Utilización de GPS diferencial e inercial para operaciones de aproximación final y aterrizaje

• Autores: Juan José Navarro Corcuera
• Directores de la Tesis: Miguel Granadino García (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2004
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Marcos Elgoibar (presid.), Agustin Martin Sanchez (secret.), Ángel Marín Gracia (voc.), José María Armingol Moreno (voc.), Pedro Gomez Arroyo (voc.)
• Materias:
  • Matemáticas
    • Investigación operativa
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología aeronáuticas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • La utilización de GPS Diferencial (DGPS) es especialmente atractiva para la aviación ya que posibilita una navegación satelitaria para todas las fases de vuelo, desde el despegue hasta el aterrizaje, con bajo coste y alta disponibilidad. Siendo éste el objetivo, existen algunas dificultades técnicas para satisfacer los requisitos de exactitud, integridad, continuidad y disponibilidad para las operaciones más críticas en seguridad. El sistema de aumentación basado en tierra (GBAS) es la arquitectura DPGS estandarizada por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) para soportar las aproximaciones de presión y aterrizajes. Actualmente, la comunidad internacional de la aviación civil esta desarrollando requisitos de prestaciones aplicables a GBAS para soportar operaciones de aterrizaje de CAT II/III. Un requisito conductor del diseño de GBAS en la magnitud del Límite de Alerta ya que la disponibilidad del servicio es directamente función del valor seleccionado de ésta (particularmente del Límite de Alerta Vertical, VAL). Es por tanto importante utilizar el valor máximo tolerable del VAL sin comprometer la seguridad para evitar costes innecesarios. Los valores de exactitud y del Límite de Alerta que se obtienen linealizando algunas prestaciones de los sistemas actuales de aterrizaje instrumental (ILS) son muy exigentes y podrían no ser necesarios para un GBAS que soporte operaciones de CAT III. Cualquiera que sea el método propuesto para la derivación de dichos valores, se deberían obtener los mismo niveles de seguridad y prestaciones equivalentes que las que proporcionan los sistemas existentes. La Tesis analiza el potencial de GBAS para satisfacer los requisitos propuestos para operaciones de aterrizaje. En su primera parte, se introduce las fuentes de error que experimenta un usuario GBAS para desarrollar un nuevo modelo del error de pseudodistancia probándose que es adecuado para operaciones de CAT III. Este modelo se extiende al dominio de la posición y se obtienen sus componentes espectrales. La Tesis analiza los pilares sobre los que construye la integridad de GBAS de una manera detallada a partir de principios básicos, y evalúa las prestaciones del sistema supervisor de integridad para operaciones CAT III. La Tesis deriva factores de inflación del error para tener en cuenta la incertidumbre asociada al conocimiento de la distribución verdadera del error, y analiza el impacto sobre la disponibilidad del modelo de error "inflado". La segunda parte de la Tesis desarrolla una herramienta de simulación de un sistema de aterrizaje automático utilizando un controlador discreto (LQG) y un estimador óptimo basado en el Filtro de Kalman. Dicha herramienta incluye tanto el modelo de error GBAS como el modelo estándar del ILS para evaluar las prestaciones de la dispersión de la posición total (TSE) en la zona de contacto de pista bajo variedad de sucesos aleatorios y deterministas. A partir de las simulaciones realizadas de tipo Monte-Carlo, la Tesis presenta modelos de dicha dispersión tanto en condiciones nominales y de fallos del sistema GBAS, entonces se revisan los requisitos operacionales aplicables al aterrizaje y se proponen métodos analíticos para la determinación del VAL para operaciones CAT III. Finalmente, la Tesis examina las limitaciones de GBAS para satisfacer los requisitos exigibles y exigentes de continuidad que son aplicables para aterrizaje de presión CAT III. Para conseguir est, se propone utilizar sistemas inerciales integrados con la información de GBAS. El esquema de integración, basado en el método de separación de la solución e implantado mediante Filtros de Kalman, ofrece un mecanismo donde se preserva la integridad de la información GBAS y permite que el aterrizaje, una vez iniciado, se pueda completar en el caso de una interrupción del servicio GBAS. Sucesos típicos que pueden provocar tal situación son interferencias de radiofrecuencia, gradientes especiales ionosféricos anómalos, o un fallo en un satélite crítico.