aeronave.
Desde el punto de vista de funcionamiento, el
DME, presenta una diferencia importante con
respecto a otros sistemas, en los que el
instrumento a bordo es un simple elemento pasivo
que recibe y decodifica la señal generada por la
instalación de tierra sin intervenir para nada más.
Figura 3. Antena receptora DME
ILS(Instrument Landing System): Es el sistema
de ayuda para el aterrizaje aéreo establecido por la
OACI (Organización de Aviación Civil
Internacional) como sistema normalizado en todo
el mundo. Sus principales utilidades son orientarla aeronave en circunstancias donde hay poca o
nula visibilidad y además ayudar el alineamiento
del avión con la pista indicándole en todo
momento cual es la altitud que debe llevar para
hacer un correcto descenso hasta el punto de
toque.
Un ILS consta de dos subsistemas, los cuales son
independientes: uno sirve para proporcionar la
guía lateral(indicando que el avión está volando
en la dirección adecuada) y el otro para
proporcionar la guía vertical(indica que el aviónlleva el ritmo de descenso correcto que lo colocará
además en la pista con espacio suficiente para
frenar).
Una serie de 8 a 14 antenas direccionales
localizadoras, están situadas normalmente a unos
305 m del final de la pista. Se transmiten señales
portadoras entre los 108 MHz y 112 MHz
definidas para cada localizador. Estas portadoras
se modulan con 90 Hz y 150 Hz y con distintas
fases.
Esto produce el efecto en el cual la señal de 150
Hz predomina en el lado derecho de la pista y la
de 90 Hz en el izquierdo. El receptor del
localizador en el avión mide la diferencia entre la
modulación de las señales de 90 Hz y 150 Hz.
Cuando la diferencia es de cero, la antena
receptora está en la línea central del localizador;
lo que normalmente coincide con el centro de la
pista. [2]
En la siguiente figura se ilustra una antena
localizadora (LOC) del sistema ILS.
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Figura 4. Antena localizadora LOC del sistema ILC.
TACAN (Tactical Air Navigation): El sistema
de navegación aérea táctica, conocido por su
acrónimo en inglés TACAN, usado principalmente por las aeronaves militares, es,
desde el punto de vista operativo, análogo a la
combinación de un VOR y un DME,
proporcionando al usuario información de rumbo
y distancia a una estación situada en tierra o a
bordo de un barco. Es una versión más precisa del
sistema VOR / DME, que proporciona la misma
información para la aviación civil.
El TACAN maneja una codificación en MORSE.
3 letras 1 vez cada 30 segundos. Para ello utiliza
252 canales de comunicación (126 canales para latransmisión y respuesta respectivamente). Maneja
una frecuencia relativamente alta en una banda de
960MHz y 1215MHz. y posee un sistema de
antena lo suficientemente pequeño como para ser
montado en el mástil de un avión.
El TACAN está compuesto principalmente de:
Equipo terrestre
Unidad aerotranportada (Reduce la señal
a una presentación visual en cabina).
Sistemas de pulso bajo un rango de
frecuencias UHF(Ultra High Frequency)
Figura 5. Antena de un sistema TACAN
El funcionamiento del TACAN se desarrolla de la
siguiente manera: La aeronave emite impulsos que
son replicados por la estación terrestre; el tiempo
transcurrido en la ida y vuelta de las señales,
proporciona una medida de la distancia, con una
precisión nominal de, aproximadamente, 300 m.
Simultáneamente, las respuestas de medida de
distancias procedentes de la estación terrestre, se
modulan en amplitud mediante el diagrama de
radiación de una antena direccional giratoria. Esta
modulación de amplitud, al compararla en el
avión con la fase de referencia, permite medir ladirección con una precisión nominal de un grado.
El TACAN utiliza la polarización vertical y no es
compatible por lo tanto por el VOR, aunque se
puede instalar junto a un VOR para formar una
estación conjunta VOR/TACAN (VORTAC), en
cuya instalación se coloca la antena del TACAN
sobre la del VOR
En esencia el TACAN es un DME modulado en
modulación espacial para obtener la señal variable
espacialmente del VOR, y cuya señal de
referencia se emite en forma de impulsoscodificados. [3]
Otro sistema de radioayuda utilizado en la
navegación aérea y marítima es el radar. Este es
un aparato electrónico que por medio de ondas
radioeléctricas que forman el llamado "haz de
radar", actúa como explorador y señala la
presencia de cualquier objeto de dimensiones
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apreciables que se encuentre entre la embarcación
y el límite de alcance del aparato. Consta de un
emisor de alta potencia que manda microondas en
2000 impulsos separados por segundo, una antena
giratoria que permite explorar 360° del horizonte,un receptor de los ecos y una pantalla fluorescente
en la que aparecen en forma de puntos luminosos
los objetos detectados.
Figura 6. Antena de radar
Para su funcionamiento utiliza ondas muy
pequeñas, que se propagan en línea recta a una
velocidad de 200.000 kilómetros por segundo y
que tienen la propiedad de regresar al emisor si
rebotan en algún objeto; midiendo el tiempo entre
la emisión de la señal y la recepción del eco se
conoce la distancia a que se encuentra; además,
por la dirección de las ondas se puede conocer la
situación del objeto.
Es un aparato útil para la navegación en tiempos
nublados, al detectar en condiciones de visibilidad
nula todo objeto que esté cerca de la embarcación,
como boyas, rocas, faros, etcétera.
En épocas más recientes los sistemas de
navegación se han mejorado con la incorporación
de las "radio ayudas", estaciones que permiten
conocer la situación de la embarcación empleando
aparatos electrónicos que emiten ondas de radio
constantemente a una velocidad de 300 kilómetros
por segundo y en todas direcciones, las cuales
pueden ser captadas por los receptores de los
barcos. [4]
Entre las más conocidas están el "Lorán", el
"Decca", el "Omega", que tienen estaciones en
diferentes partes del planeta.
Loran: es un sistema de ayuda a la navegación
electrónico que fija un posicionamiento. Este
mide diferencias de tiempo entre la recepción de
señales de la estación maestra y sus esclavas y
también sus diferencias de fase, con el fin de
ubicar la posición. Son señales de baja frecuencia(90-100 KHz) moduladas en amplitud.
La señal de navegación Loran es un tren de pulsos
sobre una portadora sinosoidal a 100 KHz con un
ancho de banda total que oscila entre 90 a 110
KHz. Todas los transmisores de la cadena operan
a la misma frecuencia, evitando así mismo la
interferencia mutua o el solapamiento en un
receptor, mediante la multiplexión en el tiempo
(Time Division Multiplexion Access). Primero
transmite la M, que consta de 9 pulsos en total, y a
continuación siguen las demás respetando el orden
alfabético, 8 pulsos de cada una. A continuaciónse repite el ciclo completo. El intervalo entre un
tren de pulsos de M y el siguiente tren de pulsos
de M se conoce como Group Repetition Interval
(GRI) y es único para cada cadena. El GRI
identifica la cadena para cualquier receptor.
Luego el receptor calcula las diferencias de
tiempo de llegada entre la señal de M y la señal de
cada secundaria. Esa diferencia de tiempos,
determina el lugar geométrico representado
hipérbola de los puntos con idéntica diferencia de
tiempos respecto a las posiciones de la M y su
secundaria. La posición del receptor se determina
por intersección de dos o más hipérbolas.
LORAN-C es un sistema de ayuda a la
navegación electrónica, que utiliza el intervalo
transcurrido entre la recepción de señales de radio
transmitidas desde tres o más transmisores con el
fin de poder determinar la posición del receptor.
Es la versión más moderna hasta el momento, que
haya llegado a una fase operativa.
Figura 7. Equipo receptor para LORAN-C
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El Lorán consta de dos sistemas, el "A" que cubre
el hemisferio occidental, con estaciones en
Europa, Océano Pacífico, Mar de China y
Filipinas, y el "C", con red de estaciones en la
costa oriental de los Estados Unidos, norte deEuropa, Mediterráneo, Alaska, mar de Japón,
Hawái y sudeste de Asia.
Decca: Es un sistema de radioayuda que tiene un
alcance de 250 millas con exactitud de 150 metros
de día y 800 de noche, cubre todo el norte de
Europa, Golfo de Vizcaya, Golfo Pérsico, Golfo
de Bengala, oriente de Canadá y Estados Unidos y
el Mediterráneo.
El Decca está formado por una estación maestra
que controla la fase de 3 estaciones esclavas, lascuales se orientan las unas de las otras 120° y con
una distancia radial de 60 a 100nm (millas
náuticas).
Figura 8. Sistema receptor DECCA
Cada estación transmite una portadora sin
modular con una fase estable, y todas ellas se
encuentran relacionadas armónicamente con la
frecuencia interna de referencia (14.2 KHz).
A continuación se muestra en la siguiente tabla las
estaciones del sistema Decca relacionadas con la
frecuencia de trabajo. [5]
ESTACIÓN FRECUENCIAPrimaria 6f=85KHz
Esclava 1 8f=112KHz
Esclava 2 9f=127KHz
Esclava 3 5f=71KHz
Tabla 1. Frecuencias para las estaciones del sistema Decca
Donde f=14.2 KHz(Frecuencia de referencia)
CONCLUSIONES
Los sistemas de radioayuda utilizan para su
funcionamiento ondas de radio, y la mayoría de
estos con ayuda satelital. Son sistemas que se han
ido desarrollado desde años atrás, utilizando
implementaciones tecnológicas abarcadas desde el
área de las telecomunicaciones.
Estos sistemas surgen como necesidad de tener
sistemas de navegación que sean seguros y
confiables, ya que ayudan a guiar a los medios de
transporte tanto marítimos como aéreos; evitando
así que dichos sistemas colisionen con obstáculos
que se presenten en el camino, y que además
lleguen al destino indicado sin sufrir pérdidas o
errores de llegada.
Los anchos de banda que usan la mayoría de estos
sistemas son amplios, lo que permite a la estación
base ubicada en tierra poder comunicarse con una
gran cantidad de usuarios representados por esos
medios de transporte al mismo tiempo.
Estos sistemas en los últimos años han sido en su
mayor parte reemplazados por un nuevo sistema
como el GPS (Global Position System) ya que
este presenta gran cobertura y ha llegado a una
cantidad de países, los cuales tienen acceso para lacomunicación por este tipo de sistema.
REFERENCIAS
[1]http://www.gacetaeronautica.com/gaceta/wp-101/?p=5748
[2]http://www.pasionporvolar.com/la- radioayuda-aerea-radionavegacion/
[3]http://www.coit.es/foro/pub/ficheros/tacan_0cc0066b.pdf
[4]http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/067/htm/sec_6.htm
[5]https://prezi.com/t9zsqtbeikaa/sistemas-hiperbolicos-de-navegacion/
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