PFC_FRANCISCO_JAVIER_JIMENEZ_FERNANDEZ_2

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID 
 
 
 
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR 
 
DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIÓN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROYECTO FIN DE CARRERA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDIO SOBRE LOS SISTEMAS DE 
COMUNICACIONES, NAVEGACIÓN, 
VIGILANCIA Y GESTIÓN DEL TRÁFICO 
AÉREO (CNS/ATM): 
SITUACIÓN ACTUAL Y EVOLUCIÓN FUTURA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FRANCISCO JAVIER JIMÉNEZ FERNÁNDEZ 
 
OCTUBRE 2015 
 
TÍTULO: 
ESTUDIO SOBRE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES, 
NAVEGACIÓN, VIGILANCIA Y GESTIÓN DEL TRÁFICO AÉREO 
(CNS/ATM): SITUACIÓN ACTUAL Y EVOLUCIÓN FUTURA. 
 
 
 
ALUMNO: 
FRANCISCO JAVIER JIMÉNEZ FERNÁNDEZ 
 
 
 
TUTOR: 
D. JAVIER GISMERO MENOYO 
 
 
 
TRIBUNAL: 
 
PRESIDENTE: D. ALBERTO ASENSIO LÓPEZ 
 
VOCAL: D. MATEO BURGOS GARCÍA 
 
SECRETARIO: D. JAVIER GISMERO MENOYO 
 
SUPLENTE: D. JESÚS GRAJAL DE LA FUENTE 
 
 
 
FECHA DE LECTURA Y DEFENSA: 
 
 
CALIFICACIÓN: 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 5 
RESUMEN DEL PROYECTO 
El presente proyecto tiene como principal objetivo realizar un estudio de los sistemas 
CNS/ATM (Comunicaciones, Navegación, Vigilancia y Gestión del Tráfico Aéreo), así como 
de los criterios generales bajo los cuales se realiza la navegación aérea; analizando la 
problemática actual y planteando los retos futuros. 
En el mundo de la aviación se utiliza el término CNS/ATM para referirnos a los sistemas de 
comunicaciones aeronáuticas, navegación aérea y vigilancia y gestión del espacio aéreo. Las 
Comunicaciones aeronáuticas proporcionan los medios de intercambio de información tanto 
de voz como de datos entre aire-tierra y tierra-tierra. La Navegación aérea proporciona los 
medios para determinar la posición y la trayectoria deseada de la aeronave y asistir al piloto 
para seguir la ruta establecida para alcanzar el destino. La Vigilancia aérea proporciona los 
medios para vigilar las aeronaves que ocupan el espacio aéreo con el objeto de conocer su 
posición, curso y ruta prevista. La Gestión del espacio aéreo (ATM: ―Air Traffic 
Management‖) tiene el objetivo fundamental de garantizar la seguridad de las aeronaves y 
conseguir que el operador de la aeronave pueda cumplir con su plan de vuelo. 
Los sistemas CNS/ATM convencionales (Comunicaciones HF/VHF, NDB, VOR/DME, ILS, 
radar, etc.) requieren una extensa y costosa infraestructura terrestre y su cobertura es local. 
Los procedimientos, rutas y trayectorias de vuelo se ven restringidas por el tipo de 
indicaciones que son capaces de generar a los pilotos y por la cobertura de los sistemas de 
comunicaciones y control de tráfico aéreo, lo que supone una fuerte limitación operacional. 
La implantación de los sistemas de navegación basados en satélites (―GNSS – Global 
Navigation Satellite Systems‖) que permiten la determinación de la posición, velocidad y 
tiempo mediante el procesado de las señales procedentes de satélites en órbita alrededor de la 
Tierra, así como la evolución de los sistemas de comunicaciones y vigilancia aérea, y la 
evolución en el equipamiento de aviónica de las aeronaves actuales, han permitido obtener 
notables beneficios en la gestión del espacio aéreo: mayor seguridad, mayor capacidad y 
menor coste, superando las limitaciones operacionales de los sistemas CNS/ATM 
convencionales. 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 6 
PALABRAS CLAVE 
Comunicaciones, Navegación, Vigilancia, Tráfico Aéreo, CNS, ATM, Radioayuda, NDB, 
VOR, DME, ILS, MLS, Sistema Global de Navegación por Satélite, GNSS, GPS, 
GLONASS, GALILEO, SBAS, GBAS, WAAS, EGNOS, Radar primario, Radar secundario, 
Radar Modo S, Radar de superficie, ADS, Multilateración, Servicio Aeronáutico Móvil, 
Servicio Aeronáutico Fijo, Servicio Aeronáutico Móvil por Satélite, Red de 
Telecomunicaciones Aeronáuticas, ATN, Red de Telecomunicaciones Fijas Aeronáuticas, 
AFTN, VDL, HFDL, FMS, TCAS, CPDLC, FANS, OACI. 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 7 
 
A mis padres, Amador y Petra; 
a mi hermana, María del Mar; 
a mi familia; 
a mis amigos; 
a mis profesores. 
 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 9 
INDICE GENERAL 
PARTE I – INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE NAVEGACIÓN AÉREA ...................................... 47 
1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS CNS/ATM ............................................................................... 49 
1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 49 
1.2 LOS SERVICIOS DE NAVEGACIÓN AÉREA ................................................................................... 50 
1.2.1 Servicios de Tránsito Aéreo (ATS) ............................................................................................. 52 
1.2.2 Comunicaciones, Navegación y Vigilancia (CNS) ..................................................................... 52 
1.2.3 Servicios de Meteorología (MET) ............................................................................................... 55 
1.2.4 Servicios de Información Aeronáutica (AIS) .............................................................................. 55 
1.3 SISTEMAS CNS/ATM PARA EL FUTURO ........................................................................................ 56 
2. CONCEPTOS GENERALES DE NAVEGACIÓN AÉREA ................................................................ 60 
2.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 60 
2.2 CONCEPTO DE NAVEGACION AÉREA ........................................................................................... 60 
2.2.1 Definición de la Ruta ................................................................................................................... 61 
2.2.2 Posicionamiento .......................................................................................................................... 61 
2.2.3 Guiado ......................................................................................................................................... 61 
2.3 TIPOS DE NAVEGACIÓN AÉREA ..................................................................................................... 62 
2.3.1 Navegación Observada o Visual ................................................................................................. 63 
2.3.2 Navegación a Estima ................................................................................................................... 63 
2.3.3 Navegación Inercial ..................................................................................................................... 64 
2.3.4 Radioayudas ................................................................................................................................ 64 
2.3.5 Ayudas visuales ........................................................................................................................... 65 
2.3.6 Navegación por satélite ............................................................................................................... 65 
2.4 VUELOS VFR / IFR .............................................................................................................................. 66 
2.4.1 Condiciones meteorológicas........................................................................................................ 69 
2.4.2 Habilitación Instrumental ............................................................................................................ 70 
2.5 DEFINICIONES BÁSICAS ................................................................................................................... 71 
2.5.1 Trayectoria, ruta, tramo y waypoints ........................................................................................... 71 
2.5.2 El Norte .......................................................................................................................................71 
2.5.3 Curso, derrota, rumbo y marcación ............................................................................................. 73 
2.5.4 Tiempos estimados en ruta y de llegada ...................................................................................... 75 
2.5.5 Conceptos de viento y velocidad del avión ................................................................................. 75 
2.5.6 Tipos de velocidades ................................................................................................................... 75 
2.5.7 Triángulo de velocidades............................................................................................................. 76 
2.5.8 Corrección de deriva ................................................................................................................... 77 
2.6 UNIDADES DE MEDIDA AERONAUTICAS .................................................................................... 79 
3. LA TIERRA Y SU ATMOSFERA .......................................................................................................... 81 
3.1 FORMA Y DIMENSIONES DE LA TIERRA ...................................................................................... 81 
3.1.1 Definiciones básicas .................................................................................................................... 81 
3.1.2 La forma general de la Tierra ...................................................................................................... 82 
3.1.3 El elipsoide .................................................................................................................................. 82 
3.1.4 El geoide...................................................................................................................................... 84 
3.2 SISTEMA DE COORDENADAS TERRESTRES ................................................................................ 86 
3.2.1 ECEF (Earth Centered Earth-Fixed) ........................................................................................... 86 
3.2.2 ECI (Earth Centered Inertial) ...................................................................................................... 87 
3.2.3 LLA ............................................................................................................................................. 88 
3.2.4 Sistema de coordenadas local ...................................................................................................... 92 
3.2.5 El Datum geodésico .................................................................................................................... 93 
3.2.6 Distancia al horizonte .................................................................................................................. 97 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 10 
3.3 EL CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA ....................................................................................... 98 
3.4 MEDIDA DEL TIEMPO. ZONAS HORARIAS ................................................................................... 99 
3.5 LA ATMÓSFERA TERRESTRE ........................................................................................................ 101 
3.5.1 Composición de la atmósfera .................................................................................................... 101 
3.5.2 Capas de la atmósfera ................................................................................................................ 102 
3.5.3 Presión atmosférica ................................................................................................................... 104 
3.6 CONCEPTOS DE METEOROLOGÍA ................................................................................................ 107 
3.6.1 Definiciones básicas .................................................................................................................. 107 
3.6.2 Meteorología Aeronáutica ......................................................................................................... 110 
3.7 ALTIMETRÍA ..................................................................................................................................... 111 
3.7.1 Leyes fundamentales de los gases perfectos.............................................................................. 111 
3.7.2 Variación de la presión con la altura. Fórmula barométrica ...................................................... 111 
3.7.3 Variación de la presión con la temperatura ............................................................................... 113 
3.7.4 Altímetros .................................................................................................................................. 113 
3.7.5 Altura, Altitud y Elevación ....................................................................................................... 114 
3.7.6 Atmósfera Estándar ................................................................................................................... 115 
3.7.7 Reglajes de Referencia .............................................................................................................. 116 
3.7.8 Nivel de Vuelo y Altitud de Transición .................................................................................... 117 
4. CARTOGRAFÍA AERONÁUTICA ..................................................................................................... 119 
4.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 119 
4.2 PROPIEDADES DE LAS PROYECCIONES ..................................................................................... 119 
4.2.1 Conformidad ............................................................................................................................. 120 
4.2.2 Equivalencia .............................................................................................................................. 120 
4.2.3 Equidistancia ............................................................................................................................. 120 
4.2.4 Dirección ................................................................................................................................... 121 
4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PROYECCIONES .................................................................................. 123 
4.3.1 Tipo de Superficie de Proyección.............................................................................................. 123 
4.3.2 Orientación de la Superficie de Proyección .............................................................................. 123 
4.3.3 Posición de la Superficie de Proyección ................................................................................... 125 
4.3.4 Posición del Punto de Proyección ............................................................................................. 125 
4.4 PROYECCIONES EN NAVEGACION AÉREA ................................................................................ 126 
4.4.1 Proyección Azimutal Gnomónica.............................................................................................. 127 
4.4.2 Proyección Cilíndrica Mercator ................................................................................................ 128 
4.4.3 Proyección Cónica Conforme de Lambert ................................................................................ 129 
4.5 CARTAS AERONÁUTICAS .............................................................................................................. 130 
4.5.1 Tipos de Cartas .......................................................................................................................... 131 
4.5.2 Descripción de las Cartas ..........................................................................................................133 
4.5.3 Identificadores de Aeropuertos ................................................................................................. 142 
5. ESTRUCTURA DEL ESPACIO AÉREO ............................................................................................ 145 
5.1 ESPACIO AÉREO ............................................................................................................................... 145 
5.1.1 Extensión del espacio aéreo ...................................................................................................... 145 
5.2 CLASIFICACIÓN DEL ESPACIO AÉREO ....................................................................................... 145 
5.3 ORGANIZACIÓN DEL ESPACIO AÉREO ....................................................................................... 148 
5.3.1 Zonas de Control de Tráfico Aéreo ........................................................................................... 150 
5.3.2 Restricciones al Tráfico Aéreo .................................................................................................. 151 
5.3.3 El Espacio Aéreo en España ...................................................................................................... 152 
5.4 TIPOS DE TRÁFICO AÉREO ............................................................................................................ 153 
5.5 FASES DE VUELO ............................................................................................................................. 154 
5.6 PROCEDIMIENTOS ........................................................................................................................... 158 
5.6.1 Salidas y Llegadas Instrumentales ............................................................................................ 159 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 11 
5.6.2 Aproximaciones instrumentales ................................................................................................ 159 
5.6.3 Aproximación guiada desde tierra (GCA) ................................................................................. 167 
5.6.4 Rutas y Aerovías ....................................................................................................................... 168 
5.6.5 Separación Vertical Mínima Reducida (RVSM) ....................................................................... 169 
PARTE II – SISTEMAS DE COMUNICACIONES AERONAUTICAS .................................................... 171 
6. COMUNICACIONES AERONÁUTICAS ........................................................................................... 173 
6.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 173 
6.2 LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES EN CNS/ATM .............................................................. 174 
6.2.1 Clases de Comunicaciones Aeronáuticas .................................................................................. 174 
6.2.2 Soporte de las Comunicaciones a la infraestructura CNS/ATM ............................................... 176 
6.2.3 Bandas de Frecuencias de Uso Aeronáutico.............................................................................. 177 
6.3 SERVICIOS DE COMUNICACIONES AERONAUTICAS .............................................................. 178 
6.3.1 Servicio Fijo Aeronáutico ......................................................................................................... 179 
6.3.2 Servicio Móvil Aeronáutico ...................................................................................................... 179 
6.3.3 Servicio Móvil Aeronáutico por Satélite ................................................................................... 180 
6.3.4 Servicio de Radionavegación Aeronáutica ................................................................................ 180 
6.3.5 Servicio de Radiodifusión Aeronáutica ..................................................................................... 181 
6.4 GESTIÓN DEL ESPECTRO DE USO AERONAÚTICO .................................................................. 181 
6.4.1 Frecuencias de Socorro ............................................................................................................. 182 
6.4.2 Frecuencias inferiores a 30 MHz ............................................................................................... 182 
6.4.3 Frecuencias superiores a 30 MHz.............................................................................................. 183 
6.4.4 Frecuencias Aeronáuticas Militares .......................................................................................... 185 
6.4.5 Cuadro Resumen de Frecuencias de Uso Aeronáutico .............................................................. 187 
6.5 COMUNICACIONES AÉREAS PARA EL FUTURO ....................................................................... 188 
6.5.1 Antecedentes: ACARS, INMARSAT y HFDL ......................................................................... 188 
6.5.2 Necesidad de comunicaciones por enlace de datos ................................................................... 189 
7. SERVICIO FIJO AERONAUTICO ...................................................................................................... 191 
7.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 191 
7.2 SERVICIO FIJO .................................................................................................................................. 192 
7.2.1 La Red de Comunicaciones AFTN............................................................................................ 193 
7.2.2 Red de Intercambio de Datos de la OACI (CIDIN) .................................................................. 201 
7.2.3 Sistema de Gestión de Mensajes ATS (AMHS) ........................................................................ 202 
7.2.4 Red de Datos de Navegación Aérea (REDAN) ......................................................................... 204 
7.2.5 Sistemas de Comunicaciones de Voz (SCV) ............................................................................. 205 
7.2.6 Comunicaciones entre Centros (ICC) ........................................................................................ 209 
7.2.7 Sistema de Distribución por Satélite (SADIS / ISCS) ............................................................... 210 
7.3 RED DE TELECOMUNICACIONES AERONAUTICAS (ATN) ..................................................... 211 
7.3.1 Características de ATN ............................................................................................................. 213 
7.3.2 Servicios proporcionados por ATN ........................................................................................... 213 
7.3.3 Aplicaciones sobre ATN ........................................................................................................... 214 
7.3.4 Transición a ATN ...................................................................................................................... 214 
7.3.5 Arquitectura de ATN ................................................................................................................. 215 
7.3.6 Modelo de Capas OSI/ISO ........................................................................................................ 216 
7.3.7 Routers ATN ............................................................................................................................. 220 
7.3.8 Subredes .................................................................................................................................... 220 
8. SERVICIO MOVIL AERONAUTICO ................................................................................................. 222 
8.1INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 222 
8.2 DEFINICIONES BÁSICAS ................................................................................................................. 222 
8.2.1 Conceptos Generales ................................................................................................................. 222 
8.2.2 Servicios Radioeléctricos .......................................................................................................... 223 
8.2.3 Estaciones y Sistemas Radioeléctricos ...................................................................................... 223 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 12 
8.2.4 Emisiones Radioeléctricas ......................................................................................................... 224 
8.3 SERVICIO MOVIL AERONAUTICO ................................................................................................ 226 
8.3.1 Comunicaciones T/A en Ruta .................................................................................................... 227 
8.3.2 Comunicaciones T/A en Aproximación .................................................................................... 227 
8.3.3 Comunicaciones T/A en Aeródromo ......................................................................................... 228 
8.3.4 Comunicaciones T/A para información de vuelo ...................................................................... 228 
8.3.5 Distintivo de Llamada ............................................................................................................... 228 
8.4 COMUNICACIONES DE VOZ .......................................................................................................... 229 
8.4.1 Comunicaciones de voz en la banda de VHF ............................................................................ 230 
8.4.2 Comunicaciones de voz en la banda de HF ............................................................................... 231 
8.4.3 Llamada Selectiva (SELCAL) ................................................................................................... 232 
8.4.4 Procedimiento en las comunicaciones de Voz .......................................................................... 233 
8.5 COMUNICACIONES DE DATOS DIGITALES ............................................................................... 236 
8.5.1 Comunicaciones de datos en la banda de VHF ......................................................................... 238 
8.5.2 Comunicaciones de datos en la banda de HF ............................................................................ 247 
8.5.3 Comunicaciones de datos vía satélite (SATCOM) .................................................................... 248 
8.5.4 Servicios soportados por las subredes de enlace de datos ......................................................... 251 
8.5.5 Programa Link2000+ de Eurocontrol ........................................................................................ 252 
8.6 OPTIMIZACIÓN DEL ESPECTRO DE USO AERONÁUTICO ....................................................... 253 
8.6.1 Frecuencias Desplazadas ........................................................................................................... 253 
8.6.2 Separación de Canales ............................................................................................................... 254 
9. APLICACIONES DE COMUNICACIONES ....................................................................................... 257 
9.1 CPDLC (Controller-Pilot Data Link Communications) ....................................................................... 257 
9.1.1 Ventajas de CPDLC .................................................................................................................. 258 
9.1.2 Limitaciones de CPDLC ........................................................................................................... 258 
9.1.3 Aeronaves que utilicen CPDLC ................................................................................................ 259 
9.1.4 Procedimientos de Operación CPDLC ...................................................................................... 259 
9.1.5 Trama de Mensaje CPDLC ....................................................................................................... 263 
9.1.6 Atributos de mensajes CPDLC.................................................................................................. 264 
9.1.7 Mensajes CPDLC ...................................................................................................................... 266 
9.1.8 Consideraciones básicas para el intercambio de mensajes CPDLC ......................................... 266 
9.1.9 Servicios soportados por CPDLC .............................................................................................. 269 
9.2 ATIS y D-ATIS (Automatic Terminal Information Service) ............................................................... 270 
9.2.1 ATIS Voz .................................................................................................................................. 270 
9.2.2 ATIS por enlace de datos (D-ATIS) .......................................................................................... 273 
9.3 VOLMET y D-VOLMET .................................................................................................................... 274 
9.3.1 VOLMET .................................................................................................................................. 274 
9.3.2 D-VOLMET .............................................................................................................................. 275 
9.4 ACC (Air Control Communication System) ........................................................................................ 275 
9.5 COMUNICACIONES PARA LOS PASAJEROS (APC) ................................................................... 275 
9.5.1 Satélite Inmarsat ........................................................................................................................ 275 
9.5.2 Satélite Iridium .......................................................................................................................... 278 
9.5.3 Telefonía Movil ......................................................................................................................... 278 
PARTE III – SISTEMAS DE NAVEGACIÓN .............................................................................................. 281 
10. SISTEMAS HIPERBOLICOS ............................................................................................................... 283 
10.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 283 
10.2 MÉTODOS PARA DETERMINAR LA POSICIÓN .......................................................................... 283 
10.2.1 Método theta-theta..................................................................................................................... 283 
10.2.2 Método rho-theta ....................................................................................................................... 285 
10.2.3 Método rho-rho ......................................................................................................................... 286 
10.2.4 Método hiperbólico ................................................................................................................... 287 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 13 
10.3 NAVEGACIÓN HIPERBÓLICA ........................................................................................................ 287 
10.3.1 La hipérbola ..............................................................................................................................287 
10.3.2 Ambigüedades en las transmisiones simultáneas ...................................................................... 289 
10.3.3 Sistemas de Navegación Hiperbólicos ...................................................................................... 291 
10.4 PRECISIÓN DE UNA LOP HIPERBOLICA ...................................................................................... 291 
10.5 SISTEMAS HIPERBOLICOS POR DIFERENCIA DE FASE ........................................................... 293 
10.6 EL SISTEMA DECCA ........................................................................................................................ 295 
10.6.1 Principio básico de funcionamiento .......................................................................................... 296 
10.7 EL SISTEMA LORAN ........................................................................................................................ 297 
10.7.1 Principio básico de funcionamiento de LORAN-C ................................................................... 298 
10.7.2 Forma de la señal....................................................................................................................... 298 
10.8 EL SISTEMA OMEGA ....................................................................................................................... 301 
11. RADIOAYUDAS ..................................................................................................................................... 303 
11.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 303 
11.2 EQUIPAMIENTO A BORDO ............................................................................................................. 304 
11.3 ADF/NDB ............................................................................................................................................ 304 
11.4 VOR (RADIOFARO OMNIDIRECCIONAL DE VHF) ..................................................................... 306 
11.4.1 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 307 
11.4.2 Precisión .................................................................................................................................... 310 
11.5 VOR DOPPLER ................................................................................................................................... 310 
11.5.1 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 310 
11.5.2 Precisión .................................................................................................................................... 311 
11.6 TACAN (TACTICAL AIR NAVIGATION) ....................................................................................... 312 
11.6.1 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 312 
11.6.2 Precisión .................................................................................................................................... 313 
11.7 DME (EQUIPO MEDIDOR DE DISTANCIA) .................................................................................. 313 
11.7.1 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 314 
11.7.2 Señal de interrogación ............................................................................................................... 316 
11.7.3 Espaciado aleatorio entre Interrogaciones (―Jitter‖) .................................................................. 316 
11.7.4 DME Squitter ............................................................................................................................ 317 
11.7.5 Canales DME: X e Y ................................................................................................................. 317 
11.7.6 Precisión .................................................................................................................................... 318 
11.7.7 DME de Precisión (DME/P)...................................................................................................... 318 
11.8 ILS ( INSTRUMENT LANDING SYSTEM ) ..................................................................................... 318 
11.8.1 Descripción del sistema ILS ...................................................................................................... 320 
11.8.2 El Localizador ........................................................................................................................... 321 
11.8.3 La Senda de Planeo ................................................................................................................... 323 
11.8.4 Las radiobalizas (Marker Beacons) ........................................................................................... 325 
11.8.5 DME/P con ILS ......................................................................................................................... 325 
11.8.6 Indicaciones del ILS en cabina .................................................................................................. 326 
11.8.7 Categorías de ILS ...................................................................................................................... 326 
11.8.8 Procedimiento ILS..................................................................................................................... 327 
11.9 MLS ( MICROWAVE LANDING SYSTEM ) ................................................................................... 328 
11.9.1 Desventajas del Sistema ILS ..................................................................................................... 328 
11.9.2 Características del Sistema MLS ............................................................................................... 329 
11.9.3 Principios de Operación ............................................................................................................ 330 
12. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE NAVEGACIÓN SATELITAL ...................................... 333 
12.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 333 
12.2 ANTECEDENTES: EL SISTEMA TRANSIT .................................................................................... 333 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 14 
12.3 LOS SISTEMAS DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE .................................................................... 334 
12.3.1 Historia de los Sistemas GNSS ................................................................................................. 335 
12.3.2 Arquitectura de un sistema GNSS ............................................................................................. 336 
12.3.3 Breve descripción de las Señales GNSS ................................................................................... 337 
12.3.4 Comparación de GPS, GLONASS y Galileo ............................................................................ 338 
12.3.5 El futuro escenario GNSS ......................................................................................................... 341 
12.4 LOS SATELITES EN LA NAVEGACION AEREA .......................................................................... 342 
12.4.1 Necesidad de normalización del uso de los sistemas basados en satélite .................................. 342 
12.4.2 Medio de Navegación Único, Suplementario y Primario .......................................................... 342 
12.4.3 Sistemas de Aumentación ......................................................................................................... 344 
13. EL SISTEMANAVSTAR GPS ............................................................................................................. 345 
13.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 345 
13.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES ................................................................................................. 345 
13.3 HISTORIA ........................................................................................................................................... 346 
13.4 PRINCIPIOS BÁSICOS ...................................................................................................................... 347 
13.4.1 Tiempos de tránsito ................................................................................................................... 347 
13.4.2 Determinar la posición sobre un plano ...................................................................................... 348 
13.4.3 Determinar la posición en tres dimensiones .............................................................................. 349 
13.4.4 Corrección del error de reloj del receptor .................................................................................. 349 
13.5 ARQUITECTURA DEL SISTEMA GPS ............................................................................................ 350 
13.5.1 Segmento Espacial .................................................................................................................... 351 
13.5.2 Segmento de Control ................................................................................................................. 354 
13.5.3 Segmento de Usuario ................................................................................................................ 356 
13.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES GPS ................................................................................ 357 
13.6.1 Estructura de la Señal GPS ........................................................................................................ 357 
13.6.2 El código C/A ............................................................................................................................ 361 
13.7 SERVICIOS DE POSICIONAMIENTO ............................................................................................. 366 
13.8 MENSAJE DE NAVEGACIÓN .......................................................................................................... 367 
13.8.1 Estructura del mensaje de navegación ....................................................................................... 368 
13.9 EL TIEMPO GPS ................................................................................................................................. 371 
13.10 SISTEMA GEODÉSICO MUNDIAL WGS-84 .................................................................................. 372 
13.11 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE UN RECEPTOR GPS .................................................................. 373 
13.11.1 Medida de las pseudodistancias ................................................................................................ 374 
13.11.2 Decodificación de los mensajes de navegación ......................................................................... 375 
13.11.3 Cálculo de las posiciones de los satélites .................................................................................. 375 
13.11.4 Corrección de las pseudodistancias ........................................................................................... 380 
13.11.5 Cálculo de la posición del receptor ........................................................................................... 382 
13.11.6 Cálculo de la velocidad ............................................................................................................. 384 
13.11.7 Cálculo del tiempo GPS/UTC ................................................................................................... 385 
13.12 FUENTES DE ERROR ........................................................................................................................ 385 
13.12.1 Precisión y Errores .................................................................................................................... 385 
13.12.2 Errores en la medida del pseudorango ....................................................................................... 386 
13.12.3 Pérdida de precisión por geometría ........................................................................................... 389 
13.13 GPS DIFERENCIAL (DGPS) .............................................................................................................. 391 
13.13.1 Técnicas Diferenciales basadas en los Códigos PRN ................................................................ 392 
13.14 EVOLUCIÓN FUTURA DE GPS ....................................................................................................... 394 
13.14.1 Fin de la Disponibilidad Selectiva ............................................................................................. 394 
13.14.2 Nuevas señales Civiles .............................................................................................................. 394 
14. EL SISTEMA GLONASS ...................................................................................................................... 398 
14.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 398 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 15 
14.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES ................................................................................................. 398 
14.3 HISTORIA ........................................................................................................................................... 398 
14.4 ARQUITECTURA DEL SISTEMA GLONASS ................................................................................. 400 
14.4.1 Segmento Espacial .................................................................................................................... 400 
14.4.2 Segmento de Control ................................................................................................................. 401 
14.4.3 Segmento de Usuario ................................................................................................................ 402 
14.5 SERVICIOS DE POSICIONAMIENTO ............................................................................................. 402 
14.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES GLONASS ..................................................................... 403 
14.6.1 Descripción de la señal GLONASS .......................................................................................... 403 
14.6.2 Códigos Pseudoaleatorios.......................................................................................................... 405 
14.6.3 Generación de la señal GLONASS ........................................................................................... 406 
14.6.4 Generación del código C/A ....................................................................................................... 408 
14.7 MENSAJE DE NAVEGACIÓN .......................................................................................................... 409 
14.7.1 El mensaje de navegación C/A .................................................................................................. 409 
14.7.2 El mensaje de navegación P ...................................................................................................... 412 
14.8 EL TIEMPO GLONASS ...................................................................................................................... 412 
14.9 SISTEMA DE COORDENADAS .......................................................................................................413 
14.10 EVOLUCIÓN FUTURA DE GLONASS ............................................................................................ 414 
15. EL SISTEMA GALILEO ....................................................................................................................... 416 
15.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 416 
15.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES ................................................................................................. 416 
15.3 HISTORIA ........................................................................................................................................... 417 
15.4 ARQUITECTURA DEL SISTEMA GALILEO .................................................................................. 419 
15.4.1 Segmento Espacial .................................................................................................................... 419 
15.4.2 Segmento de Control ................................................................................................................. 420 
15.4.3 Segmento de Usuario ................................................................................................................ 421 
15.5 SERVICIOS GALILEO ....................................................................................................................... 421 
15.6 CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES GALILEO ...................................................................... 424 
15.6.1 Bandas de frecuencias de la señal Galileo ................................................................................. 424 
15.6.2 Descripción de las señales Galileo ............................................................................................ 425 
15.6.3 Modulaciones ............................................................................................................................ 428 
15.6.4 Códigos Pseudoaleatorios.......................................................................................................... 429 
15.6.5 Características técnicas de las señales Galileo .......................................................................... 429 
15.7 MENSAJE DE NAVEGACIÓN .......................................................................................................... 430 
15.7.1 Tipos de Mensajes ..................................................................................................................... 430 
15.7.2 Estructura general de los Mensajes ........................................................................................... 431 
15.7.3 Codificación de los Mensajes .................................................................................................... 432 
15.7.4 Mensaje F/Nav .......................................................................................................................... 434 
15.8 EL TIEMPO GALILEO ....................................................................................................................... 435 
15.9 SISTEMA DE COORDENADAS ....................................................................................................... 435 
15.10 COMPARACIÓN CON EL ACTUAL SISTEMA GPS ...................................................................... 435 
15.10.1 Diseñado para uso Civil vs. Militar ........................................................................................... 435 
15.10.2 Servicios disponibles ................................................................................................................. 436 
15.10.3 Integridad y Disponibilidad ....................................................................................................... 436 
16. NAVEGACIÓN DE AREA (RNAV) ..................................................................................................... 438 
16.1 NAVEGACION CONVENCIONAL ................................................................................................... 438 
16.2 NAVEGACIÓN DE AREA (RNAV) .................................................................................................. 438 
16.2.1 Necesidad de la Navegación RNAV ......................................................................................... 438 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 16 
16.2.2 Definición de Navegación RNAV ............................................................................................. 439 
16.2.3 Ventajas de la Navegación RNAV ............................................................................................ 440 
16.2.4 Sensores utilizados en la Navegación RNAV ........................................................................... 441 
16.2.5 Comparación de rutas Convencionales y RNAV ...................................................................... 444 
16.3 RNAV EN RUTA Y EN AREAS TERMINALES .............................................................................. 445 
16.3.1 Waypoints ................................................................................................................................. 446 
16.3.2 Terminaciones de Trayectoria ................................................................................................... 447 
16.4 EL CONCEPTO RNP .......................................................................................................................... 451 
16.4.1 Tipos de RNP ............................................................................................................................ 452 
16.4.2 Parámetros de Prestaciones RNP .............................................................................................. 454 
16.4.3 Precisión y Exactitud ................................................................................................................. 455 
16.4.4 Errores de Navegación .............................................................................................................. 455 
16.5 IMPLANTACIÓN RNAV EN EUROPA ............................................................................................ 459 
16.5.1 B-RNAV (RNP-5) ..................................................................................................................... 460 
16.5.2 P-RNAV (RNP-1) ..................................................................................................................... 461 
16.5.3 Implantación RNAV en España ................................................................................................ 462 
16.6 NAVEGACIÓN BASADA EN PRESTACIONES (PBN) .................................................................. 463 
16.6.1 Concepto de PBN ...................................................................................................................... 463 
16.6.2 Ventajas de la PBN ................................................................................................................... 465 
16.6.3 Elementos de la PBN ................................................................................................................. 465 
17. SISTEMAS DE AUMENTACIÓN ........................................................................................................ 473 
17.1 INTRODUCCION ............................................................................................................................... 473 
17.2 SISTEMA DE AUMENTACIÓN BASADO EN LA AERONAVE (ABAS) ..................................... 474 
17.3 SISTEMA REGIONAL BASADO EN TIERRA (GRAS) .................................................................. 476 
17.4 SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADO EN SATELITES (SBAS) ........................................... 476 
17.4.1 Ventajas de los sistemas SBAS ................................................................................................. 477 
17.4.2 Implantación de los sistemas SBAS ..........................................................................................478 
17.4.3 Prestaciones Requeridas de los sistemas SBAS ........................................................................ 479 
17.4.4 El concepto de Integridad en los sistemas SBAS ...................................................................... 482 
17.4.5 La Señal SBAS .......................................................................................................................... 485 
17.4.6 Arquitectura de un sistema SBAS ............................................................................................. 486 
17.5 EL SISTEMA EGNOS ......................................................................................................................... 490 
17.5.1 Cronología de EGNOS .............................................................................................................. 490 
17.5.2 Servicios EGNOS ...................................................................................................................... 491 
17.5.3 Arquitectura EGNOS ................................................................................................................ 491 
17.5.4 Prestaciones de EGNOS ............................................................................................................ 492 
17.5.5 Estructura de la Señal EGNOS .................................................................................................. 492 
17.5.6 Mensajes de datos EGNOS ....................................................................................................... 495 
17.5.7 Interoperabilidad SBAS ............................................................................................................ 497 
17.6 APROXIMACIONES INSTRUMENTALES CON GNSS ................................................................. 498 
17.6.1 Categorías de Aproximación con Guía Vertical (APV) ............................................................ 499 
17.6.2 Aproximaciones RNAV (GNSS) .............................................................................................. 500 
17.6.3 Cuadro-Resumen de las Aproximaciones RNAV (GNSS) ....................................................... 505 
17.6.4 Requisitos para realizar aproximaciones RNAV (GNSS) ......................................................... 506 
17.7 SISTEMAS DE AUMENTACIÓN BASADO EN TIERRA (GBAS)................................................. 506 
17.7.1 Ventajas de los sistemas GBAS ................................................................................................ 508 
17.7.2 Prestaciones Requeridas de los sistemas GBAS ........................................................................ 509 
17.7.3 Arquitectura de un sistema GBAS ............................................................................................ 510 
17.7.4 La Señal GBAS ......................................................................................................................... 514 
17.7.5 Características del enlace de datos VDB ................................................................................... 516 
17.7.6 Mensajes GBAS ........................................................................................................................ 518 
17.7.7 Detección y Mitigación de fallos ............................................................................................... 523 
17.7.8 Selección de la Trayectoria de Aproximación ........................................................................... 523 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 17 
17.7.9 Verificación de la Selección de la Trayectoria .......................................................................... 525 
17.7.10 Codificación del Número de Canal GBAS ................................................................................ 526 
17.7.11 Gestión de frecuencias y canales GBAS ................................................................................... 528 
17.7.12 Servicios GBAS ........................................................................................................................ 529 
17.7.13 Receptor GBAS ......................................................................................................................... 530 
17.7.14 Desarrollo del GBAS ................................................................................................................ 531 
17.7.15 Implantación de GBAS en España ............................................................................................ 531 
PARTE IV – SISTEMAS DE VIGILANCIA ................................................................................................. 533 
18. FUNDAMENTOS DE RADAR.............................................................................................................. 535 
18.1 EL RADAR EN LOS SISTEMAS ATC .............................................................................................. 535 
18.2 PRINCIPIOS BÁSICOS DEL RADAR ............................................................................................... 536 
18.2.1 Principios básicos ...................................................................................................................... 536 
18.2.2 Reflexión de las ondas electromagnéticas ................................................................................. 537 
18.2.3 Aplicaciones del RADAR ......................................................................................................... 538 
18.2.4 Sistema de coordenadas ............................................................................................................ 538 
18.3 DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN RADAR .................................................................................. 539 
18.4 SEÑALES PROPORCIONADAS POR UN RADAR ......................................................................... 544 
18.5 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UN RADAR .................................................................. 545 
18.5.1 Frecuencia de operación ............................................................................................................ 545 
18.5.2 Frecuencia de repetición de pulsos (PRF) ................................................................................. 546 
18.5.3 Intervalo de repetición de pulsos (PRI) ..................................................................................... 547 
18.5.4 Ancho de pulso (PW) ................................................................................................................ 547 
18.5.5 Tipo de exploración ................................................................................................................... 547 
18.5.6 Tasa de exploración / Periodo de exploración ........................................................................... 547 
18.5.7 Tipo de modulación ................................................................................................................... 548 
18.5.8 Polarización ............................................................................................................................... 548 
18.5.9 Ancho de Haz ............................................................................................................................ 549 
18.5.10 Diagrama de radiación .............................................................................................................. 549 
18.6 BANDAS DE FRECUENCIAS RADAR ............................................................................................ 550 
18.7 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS RADAR .............................................................................. 551 
18.8 ONDA CW Y ONDA PULSADA ....................................................................................................... 554 
18.8.1 Radares de Onda Continua (CW) .............................................................................................. 55518.8.2 Radares de Onda Continua modulada en frecuencia (FM-CW) ................................................ 556 
18.8.3 Radares Pulsados ....................................................................................................................... 557 
18.9 USOS Y APLICACIONES DEL RADAR .......................................................................................... 559 
18.9.1 Radares de Control y Gestión de Tráfico Aéreo ........................................................................ 560 
18.9.2 Ayudas a la Navegación ............................................................................................................ 564 
18.10 MEDIDAS CON RADAR ................................................................................................................... 565 
18.10.1 Eco y Efecto Doppler ................................................................................................................ 565 
18.10.2 Clutter ........................................................................................................................................ 566 
18.10.3 Determinación de la distancia al blanco en un radar pulsado .................................................... 567 
18.10.4 Determinación de la dirección al blanco ................................................................................... 568 
18.10.5 Determinar el ángulo de elevación ............................................................................................ 570 
18.10.6 Medición de la velocidad del blanco en un radar Doppler ........................................................ 571 
19. EL RADAR PRIMARIO (PSR) ............................................................................................................. 573 
19.1 RADAR PRIMARIO DE VIGILANCIA (PSR) .................................................................................. 573 
19.2 DESCRIPCIÓN DE UN RADAR PRIMARIO ................................................................................... 574 
19.2.1 Diagrama de Bloques ................................................................................................................ 574 
19.2.2 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 575 
19.3 FORMATO DE VISUALIZACIÓN .................................................................................................... 576 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 18 
19.3.1 Formato PPI .............................................................................................................................. 576 
19.3.2 Definiciones Básicas ................................................................................................................. 577 
19.4 APLICACIONES DE LOS RADARES PRIMARIOS ........................................................................ 578 
19.5 CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE UN PSR ................................................................................ 578 
19.6 LA ECUACION RADAR .................................................................................................................... 592 
19.6.1 Potencia recibida ....................................................................................................................... 592 
19.6.2 Mínima Potencia Detectable .................................................................................................... 594 
19.6.3 Ecuación básica del Alcance máximo de un radar .................................................................... 595 
19.6.4 Integración de Pulsos ................................................................................................................ 596 
19.6.5 Relación Potencia de pico - Potencia media .............................................................................. 596 
19.6.6 Pérdidas del Sistema .................................................................................................................. 597 
19.6.7 Ecuación del Radar Monoestático. Alcance Máximo................................................................ 597 
19.6.8 Ecuación del Radar Biestático ................................................................................................... 599 
20. EL RADAR SECUNDARIO (SSR) ....................................................................................................... 600 
20.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 600 
20.2 RADAR SECUNDARIO DE VIGILANCIA (SSR) ............................................................................ 600 
20.3 DESCRIPCIÓN DE UN RADAR SECUNDARIO (SSR)................................................................... 603 
20.3.1 Diagrama de Bloques ................................................................................................................ 603 
20.3.2 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 603 
20.3.3 Frecuencias de Operación ......................................................................................................... 604 
20.3.4 Modos de Interrogación ............................................................................................................ 605 
20.3.5 Ventajas del radar SSR .............................................................................................................. 606 
20.4 SEÑALES DE INTERROGACION Y RESPUESTA ......................................................................... 606 
20.4.1 Señal de Interrogación ............................................................................................................... 606 
20.4.2 Respuesta (del Transpondedor) ................................................................................................. 607 
20.4.3 Respuesta en Modo A ............................................................................................................... 608 
20.4.4 Respuesta en Modo C ................................................................................................................ 609 
20.4.5 Impulso especial de identificación de posición (SPI) ................................................................ 609 
20.5 CODIGOS SSR .................................................................................................................................... 610 
20.5.1 Códigos Reservados .................................................................................................................. 610 
20.5.2 Códigos para vuelos VFR.......................................................................................................... 611 
20.6 CALCULO DEL ALCANCE DEL SSR .............................................................................................. 611 
20.7 COMPARACION ENTRE PSR Y SSR ............................................................................................... 614 
20.8 LIMITACIONES DEL SSR ................................................................................................................. 614 
20.8.1 Limitaciones del Modo A .......................................................................................................... 615 
20.8.2 Limitaciones del Modo C .......................................................................................................... 615 
20.8.3 Respuestas por lóbulos secundarios .......................................................................................... 615 
20.8.4 Respuestas a Interrogaciones Ajenas (Fruiting) ........................................................................ 616 
20.8.5 Solapamiento de respuestas (Garbling) ..................................................................................... 616 
20.8.6 Blancos de Segunda Vuelta (Second Around Time)................................................................. 616 
20.8.7 Bloqueo de los transpondedores ................................................................................................ 617 
20.8.8 Otros problemas del SSR .......................................................................................................... 617 
20.9 RADAR SECUNDARIO MONOPULSO (MSSR) ............................................................................. 617 
20.10 PARÁMETROS DE CALIDAD DE UN RADAR .............................................................................. 618 
21. EL RADAR SECUNDARIO EN MODO S ........................................................................................... 620 
21.1 RADAR SECUNDARIO EN MODO S ............................................................................................... 620 
21.1.1 Descripción del Modo S ............................................................................................................ 620 
21.1.2 Adquisición de nuevas aeronaves .............................................................................................. 621 
21.1.3 Características de la vigilancia radar Modo S ........................................................................... 622 
21.1.4 Ventajas de la vigilancia en Modo S ......................................................................................... 623 
Estudio sobre los Sistemas CNS/ATM 19 
21.2 SEÑALES DE INTERROGACION Y RESPUESTA MODO S ......................................................... 624 
21.2.1 Interrogación Intermodo (Modos A/C/S) .................................................................................. 624 
21.2.2 Interrogación en Modo S ........................................................................................................... 625 
21.2.3 Respuesta en Modo S ................................................................................................................ 626 
21.2.4 Señales Espontáneas en Modo S ............................................................................................... 627 
21.2.5 Respuesta Convencional ........................................................................................................... 628 
21.2.6 Resumen de Modos de Interrogación ........................................................................................ 628 
21.3 ENLACE DE DATOS EN MODO S ................................................................................................... 629 
21.4 DESCRIPCIÓN DEL BLOQUE DE DATOS EN MODO S ............................................................... 631 
21.4.1 Campos esenciales..................................................................................................................... 631 
21.4.2 Formato de enlace ascendente (UF) .......................................................................................... 631 
21.4.3 Formato de enlace descendente (DF) ........................................................................................ 632 
21.4.4 Direcciones ................................................................................................................................ 633 
21.4.5 Paridad ...................................................................................................................................... 634 
21.4.6 Codificación de los formatos de interrogación y respuesta ....................................................... 634 
21.4.7 Registros de Datos (BDS) ......................................................................................................... 643 
21.5 PROTOCOLOS DE INTERROGACION-RESPUESTA .................................................................... 645 
21.6 SEÑALES ESPONTÁNEAS ............................................................................................................... 649 
21.6.1 Señales espontáneas de acquisición (―Acquisition Squitter‖) ................................................... 650 
21.6.2 Señales espontáneas extendidas (―Extended Squitter‖) ............................................................. 650 
21.6.3 Señales espontáneas extendidas/No transpondedor (―ES/NT‖)................................................. 651 
21.7 CAPACIDADES DE UN TRANSPONDEDOR MODO S ................................................................. 652 
21.8 VIGILANCIA MODO S ELEMENTAL Y MEJORADA ................................................................... 653 
21.8.1 Vigilancia Modo A/C ................................................................................................................ 654 
21.8.2 Vigilancia Modo S Elemental (ELS) ......................................................................................... 654 
21.8.3 Vigilancia Modo S Mejorada (EHS) ......................................................................................... 655 
21.9 FORMATO DE LOS REGISTROS BDS ............................................................................................ 656 
21.9.1 Registros BDS más comúnmente utilizados para Extended squitter ......................................... 656 
21.9.2 Registros BDS más comúnmente utilizados para ELS/EHS ..................................................... 663 
21.10 OPERACIÓN DEL MODO S CON EL SISTEMA TCAS .................................................................. 666 
22. VIGILANCIA DEPENDIENTE (ADS)................................................................................................. 668 
22.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 668 
22.2 VIGILANCIA DEPENDIENTE AUTOMÁTICA (ADS) ................................................................... 669 
22.2.1 Principio de funcionamiento ..................................................................................................... 670 
22.2.2 Zonas de aplicación ................................................................................................................... 671 
22.2.3 Tipos de ADS ............................................................................................................................ 672 
22.3 JUSTIFICACIÓN DE LA ADS ........................................................................................................... 673 
22.4 ARQUITECTURA ............................................................................................................................... 674 
22.4.1 Componentes instalados en la aeronave .................................................................................... 674 
22.4.2 Componentes instalados en tierra .............................................................................................. 675 
22.5 ADS-C (ADS Contract)........................................................................................................................ 675 
22.5.1 Descripción del ADS-C ............................................................................................................. 675 
22.5.2 Tipos de contrato ....................................................................................................................... 676 
22.5.3 Tipos de mensajes ADS-C ........................................................................................................ 677 
22.5.4 Enlace de datos para ADS-C ..................................................................................................... 677 
22.5.5 Resumen de características principales de ADS-C .................................................................... 678 
22.6 SISTEMA ADS-B (ADS Broadcast) ................................................................................................... 678 
22.6.1 Descripción del ADS-B ............................................................................................................. 678 
22.6.2 Definiciones