Sistema de radioaltímetro: sensor infravalorado

El radioaltímetro tiene como función básica efectuar mediciones precisas de altitud sobre la superficie terrestre, fundamentalmente durante las fases de vuelo correspondientes a la aproximación, aterrizaje y elevación de la aeronave en el despegue y ascenso. Las indicaciones obtenidas con el RAS se expresan en pies o metros AGL (“Above Ground Level”). 

Se utiliza como sistema sensor asociado a otros como puede ser el TAWS (“Terrain Awareness and Warning System”) tipo GPWS, el sistema anticolisión aérea TCAS, el radar meteorológico WRS a efectos de predicción de cizalladura del viento (función “predictive windshear”) y el sistema de vuelo automático (piloto automático y sistema de empuje de gases automático). El RAS es hoy fundamental para el aterrizaje automático y en condiciones de mala visibilidad. También en los aterrizajes manuales se emplea como apoyo a la maniobra de “brillo”, consistente en el suavizado de la fuerza al aterrizaje justo antes de tocar tierra en la zona de toma de contacto.

El RAS funciona durante todo el vuelo y debe hacerlo sin generar interferencias perjudiciales para la propia aeronave y su entorno. Suele ser habitual usar redundancia con dos o tres equipos de radioaltímetro iguales. El RAS tiene asignada la banda de trabajo comprendida entre 4.2 y 4.4GHz, con un ancho de banda máximo de 196MHz.

La utilidad del radioaltímetro es mayor cuanto más cerca se encuentra la aeronave de tierra, concretamente en el tramo de aproximación final y aterrizaje, es decir, por debajo de los 2000 pies. En consecuencia, los radioaltímetros de carácter civil son sistemas de baja cota, con alcances máximos del orden de 5000, 2500 o, en alguna ocasión, 500 pies para uso específico en aterrizaje automático. En aviación militar, además de los convencionales de baja cota, se pueden encontrar radioaltímetros de alta cota que pueden alcanzar hasta los 15000m (49213pies).

El RAS más habitual hoy es el de cota máxima de 2500 pies, con indicación lineal en el margen de 0 a 500 pies y en el resto de 500 a 2500 pies con indicación logarítmica.

Indicador de radioaltímetro para aviación ligera de cota máxima 2500 pies, con “knob” para marcación de DH y aviso luminoso de alcance de la misma. En aviación comercial pesada la indicación del RAS está integrada en el PFD del EFIS.

Todo RAS consiste en un transceptor (transmisor/receptor) conectado a dos antenas independientes, donde una de ellas emite señales hacia el suelo y la otra recoge los ecos reflejados. Internamente el RAS cuenta tiempos de ida y vuelta, determinando la distancia entre la aeronave y el suelo, ya que la velocidad de propagación de las señales es conocida.

Cuando el RAS está asociado a los sistemas de aterrizaje automático se le exige una precisión de 3 pies. La norma Arinc707 exige una precisión de 1.5pies o el 2% de la altitud indicada, escogiéndose el valor mayor de entre ambos, para el rango de altitudes entre -20 a 2500 pies.

Existen dos métodos de radioaltimetría:

·     Modulación de onda continua en frecuencia (FMCW):señal continua f_c dentro de la banda de 4.2GHz y 4.4GHz modulada en FM, usando una moduladora triangular con una desviación de frecuencia f_d máxima de 200MHz. De esta manera, la señal transmitida varía su frecuencia dentro de la banda indicada (f_i=f_c±f_d) de forma lineal según se desarrolla a lo largo del tiempo la señal triangular moduladora.

·    Modulación por impulsos: La transmisión es de impulsos con anchura algunos nanosegundos y frecuencia central alrededor de 4.3GHz, usando un PRF de algunos KHz. La transmisión de un impulso va acompañada de una señal de referencia temporal interna (“master  trigger”) que provoca la generación de una señal en forma de diente de sierra de precisión (rampa positiva). La tensión variable del diente de sierra se sincroniza con la variación de altura a lo largo del tiempo, desde cero pies al límite máximo (2500 pies, por ejemplo). La reflexión en el suelo de estos impulsos genera ecos recibidos por la antena receptora. Los ecos en el receptor activan un impulso de seguimiento que determina el final del contaje de tiempos y, al mismo tiempo, el valor de tensión sobre el diente de sierra equivalente a la altura a determinar correspondiente (señal de video)

El radioaltímetro no solo sirve para determinar altura AGL, sino también velocidad vertical de ascenso o descenso respecto de tierra, además de cómo sistema generador de avisos, alcanzada una cierta altitud (indicación de DH, por ejemplo). Tienen aplicación también como apoyo al aterrizaje automático y en sistemas de aumento de estabilidad en helicópteros, a efectos de mantener el vuelo estacionario de forma automática.

Las antenas tanto en recepción como en transmisión ofrecen una ganancia comprendida entre 8 y 13dBi, usando un ddr de elevación con una apertura de entre 40º y 60º para el haz principal (-3dB en potencia). Usan polarización horizontal con un haz principal cónico de apertura la indicada, para conseguir que las señales alcancen el suelo y sean captadas por la antena receptora cuando la aeronave cabecea o alabea. Se consiguen así prestaciones adecuadas para ángulos de ±45º en alabeo y ±20º en cabeceo.

Cuando la aeronave se encuentra en el suelo con el tren de aterrizaje extendido, la posición de las antenas a una cierta altura sobre el suelo y la longitud de los cables de conexión de las mismas con el transceptor del radioaltímetro hacen que exista una indicación de altitud AGL diferente de cero (altitud residual). La expresión de esta altitud residual a efectos de calibración del radioaltímetro en tierra se conoce como AID (“Aircraft Intercommunicattion/Installation Delay”).

Hay obligación de ajustar la instalación para que el indicador de radioaltímetro marque cero pies al entrar la aeronave en la zona de toma de contacto en el aterrizaje.

                           AID=2h₀+k(C_Tx+C_Rx)

Con h₀ altura de las antenas del radioaltímetro respecto del suelo con la aeronave en tierra; k relación entre las velocidades de propagación de las señales en el aire y el cable coaxial usado (típico el valor 1.5); C_Tx y C_Rx longitudes del cable coaxial que une las antenas de transmisión y recepción, respectivamente, con la LRU del radioaltímetro asociado. Actualmente, el AID es programable mediante “pin programming” en pasos de 5pies desde un valor mínimo de, por ejemplo, 20pies.