INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
“PROCEDIMIENTO PARA CERTIFICACIÓN RNAV Y RNP
BAJO EL CONCEPTO PBN”
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN AERONÁUTICA
PRESENTA:
ROMERO RAMOS JAVIER
ASESORES:
M. EN C. PEDRO SANTAMARÍA BRIONES ING. ERICK ISRAEL ARANDA CHÁVEZ
Agradecimientos
Dedico este trabajo que representa un éxito importante en mi vida profesional.
A mis padres:
Hilda y Javier, por sus sabios consejos, por ayudarme a la construcción de mi proyecto de vida y por enseñarme a no desfallecer ni rendirme ante nada
A mis hermanos:
Guadalupe, Karla y David, por ser parte importante de mi vida y representar la unidad familiar, gracias por llenar mi vida de alegrías y sonrisas
A Erika:
Por ser una parte muy importante de mi vida, por haberme apoyado en las buenas y en las malas, sobre todo por tu amor, paciencia y apoyo incondicional
A mis amigos:
Por confiar y creer en mí y haber hecho de mi etapa universitaria un trayecto de vivencias que nunca olvidaré
A mis compañeros de trabajo:
Que siempre han compartido sus conocimientos y sobre todo por su amistad.
Índice
Glosario de Términos ... 7
Glosario de Acrónimos ... 10
Lista de tablas y figuras ... 13
RESUMEN ... 14 ABSTRACT ... 15 INTRODUCCIÓN ... 16 Justificación... 17 Antecedentes ... 19 Objetivo General ... 22 Objetivos Específicos. ... 22 Hipótesis ... 22 Marco Teórico ... 23 Alcance ... 27 Metodología ... 28 Descripción de Capítulos... 29 CAPÍTULO 1. CONCEPTO PBN ... 31
1.1 NAVEGACIÓN BASADA EN LA PERFORMANCE ... 31
1.1.1 RNAV Y RNP ... 32
1.1.2 Navegación de Área ... 33
1.1.3 Referencia Geodésica ... 34
1.1.4 Terminadores de trayectoria ... 34
1.1.5 Tramos RF (Radius to Fix) ... 36
1.1.6 Sistemas de navegación de área ... 37
1.1.7 Gestión de Datos ... 38
1.2 PERFORMANCE DE LA NAVEGACIÓN ... 39
1.2.1 Componentes de la performance ... 40
1.2.2 Performance de Navegación Requerida ... 41
1.2.3 Monitoreo de la desviación lateral ... 42
1.2.4 Monitoreo de la desviación vertical ... 43
1.3 GNSS ... 43
1.3.1 Monitoreo y alerta... 44
1.3.2 Precisión del GNSS ... 44
1.3.3 Monitoreo de la integridad ... 45
1.3.5 Nivel de protección horizontal ... 46
1.3.6 Alerta de la integridad ... 47
1.3.7 Predicción de la disponibilidad ... 48
1.3.8 Sistemas de aumentación. ... 49
CAPÍTULO 2. APROBACIONES OPERACIONALES PBN ... 52
2.1 RNAV 10 ... 52
2.1.1 Generalidades ... 52
2.1.2 Comunicaciones y vigilancia ATS ... 52
2.1.3 Sumario ... 53 2.1.4 Procedimientos de operación ... 55 2.1.5 Capacitación de pilotos ... 56 2.2 RNAV 5 ... 57 2.2.1 Generalidades ... 57 2.2.2 Sumario ... 57 2.2.3 INS o IRS ... 58 2.2.4 GNSS ... 58 2.2.5 Procedimientos de operación ... 59 2.2.6 Capacitación de pilotos ... 59 2.2.7 Aprobación operacional ... 60 2.3 RNAV 1 Y 2 ... 60 2.3.1 Generalidades ... 60 2.3.2 Aprobación operacional ... 61 2.3.3 Sumario ... 61 2.3.4 GNSS ... 62 2.3.5 Funcionalidad ... 62 2.3.6 Procedimientos de operación ... 63 2.3.7 Capacitación de Pilotos ... 63 2.4 RNP 4 ... 64 2.4.1 Generalidades ... 64 2.4.2 Aprobación operacional ... 64
2.4.3 Comunicaciones y vigilancia ATS ... 65
2.5.1 Generalidades ... 68 2.5.2 Aprobación operacional ... 68 2.5.3 Sumario ... 69 2.5.4 Sistemas RNP ... 69 2.5.5 Funcionalidad ... 69 2.5.6 Procedimientos de operación ... 70 2.5.7 Capacitación de Pilotos ... 70 2.6 RNP APCH ... 71 2.6.1 Generalidades ... 71 2.6.2 Características ... 72
2.6.3 Diseño de procedimientos de vuelo ... 72
2.6.4 Aprobación operacional ... 75
2.6.5 Guía de aproximación VNAV ... 75
2.6.6 Predicción de la disponibilidad GNSS ... 76 2.6.7 Procedimientos de operación ... 77 2.6.8 Capacitación de pilotos ... 78 2.7 RNP AR APCH ... 79 2.7.1 Generalidades ... 79 2.7.2 Autorización Requerida ... 79 2.7.3 Características ... 80 2.7.4 Aprobación operacional ... 80
2.7.5 Monitoreo y alerta del sistema de navegación ... 81
2.7.6 Procedimientos de operación ... 81
2.7.7 Predicción de la disponibilidad GNSS ... 82
2.7.8 Lista de equipo requerido ... 83
2.7.9 Navegación vertical ... 83
2.7.10 Funcionalidad de navegación TOGA ... 84
2.7.11 Capacitación de pilotos ... 85
2.7.12 Evaluación de la seguridad operacional de vuelo (FOSA) ... 86
CAPÍTULO 3. CUMPLIMIENTO DE REQUISITOS PARA OBTENER LA APROBACIÓN PBN PARA EL EQUIPO BOEING 767-300F ... 89
3.1 APROBACIÓN DE AERONAVEGABILIDAD ... 89
3.2 APROBACIÓN OPERACIONAL ... 102
Resultados... 131
Conclusiones ... 133
Glosario de Términos
Autorización Requerida (AR). Autorización específica requerida por la autoridad para que un operador aéreo pueda realizar operaciones de aproximación RNP con autorización requerida (RNP AR APCH).
Error de definición de trayectoria (PDE). La diferencia entre la trayectoria definida y la trayectoria deseada en un lugar y tiempo determinados.
Error del sistema de navegación (NSE). La diferencia entre la posición verdadera y la posición estimada.
Error técnico de vuelo (FTE). Es la precisión con la que se controla la aeronave, la cual puede medirse comparando la posición indicada de la aeronave con el mando indicado o con la posición deseada.
Error total del sistema (TSE). La diferencia entre la posición verdadera y la posición deseada. Este error es igual a la suma vectorial del error de definición de trayectoria (PDE), error técnico de vuelo (FTE) y error del sistema de navegación (NSE).
Especificación para la navegación. Conjunto de requisitos relativos a la aeronave y a la tripulación de vuelo necesarios para dar apoyo a las operaciones de navegación basada en la performance dentro de un espacio aéreo definido.
Fijo de aproximación inicial (IAF). Punto de referencia que marca el inicio del tramo inicial y el fin del tramo de llegada, si corresponde. En las aplicaciones RNAV, normalmente este punto de referencia se define mediante un “waypoint de paso”.
Navegación Basada en la Performance (PBN). Navegación de área basada en requisitos de performance que se aplican a las aeronaves que realizan operaciones en una ruta ATS, en un procedimiento de aproximación por instrumentos o en un espacio aéreo designado.
Navegación de Área (RNAV). Método de navegación que permite la operación de aeronaves en cualquier trayectoria de vuelo deseada, dentro de la cobertura de las ayudas para la navegación referidas a la estación, o dentro de los límites de la capacidad de las ayudas autónomas, o de una combinación de ambas.
Navegación vertical barométrica (baro-VNAV). Una función de ciertos sistemas RNAV que muestran una guía vertical calculada al piloto, referida como trayectoria vertical específica. La guía vertical calculada se basa en la información de la altitud barométrica y es comúnmente computada como una trayectoria geométrica entre dos waypoints o un ángulo basado en un único waypoint.
Salida normalizada por instrumentos (SID). Una ruta de salida designada según reglas de vuelo por instrumentos (IFR) que une el aeródromo o una determinada pista del aeródromo, con un determinado punto significativo, normalmente en un ruta ATS, en el cual comienza la fase en ruta de vuelo.
Sistema de Aumentación basado en la aeronave (ABAS). Sistema de aumentación por el que la información obtenida a partir de otros elementos del GNSS se añade o integra a la información disponible a bordo de la aeronave.
Sistema de Gestión de Vuelo (FMS). Sistema que integra múltiples sensores de navegación para determinar la posición de la aeronave. Incluye una base de datos que se debe actualizar periódicamente de acuerdo con el ciclo AIRAC y que permite realizar el plan de vuelo el cual puede ser seguido automáticamente cuando el FMS también se encuentra integrado al sistema de control automático de vuelo (director de vuelo y piloto automático).
navegación basado en satélites que utiliza mediciones de distancia precisas para determinar la posición, velocidad y la hora en cualquier parte del mundo.
Sistema mundial de navegación por satélite (GNSS). Término genérico utilizado por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) para definir cualquier sistema de alcance mundial de determinación de la posición, velocidad y de la hora, que comprende una o más constelaciones principales de satélites.
Verificación por Redundancia Cíclica (CRC). Algoritmo matemático aplicado a la expresión digital de los datos que proporciona un cierto nivel de garantía contra la pérdida o alteración de los datos.
Vigilancia autónoma de la integridad en el receptor (RAIM). Técnica utilizada dentro de un receptor/procesador GPS para determinar la integridad de sus señales de navegación, utilizando únicamente señales GPS o bien señales GPS mejoradas con datos de altitud barométrica. Esta determinación se logra a través de una verificación de coherencia entre medidas de pseudodistancia redundantes. Al menos se requiere un satélite adicional disponible respecto al número de satélites que se necesitan para obtener la solución de navegación.
Waypoint. Un lugar geográfico, utilizado para definir una ruta de navegación de área o la trayectoria de vuelo de una aeronave que emplea navegación de área. Los waypoints se identifican como:
Waypoint de paso (Fly-by). Waypoint que requiere anticipación del viraje para que se pueda realizar la interceptación tangencial del siguiente tramo de una ruta o procedimiento.
Glosario de Acrónimos
ABAS Sistema de Aumentación Basada en la aeronave
ADS-B Vigilancia dependiente automática-radiodifusión
AFM Manual de Vuelo del Avión
AIP Publicación de Información Aeronáutica
AIRAC Control y regulación de la Información Aeronáutica
ANP Performance de Navegación Real
ANSP Proveedor de Servicios de Navegación Aérea
APCH Aproximación
APV Procedimiento de Aproximación con Guía Vertical
ARP Punto de Referencia del Aeródromo
ATC Controlador de Tráfico Aéreo
ATM Gestión del Tráfico Aéreo
ATS Servicio de Tráfico Aéreo
Baro-VNAV Navegación Vertical Barométrica
B-RNAV Navegación de Área Básica
CDI Indicador de Desviación de Rumbo
CDU Unidad de Control de Visualización
DA Altitud de Decisión
DH Altura de Decisión
DME Equipo Medidor de Distancia
EGPWS Sistema mejorado de Advertencia de la Proximidad del
Terreno
FAA Administración Federal de Aviación
FAP Punto de Aproximación Final
FD Director de Vuelo
FDE Detección y Exclusión de Falla
FMS Sistema de Gestión de Vuelo
FOSA Evaluación de la Seguridad Operacional de Vuelo
FTE Error Técnico de Vuelo
GBAS Sistema de Aumentación Basado en Tierra
GNSS Sistema Mundial de Navegación por satélite
GPS Sistema Mundial de Determinación de la Posición
HAL Límite de Alerta Horizontal
HIL límite de Integridad Horizontal
HPL Límite de Protección Horizontal
HSI Indicador de Situación Horizontal
IAF Fijo de Aproximación Inicial
IFR Reglas de Vuelo por Instrumentos
ILS Sistema de Aterrizaje por Instrumentos
INS Sistema de Navegación Inercial
IRS Sistema de Referencia Inercial
IRU Unidad de Referencia Inercial
ISA Atmósfera Estándar Internacional
LAAS Sistema de Aumentación de Área Local
LNAV Navegación Lateral
LPV Actualización de Localizador con Guía Vertical
LRNS Sistema de Navegación de Largo Alcance
MEL Lista de Equipo Mínimo
MGO Manual General de Operaciones
NM Millas Náuticas
NOTAM Aviso al Aviador (Notice to Airmen)
NPA Aproximación de no-Precisión
NSE Error del Sistema de Navegación
OACI Organización de Aviación Civil Internacional
OCA/H Altitud/Altura de Franqueamiento de Obstáculos
PBN Navegación Basada en la Performance
PDE Error de Definición de la Trayectoria
PEE Error de Estimación de la Posición
P-RNAV Navegación de Área de Precisión
QRH Manual de Referencia Rápida
RAIM Vigilancia Autónoma de la Integridad en el Receptor
RNAV Navegación de Área
RNP Performance de Navegación Requerida
RNP APCH Aproximación RNP
RNP AR APCH Aproximación RNP con Autorización Requerida
SBAS Sistema de Aumentación Basado en Satélites
TSE Error Total del Sistema
VNAV Navegación Vertical
VOR Radiofaro omnidireccional VHF
VPA Ángulo de Trayectoria Vertical
WAAS Sistema de Aumentación de Área Amplia
Lista de tablas y figuras
Tabla 1. Especificaciones de la flota (CO AV-10/09) ... 103
Tabla 2. Requerimientos PBN ... 126
Figura 1. Concepto de navegación basada en la performance ... 23
Figura 2. Designaciones de especificaciones para la navegación ... 25
Figura 3. Adaptación de las designaciones actuales y futuras ... 26
Figura 4. Terminador de trayectoria TF (Track to a Fix) ... 35
Figura 5. Terminador de trayectoria RF (Constant Radius to a Fix) ... 35
Figura 6. Terminador de trayectoria DF (Direct to a Fix) ... 36
Figura 7. Terminador de trayectoria HF (Hold at a Fix to an altitude) ... 36
Figura 8. Carta de aproximación RNAV (GNSS) con mínimos LNAV Y LNAV/VNAV ... 74
Figura 9. Libramiento de obstáculos Baro-VNAV para RNP APCH - LNAV ... 75
Figura 10. Ejemplo de un pronóstico de disponibilidad para RNP APCH ... 77
Figura 11. Ejemplo de un pronóstico de disponibilidad RNP ... 82
Figura 12. Navegación vertical RNP AR APCH... 84
Figura 13. Portada del manual de vuelo de la aeronave (AFM) boeing 767-300f ... 90
Figura 14. Portada del documento “757/767 FMCS RNP Navigation Capabilities, Generation 1” ... 96
Figura 15. Portada del documento “Required Navigation Performance, Special Aircraft Aircrew Authorization Required/Authorization Required (SAAAR/AR) Compliance” 100 Figura 16. Portada del manual de operaciones de la tripulación (FCOM) ... 124
Figura 17. Portada del manual de adiestramiento de la tripulación (FCTM) ... 125
RESUMEN
A través de los años, un número de regiones han establecido normas locales RNAV y RNP, las cuales implican una complejidad en operaciones internacionales y aprobaciones operacionales. La OACI ha desarrollado el concepto de Navegación Basada en la Performance e incluido los conceptos y requerimientos los cuales están contenidos en el Manual de Navegación Basada en la Performance de la OACI (Doc. 9613).
ABSTRACT
Over the years, a number of regions have established local RNAV and RNP standards which involve a complexity in international operations and operational approvals. ICAO has developed the concept of Performance Based Navigation and included the concepts and requirements which are now contained in the ICAO Performance Based Navigation (PBN) Manual (Doc. 9613).
INTRODUCCIÓN
Debido al avance tecnológico en la aviación, se han desarrollado diferentes métodos de navegación que permiten a los operadores aéreos hacer uso eficiente del espacio aéreo y aprovechar las capacidades de las aeronaves con el fin de obtener grandes beneficios. Con el paso del tiempo, las ayudas a la navegación basadas en tierra han pasado a ser un método alternativo y la navegación satelital un requisito obligatorio. Sin embargo, muchos operadores aéreos desconocen la forma en que estos sistemas funcionan y la manera en que se pueden obtener estas aprobaciones, por lo que esta situación da origen a la siguiente pregunta:
¿Cómo obtener la aprobación para realizar procedimientos de Navegación basada en la Performance (PBN)?
Que a su vez permite establecer los siguientes cuestionamientos:
¿Qué es el concepto PBN?
¿Cuáles son los requisitos para obtener una aprobación para realizar procedimientos PBN?
Justificación
Los fundamentos de las operaciones PBN son relativamente sencillos y la aprobación operacional no tiene por qué ser un proceso complicado para cualquier operador que solicite esta certificación. Sin embargo, la transición a la nueva tecnología, nueva navegación, nuevos conceptos operacionales y la dependencia de navegación basada en datos requiere un manejo cuidadoso. El proceso de certificación RNAV y RNP bajo el concepto PBN tiene por objeto garantizar que el nivel adecuado de supervisión sea proporcionado por todas las operaciones PBN en un ambiente donde existen muchas variables, en términos de equipos, ingeniería y experiencia operacional. De esta manera, los beneficios de la PBN se lograrán constantemente y de manera segura.
La clave para una implementación PBN exitosa es el conocimiento y la experiencia en el funcionamiento de los sistemas de navegación avanzada.
Este trabajo podrá servir de guía para los operadores aéreos que desean obtener una certificación PBN, ya que detallará la forma en que se puede obtener dicha certificación, ayudando a que este proceso se lleve a cabo de forma eficiente.
Además, los operadores aéreos que ya cuenten con esta aprobación, pueden tomar como apoyo lo presentado en este trabajo, para incrementar el nivel de entendimiento y lograr la mejora de los procesos
Se identifican grandes beneficios en la aviación con la obtención de estas certificaciones.
El segundo beneficio que se obtendrá es incrementar la capacidad del espacio aéreo, ya que permitirá la reducción de espaciamiento entre aeronaves y la utilización de guía vectorial ATC en rutas de salida y llegada, lo que resultará en una menor complejidad del espacio aéreo y reducción en la carga de trabajo del ATC.
Antecedentes
La navegación convencional depende de radioayudas basadas en tierra. Este tipo de navegación ha sido el pilar de la aviación durante los últimos setenta años1 y tanto pilotos como operadores aéreos, fabricantes de aeronaves y proveedores de servicios de navegación aérea (ANSP, por sus siglas en inglés) están familiarizados con la tecnología, aviónica, instrumentos, operaciones, capacitación y performance asociados.
La navegación basada en la performance está basada en los principios de navegación de área (RNAV). Si bien los distintos métodos de navegación de área han existido por muchos años, el uso de este tipo de navegación como función primaria es un fenómeno reciente. El concepto PBN está destinado a definir de una mejor manera el uso de los sistemas RNAV y se espera reemplazar la mayor parte de las rutas aéreas convencionales existentes dentro de los próximos veinte años2.
El continuo crecimiento de la aviación nacional e internacional demanda un incremento en la capacidad del espacio aéreo disponible y subraya la necesidad de utilizarlo en forma óptima. Esto, aunado al aumento de la eficiencia operacional derivada de la aplicación del sistema de navegación de área (RNAV), ha propiciado el desarrollo de las aplicaciones de navegación en diversas regiones del espacio aéreo internacional y para todas las fases de vuelo. Las aplicaciones de navegación pueden expandirse potencialmente para el suministro de orientación para movimiento en tierra en los aeródromos.
Para establecer los requisitos de navegación aplicables sobre rutas específicas o dentro de un determinado espacio aéreo, es necesario que tanto la tripulación de vuelo y los servicios de Control de Tránsito Aéreo (ATC, por sus siglas en inglés)
1
Helfrick, Albert D., (2012) Principles of Avionics, 7th Edition, U.S.A., Avionics Communications Inc. 2
Dirección General de Aeronáutica Civil. (2010) Reestructuración del sistema de transporte aéreo nacional
(SATN). Plan estratégico 2010-2025. [En línea]. México, disponible en:
estén conscientes de los requisitos de capacidad del sistema RNAV a bordo y para asegurar que la performance del sistema RNAV es la adecuada para los requerimientos en el espacio aéreo especifico.
El primer uso de los sistemas RNAV surgió de forma similar a las rutas y procedimientos convencionales basados en tierra. Para operaciones domésticas, el sistema inicial utilizó VOR y DME para la estimación de su posición. Para operaciones oceánicas, fueron empleados sistemas de navegación inercial (INS, por sus siglas en inglés)3. Estos “nuevos” sistemas fueron desarrollados, evaluados y certificados. Los criterios del espacio aéreo y libramiento de obstáculos se desarrollaron en base al performance de los equipos disponibles.
Las especificaciones requeridas se basaron en las capacidades disponibles, y en algunas aplicaciones, siendo necesario identificar individualmente modelos de equipo que pudieran ser operados dentro del espacio aéreo en cuestión. Tales requisitos dieron como resultado retrasos en la introducción de nuevas capacidades del sistema RNAV y mayores costos para obtener una adecuada certificación.
El concepto PBN específica los requisitos de performance del sistema RNAV de las aeronaves en términos de exactitud, integridad, disponibilidad, continuidad, funcionalidad4 necesaria para las operaciones propuestas en el contexto de un concepto de espacio aéreo particular, soportado por la infraestructura de navegación adecuada. El concepto PBN representa un cambio de la navegación basada en sensores a la Navegación Basada en Performance. Los requisitos del performance se identifican en especificaciones de navegación, que también identifican la elección de sensores y equipos de navegación que pueden ser utilizados para cumplir los requisitos de performance.
3
Harris, David, (2003) Flight Instruments and Automatic Flight Control Systems. 6th Edition, U.S.A., Blackwell Science Ltd.
4
Bajo el concepto PBN, los requisitos de navegación genérica están definidos en base a los requisitos de operación.
Los procedimientos PBN ofrecen una serie de ventajas sobre el método específico de sensores desarrollando el criterio de espacio aéreo y libramiento de obstáculos.
El desarrollo del concepto PBN reconoce que los sistemas de las aeronaves avanzadas están logrando un nivel predecible de exactitud de performance de navegación junto con un nivel adecuado de funcionalidad, permite un uso más eficiente del espacio aéreo disponible.
El PBN identifica primeramente los requisitos de navegación, independientemente de los medios por los cuales estos se cumplan.
Los requerimientos de performance específicos están definidos para cada especificación de navegación. Una aeronave aprobada para una especificación RNP no está automáticamente aprobada para todas las especificaciones RNAV. Similarmente una aeronave aprobada para una especificación RNP o RNAV que tiene estrictos requisitos de exactitud (por ejemplo RNP 0.3) no es automáticamente aprobada para especificaciones de navegación teniendo requisitos de exactitud menos críticos (por ejemplo RNP 4)5.
5
Objetivo General
Desarrollar el procedimiento de aprobación establecido por la autoridad aeronáutica, para realizar procedimientos de Navegación Basada en la Performance (PBN) para una aeronave Boeing 767-300F
Objetivos Específicos.
Describir el concepto PBN (Navegación Basada en la Performance)
Identificar los requisitos de aeronavegabilidad y de operación que se deben cumplir para obtener la aprobación para realizar procedimientos PBN
Detallar el cumplimiento de los requisitos para obtener la aprobación PBN para el equipo Boeing 767-300F
Hipótesis
Marco Teórico
La PBN es uno de los elementos habitantes de un concepto de espacio aéreo. Las comunicaciones, vigilancia ATS y ATM también son elementos esenciales de un concepto de espacio aéreo (Figura 1). El concepto de navegación basada en la performance (PBN)6 se funda en el uso de un sistema de navegación de área (RNAV). Los componentes de información básicos para la aplicación de la PBN son dos:
1) La infraestructura de ayudas para la navegación; y 2) La especificación para la navegación.
La aplicación de los componentes mencionados antes a rutas ATS y procedimientos por instrumentos en el contexto del espacio aéreo resulta en un tercer componente:
3) La aplicación de navegación.
Figura 1. Concepto de navegación basada en la performance
6
Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de Navegación Basada en la Performance (Doc. 9613). (Tercera Edición 2008) [En línea]. E.U.A., disponible en:
La PBN actualmente está limitada a operaciones con requisitos de performance lateral lineal y limitaciones de tiempo.
A diferencia del monitoreo lateral y del margen de franqueamiento de obstáculos, para los sistemas VNAV7 barométricos no hay una alerta de error de la posición vertical ni una relación del doble entre un 95% de precisión del sistema total requerida y el límite de performance. Por lo tanto, la VNAV barométrica no se considera RNP vertical.
ESPECIFICACIONES PARA LA NAVEGACIÓN
Una especificación para la navegación es una especificación RNP o bien una especificación RNAV. Una especificación RNP incluye el requisito de monitoreo y alerta autónoma de la performance a bordo, mientras que la especificación RNAV no incluye este requisito.
El monitoreo y alerta de la performance a bordo es el principal elemento que determina si el sistema de navegación alcanza el nivel de seguridad operacional necesario para una aplicación RNP; este requisito se relaciona con la performance de navegación lateral y con la longitudinal; y permite a la tripulación de vuelo detectar si el sistema de navegación no logra, o no puede garantizar con una integridad de 10-5, la performance de navegación requerida para la operación que realiza.
Los sistemas RNP ofrecen mejoras respecto a la integridad de las operaciones; esto quizá permita un espaciado menor entre rutas y puede proporcionar suficiente integridad para que en un espacio aéreo específico se usen únicamente sistemas RNAV. Por consiguiente, el uso de los sistemas RNP puede ofrecer beneficios considerables en cuanto a seguridad operacional, operaciones y eficiencia.
7
EUROCONTROL. (2012) Vertical Navigation (for PBN. [En línea]. Europa, disponible en:
Para ambas designaciones, RNP y RNAV, la expresión “X” (cuando está expresada) se refiere a la precisión de navegación lateral en millas náuticas que se espera que se logre, en por lo menos el 95% del tiempo de vuelo, la población de aeronaves que operan en el espacio aéreo, la ruta o el procedimiento.
Figura 2. Designaciones de especificaciones para la navegación (excepto las usadas en la aproximación final)
Las especificaciones para la navegación de aproximación abarcan todos los segmentos de la aproximación por instrumentos. Las especificaciones RNP se designan RNP como prefijo y un sufijo textual abreviado, p. ej., RNP APCH o RNP AR APCH. No hay especificaciones para la aproximación RNAV8.
Cabe señalar que, en los casos en que la precisión de navegación se usa como parte de la designación de una especificación para la navegación, la precisión es únicamente uno de los muchos requisitos de performance incluidos en las especificaciones para la navegación. Por ejemplo, una designación RNAV 1 se refiere a una especificación RNAV que incluye un requisito de precisión de 1 NM
8
entre muchos otros requisitos de performance. Si bien la designación RNAV 1 puede sugerir que 1 NM (lateral) es el único criterio de performance requerido, no es así. Como todas las especificaciones para la navegación, la especificación RNAV 1 incluye todos los requisitos respecto a la tripulación y al sistema de navegación a bordo.
Figura 3. Adaptación de las designaciones actuales y futuras
Alcance
Metodología
El tipo de investigación será aplicada, con un nivel de investigación predictiva, teniendo un método de aproximación cuantitativo.
Se pretende alcanzar el objetivo general por medio del desarrollo de los objetivos específicos por lo cual a continuación se describirán los pasos a seguir en cada uno de ellos:
Recopilar información de los documentos regulatorios emitidos por las autoridades aeronáuticas
Recopilar información de los manuales del fabricante con el fin de dar cumplimiento a los requisitos de aprobación PBN
Definir los alcances de la investigación
Consultar con asesores y operadores aéreos el funcionamiento de los sistemas de navegación
Analizar los requisitos de aprobación PBN de acuerdo a los documentos regulatorios y manuales de fabricante
Descripción de Capítulos
En el Capítulo 1 se describirán los fundamentos del concepto PBN, el funcionamiento de los sistemas de navegación, las ayudas a la navegación y las capacidades de las aeronaves.
En el Capítulo 2 se identificarán los requisitos establecidos por la autoridad aeronáutica para obtener la aprobación para realizar procedimientos PBN, detallando cada especificación de la navegación como son RNAV y RNP.
CAPITULO 1
CAPÍTULO 1. CONCEPTO PBN
El concepto de navegación basada en la performance (PBN) especifica que los requisitos de performance del sistema RNAV de la aeronave se definen en función de la precisión, integridad, disponibilidad, continuidad y funcionalidad necesarias para las operaciones propuestas en el contexto de un concepto de espacio aéreo particular, con el apoyo de la infraestructura de navegación apropiada. En ese contexto, el concepto PBN representa un cambio de navegación basada en sensores a navegación basada en la performance. Los requisitos de performance se expresan en especificaciones para la navegación, que también identifican la elección de los sensores y del equipo de navegación que pueden usarse para satisfacer los requisitos de la performance.
1.1 NAVEGACIÓN BASADA EN LA PERFORMANCE
La navegación basada en la performance (PBN) comprende una serie de operaciones las cuales están basadas en la navegación de área (RNAV). La RNAV ha estado disponible por aproximadamente 40 años9 usando una variedad de tecnologías. Sin embargo, algunas dificultades se presentan con la doble aplicación del término RNAV: como un método fundamental de navegación (navegación de área) y también como un tipo de operación particular (RNAV 5). Otras complicaciones se presentan con la implementación de las operaciones de performance de navegación requerida (RNP), las cuales por definición son también llamadas operaciones de navegación de área.
Ha habido una cierta dificultad para identificar las diferencias entre las operaciones RNAV y las operaciones RNP, y cierta falta de definición en los requisitos para ambas operaciones. Varios países han establecido normas RNAV y RNP locales las cuales condujeron a la complejidad de las operaciones internacionales y aprobaciones operacionales.
9
1.1.1 RNAV Y RNP
Se ha reconocido que tanto las operaciones RNAV y RNP pueden ser descritas en términos de performance de navegación, por ejemplo la exactitud. Las operaciones RNP pueden ser identificadas por la capacidad de los sistemas de navegación a bordo de monitorear en tiempo real la performance de navegación conseguido y alertar a la tripulación de vuelo cuando la performance mínima especificada para una operación determinada no se pudo cumplir. Esta funcionalidad adicional proporcionada por el RNP permite a la tripulación de vuelo intervenir y tomar medidas de mitigación adecuadas, por ejemplo una aproximación frustrada, permitiendo así a las operaciones RNP proporcionar un nivel adicional de seguridad y capacidad sobre las operaciones RNAV.
Debido a que los sistemas GNSS incorporan monitoreo y alerta de la performance, la distinción entre las operaciones RNAV y RNP es el requerimiento del GNSS. Aunque hay excepciones a esta regla, en términos simples las operaciones RNP están basadas en el GNSS mientras que en las operaciones RNAV se basan en la tecnología más antigua.
Las especificaciones de navegación RNAV han sido desarrolladas para apoyar la capacidad existente en las aeronaves equipadas con sistemas que en general no fueron diseñados para proporcionar el monitoreo y la alerta de la performance a bordo.
1.1.2 Navegación de Área
La navegación de área (RNAV) es un término aplicado a la navegación entre dos puntos seleccionados en la superficie de la Tierra. La RNAV ha existido desde la década de 196010 y los primeros sistemas de aviónica utilizaban mediciones de triangulación de ayudas a la navegación basadas en tierra para calcular una trayectoria de vuelo RNAV entre puntos de una ruta llamados “waypoints”
Un número de sistemas de navegación autónomos que son independientes de los sistemas de navegación basados en tierra también han sido desarrollados, incluyendo el OMEGA (ahora obsoleto), LORAN C, GPS, GLONASS, INS e IRS.
Actualmente, tal vez el tipo más común de sistema RNAV en la aviación comercial comprende el uso del posicionamiento IRS actualizado con referencia a las radioayudas basadas en tierra (VOR y DME) o GPS. La actualización con referencia a las radioayudas basadas en tierra está limitada por la disponibilidad, al no existir la cantidad suficiente de radioayudas, y en muchas partes del mundo, incluyendo áreas oceánicas y remotas, la actualización de la posición no está disponible.
Comúnmente, haciendo referencia al término GNSS, la navegación por satélite ha revolucionado la navegación de área y proporciona un posicionamiento altamente preciso y confiable. Para el transporte aéreo moderno, las operaciones RNAV son gestionadas usando un FMS, utilizando la posición IRS actualizada por GNSS.
Sin embargo, ya que hay muchos y variados sistemas de navegación de área en todo el mundo, el “Manual de navegación basada en la performance” de la OACI, ofrece una serie de especificaciones de navegación para dar cabida a una amplia gama de niveles de performance RNAV y RNP.
10
Una de los requisitos para obtener la aprobación operacional es asegurarse de que el equipo disponible cumple con los requisitos de las operaciones PBN11.
1.1.3 Referencia Geodésica
Una posición calculada por el sistema de navegación de área debe ser interpretada para proporcionar la posición relativa a la posición real en la superficie de la Tierra. Los planos de referencia (datum) horizontales se utilizan para describir un punto en la superficie de la Tierra, en latitud y longitud o en otro sistema de coordenadas.
Un punto específico en la Tierra puede tener sustancialmente diferentes coordenadas, dependiendo del datum utilizado para realizar la medición. Hay cientos de datums horizontales localmente desarrollados en todo el mundo, por lo general se hace referencia a algunos puntos de referencia locales. El WGS-84 es el datum12 estándar que se utiliza actualmente en la aviación.
1.1.4 Terminadores de trayectoria
En su forma más simple, el sistema de navegación de área calcula una trayectoria entre dos puntos seleccionados. Sin embargo, la demanda en la navegación requiere la definición de trayectorias de vuelo complejas, tanto laterales como verticales. El estándar internacional para la definición de trayectoria y terminadores es ARINC 424. Una trayectoria de vuelo se describe en lenguaje codificado ARINC 424, el cual es interpretado por el sistema RNAV para proporcionar la función de navegación deseada y las entradas a los sistemas de guía de vuelo.
11
Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de Navegación Basada en la Performance (Doc. 9613). (Tercera Edición 2008) [En línea]. E.U.A., disponible en:
http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/enroute/oceanic/documents/WATR S_Plus/ICAO_9613_PBN_3rd_2008.pdf [Accesado el día 19 de Febrero de 2013]
12
La trayectoria entre dos waypoints puede ser especificada, dependiendo de la codificación. Cada segmento también está definido por un terminador, el cual proporciona información al sistema de navegación sobre el método previsto de conexión de un segmento (trayectoria) con el siguiente.
Por ejemplo, dos waypoints podrían estar conectados por una trayectoria ortodrómica (TF) o tal vez por el arco de un círculo de radio definido (RF). Otras opciones incluyen una trayectoria definida a partir de la posición actual hasta un waypoint (DF), o una trayectoria definiendo un patrón de espera (HF). En general el uso de trayectorias y terminadores es comúnmente abreviado como terminadores de trayectoria13.
Figura 4. Terminador de trayectoria TF (Track to a Fix)
Figura 5. Terminador de trayectoria RF (Constant Radius to a Fix)
13
Organización de Aviación Civil Internacional, (2013) ICAO PBN Seminar. [En línea]. Montreal, Canadá. disponible en:
Figura 6. Terminador de trayectoria DF (Direct to a Fix)
Figura 7. Terminador de trayectoria HF (Hold at a Fix to an Altitude)
Usando una gama de terminadores de trayectoria disponibles con la codificación ARINC 424, se pueden diseñar trayectorias de vuelo complejas. Sin embargo hay que señalar que no todos los sistemas de navegación son capaces de efectuar todos los tipos de tramos. Dos ejemplos comunes de los tipos de tramos que pueden no ser efectuados son los tramos RF y los tramos CA.
1.1.5 Tramos RF (Radius to Fix)
El uso de un segmento RF o múltiples tramos incluyendo TF y tramos RF proporciona una gran flexibilidad en el diseño de rutas permitiendo que las trayectorias de vuelo sean diseñadas para evitar el terreno, disminuir los niveles de ruido, aprovechar el uso del espacio aéreo y proporcionar muchos otros beneficios.
navegación RNP AR APCH soporta el uso de tramos RF14, pero se espera que la aplicación se amplíe a su debido tiempo.
Un segmento codificado como un tramo RF crea una trayectoria de vuelo circular sobre la superficie de la Tierra, definida por un punto de inicio y un punto final, un radio de giro y un origen. Los segmentos codificados ARINC 424 antes y después de los tramos RF deben unirse con una tangente al círculo definido por el tramo RF. Por consiguiente, la secuencia de tramos usados pueden ser TF/RF o RF/TF y RF/RF. La unión de tramos RF a otros tramos RF es aceptable y se pueden invertir los virajes o pueden ocurrir cambios en los radios de viraje. Esta capacidad permite una gran flexibilidad en el diseño de rutas.
Si bien ahora pueden ser diseñadas trayectorias de vuelo complejas y mostradas como las rutas activas, la aeronave debe tener la capacidad de seguir con precisión la trayectoria de vuelo definida. Los pilotos están familiarizados con virajes a velocidades y ángulos de banqueo constantes, lo cual permite que una trayectoria de vuelo circular sea volada con referencia a la masa de aire y estén capacitados para compensar manualmente la presencia del viento si es necesario. Los pilotos ahora tienen que entender que la FMS volará una trayectoria de vuelo circular exacta sobre la tierra y el ángulo de banqueo será ajustado mediante el sistema de control de vuelo para mantener esa trayectoria de vuelo circular.
1.1.6 Sistemas de navegación de área
Aunque hay muchos tipos diferentes de sistemas de navegación de área los sistemas más comunes son:
Los sistemas heredados. DME/DME autónomos y sistemas de navegación VOR/DME.
14
Honeywell, (2010) Required navigation Performance, Design Equipment Performance and System
Capabilities. [En línea]. Europa, disponible en:
Sistemas GNSS autónomos que comprenden un receptor y un interfaz para el piloto, que se puede combinar con la unidad receptora, o instalado como una unidad de control y visualización.
(Nota: Una unidad de control y visualización (CDU) no debe confundirse con un sistema de gestión de vuelo (FMS), ya que la unidad de interfaz (CDU) es similar)
Este tipo de instalación GNSS debe proporcionar comandos de dirección a las pantallas HSI o CDI en el campo primario de visión del piloto. Muchas unidades GNSS proporcionan una pantalla integrada de navegación y/o visualización del mapa, como parte de la unidad receptora, sin embargo, en muchos casos, el tamaño, la resolución y la ubicación de la pantalla puede no ser adecuado ni en el campo primario de visión del piloto.
Sistemas de gestión de vuelo (FMS). Hay muchos tipos de FMS con complejidad variable y se requiere algo de atención para determinar la capacidad de cada instalación en particular. En las operaciones de transporte moderno, el FMS usualmente incorpora dos computadoras de gestión de vuelo (FMC) las cuales reciben información de diferentes sensores para actualizar la posición. Estos sensores serán normalmente inerciales, radio y GNSS15 (si están instalados). Antes de que la FMC acepte una actualización de la posición de los sensores, se lleva a cabo una comprobación de errores para asegurar que la posición del sensor cae dentro del valor ANP o EPE.
1.1.7 Gestión de Datos
En todos los sistemas de navegación de área, los datos de navegación están contenidos en una base de datos abordo. Desde un punto de vista de los factores humanos, los datos de navegación sólo deben ser extraídos de una base de datos válida, aunque algunas especificaciones de navegación del Manual PBN permiten la entrada manual de la información de los waypoints al piloto. Cuando se permita
15
la entrada manual de coordenadas, debe limitarse a operaciones en ruta y sólo por encima de la altitud mínima de franqueamiento de obstáculos. Para el resto de las operaciones, la entrada manual o modificación de los datos de los waypoint deberían prohibirse.
Las operaciones de llegada, aproximación y salida deben ser extraídas de la base de datos mediante la selección de un procedimiento de vuelo establecido.
Las operaciones PBN dependen de los datos de navegación válidos. A diferencia de la navegación convencional, donde la guía de navegación básica es originada a partir de un punto físico (por ejemplo, un transmisor VOR), la navegación de área es totalmente dependiente de los datos electrónicos y se pueden producir graves errores debido a datos erróneos o a la mala gestión de datos válidos. En general, las especificaciones de navegación del Manual PBN16 requieren o recomiendan que los datos se obtengan de un proveedor aprobado que ha implementado procedimientos de control de calidad adecuados17. A pesar de que un proveedor de datos satisfaga esas normas de control de calidad, aún existe el riesgo de que los datos no válidos pueden estar contenidos en la base de datos abordo y se debe tener precaución.
1.2 PERFORMANCE DE LA NAVEGACIÓN
Todos los sistemas de navegación pueden ser descritos en términos de performance. Por ejemplo, una radioayuda basado en tierra, tal como el VOR, ofrece un nivel medible de performance que se aplica en términos de tolerancias de navegación aceptadas.
16
Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de Navegación Basada en la Performance (Doc. 9613). (Tercera Edición 2008) [En línea]. E.U.A., disponible en:
http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/enroute/oceanic/documents/WATR S_Plus/ICAO_9613_PBN_3rd_2008.pdf [Accesado el día 19 de Febrero de 2013]
17
Federal Aviation Administration, (2010) AC 20-153A - Acceptance of Aeronautical Data Processes and
Associated Databases. [En línea]. E.U.A., disponible en:
Las operaciones PBN se basan igualmente en el performance de la navegación, pero el concepto de performance es fundamentalmente diferente. Considerando una operación basado en radioayudas en tierra, ésta depende de la performance de la señal radiada y la capacidad de una aeronave para utilizar con precisión esa señal, en la navegación basada en la performance el propio performance se especifica y el sistema de navegación es requerido para cumplir con el nivel mínimo de performance. En principio, cualquier método de navegación que alcanza el nivel específico de performance de navegación es aceptable. Sin embargo, en la práctica se requiere un sistema de navegación particular, en algunos casos, con el fin de cumplir con los requisitos de una especificación de navegación en particular.
1.2.1 Componentes de la performance
La performance de la navegación es calculada considerando los siguientes componentes18:
Error del sistema de navegación (NSE). A veces llamado PEE o Error de
Estimación de la Posición, este valor representa la capacidad de los sistemas de aviónica para determinar la posición, relativa a la posición real de la aeronave. El NSE es dependiente de la precisión de las entradas a la solución de la posición, tales como la exactitud aceptada de mediciones DME o GNSS.
Error técnico de vuelo (FTE). También se conoce como PSE o Error de la
Dirección de la Trayectoria, este valor representa la capacidad del sistema de guía de la aeronave para seguir la trayectoria de vuelo calculada. FTE es normalmente evaluado por el fabricante de la aeronave basado en pruebas de vuelo, aunque en los casos en que el fabricante no es capaz de proporcionar los datos adecuados, el operador puede necesitar colectar los datos en el servicio.
18
Federal Aviation Administration, (2010) RNAV 1 and RNP 1 Departure and Arrivals and RNAV 2 routes [En línea]. E.U.A., disponible en:
Error de definición de trayectoria (PDE). Una ruta de navegación de área está
definida por segmentos entre waypoints. La definición de la trayectoria por lo tanto, depende de la resolución del waypoint, y la capacidad del sistema de navegación para gestionar los datos del waypoint. Sin embargo, como los waypoints pueden definirse con mucha precisión, y un alto nivel de precisión permite ser gestionado por la mayoría de los sistemas de navegación, este error es mínimo y, en general es considerado como cero.
Error total del sistema (TSE). Se calcula como la suma estadística de los errores
de los componentes. Un método aceptado de calcular la suma de un número de mediciones independientes estadísticos es calcular la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores de los componentes, o el método de la Raíz de la Suma de Cuadrados (RSS).
√
Ninguna medición puede ser absoluta y algunos errores o variaciones siempre pueden ocurrir. Por lo tanto los errores se formulan normalmente en términos de la probabilidad de que se consiga la precisión especificada. Por ejemplo el FTE podría ser descrito como +/- (X) NM / 95%.
Por ejemplo, si la performence demostrada (TSE) es 0.3 NM / 95%, entonces la probabilidad que una aeronave esté dentro de 0.6 NM de la posición computada puede ser calculada.
1.2.2 Performance de Navegación Requerida
El RNP es un medio de especificar la performance para un tipo de operación particular. Para cumplir con el nivel de performance determinado, se deben cumplir una serie de requisitos19:
19
Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de Navegación Basada en la Performance
(Doc. 9613). (Tercera Edición 2008) [En línea]. E.U.A., disponible en:
Precisión. La exactitud de la posición puede ser definida como la probabilidad de
que la posición calculada esté dentro de una distancia especificada de la posición real.
Integridad. Para efectos de la aviación, donde la seguridad es crítica, debemos
estar seguros de que el sistema de navegación puede ser confiable. A pesar de que se puede tener una exactitud de la posición, hay que asegurarse de que el cálculo se basa en información válida o de confianza.
Disponibilidad. Significa que el sistema se puede utilizar cuando sea necesario. Continuidad. Se refiera a la probabilidad de que una pérdida del servicio sucederá
mientras está en uso.
Para las operaciones RNP el sistema de navegación debe cumplir con los requisitos de precisión e integridad pero deben ser usados procedimientos operacionales para superar las limitaciones de disponibilidad y continuidad. Adicionalmente a los cuatro parámetros RNP también se requiere monitoreo y alerta de la performance a bordo.
1.2.3 Monitoreo de la desviación lateral
El monitoreo del FTE requiere que la información pertinente se presente a la tripulación de vuelo indicando cualquier desviación de la trayectoria lateral o vertical (para VNAV). El Manual PBN incluye una guía sobre el uso de un "indicador de desviación lateral" o de otros medios, como el director de vuelo o piloto automático para gestionar el FTE.
Desafortunadamente, aeronaves equipadas con FMS por lo general no cuentan con un indicador de desviación de rumbo cuando se opera en un modo RNAV y este tipo de instalación requiere la evaluación durante el proceso de aprobación.
comúnmente para indicar la posición de la aeronave relativa a la trayectoria de vuelo prevista.
1.2.4 Monitoreo de la desviación vertical
Muchos indicadores VNAV se han instalado para proporcionar indicaciones relativamente gruesas de adherencia a la trayectoria vertical, destinados a proporcionar un monitoreo adecuado para operaciones en ruta, ascenso y descenso. Comúnmente este tipo de pantalla no estaba destinado para su uso en las operaciones de aproximación donde se espera una resolución de hasta 10 pies. El tamaño de la pantalla puede ser muy pequeña y la indicación de escala completa puede ser de +/- 400 pies. Más comúnmente un indicador de desviación vertical, similar a un indicador de pendiente de planeo ILS se proporciona en la pantalla de visualización. Las indicaciones numéricas de desviación vertical también pueden estar disponibles en la CDU.
1.3 GNSS
La llegada de la navegación basada en satélites proporciona una mejora significativa en el performance de navegación que se encuentra disponible para las aeronaves de todos los tipos. Si bien la PBN en general no depende de la navegación por satélite, los beneficios disponibles dentro del concepto PBN se multiplican por el uso del GNSS20.
Los sistemas GNSS van desde receptores autónomos, ahora de uso en la aviación general y en las aplicaciones para las aerolíneas, hasta los sistemas de gestión de vuelo que incorporan sistemas IRS actualizados por GNSS. Cualquiera que sea la instalación, la capacidad de navegación del GNSS es excelente, y hay poca variación en la precisión del posicionamiento a través de los diversos tipos de instalación. Sin embargo, existen diferencias considerables en cuanto a funcionalidad, pantallas de cabina, monitoreo de la integridad, alertas y otras
20
características que deben tenerse en cuenta en la aprobación operacional, dependiendo de la especificación para la navegación específica.
1.3.1 Monitoreo y alerta
Un receptor GNSS en navegación IFR incorpora el diseño de un sistema para monitorear la performance del posicionamiento y para proporcionar una alerta a la tripulación cuando los requisitos mínimos adecuados para la performance de navegación que desea no están disponibles. Por consiguiente, un sistema de navegación GNSS es clasificado como un sistema de navegación RNP, ya que es capaz de proporcionar e necesario monitoreo de la performance a bordo y funciones de alerta. Sin embargo, las funciones de monitoreo y alerta del sistema de navegación único son insuficientes para aplicaciones RNP y el FTE debe ser monitoreado. Algunas aeronaves equipadas con GNSS no cumplen con los requisitos de monitoreo del RNP, debido a la falta de la capacidad por parte de la tripulación para monitorear la desviación de la trayectoria.
Antes del Manual PBN, muchas de las operaciones que utilizaban GNSS fueron clasificados como operaciones RNAV, tal como procedimientos de aproximación RNAV (GNSS). Para ser coherente con la definición RNP del Manual PBN, los procedimientos RNAV (GNSS)21 se clasifican ahora como procedimientos RNP APCH, ya que cumplen con los requisitos de monitoreo y alerta de la performance a bordo asociados a los sistemas RNP.
1.3.2 Precisión del GNSS
La precisión de posicionamiento de la señal GNSS en el espacio depende de la constelación de satélites y es generalmente independiente de los sistemas de la aeronave. La precisión de posicionamiento es excelente y una cantidad significativa de datos ha sido acumulada que demuestra que una señal GNSS no aumentada es capaz de proporcionar una precisión medida en metros con un alto grado de disponibilidad sobre gran parte de la superficie de la tierra.
21
A pesar de que las especificaciones de navegación del Manual PBN pueden contener un requisito de precisión especificado como una probabilidad del 95%, cuando se usa el GNSS, la exactitud subyacente es independiente de los requisitos de la especificación de navegación.
1.3.3 Monitoreo de la integridad
Todos los sistemas de navegación lateral IFR, tanto convencionales como basados en la performance, están obligados a cumplir con los estándares de integridad. La integridad representa la confianza que ponemos en la capacidad del sistema para proporcionar información de navegación que no sea engañosa. Mientras que un sistema de navegación puede proporcionar guía con precisión, en la aviación se requiere asegurar que la guía es válida en todas las circunstancias y diversos medios se han implementado para proporcionar esa seguridad.
La integridad para las ayudas convencionales se indica por la ausencia de una bandera de advertencia en un VOR o un indicador ILS, o la presencia de un identificador Morse cuando se usa un ADF. Para los sistemas GNSS, una pérdida de la disponibilidad de integridad es indicada por un anuncio (en varias formas) mostrado a la tripulación de vuelo.
Los sistemas GNSS emplean una variedad de métodos para monitorear la integridad de la solución de navegación, el más básico es la vigilancia autónoma de la integridad en el receptor (RAIM, por sus siglas en inglés). Este tipo de monitoreo del sistema se asocia generalmente con (pero no limitado a) receptores autónomos de aviación general. Otros tipos de monitoreo de la integridad incluyen sistemas híbridos de propiedad los cuales integran navegación inercial con posicionamiento GNSS para proporcionar altos niveles de disponibilidad de la navegación con integridad.
1.3.4 Detección de fallas
Tanto la integridad como la precisión se requieren para una navegación GNSS válida. Sin embargo, la precisión y la integridad, aunque en algunos aspectos se relacionan, son parámetros totalmente diferentes y no se deben confundir.
El receptor GNSS, los satélites GNSS, el monitoreo y control en tierra, contribuyen a proporcionar un sistema de navegación válida y cada elemento incorpora la protección y detección de fallos. Un receptor GNSS monitorea continuamente la posición calculada y pueda detectar y anunciar una falla si la solución de la posición no está dentro de los límites definidos.
Sin embargo, la capacidad de un receptor GNSS para detectar una falla está limitada por la intensidad de la señal GNSS extremadamente baja. Los satélites GNSS emiten una señal de baja potencia de unos 20.000 kilómetros en el espacio que se reduce en proporción inversa al cuadrado de la distancia. Normalmente una falla será detectada a pesar de la baja intensidad de la señal, sin embargo en raras circunstancias la capacidad de detectar una falla puede estar limitada por el nivel de ruido, la geometría de la constelación y otros factores, y para aplicaciones de aviación comercial es necesario un medio para proteger al usuario contra la improbable pero real posibilidad de que no se detectará una falla.
La RAIM utiliza una solución matemática para proteger contra esta condición poco frecuente. El receptor calcula en tiempo real un parámetro llamado nivel de protección horizontal (HPL, por sus siglas en inglés), con el fin de proteger la solución de navegación contra una falla de navegación potencial.
1.3.5 Nivel de protección horizontal
de protección disponible actualmente sobre la base de la geometría de la constelación de satélites. Como la posición de los satélites a la vista está cambiando constantemente, el HPL también cambia continuamente.
El HPL es un parámetro como el nombre sugiere, diseñado para proporcionar protección de la integridad en lugar de la detección de errores. La solución de navegación actual, como lo demuestra un importante grupo de observaciones a lo largo de muchos años, sigue siendo muy precisa.
Para cada fase de vuelo, el máximo HPL aceptable está limitado por un límite de alarma horizontal (HAL). Para los receptores GPS autónomos, la HAL para cada fase de vuelo es fijo (0,3 para aproximación, 1.0 para terminal, 2.0 para la fase en ruta)22. Para otros sistemas de navegación, el límite puede ser seleccionado por la base de datos o a través de la entrada manual por parte de la tripulación. Por ejemplo, en una aeronave, donde la RNP es seleccionable, el cambio de la RNP (en general) tiene el efecto de cambiar la limitante HPL, pero esta selección no tiene efecto en la precisión de la posición.
1.3.6 Alerta de la integridad
Para aplicaciones de la aviación, se acepta que la integridad es esencial y por lo tanto las operaciones se basan en la disponibilidad de un sistema de monitoreo de la integridad, y la ausencia de una alerta. Si se reduce el número de satélites a la vista, o la posición de los satélites es pobre, entonces la capacidad de detectar una falla potencial se reduce y como consecuencia el HPL incremente, entonces el nivel de integridad se determina que no está disponible y se genera una alerta.
22
Las alertas varían dependiendo del tipo de sistema23, aeronave, fabricante de sistemas de aviónica, pero las alertas más comunes son
NO RAIM AVBL
LOSS OF INTEGRITY
UNABLE NAV PERF RNP
UNABLE RNP
GPS PRIMARY LOST
1.3.7 Predicción de la disponibilidad
Comúnmente los receptores incluyen una función de predicción, pero su uso como información en interrupciones de satélites conocidas o previstas no está incluida.
Cualquier predicción de la disponibilidad debe proporcionar a la tripulación de vuelo y despachadores, una indicación precisa que la aeronave puede llevar a cabo una operación en particular y sin que se genere una alerta. Independientemente del método utilizado para predecir la disponibilidad, es la generación de una advertencia en cabina la que se opone a la finalización con éxito de una operación.
La predicción de la disponibilidad de un servicio de navegación con integridad es útil, ya que permite a la tripulación de vuelo o despachador tener en cuenta la probabilidad de una pérdida de servicio y planear una serie alterna de acciones tales como demorar el vuelo, la reprogramación o la selección de un medio alternativo de navegación.
23
The Boeing Company (2003) Required Navigation Performance [En línea].E.U.A, disponible en:
1.3.8 Sistemas de aumentación.
La mayoría de las operaciones PBN son capaces de llevarse a cabo mediante una señal no aumentada GNSS es el espacio. La señal general GNSS se refiere a veces como un sistema de aumentación basado en aeronaves (ABAS, por sus siglas en inglés), aunque esto puede llevar a la idea errónea de que una corrección se hace a la señal del GNSS básico.
Los sistemas de aumentación actualmente disponibles se basan ya sea en aumentación basado en tierra (GBAS, por sus siglas en inglés) o aumentación basado en satélites (SBAS, por sus siglas en inglés). La GBAS se basa en un conjunto de receptores situados cerca de la zona de operaciones y soporta operaciones como GLS (GBAS Landing System). El GBAS de los Estados Unidos se conoce como el sistema de aumentación de área local (LAAS, por sus siglas en inglés). Ninguna de las operaciones del Manual PBN actualmente depende del GBAS.
El SBAS, el cual es representado en los Estados Unidos como el sistema de aumentación de área amplia (WAAS, por sus siglas en inglés), emplea satélites geoestacionarios adicionales y una red de estaciones de referencia basadas en tierra, en América del Norte y Hawai, para medir las pequeñas variaciones en las señales de los satélites GPS en la hemisferio occidental.
Las operaciones LPV24 están diseñadas para ser compatibles con las instalaciones de guía de vuelo existentes y proporcionar guía lateral y vertical la cual varía en la sensibilidad con la distancia desde la pista de aterrizaje, al igual que un ILS.
24Federal Aviation Administration (2013) RNAV (GPS) Approaches [En línea]. E.U.A, disponible en:
CAPITULO 2
CAPÍTULO 2. APROBACIONES OPERACIONALES PBN
2.1 RNAV 102.1.1 Generalidades
Las operaciones RNAV 10 han sido, antes del desarrollo del concepto PBN, autorizadas como operaciones RNP 10. Una aprobación operacional RNAV 10 no cambia ningún requisito ni afecta a los operadores que ya han obtenido una aprobación RNP 10.
La RNP 10 fue desarrollada e implementado en una época en que la delimitación entre RNAV y RNP no se había definido claramente. Debido a que los requisitos para RNP 10 no incluyeron el monitoreo y alerta de la performance a bordo, es más correctamente descrito como una operación RNAV.
Reconociendo que el espacio aéreo, las rutas, aprobaciones de aeronavegabilidad y operacionales han sido designadas como RNP 10, éste término puede seguirse usando aunque en el Manual PBN25 de la OACI serán conocidas como RNAV 10
La RNAV 10 es aplicable a las operaciones en áreas oceánicas y remotas y no requiere ninguna infraestructura de navegación basado en tierra.
2.1.2 Comunicaciones y vigilancia ATS
El Manual PBN no trata de los requisitos sobre comunicaciones o vigilancia ATS que se pueden especificar para la operación en una ruta o área particular. Estos requisitos se especifican en otros documentos, como las publicaciones de información aeronáutica (AIP) y los Procedimientos suplementarios regionales de la OACI (Doc 7030). Una aprobación operacional realizada de acuerdo con los requisitos del Manual PBN asume que los operadores y las tripulaciones de vuelo
25
Organización de Aviación Civil Internacional. Manual de Navegación Basada en la Performance (Doc. 9613). (Tercera Edición 2008) [En línea]. E.U.A., disponible en:
toman en cuenta todas las necesidades de comunicación y vigilancia relacionadas con rutas RNP 10.
2.1.3 Sumario
Debido que la RNAV 10 está diseñada para su uso en áreas oceánicas y remotas la especificación de navegación se basa en el uso de los sistemas de navegación de largo alcance (LRNS). Se requiere un mínimo de dos LRNS para la redundancia.
Los LRNS comúnmente disponibles son: • INS
• IRS • GNSS
Las combinaciones más comunes de LRNS dobles son: • INS dobles
• IRS dobles • GNSS dobles
• GNSS / IRS (IRS actualizado por GNSS)
Los sistemas inerciales (a menos que sean actualizados por GNSS) están sujetos a una pérdida gradual de la exactitud de la posición con el tiempo (velocidad de deriva) y por lo tanto están sujetos a un límite máximo de tiempo con el fin de cumplir con el requisito de precisión de la RNAV 10. El límite de tiempo básico es de 6.2 horas, pero este puede ser ampliado mediante la actualización o con la demostración de la reducción de la velocidad de deriva (<3.7km/2NM por hora.)
