En la actualidad, controladores y pilotos necesitan recibir y enviar información exacta y fiable para poder operar con seguridad. Para ello, se utilizan los sistemas de comunicaciones, navegación y vigilancia, o sistemas CNS. Estos equipos funcionan transmitiendo y recibiendo unas señales de radiofrecuencia, adecuadamente moduladas, que se propagan por onda espacial, es decir, por línea de vista directa entre transmisor y receptor, con objeto de facilitar la posición de las aeronaves y guiar o dirigir su movimiento de un punto a otro de una manera segura, fluida y eficiente. La información que suministran estos sistemas es, por tanto, fundamental para diseñar los procedimientos de vuelo, que establecen la trayectoria que deben seguir las aeronaves para no colisionar entre sí ni con ningún elemento del entorno.

Sin embargo, la presencia de obstáculos en el terreno próximo a estos equipos puede producir desvanecimientos o amplificaciones en las señales y, en general, solapamientos y distorsiones en la información transmitida. En las últimas décadas, estos efectos se están viendo fuertemente aumentados, ya que se está produciendo un creciente desarrollo urbanístico e industrial en los entornos aeroportuarios, lo que está dando lugar a la aparición de fuertes densidades de obstáculos en las proximidades de los sistemas CNS.

Al automatizarse la introducción de datos, se ahorra tiempo, se mejora la eficiencia y se reduce la posibilidad de errores humanos

Los estudios de simulaciones radioeléctricas analizan las perturbaciones que pueden causar los obstáculos físicos en las transmisiones de ondas de radio. Sus análisis son vitales para la navegación aérea actual, pues permiten identificar cuáles son realmente incompatibles con el correcto funcionamiento y/o las prestaciones de los sistemas, asegurando el buen desarrollo de las operaciones de despegue, ruta y aterrizaje de las aeronaves. Ineco cuenta con una larga lista de actuaciones tanto nacionales como internacionales en el ámbito de las simulaciones radioeléctricas CNS, con más de tres millares de estudios realizados.

En este contexto surge la principal motivación de este proyecto de innovación desarrollado en 2020. Los especialistas de ingeniería necesitan disponer de herramientas software que permitan evaluar el impacto de los obstáculos y el terreno en las prestaciones de estos sistemas de manera cuantitativa y lo más fidedigna posible con la realidad, permitiendo, con ello, evaluar aspectos clave a la hora de realizar el diseño de los procedimientos de vuelo, tales como la cobertura y la calidad de las señales de los equipos CNS.

En particular, para evaluar la afección en sistemas pulsados, Ineco desarrolló la herramienta Impulse (integrada actualmente en Navtools), que, como un primer acercamiento a esta problemática, era capaz de llevar a cabo un análisis cualitativo de afecciones en radares de vigilancia primarios y secundarios, y de equipos DME.

En el nuevo proyecto de innovación desarrollado en Ineco, con una versión final desde el primer trimestre de 2021, se ha dado un gran paso hacia adelante sustituyendo los estudios cualitativos iniciales por estudios cuantitativos en los que se modelan las señales reales emitidas por equipos y aeronaves para los radares de vigilancia primarios y secundarios y para los equipos DME (equipos medidores de distancia). De este modo, considerando los diagramas de radiación reales, codificando y decodificando los pulsos y considerando los efectos de multipath provocados por el terreno y los obstáculos del entorno, es posible llevar a cabo estudios mucho más precisos y detallados que los realizados hasta el momento (análisis únicamente cualitativos). Además, en el caso de las estaciones DME también se han incorporado nuevas funcionalidades como el cálculo del error en distancia cometido, pérdidas de potencia, desacoples del sistema, etc. La puesta en servicio de todas estas nuevas funcionalidades permite abordar estudios que hasta ahora no podían acometerse de una forma analítica y se resolvían de forma cualitativa o mediante el juicio del experto. Asimismo, disponer de una herramienta tan potente en navegación aérea para el estudio de los sistemas pulsados posicionan fuertemente a Ineco tanto en el mercado nacional como en el internacional a la hora de realizar estudios de seguridad aeronáuticos, de impacto radioeléctrico o diseño de procedimientos.

Un procedimiento de vuelo instrumental (FPD, Instrument Flight Procedure) establece las maniobras y la trayectoria que debe seguir una aeronave para entrar y salir de manera segura en los aeropuertos, evitando los obstáculos.

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI), que se encarga de promover la seguridad, eficiencia y economía del transporte aéreo internacional, considera los procedimientos de vuelo por instrumentos un componente esencial del sistema de aviación. Por ello es esencial que se diseñen cumpliendo estrictos requisitos de calidad, como los contenidos en el Manual de garantía de calidad para el diseño de procedimientos de vuelo. Por su parte, la Comisión Europea, en el marco del Cielo Único Europeo, ha publicado también una normativa específica, ADQ (Aeronautical Data Quality) que complementa y refuerza los requisitos definidos en el Anexo 15 de OACI.

Para cumplir con todas las exigencias de calidad que establece la normativa internacional, disponer de herramientas de software específicas permite automatizar el proceso de diseño y asegurar la exactitud, resolución e integridad de la información aeronáutica, de la que depende la navegación aérea. En este contexto se enmarca EOS, un nuevo producto software desarrollado íntegramente por Ineco como herramienta corporativa para el diseño de procedimientos de vuelo. Tras finalizar, en diciembre de 2019, la fase de desarrollo y validación interna, EOS está lista para su puesta en producción, tanto para procedimientos de vuelo basados en navegación de área (RNAV) como en navegación convencional.

¿Qué es EOS?

Para diseñar un procedimiento de vuelo instrumental se definen un conjunto de áreas y superficies asociadas a la derrota nominal de una aeronave, en las que se evalúan los obstáculos y la orografía existentes con un margen de franqueamiento de obstáculos (MOC, Minimum Obstacle Clearance) adecuado.

EOS realiza con fiabilidad y eficiencia esos cálculos geométricos espaciales, integrados con un GIS y una interfaz visual 3D. Además, la aplicación es capaz de evaluar si los obstáculos y elevaciones del terreno podrían afectar a la seguridad del vuelo de una aeronave que siguiese esa trayectoria nominal asociada. Estas trayectorias pueden ser las correspondientes a maniobras de salidas (SID), llegadas (STAR), aproximaciones (APP), rutas ATS y procedimientos de espera.

Es una aplicación de escritorio, desarrollada en Java dentro de la suite NavTools, creada también por Ineco, para la gestión y uso de modelos digitales del terreno (MDT), y compatible con otras herramientas propietarias para el estudio de servidumbres, afecciones radioeléctricas y de sistemas CNS en el entorno aeroportuario. Está apoyada por el GIS desarrollado por la NASA, (NASA WorldWind) con soporte de modelos digitales del terreno y de superficie con alta precisión para la recreación de cada escenario.

Ejemplo de aproximación convencional con un tramo de guiado según arco de una estación DME.

Desarrollo del proyecto

EOS ha sido desarrollada como un proyecto interno de innovación por un equipo multidisciplinar, integrado por ingenieros aeronáuticos, de telecomunicaciones e informáticos, con una amplia experiencia en diseño de IFP de más 10 años.

Muy a grandes rasgos, la navegación aérea, desde su origen, ha pasado de ser estrictamente visual a apoyarse en la tecnología, a medida que esta iba evolucionando y permitiendo la navegación por instrumentos. Ya entrado el siglo XXI, la multiplicación de especificaciones, sistemas y equipos, así como la creciente congestión del espacio aéreo, plantearon la necesidad de avanzar en la unificación de estándares.

Ayudas geométricas de apoyo a la construcción de las áreas de protección.

Así, la navegación por área o RNAV ha dado paso a un nuevo concepto promovido por OACI a partir de 2008: la PBN, o navegación basada en prestaciones, a diferencia de la navegación basada en sensores, es decir, equipos físicos –VOR, DME, ILS, NDB, etc.–. La PBN se ha ido extendiendo entre los proveedores de servicios de navegación aérea de todo el mundo para el desarrollo de nuevos procedimientos instrumentales, debido a que facilita su diseño y mejora el aprovechamiento de las capacidades de las aeronaves.

A medida que las especificaciones para el diseño de procedimientos de vuelo avanzaban con el concepto PBN, se denotaron carencias en la herramienta comercial que se utilizaba en Ineco. Así se inició el desarrollo de una nueva herramienta propia, EOS, que, además de aportar nuevas prestaciones, permitía agilizar la incorporación de cambios.

El proyecto se implementó y gestionó con la metodología de desarrollo de software implantada en Ineco, CMMI nivel 3. Cumple la especificación ADQ (Aeronautical Data Quality), que asegura la integridad y calidad de la información generada, al estar basada en el estándar AIXM 5.1.1 (modelo de intercambio de información aeronáutica, ver IT 70) exigido a nivel internacional.