Sistema de Alertas de Tráfico y Evasión de Colisión (TCAS)

•

IPN

Todos los Materiales

21/10/2022

¡Este material tiene más páginas!

Entonces, ¿te gustó este material?

Ayude a animar a otros estudiantes a mejorar el contenido

¿Te gustó este material? ¡Compartir! 🧡

Introducción al Derecho I

136.512 Materiales compartidos

Descarga la aplicación para disfrutar aún más

Lea materiales sin conexión, sin usar Internet. Además de muchas otras características!

Vista previa del material en texto

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESIME
UNIDAD PROFESIONAL
TICOMÁN
TESINA
PARA LA OBTENCIÓN DE TÍTULO EN:
INGENIERÍA EN AERONÁUTICA.
OPCIÓN DE TITULACIÓN:
SEMINARIO
“SISTEMAS DE AVIÓNICA”
PRESENTA:
OSVALDO MARTINEZ YAÑEZ
TEMA:
Sistema de Alertas de Tráfico y Evasión de Colisión (TCAS)
y Propuesta de Mejora para Avisos de Resolución
Horizontales.
ASESOR
M. en C. Felipe González León

Índice.

Glosario de Acrónimos. ............................................................................... 4
Glosario de Términos. .................................................................................. 6
Lista de Tablas y Figuras. ............................................................................. 8
Resumen/Abstract....................................................................................... 9
Capítulo 1. Introducción. ........................................................................... 10
1.1 Antecedentes .................................................................................................................... 10
1.2 Justificación ...................................................................................................................... 11
1.3 Objetivo ............................................................................................................................ 11
1.4 Estado del Arte ................................................................................................................. 11
1.5 Metodología ..................................................................................................................... 13
1.6 Capitulado ......................................................................................................................... 14
Capítulo 2. Fundamentación Teórica. ........................................................ 15
2.1 Primeros Sistemas de Evasión de Colisiones ................................................................... 16
2.2 Desarrollo del TCAS II ....................................................................................................... 17
2.2.1 Evaluaciones Iníciales durante el Servicio. ...................................................................... 18
2.2.2 Implementación de la Versión 6.0 / 6.04a ....................................................................... 20
2.2.3 Implementación de la Versión 7.0 ................................................................................... 20
2.2.4 Implementación de la Versión 7.1 ................................................................................... 21
2.3 Requisitos para los Operadores Aéreos .......................................................................... 21
2.3.1 Consideraciones RVSM .................................................................................................... 23
2.3.2 Estándares Internacionales y Nacionales ........................................................................ 23
Capítulo 3. Componentes del TCAS. ........................................................... 24
3.1 Computadora del TCAS..................................................................................................... 25
3.2 Transponder Modo S ........................................................................................................ 25
3.3 Panel de Control TCAS/Modo S ....................................................................................... 25
3.4 Antenas ............................................................................................................................. 26
3.5 Presentación en Cabina .................................................................................................... 27
3.5.1 Pantalla de Tráfico (TA) .................................................................................................... 27
3.5.1.1 Simbología de la Pantalla de Tráfico ......................................................................... 28
3.5.2 Pantalla de Avisos de Resolución (RA) ............................................................................. 31
Capítulo 4. Objetivo de la Vigilancia. ......................................................... 33
4.1 Vigilancia en Modo S ........................................................................................................ 33
4.2 Vigilancia en Modo C ........................................................................................................ 34
4.3 Limitaciones de Interferencia .......................................................................................... 38
4.4 Compatibilidad Electromagnética .................................................................................... 39
4.5 Vigilancia Hibrida .............................................................................................................. 39
Capítulo 5. Conceptos de Evasión de Colisiones. ........................................ 41
5.1 Nivel de Sensibilidad ........................................................................................................ 41
5.2 Tau..................................................................................................................................... 43
5.3 Volumen de Protección .................................................................................................... 46
Capitulo 6. Funciones Lógicas CAS. ............................................................ 47
6.1 Seguimiento ...................................................................................................................... 47

6.2 Avisos de Tráfico ............................................................................................................... 49
6.3 Detección de Amenazas ................................................................................................... 49
6.4 Selección de Avisos de Resolución ................................................................................... 50
6.4.1 Selección Inicial de Aviso de Resolución .......................................................................... 50
6.4.2 Avisos de Fortalecimiento ................................................................................................ 54
6.4.3 Inversión del Sentido ....................................................................................................... 55
6.4.4 Avisos de Resolución para Múltiples Amenazas .............................................................. 55
6.4.5 Debilitación de los Avisos ................................................................................................ 56
6.5 Coordinación TCAS/TCAS ................................................................................................. 56
6.6 Comunicaciones Aire/Tierra............................................................................................. 58
6.7 Pantalla de Avisos de Tráfico (TA) ................................................................................... 58
6.8 Pantallas de Avisos de Resolución (RA) ........................................................................... 58
6.9 Anuncios Audibles ............................................................................................................ 59
6.10 Monitoreo del Rendimiento ............................................................................................ 60
Capitulo7. Propuesta de Mejora para Avisos de Resolución Horizontales. . 61
7.1 Idealización de la Propuesta ............................................................................................ 61
7.2 Modelos lógicos CAS. ....................................................................................................... 62
Conclusiones y Recomendaciones.............................................................. 64
Bibliografía. ...............................................................................................65

Glosario de Acrónimos.

ACAS Sistema de Evasión de Colisiones
ACO Oficina de Certificación de Aeronaves
ADC Computadora de Datos de Aire
ADS-B Sintonización Automática de Vigilancia Dependiente
AGL Sobre el Nivel del Suelo
AIC Circular de Información Aeronáutica
AIP Publicación de Información Aeronáutica
ALIM Altitud Límite
ATC Control de Tráfico Aéreo
ATCRBS Sistema de Baliza Radar del Control de Tráfico Aéreo
BCAS Sistema Baliza para Evadir Colisiones
CAA Autoridad de Aviación Civil
CAS Sistema de Evasión de Colisiones
CPA Punto de Aproximación Más Cercano
DMOD Modificación de la Distancia
DME Equipo Medidor de Distancia
DMTL Nivel Mínimo de Activación Dinámico
EATCHIP Programa de Integración, Armonización y Control del Tráfico
Aéreo Europeo
EFIS Sistema Electrónico de Instrumentos de Vuelo
EICAS Sistemas de Alertas a la Tripulación e Indicaciones del
Motor
FAA Administración Federal de Aviación
FAR Regulaciones Federales de Aviación
FL Nivel de Vuelo
FMS Sistema Administrador de Vuelo
FRUIT Respuestas Falsas de una Transmisión de Interrogación
No Sincronizada
ft pies
fpm pies por minuto
GPWS Sistema de Alarme de Proximidad con el Terreno
HMD Distancia Horizontal Perdida
HUD Pantalla Superior

ICAO Organización de Aviación Civil Internacional
IFR Reglas de Vuelo por Instrumentos
IVSI Indicador Instantáneo de Velocidad Vertical
JCAB Buró de Aviación Civil Japonés
KIAS Velocidad Indicada del Viento en Nudos
LCD Pantalla de Cristal Líquido
LED Diodo Emisor de Luz
MDF Filtro de Distancia Pérdida
MHz Mega-hertzio
MOPS Estándares Mínimos de Rendimiento Operacional
MTL Nivel Mínimo de Activación
ND Pantalla de Navegación
NMAC Colisión en el Aire
nm Millas Náuticas
PANS Procedimientos para Servicios de Navegación Aérea
PFD Pantalla de Vuelo Primaria
RA Avisos de Resolución
RVSM Separación Vertical Mínima Reducida
SARP’s Estándares y Métodos Recomendados
SL Nivel de Sensibilidad
SSR Radar Secundario de Vigilancia
STC Suplemento al Certificado Tipo
TA Avisos de Tráfico
TCAS Sistema de Evasión de Colisiones y Alertas de Tráfico
TFC Tráfico
TSO Orden Técnica Estándar
VFR Reglas de Vuelo Visual
VSI Indicador de Velocidad Vertical
WS Susurro-Grito
XPDR Transponder

Glosario de Términos.

Aeronave Propia: Aeronave de referencia equipada con TCAS.

Altitud Relativa: Diferencia de altitudes entre una aeronave y otra que representa un
tráfico. El valor es positivo cuando el tráfico está por arriba y negativo cuando se
encuentra por abajo.

Amenaza: Un intruso que satisface el criterio de detección de amenaza y que requiere la
emisión de una RA.

CAS: Término genérico para el Sistema de Evasión de Colisiones.

Coordinación: Comunicación de datos entre una aeronave equipada con TCAS para
asegurar que está proporcionará datos complementarios para emitir RA’s coordinadas.

CPA: Punto más cercano de aproximación calculado a través del rango de una amenaza
y el índice del rango.

Cruce: Encuentro en el cual la propia aeronave y la amenaza se proyectan se cruce en
una altitud previa al CPA.

Deriva: El ángulo del tráfico con respecto al plano horizontal, medido a favor de las
manecillas del reloj desde el eje longitudinal de la aeronave propia.

Fruta: Ver tergiversación no sincrónica.

Intruso: Un objetivo que satisface el criterio de detección de un tráfico.

Inversión del Sentido: Encuentro en el cual es necesario invertir el sentido original
emitido por una RA para evitar la amenaza. Esto es muy común que ocurra cuando una
amenaza no equipada con TCAS cambia su rango vertical en una dirección contraria a la
RA.

Maniobra de Escape: Ver maniobras de resolución.

Maniobra de Resolución: Maniobra resultante en el plano vertical que cumple con lo
emitido por una RA.

Modo TA-ONLY: Modo de operación del TCAS en el cual las TA’s se despliegan cuando
se requieren, pero todas las RA’s se inhiben.

Objetivo Próximo: Cualquier objetivo que se encuentre en un rango menor a 6mn y
dentro de una separación vertical de ±1 200 pies, pero que no alcanza los criterios de
amenaza o intruso.

Objetivo: Una aeronave que ha sido detectada por otra aeronave equipada con TCAS.

RA: Aviso de Resolución, una indicación dada por el TCAS II a la tripulación de vuelo la
cual deberá realizar una maniobra vertical, o en algunos casos no, debiendo mantener la
misma separación de seguridad contra la amenaza.

Señales Espontaneas (Squitters): Transmisiones espontaneas generadas una vez por
segundo por un Transponder Modo S.

SL: Nivel de Sensibilidad: Valor utilizado para definir el tamaño del volumen de protección
de la propia aeronave.

Susurro-Grito (Whisper-Shout) (WS): Un método para controlar la tergiversación
sincrónica de los transponder ATCRBS a través del uso combinado de niveles de potencia
variables y supresión de pulsos.

TA: Avisos de Tráfico, Una indicación dada por el TCAS a él piloto cuando una aeronave
entra o se proyecta entrará dentro del volumen de protección de la aeronave.

TCAS: Sistema de Evasión de Colisiones y Alertas de Tráfico.

Tergiversación No Sincrónica: Pulsos de respuestas recibidas de un transponder que
está siendo interrogado desde otras fuentes. También llamado Fruta.

Tergiversación Sincrónica: Un traslape de pulsos de respuestas recibidas de dos o más
transponder que responden a la misma interrogación.

Transponder, Modo C: Transponder que responde la identificación de la aeronave y el
dato de altitud. Si el Transponder no cuenta con una interface con una fuente altimétrica,
solo se transmitirán pulsos de altitud abierta no se proporcionará el dato de altitud.

Transponder, Modo S: Transponder que responde a una interrogación que contiene su
única y propia identificación de 24 bits selectiva, y un dato de altitud.

VSI: Indicador de Velocidad Vertical.

Lista de Tablas y Figuras.

Tabla 1.1 Tabla comparativa de las características de las versiones
del TCAS.

Tabla 2.1 Niveles de Protección del TCAS.
Tabla 5.1 Definición de los Niveles de Sensibilidad y Umbrales de
Alarma.
Tabla 6.1 Posibles RA’s iníciales para una amenaza sencilla.
Tabla 6.2 Anuncios Audibles del TCAS.

Figura 3.1 Diagrama a bloques del Sistema TCAS II.
Figura 3.2 Simbología estándar utilizada en la pantalla de tráfico.
Figura 3.4 Implementación de pantallas TCAS en una PFD.

Figura 4.1 Área de tergiversación sincrónica.
Figura 4.2 Secuencia de interrogación WS.
Figura 4.3 Transmisión Direccional.
Figura 4.4 Umbral dinámico de las respuestas del ATCRBS.
Figura 4.5 Transición de una vigilancia pasiva a una activa.

Figura 5.1 Límites del rango de TA/RA para el nivel SL5 utilizando
una Tau No Modificada.
Figura 5.2 Necesidad de una Tau Modificada.
Figura 5.3 Límites del Rango Modificado de la Tau para la emisión
de las TA/RA para el Nivel SL5.
Figura 5.4 Límites de a Tau Vertical para la emisión de las TA/RA
para el Nivel SL5.
Figura 5.5 Volumen de Protección del TCAS.

Figura 6.1 Funciones Lógicas CAS.
Figura 6.2 Objetivo en Modo C para la determinación en tierra.
Figura 6.3 Selección del sentido de la RA.
Figura 6.4 Selección del sentido de la RA de no cruce.
Figura 6.5 Incremento del índice de RA.
Figura 6.6 Inversión de la RA.

Figura 7.1 Modelado para la Emisión de la RA.

Resumen/Abstract.

Este trabajo proporciona los antecedentes para un mejor entendimiento del Sistema de
Evasión de Colisiones y Alertas de Tráfico (TCAS), incluye una descripción de la
implementación de la mejora realizada al TCAS II, explicando los niveles de sensibilidad
del sistema. A lo largo de los diferentes capítulos se describirán detalladamente los
componentes y los criterios básicos quesirvieron como base para desarrollar los
algoritmos de programación y criterios de tráfico y amenaza para el sistema TCAS. Así
mismo incluye una propuesta de mejora para la emisión de Avisos de Resolución
Horizontales con el fin de evadir colisiones que puedan resolverse fácilmente con una
maniobra horizontal.

This work provides the background for a better understanding of the Collision Avoidance
System and Traffic Alerts (TCAS), includes a description of implementation of the
improvements made to the TCAS II, explaining the sensitivity levels of the system. The
different chapters described in detail the components and the basic criteria that served as
the basis to develop scheduling algorithms and traffic criteria and threat to the TCAS
system. It also includes a proposal to issue improvement Horizontal Resolution Advisories
in order to avoid collisions that can be solved easily with a horizontal maneuver.

Capítulo 1. Introducción.

1.1 Antecedentes

Un TCAS o Sistema de Alerta de Tráfico y Evasión de Colisión (siglas en inglés de Traffic
Alert and Collision Avoidance System), es un sistema embarcado que prevé posibles
colisiones entre diferentes aeronaves y funciona independientemente a los servicios de
tránsito aéreo. Este dispositivo fue diseñado en los Estados Unidos en la década de los
'80, surgiendo de las investigaciones desde los años '50 para evitar colisiones entre
aeronaves medianas. Se basa en el estándar de OACI llamado ACAS (Airborne Collision
Avoidance System).

El sistema de Transponder de abordo de la aeronave interroga a las aeronaves cercanas
a ella en la frecuencia 1030 MHz. Las otras aeronaves posteriormente responden en 1090
MHz a esa aeronave. Estos ciclos se repiten varias veces por segundo. Por lo que se
refiere al rango de frecuencias, cabe señalar que usa la misma información que en las
comunicaciones con los radares de vigilancia secundaria (SSR). Así pues, transfiriendo
datos de distancia, rumbo y altitud entre aeronaves, conseguimos una representación en
3 dimensiones del espacio aéreo cercano a la aeronave.

El dispositivo se compone de 3 elementos básicos:

Computador: Centraliza, calcula y gestiona las funciones de vigilancia, rastreo,
detección, maniobras evasivas y generación de avisos entre otros.

Antenas: Dispone de dos antenas, independientes a la antena del transponder, situadas
una en la parte superior y otra en la parte inferior de la aeronave.

Panel de control: Interface entre el piloto y el sistema. Consta de una pantalla donde se
muestran los tráficos detectados (en aviones modernos este dispositivo está integrado en
la pantalla de navegación conocida como glass cockpit. Además consta de botones para
seleccionar diferentes modos de funcionamiento, variar el rango y diferentes opciones de
mostrar la información.
Además cabe destacar que este sistema también va conectado al altímetro, al radio
altímetro y si está disponible con el Modo-S.

Existen 4 modos hoy en día para el sistema TCAS:

• Stand-by: Se energiza el Procesador del TCAS y el Transponder en Modo S, pero
el TCAS no emite ninguna interrogación y el transponder responderá solo las
interrogaciones discretas. El transponder aún emitirá pulsos.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=ACAS&action=edit&redlink=1

• Transponder: El transponder en Modo S se encuentra completamente
operacional y responderá a todas las interrogaciones apropiadas de tierra y las
interrogaciones del TCAS. El TCAS permanecerá aún en stand-by.

• TA Only: El transponder en Modo S se encuentra completamente operacional. El
TCAS operará normalmente y emitirá las interrogaciones apropiadas y realizará
todas las funciones de seguimiento. Sin embargo, el TCAS solo emitirá TA’s; las
RA’s se encuentran inhibidas.

• Automatic or TA/RA: El transponder en Modo S se encuentra completamente
operacional. El TCAS operará normalmente y emitirá las interrogaciones
apropiadas y realizará todas las funciones de seguimiento. El TCAS emitirá las
TA’s y las RA’s cuando se apropiado.

1.2 Justificación

El presente trabajo basa su justificación en la necesidad de contar con un documento
adecuado que fundamente los conceptos teóricos básicos del funcionamiento del sistema
TCAS. Lo anterior para utilizarlo como consulta en futuras mejoras y aplicaciones del
sistema. Así también de proponer una mejora al sistema TCAS.

1.3 Objetivo

Al término de la lectura de esta tesina, toda aquella persona relacionada con el medio
aeronáutico será capaz de comprender de una manera clara, concisa y precisa el
funcionamiento del Sistema de Alertas de Tráfico y Evasión de Colisión (TCAS), a través
de una descripción gráfica y clara de los principios y componentes de funcionamiento
básico de dicho sistema; con el propósito de realizar o proponer mejoras de los algoritmos
del sistema o en las formas de funcionamiento, dejando una base sólida para la solución
de problemas o una mejora continua en los procesos en futuros trabajos de tesis sobre
este sistema. Así también se realizará una propuesta de mejora para la emisión de Avisos
de Resolución en el plano Horizontal, mediante un modelado de la lógica CAS.

1.4 Estado del Arte

A lo largo del desarrollo de los diferentes Sistemas TCAS, se han ido presentado
versiones mejoradas de este, tales como:

TCAS I

El TCAS I fue la primera generación de tecnología que se utilizo para evitar colisiones. Es
muy barato, pero tiene una menor capacidad que el sistema TCAS II, y su principal
utilización es para la aviación general. El sistema TCAS I está habilitado para monitorear
la situaciones de tráfico aéreo alrededor de la aeronave (a un rango de alrededor de 40
millas) y ofrece información aproximada del rumbo y altitud de las otras aeronaves.
También puede generar alarmas de colisión en la forma de “Avisos de Tráfico” (TA). Las

TA’s advierten al piloto que otra aeronave se encuentra cercana a la suya, anunciando
una indicación de “Traffic, Traffic” (Tráfico, Tráfico) pero no sugiere ninguna maniobra
evasiva, lo cual le permite al piloto decidir qué hacer, con asistencia del ATC. Cuando el
sistema detecta que el riesgo a pasado, anuncia el siguiente mensaje “Clear of conflicto”
(Libre de conflicto).

TCAS II

El TCAS II es la segunda generación del sistema, utilizado en la mayoría de las
aeronaves de la aviación comercial. Ofrece todos los beneficios del TCAS I, pero también
ofrece directrices al piloto, vocalizando instrucciones para evitar los peligros, conocidas
como “Avisos de Resolución” (RA). La acción sugerida puede ser correctiva, sugiriendo al
piloto un cambio en sentido vertical a través de los anuncios “Descend, Descend”
(Desciende, Desciende) o “Climb, Climb” (Asciende, Asciende) o “Adjust Vertical Speed”
(Ajustar velocidad Vertical), mediante la reducción de la velocidad vertical. El sistema
TCAS II coordina sus avisos de resolución antes de emitir efectuar maniobra evasivas al
piloto, es decir, en caso de una posible colisión, el sistema TCAS de una aeronave la
indicará descender, mientras a la otra aeronave le indicará ascender, incrementando la
separación vertical entre ambas aeronaves.

TCAS III

Originalmente diseñado como TCAS II Mejorado, el TCAS III fue concebido como una
ampliación del concepto TCAS II el cual incluía la capacidad de presentar Avisos de
Resolución en sentido horizontal. El TCAS III fue la siguiente generación de la tecnología
para evitar colisiones el cual fue desarrollado originalmente por la compañía Honeywell.
TCAS III incorpora mejoras técnicas en el sistema TCAS II, y tiene la capacidad para
ofrecer Avisos de Tráfico y resolver los conflictos de tráfico utilizando tanto maniobras
horizontales como verticales dirigidas a los pilotos. Por ejemplo, en una situación de
conflicto, una aeronave podría ser dirigida, "a la derecha, y ascendiendo", mientras que laotra se dirigiría "a la izquierda, y descendiendo". Esto serviría para aumentar aún más la
separación total entre las aeronaves, tanto en los aspectos horizontales como verticales.
Las directivas horizontales serían de gran utilidad en un conflicto entre dos aviones
cercanos a tierra donde pudiera haber poco o ningún margen de maniobra vertical.

TCAS III trata de usar la antena direccional TCAS para asignar un rumbo a otras
aeronaves, y por lo tanto ser capaz de generar una maniobra horizontal (por ejemplo, girar
a la izquierda o a la derecha). Sin embargo, fue juzgado por la industria por no ser factible
debido a las limitaciones en la precisión de las antenas direccionales TCAS. Las antenas
direccionales se considera que no son lo suficientemente precisas para generar una
correcta posición en el plano horizontal, y por lo tanto una resolución horizontal precisa.
En 1995, las pruebas y análisis determinaron que el concepto era viable con la tecnología
de vigilancia disponible (debido a la insuficiencia de información de la posición horizontal),
y que la RA horizontal sería poco probable en la mayoría de los encuentros. Por lo tanto,
todo el trabajo en TCAS III fue suspendido y no hay planes para su implementación. El
concepto ha evolucionado más tarde y ha sido sustituido por el TCAS IV.

TCAS IV

TCAS IV utiliza información codificada por el avión objetivo en respuesta del Transponder
en Modo S (es decir, codifica su propia posición en la señal del transponder) para generar
una resolución horizontal de una RA. Obviamente, esto requiere que la aeronave de
destino pueda tener alguna capacidad mínima de enlace de datos. Además, una fuente
confiable de la posición (por ejemplo, sistema de navegación inercial o GPS) que se
necesita en el avión de destino para que sea codificada.

TCAS IV ha sustituido el concepto TCAS III de la década de 1990. Uno de los resultados
de la experiencia de TCAS III ha sido que la antena direccional utilizada por el procesador
TCAS para asignar una relación de respuesta del transponder no es suficientemente
precisa como para generar una posición horizontal exacta, y por lo tanto una resolución
horizontal de seguridad. TCAS IV utiliza la información de posición adicional codificada en
un enlace de datos aire-aire para generar la información sobre el rumbo, por lo que la
exactitud de la antena direccional no sería un factor importante. TCAS IV continua en
desarrollo desde hace algunos años, pero la aparición de nuevas tendencias en el enlace
de datos tales como la Vigilancia Dependiente Automática - Radiodifusión (ADS-B) han
señalado la necesidad de volver a evaluar si un sistema de enlace de datos dedicado a la
prevención de colisiones como TCAS IV deben ser incorporado en un sistema más
genérico de enlace de datos aire-aire para otras aplicaciones. Como resultado de estas
cuestiones, el concepto TCAS IV fue abandonada como ADS-B comenzó del desarrollo.

Características TCAS I TCAS II TCAS III TCAS IV
Alarmas TA TA TA TA
Resoluciones NO RA Vertical RA Vertical RA Horizontal
RA Vertical
RA Horizontal
Evasiones
Coordinadas NO SI SI SI

Tabla 1.1 Tabla comparativa de las características de las versiones del TCAS.

1.5 Metodología

La investigación desarrollada se llevó a un nivel básico, partiendo de los conocimientos
generales de la evasión de colisiones hasta particularizar en conceptos de programación
de los algoritmos para la evasión de colisiones; a través de estos, se explicó los
antecedentes del sistema y sus mejoras a lo largo de su evolución, el objetivo del
presente trabajo se alcanzo mediante la explicación clara y sencilla de los conceptos
básicos del TCAS, mediante la investigación de diferentes escritos realizados al respecto
utilizando una criterio estrictamente básico para evitar alguna posible confusión del
sistema.

Se inicio con la descripción de los conceptos básicos de los sistemas TCAS, se
proporciono una introducción general de los componentes básicos que conforma un
sistema TCAS, fue necesario describir los conceptos profundos de la programación de los
algoritmos para la evasión de colisiones, no sin antes mencionar la importancia de la
vigilancia del espacio aéreo por parte del sistema transponder.

Una vez realizado el desarrollo de estos conceptos, fue como surgieron los capítulos de la
presente tesina, su culminación se dio al describir los conceptos de programación y
criterios de evasión de colisiones.

Se incluye también una propuesta de mejora del sistema TCAS, mediante la adición de
Avisos de Resolución en el plano horizontal, modelando los algoritmos de la lógica CAS
para incluir dichos avisos.

1.6 Capitulado

Capítulo 1. Introducción: Objetivos de la Tesina.

Capítulo 2. Fundamentación Teórica: Conceptos básicos del Sistema TCAS.

Capítulo 3. Componentes del TCAS: Componentes Básicos del Sistema.

Capítulo 4. Objetivo de la Vigilancia: Tipos de Modos de la vigilancia y sus
limitaciones.

Capítulo 5. Conceptos de Evasión de Colisiones: Descripción de los criterios básicos
del sistema.

Capítulo 6. Funciones Lógicas CAS: Descripción de los algoritmos para la
programación de los criterios del sistema.

Capítulo 7. Propuesta de Mejora para Avisos de Resolución Horizontales: Propuesta
de mejora del sistema TCAS mediante el modelado de la lógica CAS.

Capítulo 2. Fundamentación Teórica.

Después de años de extensos análisis, desarrollos y evaluaciones en vuelo realizadas por
la Administración Federal de Aviación (FAA1), por otras Autoridades de Aviación Civil
(CAA’s2) de otro países, y la industria de la aviación, el Sistema de Alertas de Tráfico y
Evasión de Colisión (TCAS3) se desarrollo para reducir los riesgos de una colisión en el
aire entre aeronaves. En el ámbito internacional, este sistema es conocido como el
Sistema de Evasión de Colisión de Abordo (ACAS4).

TCAS es una familia de dispositivos a bordo de la aeronave que funcionan
independientemente de las estaciones en tierra del sistema de Control de Tráfico Aéreo
(ATC5) y proporciona una protección para evadir colisiones para un amplio espectro de
tipos de aeronaves. Todos los sistemas TCAS proveen algunos grados de alerta de
amenaza de colisión y una pantalla de tráficos. TCAS I y TCAS II difieren principalmente
por su capacidad de alerta.

TCAS I proporciona avisos de tráfico (TA’s6) para asistir al piloto en la adquisición visual
de la aeronave intrusa. TCAS I es uso obligatorio en los Estados Unidos, para aeronaves
impulsadas por motores turborreactores, de transporte de pasajeros que tengan más de
10 y menos de 31 asientos. TCAS I se instala también en número fijo de aeronaves de ala
fija y rotativa de la aviación general.

TCAS II proporciona TA’s y Avisos de Resolución (RA’s7), por ejemplo: recomienda
maniobras de escape, en sentido vertical para cualquier incremento o para mantener la
separación vertical existente entre aeronaves. TCAS II es obligatorio en los Estados
Unidos para aeronaves comerciales, que incluyen aerolíneas regionales con aeronaves
de más de 30 asientos o un Peso Máximo de Despegue de (MTOW8) mayor a 33 000 lbs.
Aunque no es mandatorio para la aviación general, su uso en algunas aeronaves
impulsadas por motores turborreactores y en algunos helicópteros se lleva a cabo.

El concepto TCAS hace uso del mismo radar beacon instalado en los transponder de las
aeronaves que operan con radares en tierra del sistema ATC. El nivel de protección
proporcionado por el equipo TCAS depende del tipo de transponder instalado en la
aeronave. Los niveles de protección se enlistan en la tabla 2.1. Debe notarse que el TCAS
no proporciona protección en contra de aeronaves que no cuenten con un transponder.

1 Federal Aviation Administration, por sus siglas en inglés.
2 Civil Aviation Authorities, por sus siglasen inglés.
3 Traffic Alert and Collision Avoidance System, por sus siglas en inglés.
4 Airborne Collision Avoidance System, por sus siglas en inglés.
5 Air Traffic Control, por sus siglas en inglés.
6 Traffic Advisories, por sus siglas en inglés.
7 Resolution Advisories, por sus siglas en inglés.
8 Maximum Take Off Weight, por sus siglas en ingles.

Equipo Propio de la Aeronave
TCAS I TCAS II
O
bj
et
iv
o
de
l E
qu
ip
o
de
la
A
er
on
av
e Modo A
Solo XPDR TA TA
Modo C o Modo S
XPDR TA TA y RA Vertical
TCAS I TA TA y RA Vertical
TCAS II TA TA y RA Verticales Coordinadas

Tabla 2.1 Niveles de Protección del TCAS.

2.1 Primeros Sistemas de Evasión de Colisiones

En 1956 la colisión entre dos aeronaves sobre el Gran Cañón estimulo tanto a las
aerolíneas como a las Autoridades de Aviación para iniciar el desarrollo de un sistema
para evadir colisiones efectivo que actuará como un último recurso en caso de fallo de los
servicios de separación del ATC. Durante finales de los años 1950’s y principios de
1960’s, los esfuerzos de desarrollo para evitar la colisión incluyeron un énfasis en los
sistemas pasivos y no cooperativos. Estos conceptos se tornaron poco prácticos. Un gran
problema de funcionamiento que no pudo superarse con estos diseños fue la necesidad
de que no existiera un conflicto de las maniobras de evasión complementarias que
requieren una conexión de alta integridad de las comunicaciones entre las aeronaves
involucradas en el conflicto.

Uno de los conceptos más importantes para evadir la colisión, que se le atribuye al Dr.
John S. Morrell de Bendix, fue el uso de la Tau, que es la distancia oblicua entre la
aeronave dividida por la índice de cierre o índice de rango. Este concepto se basa en el
tiempo, en lugar de la distancia, al punto más cercano de aproximación en un encuentro.

Durante finales de los años 1960’s y principios de 1970’s, varios fabricantes de aviones
desarrollaron sistemas de prevención de colisiones en base en las técnicas de
interrogador/transponder y tiempo/frecuencia. Aunque estos sistemas funcionaron
correctamente durante las etapas de prueba en aviones, la FAA y las líneas aéreas en
forma conjunta concluyeron que en las operaciones aéreas normales, se podría generar
una alta tasa de falsas alarmas en áreas terminales con alta densidad de tráfico. Este
problema habría socavado la credibilidad del sistema para las tripulaciones de vuelo.

Además, cada avión habría tenido que ser equipado con el mismo equipo para brindar
protección a la aeronave equipada con tal sistema.

A mediados de la década de 1970, se desarrolló el Sistema de Prevención de Colisiones
Beacon (BCAS9). BCAS utilizaba datos de respuesta de los transponder del Sistema de
Radar de Control de Tránsito Aéreo Beacon (ATCRBS10), para determinar el rango de la
altitud de un intruso. Al mismo tiempo, los transponder del ATCRBS fueron instalados en
todos los aviones de líneas aéreas y militares, y un gran número de aeronaves de
aviación general. Por lo tanto, cualquier aeronave equipada con BCAS sería capaz de
detectar y protegerse en contra de la mayoría de otros aviones en el aire, sin imponer
requisitos adicionales en los equipos de otras aeronaves. Además, las técnicas de
comunicación discreta utilizadas en los transponder en Modo S, en aquel entonces en
desarrollando, permitieron a dos aviones BCAS en conflicto llevar a cabo maniobras de
escape coordinada con un alto grado de confiabilidad. En 1978, la colisión entre un avión
ligero y un avión de pasajeros en San Diego sirvió para aumentar los esfuerzos de la FAA
para complementar el desarrollo de un sistema eficaz para evitar colisiones.

2.2 Desarrollo del TCAS II

En 1981, la FAA tomó la decisión de desarrollar y poner en práctica la utilización del
TCAS utilizando el diseño básico del BCAS para la interrogación y el seguimiento, con
algunas capacidades adicionales. Al igual que BCAS, TCAS está diseñado para trabajar
de forma independiente a los equipos de navegación de las aeronaves y de los servicios
que proporciona el sistema en tierra del ATC. TCAS interroga a los Transponder, que
cumplen con los requerimientos de la OACI, de todas las aeronaves en las proximidades
basadas en las respuestas recibidas, las guías de la distancia oblicua, la altitud (cuando
se incluye en el mensaje de respuesta), y la dirección relativa del tráfico circundante. De
varias respuestas sucesivas, TCAS calcula el tiempo para llegar al Punto Más Cercano de
Aproximación (CPA11) con el intruso, dividiendo el rango del índice de cierre. Este tiempo
es el principal parámetro para la emisión de alertas. Si las respuestas del transponder del
avión más cercano incluyen su altitud, TCAS también calcula el tiempo para alcanzar la
misma altitud. TCAS puede emitir dos tipos de alertas:

• Avisos de Tráfico (TA’s) que asisten al piloto para buscar de manera visual a la
aeronave intrusa y prepara al piloto para un potencial RA; y

• Avisos de Resolución (RA’s) que recomiendan maniobras que incrementarán o
mantendrán la separación vertical existente del intruso hacia la aeronave. Cuando
la aeronave intrusa cuenta con un TCAS II instalado, ambos TCAS coordinarán
sus RA’s a través de los datos del Modo S.

9 Beacon Collision Avoidance System, por sus siglas en inglés
10 Air Traffic Control Radar Beacon System, por sus siglas en inglés.
11 Closest Point of Approach, por sus siglas en ingles.

TCAS II fue diseñado para operar en densidades de tráfico arriba de 0.3 aeronaves por
milla náutica cuadrada (MN), por ejemplo: 24 aeronaves dentro de un radio de 5 mn, que
fue la mayor densidad de tráfico prevista para los siguientes 20 años.

El desarrollo de los algoritmos de evasión de colisión del sistema TCAS II, incluyen la
finalización de millones de simulaciones realizadas por computadora que optimizan la
protección proporcionada por el sistema, mientras minimizan la frecuencia de molestos
avisos inaceptables. En adición a estas simulaciones de computadora, las primeras
versiones de los algoritmos de evasión de colisión fueron evaluadas vía piloto en el
circuito de simulaciones y durante la operación del equipo prototipo en las aeronaves de
la FAA a través de la NAS.

Numerosos estudios de seguridad se llevaron a cabo para estimar las mejoras de
seguridad que se podía esperar con la introducción del TCAS al servicio. Estos estudios
de seguridad se actualizan continuamente a través del perfeccionamiento de los
algoritmos para evitar colisiones. Los estudios de seguridad han demostrado que el TCAS
II resolverá casi todas las posibles colisiones críticas en el aire de aeronaves equipadas
con TCAS. Sin embargo, TCAS no puede manejar todas las situaciones. En particular,
depende de la exactitud del reporte de altitud de la aeronave que constituye una amenaza
y la expectativa de que la aeronave que es una amenaza no realice una maniobra de tal
amanera que anule a la RA del TCAS. Lograr una separación adecuada también depende
de que el piloto responda a la lógica CAS esperada. El estudio también mostró que la
seguridad del TCAS II induce algunas colisiones críticos en el aire, pero en general, el
número de estas colisiones en el aire con TCAS es menos del diez por ciento de la
cantidad que se habría producido sin la presencia del TCAS.

Numerosos estudios se han llevado a cabo para evaluar la interacción entre el TCAS y
ATC. El análisis de los datos del radar del ATC mostró en el 90% de los casos, que el
desplazamiento vertical necesario para resolver una RA fue de menos de 300 pies.
Basándose en estos estudios, se concluyó que la posibilidad de que la respuesta a un
TCAS RA causando por un avión que atente en el espacio aéreo protegido para otra
aeronave era remota.

2.2.1 Evaluaciones Iníciales durante el Servicio.

Para asegurarseque el desempeño del TCAS fuera el esperado en su entorno operativo
previsto, se han realizado varias evaluaciones operacionales al sistema. Estas
evaluaciones proporcionaron un medio para que los pilotos que utilizan el TCAS y los
controladores responsables de proporcionar los servicios de separación a aeronaves
equipadas con TCAS pudieran tener una influencia directa en el diseño final del sistema y
los requisitos de rendimiento.

La evaluación inicial del funcionamiento del TCAS se llevó a cabo por Piedmont Airlines
en 1982. Utilizando una unidad prototipo de TCAS II fabricado por Dalmo Victor. Piamonte
voló aproximadamente 900 horas de servicio regular programado, mientras se registraban

datos sobre el desempeño del TCAS. Estos datos registrados fueron analizados para
evaluar la frecuencia y la idoneidad de los TA y RA. Durante esta evaluación, las pantallas
del TCAS no fueron visibles para los pilotos y los observadores de la industria de la
aviación volaron con la aeronave para monitorear el rendimiento del sistema y para
proporcionar observaciones de carácter técnico y operativo de su diseño.

En 1987, Piamonte voló una versión mejorada del equipo de Víctor Dalmo por
aproximadamente 1200 horas. Durante esta evaluación, las pantallas del TCAS fueron
visibles para los pilotos y estos fueron autorizados a utilizar la información proporcionada
para maniobrar la aeronave en respuesta a la RA. Esta instalación incluía un registrador
de datos dedicado al TCAS, de modo que se pudieran obtener datos cuantitativos del
rendimiento del TCAS. Además, los pilotos y observadores respondieron cuestionarios
después de cada TA y RA, para que las evaluaciones se pudieran hacer respecto a la
utilidad del sistema para las tripulaciones de vuelo.

Esta evaluación también sirvió como base para el desarrollo de los criterios en la
certificación de la producción de los equipos de aviónica, para validar las directrices de
formación de pilotos, proporcionó la justificación de las mejoras previstas a los algoritmos
del TCAS y sus pantallas, y valido los procedimientos de los pilotos para el uso del
equipo.

Tras la finalización con éxito de la segunda evaluación de Piamonte, la FAA inició el
Programa Límite de Instalación (LIP12). Bajo el LIP, Bendix-King y Honeywell construyeron
y probaron la calidad comercial y pre-producción de equipos TCAS II que cumplían con
los Estándares Mínimos Operacionales de Rendimiento (MOPS13). Se realizaron pruebas
de ingeniería de vuelo en estos equipos por los fabricantes de las aeronaves así como, en
aeronaves de la FAA. Utilizando los datos recolectados durante la fabricación y pruebas
en tierra, los fabricantes de los equipos fueron certificados vía un Suplemento al
Certificado Tipo (STC14) limitado, para su uso en servicios comerciales.

Las unidades Bendix-King fueron operadas por United Airlines en aeronaves B737-200 y
DC8-73. Northwest Airlines operaron el equipo Honeywell en dos aeronaves MD-80. Se
obtuvieron cerca de 2 000 horas de experiencia de operación en servicio con las
aeronaves de United y aproximadamente 2 500 horas de experiencia de operación en
servicio se obtuvieron con las instalaciones de Northwest.

La experiencia proporcionada por estas evaluaciones operacionales resultaron en mejoras
futuras a la lógica del TCAS II, mejorando los procedimientos de prueba, y finalizaron los
procedimientos para la certificación de la producción de los equipos. La información más
importante obtenida de estas evaluaciones operacionales fue la unánime conclusión de
que el sistema TCAS II fue seguro, operacionalmente efectivo y comenzó la
implementación a gran escala.

12 Limited Installation Program, por sus siglas en inglés.
13 Minimum Operational Performance Standars, por sus siglas en inglés.
14 Suplementary Type Certificate, por sus siglas en inglés.

2.2.2 Implementación de la Versión 6.0 / 6.04a

En 1986, la colisión entre un DC-9 y una aeronave privada sobre Cerritos, California dio
como conclusión un mandato del Congreso (Ley Pública 100-223) que requiere que
algunas categorías de aeronaves de EE.UU. y extranjeras fueran equipadas con TCAS II
para las operaciones de vuelo en espacio aéreo de EE.UU. Con base en la Ley Pública
100-223, la FAA publicó una norma en 1989 que requería que todos los aviones de
transporte de pasajeros con más de 30 asientos que sobrevolarán espacio aéreo de
EE.UU., debían estar equipadas con TCAS II para finales de 1991. Esta ley fue
modificada posteriormente por la Ley Pública 101-236 para extender el plazo de
equipamiento hasta el final de 1993. En base a los resultados exitosos de las
evaluaciones en servicio, la RTCA publicó la versión 6.0 del MOPS TCAS II (DO-185) en
septiembre de 1989 y las unidades con la versión 6.0 pusieron en servicio comercial de
tiempo completo en los EE.UU. a partir de junio de 1990.

Como parte de la implementación obligatoria, una extensa evaluación del funcionamiento
del TCAS, conocido como el Programa de Transición al TCAS (TTP15), se inició a finales
de 1991. En conjunto con el TTP en los EE.UU., EUROCONTROL llevado a cabo amplias
evaluaciones de las operaciones del TCAS en Europa y el Buró de Aviación Civil en
Japón (JCAB16) llevó a cabo evaluaciones similares del desempeño del TCAS II en
espacio aéreo japonés y sus alrededores. Otros países también llevaron a cabo
evaluaciones operativas y la utilización de TCAS comenzó a aumentar.

Las mejoras propuestas al sistema, como resultado de estas evaluaciones del TCAS II
condujeron al desarrollo y liberación de la versión 6.04a del MOPS TCAS II (DO-185),
publicada por RTCA 05 1993. El principal objetivo de esta modificación fue la reducción
de las molestas alertas que se producen a baja altitud y durante el nivel bajo de
maniobras y la corrección de un problema en la lógica del cruce de altitud.

2.2.3 Implementación de la Versión 7.0

Los resultados de la evaluación de la versión TTP 6.04a indicaron que el desplazamiento
vertical real, resultado de una respuesta de la RA, era a menudo mucho mayor de 300
pies por lo que el TCAS estaba experimentando un efecto adverso sobre los
controladores y el sistema ATC. Esto llevó al desarrollo de la versión 7.0 y a numerosos
cambios y mejoras en los algoritmos para evitar colisiones, alarmas auditivas, pantallas de
RA, y a los programas de formación de pilotos para:

1. Reducir el número de RA emitida, y
2. Minimizar el desplazamiento de la altitud mientras se respondía a un RA.

15 TCAS Transition Program, por sus siglas en inglés.
16 Japan Civil Aviation Bureau, por sus siglas en inglés.

También se incluyeron: la perdida de la distancia horizontal de filtrado para reducir el
número de RA innecesarios, una mayor sofisticación de la lógica de multi-amenaza,
cambios para reducir las molestas y repetitivas TA en las rutas RVSM para las
condiciones de lenta aproximación, cambios para aumentar la eficiencia de la lógica de
vigilancia, y las provisiones para las inversiones de sentido en encuentros de TCAS-
TCAS.

El MOPS para la versión 7.0 (DO-185A) fue aprobado en diciembre de 1997 y las
unidades con versión 7.0 comenzaron a instalarse en los Estados Unidos de manera
voluntaria a finales de 1990.

2.2.4 Implementación de la Versión 7.1

Basados en extensos análisis de los rendimientos de la versión 7.0 del TCAS II desde el
2000 y realizados principalmente en Europa, se identificaron cambios adicionales para
mejorar la lógica de las RA. En respuesta a la colisión en el aire de aeronaves ocurrida en
Japón en 2001 y a otra colisión en Ueberlinge, Alemania, cerca de la frontera con Suiza
en julio de 2002, se realizo un cambio para permitir la inversión adicional del sentido de la
RA a fin de direccionar ciertas geometrías de persecuciónvertical. Cabe señalar que en
cada uno de estos casos, los pilotos maniobraron en contra de la RA. A partir de los
accidentes de Japón y Ueberlingen, una revisión de otra experiencia operacional
demostró que los pilotos de vez en cuando realizan maniobras en dirección opuesta a lo
indicado por un "Ajuste de Velocidad Vertical, Ajuste" (AVSA17) de la RA. Para mitigar el
riesgo de que los pilotos incrementen su velocidad vertical en respuesta a un AVSA, todas
las AVSA RA’s fueron substituidas por un "Fuera de Nivel, Fuera de Nivel" (LOLO18) de
las RA’s.

Una amplia validación de estos cambios fue realizada por los europeos y por los EE.UU.
con el resultado final de la publicación de la versión 7.1 del MOPS (DO-185B) en junio de
2008. Las unidades con la versión 7.1 se espera sean operativas para el 2010-2011.
Cabe señalar que las unidades con la versión 6.04a y 7,0 espera que se mantenga
operativas en el futuro inmediato cuando así se autorice.

2.3 Requisitos para los Operadores Aéreos

Los EE.UU. fueron el primer Estado miembro de la OACI en mandar instalar un sistema
de anticolisión de a bordo para los operadores aéreos de transporte de pasajeros, en las
aeronaves que operan sobre su espacio aéreo.

17 Adjust Vertical Speed, Adjust, pos sus siglas en inglés.
18 Level Off, Level Off, por sus siglas en inglés.

Debido a este mandato, el número de aviones de largo alcance en los que se instaló el
TCAS II y que operan en espacio aéreo de Europa y Asia continuo aumentando a pesar
de que el sistema no era obligatorio en ese espacio aéreo. Como los estudios, la
experiencia operacional y las evaluaciones continuaron para demostrar los beneficios de
la seguridad del TCAS II, algunas compañías aéreas no estadounidenses también
equiparon su flota de corto alcance con el TCAS.

En 1995, el Comité de Gestión de EUROCONTROL aprobó una política de ejecución y
calendarización para el uso obligatorio del TCAS II en Europa. El Programa de
Integración, Armonización y Control del Tráfico Aéreo Europeo (EATCHIP) y la Junta del
Proyecto ratificaron esta política. La política aprobada requiere que:

• Desde el 01 de enero 2000, todas las aeronaves civiles de ala fija por turbina con
un peso máximo de despegue superior a 15 000 kg, o una configuración máxima
aprobada de asientos para pasajeros de más de 30, deberán estar equipadas con
TCAS II, versión 7.0;

• Desde el 01 de enero 2005, todas las aeronaves civiles de ala fija propulsadas por
turbina con peso máximo de despegue superior a 5.700 kg, o un máximo aprobado
de asientos para pasajeros de más de 19, deberán estar equipadas con TCAS II,
versión 7.0.

Otros países, como Argentina, Australia, Chile, Egipto, India y Japón, ordenaron también
el uso del TCAS II en las aeronaves que operaban en su espacio aéreo correspondiente.

Se demostraron los beneficios de seguridad del equipo, y el 1996 la colisión en el aire
entre un Boeing 747 de Arabia y un Ilyushin 76 de Kazajstán, resultaron en la exigencia
de la OACI para todo el mundo en el uso obligatorio del ACAS II en todos los aviones,
incluyendo a las aeronaves de carga, a partir del 2003. Para garantizar la efectividad de
este mandato, la OACI también estableció la instalación y uso de un transponder que
reporte la altitud, el cual es un pre-requisito para la generación de las RA’s.

Después de la colisión en el aire entre un Tupolev 145 de la Fuerza Aérea Alemana y una
aeronave de carga C-141 de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, a las afueras de
Namibia en septiembre de 1997, se emitieron consideraciones urgentes debido a la
necesidad de instalar en aeronaves de transporte militar el sistema TCAS. Varios países,
incluyendo a los Estados Unidos, iniciaron programas para instalar en aeronaves de
abastecimiento de combustible en vuelo y aeronaves de carga dentro de sus flotas
militares con el sistema TCAS II versión 7.0.

2.3.1 Consideraciones RVSM

Con la creación de la Separación Vertical Mínima Reducida (RVSM19), se estableció un
requerimiento mínimo paras el uso del TCAS, específicamente en orden de operar una
aeronave en espacio RVSM con TCAS II.

2.3.2 Estándares Internacionales y Nacionales

Los estándares internaciones que regulan la instalación del sistema TCAS a bordo de las
aeronaves se describen a continuación:

• OACI, anexo 10
• PANS-OPS, Documento 8168
• FAA, TSO C118a.

Los estándares nacionales que regulan la instalación obligatoria del sistema TCAS son:

• NOM-069-SCT3-2010: Que establece el uso del Sistema de Anticolisión de a
Bordo (ACAS) en aeronaves de ala fija que operen en espacio aéreo mexicano,
así como sus características.

Objetivo y Campo de Aplicación

La presente Norma Oficial Mexicana tiene por objeto establecer el uso del ACAS en
aeronaves de ala fija al servicio de concesionarios, permisionarios y operadores aéreos
que vuelen sobre espacio aéreo mexicano, indicando los procedimientos de operación
que deben seguir con este sistema, así como los criterios y especificaciones para su
instalación y operación.

19 Reduced Vertical Separation Minimum, por sus siglas en inglés.

Capítulo 3. Componentes del TCAS.

Un diagrama a bloques del sistema TCAS II se ilustra en la figura 3.1. La instalación de un
TCAS II consiste de los siguientes componentes:

• Computadora del TCAS.
• Transponder Modo S.
• Panel de Control TCAS/Modo S.
• Antenas.

Figura 3.1 Diagrama a bloques del Sistema TCAS II.

3.1 Computadora del TCAS

La computadora del TCAS o Procesador del TCAS realiza la vigilancia del espacio aéreo,
el seguimiento a las aeronaves intrusas, el seguimiento a la propia altitud de la aeronave,
la detección de amenazas, la selección y determinación de las maniobras de las RA y la
generación de avisos. El procesador del TCAS utiliza la presión altitud, la radio altitud y el
estatus de las señales discretas de la propia aeronave para controlar los parámetros de la
lógica de la evasión de colisión que determinan el volumen de protección alrededor del
TCAS.

Si el seguimiento de una aeronave selecciona una maniobra de evasión, a la aeronave se
le proporcionará la adecuada distancia vertical para retirarse del intruso, mientras que
generalmente, minimiza las perturbaciones de la trayectoria de vuelo existente. Si la
aeronave intrusa también está equipada con TCAS II, la maniobra de evasión se
coordinará con está.

3.2 Transponder Modo S

Se requiere de un transponder en Modo S instalado y operacional para la operación del
TCAS II. Si el Transponder en Modo S falla, El Computador de Rendimiento del TCAS,
detectará esta falla y automáticamente ubicará al TCAS en modo standby. El transponder
en Modo S realiza las funciones normales que soportan al sistema en tierra del ATC y
puede trabajar con un ATCRBS o un sensor en tierra de Modo S. El transponder en Modo
S también se utiliza para proporcionar intercambio de datos aire-aire entre el equipo
TCAS de una aeronave para coordinar y complementar a las RA’s cuando se requiera.

3.3 Panel de Control TCAS/Modo S

Un panel de control sencillo se tiene instalado para permitirle a la tripulación de vuelo la
selección y el control de todo el equipo TCAS incluyendo el Procesador del TCAS, el
transponder en Modo S, y en algunos casos, las pantallas del TCAS. Un panel típico de
control proporciona cuatro (4) posiciones básicas de control:

• Stand-by: Se energiza el Procesador del TCAS y el transponder en Modo S, pero
el TCAS no emite ninguna interrogación y el transponder responderá solo las
interrogaciones discretas. El transponder aún emitirá pulsos.

Nota: Si la aeronave no se encuentra en tierra y transmitiendo pulsos extendidos,
no se requiere la transmisiónde pulsos cortos (adquisición).

Como se indica en la figura 3.1, todas las señales de control del TCAS se dirigen a través
del transponder Modo S.

3.4 Antenas

Las antenas que utiliza el TCAS II incluyen una antena direccional que se encuentra
montada en la parte superior de la aeronave y una antena omnidireccional o direccional
instalada en la parte inferior de la aeronave. Muchas instalaciones utilizan de manera
opcional la antena direccional en la parte inferior de la aeronave.

Las antenas transmiten interrogaciones en la frecuencia de 1030MHz y varia los niveles
de potencia en cada uno de los cuatro segmentos del azimut de 90°. La antena instalada
en la parte inferior transmite la menor cantidad de interrogaciones a la más baja potencia
en comparación con la antena superior. Estas antenas también reciben las respuestas del
transponder a una frecuencia de 1090MHz, y envían estas respuestas al procesador del
TCAS. Las antenas direccionales permiten la partición de las respuestas para reducir la
sincronización discontinua.

Adicional a las dos antenas, se requieren otras dos antenas para el transponder en Modo
S. Una antena se monta en la parte superior de la aeronave, mientras que la otra se
instala en la parte inferior. Estas antenas habilitan al transponder en Modo S para recibir
interrogaciones en 1030MHz y responder a las interrogaciones recibidas en 1090MHz. El
uso de la antena superior o de la inferior se selecciona de manera automática para
optimizar la fuerza de la señal y reducir la interferencia de las multi-señales. Los nuevos
sistemas integrados TCAS-Transponder solo requieren de dos antenas que son
compartidas por el TCAS y el transponder.

Debido a que la unidad del TCAS y el transponder generan señales de transmisión en la
misma frecuencia del receptor uno del otro, el TCAS y el transponder se encuentran
conectados a una barra de supresión que deshabilita a uno cuando el otro se encuentra
transmitiendo.

3.5 Presentación en Cabina

La interfaz del TCAS con los pilotos se da a través de dos pantallas:

1. La pantalla de tráficos.

2. La pantalla de RA’s.

Estas dos pantallas pueden implementarse de varias maneras, incluyendo la
incorporación de ambas pantallas dentro de una sencilla unidad física. Sin tener en cuanto
la implementación, la información que proporcionan es idéntica. Los estándares para
ambas pantallas se definen dentro del documento DO-185D y el ED-143.

3.5.1 Pantalla de Tráfico (TA)

La pantalla de tráfico, la cual pueden implementarse de manera parcial o completa,
muestra la posición de los tránsitos cercanos, con relación a la propia aeronave. La
información también incluye indicaciones de velocidad vertical del tránsito, proximidad, y
el estatus de las RA’s y las TA’s. El propósito principal de la presentación del tránsito es
para ayudar a la tripulación de vuelo en la visualización de las aeronaves equipadas con
transponder. El propósito secundario de la presentación del tránsito es el de proporcionar
a la tripulación de vuelo la confianza del funcionamiento correcto del sistema, y
proporcionarles el tiempo para preparar las maniobras de la aeronave en caso de que se
emita un RA.

Si se implementa de manera parcial, la pantalla automáticamente se activará cuando se
emita una TA o una RA. Las implementaciones actuales incluyen pantallas dedicadas al
tráfico, visualización en las pantallas de la información de tráfico compartido con el radar,
pantallas de presentación de mapas, Indicaciones del Motor y Sistema de Alertas a la
Tripulación (EICAS20), pantallas de navegación (ND21), y otras pantallas, tales como la
Pantalla en Cabina de Información de Tráfico (CDTI22) se utiliza en conjunto con las
aplicaciones de la Vigilancia Automática Dependiente – de Radiodifusión (ADS-B23).

20 Engine Indications and Crew Alerting System, por sus siglas en ingles.
21 Navigation Display, por sus siglas en inglés.
22 Cockpit Display of Traffic Information, por sus siglas en ingles.
23 Automatic Dependent Surveillance – Broadcast, pos sus siglas en inglés.

La mayoría de las pantallas de tráfico le proporcionan al piloto la capacidad de seleccionar
múltiples rangos y ancho de altitudes para que los tráficos se muestren en la pantalla.
Estas facilidades, le permiten al piloto la visualización de amplias distancias y rangos de
separación de altitud mientras vuela a nivel de crucero, mientras retiene la capacidad de
visualización de rangos bajos en áreas terminales, con el fin de reducir la cantidad de
muestras desordenadas en pantalla.

3.5.1.1 Simbología de la Pantalla de Tráfico

La figura 3.2 ilustra la indicación simbólica de varios tráficos, utilizados en la pantalla de
tráfico. Tenga en cuenta que a pesar de algunas pequeñas diferencias la simbología del
TCAS puede tener similitudes con la del TCAS / CDTI, las formas básicas y los colores de
las TA’s y las RA’s no presentan ningún cambio.

Tanto el color como la forma se utilizan para ayudar al piloto en la interpretación de la
información. La propia aeronave se representa con un símbolo de color blanco o cian
similar a la forma de la aeronave. La ubicación del símbolo de la aeronave en la pantalla
depende de la visualización de la aplicación. Las demás aeronaves se representan con
símbolos geométricos, en función de su estatus de amenaza, de la siguiente manera:

• Diamante vacío: De color blanco o cian, pero del mismo color que la simbología
de la propia aeronave, se utiliza para representar “otros” tráficos que no
representan un riesgo potencial.

• Diamante lleno: De color blanco o cian, pero del mismo color que la simbología
de la propia aeronave, se utiliza para representar el Tráfico más Próximo, el cual
es un tráfico que no representa un riesgo potencial y que se encuentra dentro de
las 6mn y ±1 200ft de altitud de la propia aeronave.

• Circulo ámbar o amarillo: Se utiliza para representar intrusos que causan la
emisión de una TA.

• Cuadro rojo: Se utiliza para representar intrusos que causan la emisión de una
RA.

En un tiempo dado durante la operación, los tráficos que se muestran, en probable que
sean de tipo “otros”. Cuando ocurre una TA o una RA, tanto estas como el Tráfico más
Próximo se desplegarán en pantalla dentro del rango seleccionado. La pantalla de Otros
Tráficos se recomienda para asistir al piloto en la visualización de los intrusos causantes
de la TA o la RA. Aunque el estatus del Tráfico más Próximo se le presente al piloto del
rango relativo y la altitud seleccionada, los símbolos de la indicación le permiten
determinar de manera perceptiva el estatus de los tráficos en un rápido vistazo.

Figura 3.2 Simbología estándar utilizada en la pantalla de tráfico.

Cada símbolo se muestra en pantalla de acuerdo a la posición relativa de la propia
aeronave. Para ayudarle al piloto en determinar el rango adecuado para mostrar las
indicaciones en pantalla, la pantalla de tráfico le proporciona un rango de marcas desde la
mitad de la escala seleccionada hasta la escalacompleta. Se pueden proporcionar otros
rangos de marcas para rangos más cerrados, por ejemplo: 2mn, para algunas pantallas.
La selección del rango de pantalla, también se muestra en la pantalla misma. El rango de
las marcas y el rango de los anuncios se representan con el mismo color que el símbolo
utilizado para representar a la propia aeronave, a menos que la pantalla de tráfico se
encuentre integrada a una pantalla existente que proporcione este rango de marcas, por
ejemplo: la pantalla de MAP.

La altitud relativa se despliega en cientos de pies arriba del símbolo si el intruso se
encuentra por arriba de la aeronave y en la parte inferior si el intruso se encuentra por
debajo de esta. Cuando el intruso se encuentra por arriba de la aeronave, la información
es precedida por un signo de +. Cuando el intruso se encuentra por debajo de la
aeronave, un signo de – precede a la información de la altitud relativa. En algunas
aeronaves, el nivel de vuelo del intruso puede desplegarse en lugar de la altitud relativa.

El nivel de vuelo se muestra por encima del símbolo de tráfico si el intruso esta por arriba
de la aeronave y por debajo del símbolo de tráfico si el intruso se encuentra por debajo de
la aeronave. Si el intruso no reporta su altitud, no existirá información de altitud en el
símbolo de tráfico. La información de altitud se mostrará del mismo color que el símbolo
de la aeronave.

Una flecha se muestra inmediatamente a la derecha del símbolo de tráfico cuando la
aeronave objetivo está reportando su altitud y se encuentra ascendiendo o descendiendo
a un rango mayor a 500fpm. Una flecha hacia arriba se utiliza para representar a una
aeronave ascendiendo, una flecha hacia abajo se utiliza para representar a una aeronave
descendiendo. La flecha se muestra del mismo color que el símbolo de la aeronave.

Cuando una aeronave causa una TA o una RA y se encuentra más allá del rango actual
seleccionado de la pantalla de tráfico, la mitad del símbolo de TA o RA se mostrará en el
borde de la pantalla y en la proporción relativa apropiada. En algunas implementaciones,
algunos mensajes escritos tales como “TRAFFIC”, “TFC” o “TCAS” se mostrará en la
pantalla de tráfico si el intruso se encuentra más allá del rango seleccionado, o si el modo
de la pantalla seleccionado no es compatible con la visualización del tráfico. El símbolo a
medias o el mensaje escrito permanecerán en pantalla hasta que el intruso se mueva
dentro del rango seleccionado, el piloto incremente el rango en una proporción que le
permita a la pantalla indicar al intruso o el piloto seleccione un modo de pantalla que
permita mostrar al intruso.

En algunos casos, el TCAS no puede tener una confiabilidad de que un intruso cause una
TA o una RA. Desde que la información del rumbo se utiliza únicamente para propósitos
de representación, la falta de información sobre el rumbo no afecta a la habilidad del
TCAS para emitir una TA o una RA; el nivel de riesgo, así como al rango, altitud relativa e
índice vertical del intruso se escriben en la pantalla de tráfico. Este texto se muestra de
color rojo para una RA y en ámbar o amarillo para una TA. Por ejemplo: si una RA se
emite en contra de un intruso en un rango de 4.5mn y con una altitud relativa de +1 200ft y
descendiendo, la indicación de “NO BEARING” en la pantalla de tráfico sería la siguiente:

RA 4.5 +12↓

3.5.2 Pantalla de Avisos de Resolución (RA)

La pantalla de RA le proporciona la Piloto la información de la velocidad vertical o ángulo
de cabeceo a utilizar para evitar o resolver un encuentro con otra aeronave. La pantalla de
RA es típicamente implementada en un Indicador de Velocidad Vertical Instantáneo
(IVSI24), en la cinta de velocidad vertical que es parte de una Pantalla de Vuelo Primaria
(PFD25) o utilizando las pistas que aparecen en la PFD.

Las guías de las RA’s también pueden implementarse en una Pantalla Directora (HUD26).
Las implementaciones que utilizan el IVSI o la cinta de velocidad vertical, utilizan luces o
marcas rojas y verdes para indicar las velocidades verticales que evitan la colisión (rojas)
y la velocidad vertical deseada para volar (verdes). Una implementación que utiliza las
señales de cabeceo, usa una forma única en la PFD para representar el ángulo de
cabeceo para volar o evitar una colisión. Las implementaciones que utilizan la HUD
también utilizan una forma única para indicar el sendero de vuelo a utilizar o evitar una
colisión.

En general, las implementaciones que utilizan el IVSI se utilizan en aeronaves viejas de
cabinas sin pantallas de cristal. Sin embargo, algunos operadores han implementado
estas pantallas en sus aeronaves de cabina de cristal para tener una pantalla común en
sus flotas de aeronaves. Algunas implementaciones IVSI utilizan instrumentos mecánicos
con una serie de LED’s rojos y verdes alrededor del perímetro de la pantalla, mientras que
otras implementaciones utilizan una pantalla de LCD que dibuja los arcos rojos y verdes
para las ubicaciones adecuadas. Las implementaciones con pantallas de LCD tienen la
capacidad de proporcionar TA’s y RA’s en el mismo instrumento.

En aeronaves con pantallas de cristal, equipadas con una PFD, algunos fabricantes de
aeronaves implementan las pantallas de RA en la cinta de velocidad vertical; algunos
eligieron proporcionar señales de cabeceo; otros proporcionan implementaciones de
señales de cabeceo y cinta de velocidad vertical.

La figura 3.3 muestra la implementación de una pantalla de RA dentro de un LCD que
también proporciona la información del tráfico. La figura 3.4 muestra dos posibles
implementaciones en una PFD.

24 Instantaneous Vertical Speed Indicator, por sus siglas en inglés.
25 Primary Flight Display, por sus siglas en inglés.
26 Head-Up Display, por sus siglas en inglés.

Figura 3.3 Implementación de una pantalla TCAS en un IVSI.

Figura 3.4 Implementación de pantallas TCAS en una PFD.

Capítulo 4. Objetivo de la Vigilancia.

El TCAS, independientemente de las entradas de tierra, realiza funciones de vigilancia en
las cercanías de la aeronave para proporcionar información de la posición y altitud de las
aeronaves para que los algoritmos para evadir colisiones puedan realizar sus funciones.
La función de vigilancia del TCAS opera emitiendo interrogaciones en la frecuencia de
1030MHz a los cuales los transponder de las aeronaves responden en una frecuencia de
1090MHz. Estas respuestas son recibidas y decodificadas por la porción de vigilancia del
software del TCAS y la información se envía a los algoritmos de evasión de la colisión.

El TCAS tiene el requerimiento de proporcionar vigilancia confiable en una gama de 14mn
y en densidades de tráfico de hasta 0.3 aviones por milla náutica cuadrada. La función de
vigilancia proporciona la altitud y la demora de las aeronaves cercanas en la función de
prevención de colisiones de manera que se pueda hacer la determinación de las
amenazas y para que la información que aparece en la pantalla de tráfico sea precisa. La
vigilancia del TCAS es compatible con la del ATCRBS y de los transponder en Modo S. El
TCAS puede rastrear al mismo tiempo hasta 30 equipos de transponder de aeronaves
dentro de un rango nominal de 30mn.

Debido a la vigilancia del TCAS, esté opera en las mismas frecuencias que las utilizadas
por los radares instalados en tierra por el ATC, hay un requerimiento impuesto por los
TCAS que no interfiere con las funciones de los radares de ATC. Se han desarrollado e
implementado varias características de diseño para permitirle al TCAS proporcionar
vigilancia confiable, sin degradar el rendimiento de los radares del ATC.

4.1 Vigilancia en Modo S

Debido a la función selectiva de direcciones del sistema en Modo S, la vigilancia del
TCAS a las aeronavesequipadas en Modo S es relativamente sencilla. El TCAS escucha
las transmisiones espontáneas, o squitters, que se generan una vez por segundo por el
transponder en Modo S. Entre otra información, las transmisiones espontáneas contiene
la dirección del modo S único de la aeronave de origen. La dirección del Modo S es
conocido internacionalmente como la dirección de 24 bits de la OACI para la aeronave.

Tras la recepción y decodificación de un mensaje de señales espontáneas, el TCAS envía
interrogaciones en Modo S a la dirección en modo S contenidas en las transmisiones
espontáneas. Estos interrogatorios se producen por lo general una vez por segundo. El
documento DO-185B requiere interrogatorios a transmitir al menos una vez cada cinco
segundos. Los transponder en Modo S responden a las interrogaciones y envían la
información de respuesta que utiliza el TCAS para determinar la distancia, el rumbo, y la
altitud de las aeronaves en Modo S.

Para minimizar la interferencia con otras aeronaves y con el ATC en los canales de
1030/1090MHz, la velocidad a la que se interroga a las aeronaves en Modo S por el
TCAS depende del alcance y la tasa de cierre entre los aviones. En largas distancias, el
objetivo es interrogado una vez cada cinco segundos. Mientras el avión se acerca al
objetivo en la zona donde se encuentre una asistencia técnica, la interrogación se
incrementa a una vez por segundo.

El TCAS proporciona un seguimiento al rango y la altitud de cada objetivo en Modo S.
Estos informes del objetivo se proporcionan a la lógica de prevención de colisiones para
su uso en la detección y la lógica de asesoramiento, y para su presentación al piloto en la
pantalla de tráfico. La dirección relativa del objetivo también se proporciona a la lógica de
prevención de colisiones para su uso dentro del Filtro de Distancia Horizontal para que la
posición del objetivo se muestre correctamente en la pantalla de tráfico.

4.2 Vigilancia en Modo C

El TCAS utiliza un modo de interrogación modificado C conocido como Mode C Only All
Call27, para interrogar a los Transponder cercanos en los modos A/C. La tasa nominal de
interrogación de estos transponder es una vez por segundo. Desde que el TCAS no utiliza
el modo A de interrogación, los códigos de los transponder en Modo A de las aeronaves
cercanas no son conocidas por el TCAS.

Las aeronaves que no están equipados con un codificador operacional de altitud
responderán a estas interrogaciones sin contener los datos del campo de la altitud. El
TCAS utiliza los pulsos de la elaboración de respuestas para iniciar y mantener un amplio
seguimiento y rango con estos objetivos. Al igual que con las guías en Modo S, estas
respuestas se pasan a la lógica de prevención de colisiones para la detección de avisos
de tráfico y para la presentación en la pantalla del tráfico.

Las respuestas de las aeronaves que son capaces de proporcionar su altitud en Modo C
se les realiza un seguimiento en el rango, la altitud y rumbo. Estos informes del objetivo
se pasan a la lógica de prevención de colisiones para una posible selección de TA o RA y
para la presentación en pantalla del tráfico.

La Vigilancia del TCAS en Modo C del objetivo se complica por los problemas de
tergiversación sincrónica y no sincrónica, así como las reflexiones de las señales de tierra
(de múltiples vías). Cuando un transponder Mode C Only All Call emite interrogaciones
por TCAS, todos los transponder en Modo C que detectan la interrogación le responderán.

Debido a la longitud del mensaje de respuesta (20,3 microsegundos), todas las aeronaves
equipadas con un transponder en Modo C dentro de un rango de diferencia de 1.7mn del

27 Sólo Modo C para todas las llamadas, por sus siglas en inglés.

TCAS de la aeronave generará respuestas que tergiversarán, o se superpondrán entre sí,
al ser recibidas por el TCAS. Esto se ilustra en la figura 4.1 y se llama tergiversación
sincrónica. Se han incorporado varias técnicas al TCAS para hacer frente a esta
condición.

Figura 4.1 Área de tergiversación sincrónica.

El hardware para des-tergiversar puede decodificar de manera confiable hasta tres
respuestas superpuestas. Además, el uso combinado de varios niveles de potencia de
interrogación y de los pulsos de supresión reducen el número de transponder que
responden a una interrogación individual. Esta técnica, conocida como whisper-shout
(WS28), aprovecha las diferencias entre la sensibilidad del receptor de los transponder y
las ganancias de la antena del transponder de la aeronave objetivo.

Un nivel bajo de potencia se utiliza para el paso de las primeras interrogaciones en una
secuencia de WS. Durante el siguiente paso, se transmite primero un pulso de supresión
en un nivel ligeramente más bajo que la primera interrogación. El pulso de supresión es
seguido, después de dos microsegundos, de una interrogación con una potencia
ligeramente superior. Esta acción elimina la mayoría de los transponder que habrían
respondido a la interrogación anterior, pero provoca respuestas de un grupo adicional de
transponder que no dieron respuesta a la interrogación anterior.

28 Susurro-Grito, por sus siglas en inglés.

Como se muestra en la figura 4.2, el procedimiento se sigue progresivamente en 24 pasos
hacia adelante para separar las respuestas en Modo C de varios grupos y reduciendo así
la posibilidad de tergiversación. Las secuencias de WS son transmitidas una vez durante
cada actualización del periodo de vigilancia, el cual normalmente se realiza una vez por
segundo.

Figura 4.2 Secuencia de interrogación WS.

Otra técnica utilizada para reducir la tergiversación sincrónica es el uso de las
transmisiones direccionales para reducir aún más el número de posibles respuestas
superpuestas. Esta técnica se ilustra en la figura 4.3. Ligeramente por arriba de la
cobertura está se debe proporcionar en todas las direcciones para asegurar la cobertura
de los 360 grados. La tergiversación sincrónica también se reduce por el uso del Mode C
Only All Call. Esta interrogación inhibe a los transponder en Modo S para que respondan
a una interrogación en Modo C.

Figura 4.3 Transmisión Direccional.

Una tergiversación no sincrónica es causada por la recepción de las respuestas de los
transponder no deseados, que se generan en respuesta a las interrogaciones de los
sensores de tierra o de otras interrogaciones de TCAS. Estas respuestas, llamadas
"frutos", son transitorias por lo que se suelen identificar y descartar mediante la
correlación de algoritmos en la lógica de vigilancia. La experiencia operacional con el
TCAS ha mostrado que la probabilidad de iniciar y mantener un seguimiento basados en
respuestas de frutos es extremadamente remota.

Evitar iniciar el seguimiento de vigilancia basado en respuestas múltiples, es otra
consideración importante en el diseño de la vigilancia del TCAS. Las multivías resultan en
la detección de más de una respuesta a la misma interrogación, generalmente de menor
potencia, de la misma aeronave. Esto es causado por una interrogación reflejada y por lo
general ocurre sobre un en terreno plano. Para controlar las multivías, se utiliza el nivel de
potencia directa de la ruta para elevar el nivel mínimo de activación (MTL29) del receptor
del TCAS lo suficiente como para discriminar a las reflexiones de potencias retrasadas e
inferiores. Esta técnica, conocida como dinámica MTL (DMTL30), se ilustra en la figura 4.4,
la respuesta de 4 de pulsos directos está por encima del nivel DMTL, mientras que el
retraso, y la multivía de baja potencia está por debajo del umbral de DMTL, por lo que es
rechazado por el TCAS.

Figura 4.4 Umbral dinámico de las respuestas del ATCRBS.