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 Microwave 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 radioaltimetros 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 recomendada 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 sometido a la ICAO por el Gobierno del Reino Unido.

de Hong-Kong en el que, debido a1 terreno, debe volarse por el camino de aproximacimon indicado en la figura 1. Tabla de abreviaturas AWOP DF DLS DME DMLS

-

DI?SK

-

FDM FRSB

-

ICAO ILS LED MLS RAE

-

RF RTCA

-

STOL TDM UHF vco VHF

-

Tabla

Facilidades que ha de proporcionar aterrizaje de microondas (&ILS)

Comision de operaciones en todo tiempo Goniometria (direction finding) Sistema de aterrizaje con equipo DME Equipo de medida de distancias Sistema de aterrizaje por microondas con efecto Doppler Manipulation por desplazamiento diferencial de fase Modulation por division de frecuencia Haz de exploracion de frecuencia de referencia Organizacion International de Aviation Civil Sistema de aterrizaje por instrumentos Diodo emisor de luz Sistema de aterrizaje por microondas Royal Air Establishment, UK, una agencia de las fuerzas aéreas del Reino Unido Radiofrecuencia Comision técnica de radio para la navegacion aérea de 10s EE. UU. Despegue y aterrizaje cortos Modulation por division de tiempo Ultra alta frecuencia Oscilador controlado por tension Muy alta fre,cuencia

1 - Comparaci&

el sistema de

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 10s sistemas ILS y &ILS. MLS

Guia azimutal

Proporcional en un sector de k 40’ (hasta 20 millas n)

Guia de elevacion

Proporcional de 1 a 15O (hasta 20 millas n)

Medida de distancia

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 1 y .k rsrado aunosférico en la pistaj i

Guia de despegue o de azimut para aterrizrje fallido Guia de descenso Transmision de daws

-

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 marcrcion 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 situacimon 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 elevacison 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 elevacison 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 originariamente 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 propagacion por caminos multiples. Hemos mencionado anteriormente las dificultades del terreno asociadas con el ILS. Siendo un sistema de VHF, tiene inevitablemente 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 Doppler. 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 Doppler; 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.

326

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975

Doppler

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

(a)

ANGULO 0100 PORLA FRECUENCIA EN CUALQUIER PUNTO DELSCCTOR CUBIERTO

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 borrador 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)

BARRIDD SOBRE ULCOSEKTURA

Et AVIONDECODIFICE LA IDENTl040DELHA

BARRI00SOBRE

HA2 UNICOBARRI00 DE UN LAO0A OTA0

Fig. 2 a) b) c) ,d) e)

Caracteristicas basicas de 10s sistemas MLS fundamentales consideradas por ICAO. Doppler. Haz de explonacion electrbnica de la frecuencia referencia. Haz de exploration meckica de la frelcuencia referencia. Haz de exploration ,de referencia de tiempo. MLS calculado en tierra.

Comunicaciones Eléctricas * No 50/4 * 1975

MLS

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 emprender 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 elevacison 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 Farnborough 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

ecwipo fue construida par STL, haciendo uso de dise&& desarrollados en eî equipo- experimental. El formato de sefial elegido fue un formato hibrido TDMFDM, 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 (“offline”). 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 comportaron 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

Unido.

-

0.6’ VUEU IZQDA 0.4'

04"

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.

VUEU DCHA 0.6"

DISTANCIADESOEEt TRANSMISOR EN MIttARES DE PIES

328

Comunicaciones

Eléctricas * No 50/4 * 1975

Doppler

caracterfstica especial de la programa Doppler y que se sido las mejoras en la calidad tancial reduccion en tamafio, Fundarnentos

contribution de STL a1 tratara mas adelante, ha acompafiadas de una suscoste y complejidad.

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 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. 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. Como la apertura es finita, T, es limitado y el espectro de la sefial no es una linea sencilla sino una 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 angu1 lar del conjunto de antenas es arc sen -. Esto es equiL 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. Tipicamente, 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 Comunicaciones Eléctricas . N” 5014 . 1975

ML§

un avion en un tiempo dado es la misma para cualquier sistema de exploraci&. Subsistemas terrestres 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. 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: : 60 Â - Elevaci& 1 : 90-120 L - Elevaci& 2 - Azimut hacia adelante : 60-120 1 : 30-60 Â. - Azimut hacia atris El conjunto Doppler es probablemente la antena 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. 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. Se han comprobado con éxito tres tipos de conjuntos de elementos azimutales, obteniendo la conformacion 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 ingeniosos de producirlos con muy bajo costo. 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 radian329-

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 pseudoaleatoria. 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 restricciones 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.

330

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 Doppler 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 excepcionalmente buenas en pruebas que han demostrado satisfactoriamente la capacidad del Doppler para descanso guiado en la banda C, 10 que ha constituido un desaComunicaciones Eléctricas . No 50/4 . 1975

Doppler

ML§

ERROR 0.08+

0

0.5

0.08.,L

10

1.5"

ERRORALTURADEL RECEPTOR Y ANGULOOE ELEVACION

Fig. 7

Fig. 6

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-

- 50

- 40

- 30

Vuelo orbital

-10

Desarrollo

futuro

de prueba alrededor

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 ofreter 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 papados, después de la propuesta de este sistema por el SC 117, ha demostrado que la exploraci’& Doppler incorpora algunas ventajas unicas sobre otros compe-

0

I

7 10

b

I 20

del mdiofaro

'

DIRECCIOH OCVUE10DE PAUEBA I I , v ,

3o

ANGULOACIMUTAL(GRAOOS)

LIMITEOE f COBERTURA ICAO

Fig. 8

- 20

en el RAE

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?a1correcta. 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.

Receptor MLS Doppler construido por STL para el actual programa ‘de ~desarroblo del Reino Unido.

60

Pruebas de elevaci& de hngulo pequeco de Bedford.

Doppler

t

L,~,lTE50, 6o COBERTUAAICAO

de elevaci&

Comunicaciones Eléctricas * N” 50/4 . 1975 li

1

a 10’.

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 ilumina obstkulos que pueden estar en el mismo kgulo de elevaci& que 10s receptores pero a diferentes azimuts. 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 través 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 desempelido desarrollada por Standard Elektrik Lorenz 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 Airborne Processing Available to the Future User of the Doppler 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 Compafiia 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 Laboratories 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 Brimar 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 Division de Valvulas a la Division de Transistores donde inici alguno 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 Departamento de Dispositivos Electronicos. Ademis de la investigacion en microelectronica, se intereso especialmente en la generation 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 investigacion sobre tecnologia de comunicaciones por fibra optica de STL.

Comunicaciones Eléctricas e N” 50/4 * 1975