¿Por qué una estación terrestre DME espera 50 microsegundos?

La FAA dice que una estación terrestre DME envía una respuesta exactamente 50 microsegundos después de haber recibido una interrogación de un avión. ¿Por qué razón hay un retraso de 50 microsegundos?

Una pregunta importante es: ¿dice (y significa) típicamente , o es un retraso específico ?
si milisegundos es un error tipográfico, ¿por qué nadie lo edita?
Parecería que el "típicamente" aquí es totalmente incorrecto. (Ver Henning abajo.) Alguien debería editarlo.
@JoeBlow: En Math.SE, donde paso la mayor parte de mi tiempo, somos reacios a editar preguntas para eliminar conceptos erróneos del OP. La aclaración de los conceptos erróneos debería ocurrir más bien en las respuestas , porque aclarar eso podría ser el objetivo principal para el autor de la pregunta (aquí el OP podría estar preguntando porque cree que 50 ms es una demora extrañamente larga para usar, ¿quién sabe?), y tenerlo señalado en forma de edición es mucho menos visible que una respuesta real. No sé si los estándares son diferentes en aviación. SE, pero es por eso que no edité.
esa es una política interesante; entendí. pedagógicamente, tiene sentido. Sin embargo, estoy preocupado por el texto incorrecto que sale en Google, ya sabes: O
@JoeBlow Como menciona la respuesta de Henning, la demora se puede reducir cuando se usa con sistemas ILS para que la distancia parezca estar en el umbral de la pista en lugar de en la antena real de la estación terrestre DME, por lo que 'típicamente' parece precisa. Para obtener detalles exactos del sistema DME, consulte el capítulo 4 de FAA AC 00-31A .
Me temo que no estoy de acuerdo, Reirab, nunca usaría "típicamente" para describir una parte exactamente especificada de un sistema (cuando se varía deliberadamente más corto, todavía está "simulando" exactamente ese tiempo especificado de precisión).

Respuestas (2)

El retraso no es de 50 milisegundos , sino de 50 microsegundos .

El equipo de tierra tarda un tiempo en decodificar la señal entrante, decidir que necesita responder y encender su transmisor. Para que la medición de la distancia sea confiable, este retraso inevitable debe definirse con precisión y ser el mismo para todas las estaciones DME. También le da al interrogatorio aéreo un tiempo mínimo para apagar su transmisor y comenzar a escuchar incluso cuando está justo encima de la estación terrestre.

50 µs debe haberse sentido como un intervalo adecuado para estandarizar, lo suficientemente largo como para que sea razonablemente posible diseñar las estaciones terrestres para cumplirlo (dada la tecnología de la época en que se hizo el diseño), pero lo suficientemente corto como para que una estación DME pueda dar servicio a un número aceptable de aeronaves sin necesidad de manejar demoras superpuestas entre diferentes interrogaciones.

El retraso estándar también significa que una estación DME utilizada para ILS puede ubicarse a mitad de camino entre los umbrales de la pista y ajustarse de manera que las aeronaves vean la distancia al umbral en lugar de la distancia a la antena física, al reducir el retraso adecuadamente. (Tal DME no da lecturas útiles para aeronaves no alineadas con la pista).

Tenga en cuenta, por cierto, que los 50 µs es el tiempo entre la recepción del segundo pulso de un par de pulsos de interrogación y la transmisión del segundo pulso de la respuesta. Por lo tanto, la estación terrestre debe comenzar a transmitir la respuesta en menos de 50 µs después de saber que ha recibido una interrogación completa. Para los canales Y donde hay 30 µs entre los dos pulsos de respuesta, la estación de tierra en realidad solo tiene 20 µs para reaccionar.

Un pequeño punto: creo que el problema de la superposición sería irrelevante. Si el retraso fuera (digamos) de 20 segundos, sería absolutamente trivial enviar cada uno exactamente 20 segundos después de la llegada correspondiente, incluso si muchos llegaran al mismo tiempo. En otras palabras, con respecto a este problema: "manejar demoras superpuestas entre diferentes interrogaciones" , es bastante cierto que los ingenieros de soft3are tendrían que "manejar" eso, pero (A) no hace ninguna diferencia cuál es la demora especificada, y (B) como es sucede, es trivial de todos modos.
{Cualquier error oscuro de la pista de carreras que pudiera aparecer, aparecería de todos modos, independientemente del retraso establecido.}
@JoeBlow: De hecho, es posible manejar el período de retraso superpuesto si tiene una computadora para realizar un seguimiento de ellos, no del todo trivial, porque los tiempos exactos de las respuestas deben ejecutarse con una precisión cercana a los nanosegundos, pero ciertamente factible. Sin embargo, recuerda que el sistema se remonta a la década de 1950. En ese momento no tendrías una computadora para controlar la estación terrestre; el retardo se implementaría con circuitos analógicos. En esa configuración, mantener varios retrasos diferentes activos al mismo tiempo sería un problema completamente diferente.
@JoeBlow: En cuanto a retrasar 20 segundos, independientemente de hacer que la estación terrestre lo haga, eso impondría exigencias ridículas a la estabilidad del reloj del equipo aerotransportado . Cada parte por millón de desviación del reloj provocaría un error de medición de más de 3 NM.
Hola, Henning: en 1950, justo. No tengo ni idea de lo que tenían entonces. (¿Parece extraño que todavía estemos usando conceptos de hace 70 años? ¿No se habría actualizado esto de alguna manera?) Solo con respecto a los 20 segundos puramente de ejemplo. Todavía no está claro si la señal debe salir exactamente 50 ms después, o si el punto de la directriz es que debería estar "alrededor" de 50 ms... o si significa "hasta 50 ms, cuanto más rápido mejor". Nadie ha sido capaz de responder a esto.
@JoeBlow: Son precisamente 50 µs (todavía no 50 ms, que es mil veces más que 50 µs). El principio de DME es que la aeronave mide cuánto tarda en llegar la respuesta y lo multiplica por la velocidad de la luz. Si la estación terrestre responde con menos de los 50 µs de retraso especificados, la aeronave pensará que está más cerca del DME de lo que realmente está. Por ejemplo, responder 12 µs demasiado pronto conducirá a una lectura de una milla náutica demasiado corta.
@JoeBlow: En cuanto a "hace 70 años": el protocolo existente funciona, y cambiarlo requeriría que todas las aeronaves llevaran receptores para dos sistemas diferentes en un período de transición; podrían pasar años o décadas hasta que las estaciones terrestres que implementen el antiguo todos los protocolos habían sido reemplazados. El costo de esto sería fenomenal, por lo que no ocurrirá un cambio a menos que brinde beneficios concretos . No solo porque "podríamos haber elegido un número diferente si empezáramos de cero hoy".
Ya veo, son precisamente 50 ms. (Aquí estoy usando ms para microsegundos, como en jajaja o por cierto. Supongo que estás usando la unidad SI "oficial", que también es buena). Gracias por aclarar eso. ¡Puedes ver que el "típicamente" en la pregunta era tremendamente confuso!
Solo puramente por cierto. "lo suficientemente corto como para que una estación DME pueda dar servicio a una cantidad aceptable de aeronaves sin necesidad de manejar demoras superpuestas entre diferentes interrogaciones" Tenga en cuenta que: si hace que D sea más corto, es menos probable que obtenga pistas de carreras (estadísticas simples), pero cualquiera que construya un sistema de este tipo , absolutamente tendría que ser capaz de manejar pistas de carreras. Es posible que en la era analógica (o incluso hoy en día) la política sea tirar las pistas de carreras (artículos que llegan "durante D"), y eso está bien si es la política, pero parece dudoso que esa sea la política.
Siento que la primera oración de su respuesta debería ser... "Para aclarar, el retraso es precisamente, y debe ser precisamente, 50 µs".
@JoeBlow Supongo que la razón principal por la que el sistema DME no está diseñado para intentar mantener varios temporizadores superpuestos para responder a diferentes aeronaves es porque solo hay un canal de radio disponible para cada estación terrestre DME. Si intentara mantener varios temporizadores y responder a diferentes aeronaves, se encontraría con dos problemas: 1) Los pulsos de respuesta probablemente tendrían que superponerse, lo cual no es posible y 2) La aeronave aceptaría la primera respuesta, lo que daría como resultado la 2º avión indicando más cerca de lo que realmente está.
@reirab: Se supone que la aeronave envía un flujo de interrogaciones en momentos aleatorios y solo cree en las respuestas que llegan de manera constante la misma cantidad de tiempo después de cada interrogación. (El documento de la FAA que encontró incluso especifica que una estación terrestre debe enviar un flujo constante de respuestas "fantasmas" aleatorias si no tiene suficientes interrogaciones para responder, de modo que esta característica en los receptores aéreos se ejercerá todo el tiempo ).
Correcto, estaba a punto de explicar esto en términos de cómo funciona "GT3" para sincronizar a los jugadores :) Es el mismo concepto informático fundamental que se usa para (decir) decidir "quién debería ser el servidor" en algo como Bonjour en tu Mac, o lo que sea. Obviamente, hoy en día, todos los dispositivos de aeronaves solo tendrían identificaciones digitales (diablos, simplemente iniciaría sesión en un servidor web en la estación terrestre :)) ... los ingenieros ya no tienen que ser tan inteligentes. Es un poco como, las cajas de cambios automáticas "tradicionales" son realmente inteligentes; ahora solo están robotizados, que no es nada.
@HenningMakholm Sí, eso es cierto. Eso resolvería el segundo problema de un transpondedor aerotransportado que no sabe si una respuesta dada fue para él o no, pero aún no resuelve el problema de que solo hay un canal en el que una estación terrestre DME determinada puede transmitir, lo que todavía generalmente lo limita a solo hablar con un avión a la vez. No puede enviar un pulso de respuesta a dos aviones a la vez (sin hacer algún tipo de multiplexación cuya complejidad no habría valido la pena en ese entonces). Sin embargo, incluso ahora, el arbitraje de canales sigue siendo un problema que todos los protocolos inalámbricos deben resolver.
@reirab: El protocolo de arbitraje de canal es que cada aeronave envía interrogaciones a intervalos aleatorios y se supone que es lo suficientemente resistente para seguir funcionando si algunas de ellas se pierden debido a colisiones. La estación de tierra tarda menos de 0,1 ms en responder a una interrogación y estar lista para la siguiente, por lo que siempre que haya menos de 100 aeronaves que utilicen activamente un DME determinado (con un máximo de 30 interrogaciones por segundo cada una, una vez están en "modo de seguimiento" y tienen una idea de qué rango esperar), las colisiones serán lo suficientemente raras como para manejarlas.
@HenningMakholm Correcto. Es por eso que dije que no habría valido la pena intentar un esquema de arbitraje más complejo utilizando alguna forma de multiplexación. El esquema actual de "no responder al segundo interrogatorio" era lo suficientemente bueno y mucho más simple de implementar.

el propósito de la demora de 50 microsegundos es eliminar la posibilidad de una operación descoordinada cuando la aeronave está muy cerca de la estación terrestre

De AVweb - Conceptos básicos de DME

Apéndice

No he encontrado una explicación clara de lo que significa "operación no coordinada" en el contexto de DME. Lo que sigue es especulación:

Si observa las patentes relacionadas con DME, parece que este retraso predecible aseguró que la transmisión inicial de la aeronave se hubiera recibido por completo antes de que la estación base transmitiera la respuesta y se recibiera en la aeronave.

Creo que una respuesta DME tiene que coincidir con el patrón de la interrogación DME para que el receptor en la aeronave pueda identificar a qué respuesta aplicar el tiempo si varias aeronaves equipadas con DME están dentro del alcance.

El espacio entre pulsos es de 12 µs 1 y este es del mismo orden de magnitud que el tiempo de transmisión de ida y vuelta a 1 milla. Una sola interrogación DME contiene varios pulsos. Puede ser difícil diseñar un equipo de estación terrestre que pueda comenzar a transmitir una respuesta coincidente si aún no ha recibido el patrón de datos que tiene que reproducir. La alternativa sería comenzar a transmitir la respuesta lo antes posible después de detectar el final de la recepción de una interrogación DME válida.

Hay demoras en el procesamiento dentro del equipo de la estación terrestre que pueden variar (al menos de una estación a otra dependiendo del equipo) y que, por lo tanto, deben ser constantes para que el receptor aéreo calcule distancias precisas. Cualquier variación sería más significativa a distancias más cercanas.

También podría ser más fácil diseñar equipo aerotransportado si no tiene que comenzar a recibir la respuesta antes de que haya terminado de transmitir la interrogación.

Referencias

  1. Patente de EE. UU. 3226714
  2. discusión PPRuNe

Creo que el DME se inventó alrededor de 1944-45, pero no puedo encontrar ninguna patente tan temprana. Hay bastantes patentes sobre este tema.

Aunque no proporciona los detalles, esta debería ser la respuesta aceptada. Específicamente, la "operación descoordinada" ocurriría si el transmisor aún estuviera enviando el segundo pulso de interrogación cuando se recibió la primera respuesta de un avión a corta distancia. 50 µs corresponde a aproximadamente 4 NM dentro del cual, sin la demora, la aeronave mostraría lecturas poco confiables.
@Simon: No es la respuesta correcta. El interrogador DME a bordo determina el rango inclinado midiendo el tiempo que tarda la señal en llegar a la estación terrestre (transpondedor), más el tiempo que tarda la estación terrestre en enviar la respuesta (llamémosle T), más el tiempo que tarda la respuesta en llegar. llegar al interrogador a bordo. Luego, el interrogador que solo está interesado en el tiempo que tarda la señal en viajar de un lado a otro, necesita eliminar T. Si T es variable (depende del diseño de la estación), entonces no es posible. Por lo tanto, T debe estar estandarizado.
En realidad, ¡acabo de darme cuenta de que esta "referencia" es solo de un artículo de una revista de interés general bastante malo de hace 20 años! Lo siento, al principio comenté que parecía ser un hecho.
Hola min. ¿Tiene una referencia real que indique que los 50 ms están estandarizados? ¿Cuál es el error permitido para los fabricantes de equipos? (si se trata de un estándar ISO o algo así, es inconcebible en estos días que no se proporcione con un rango de error).
@JoeBlow: Los 50 µs (no ms) están estandarizados en el Anexo 10 de la OACI, volumen I, sección 3.5.4.4. (Esto no parece estar disponible públicamente, pero hay copias pirateadas flotando si buscas en Google lo suficiente). La tolerancia especificada es de ±1 µs (sección 3.5.4.5), que corresponde a un error de 500 pies en el resultado. La mayoría de los DME instalados funcionan mejor que eso.
"OACI Anexo 10, volumen I, sección 3.5.4.4" que es impresionante
seguramente debería estar en tu respuesta
No acepté esta respuesta, porque la frase "operación no coordinada" me parece poco clara.
@HenningMakholm De acuerdo con la Circular de asesoramiento de la FAA 00-31A , el número 50 +/- 1 us está desactualizado. Este AC establece una especificación de 56 +/- 0,25 us y cambia la definición para que sea del flanco ascendente del primer pulso de la interrogación al flanco ascendente del primer pulso de la respuesta, en lugar del segundo pulso de cada uno. Véase el párrafo 131 en la página 22.
@reirab: Sí, la especificación de la OACI solo proporciona recomendaciones mínimas que se aplican a nivel mundial, pero un país puede apuntar a una mayor precisión con sus propias ayudas a la navegación. DME/P como se especifica para el sistema de aterrizaje por microondas tiene tolerancias aún más pequeñas, hasta unas pocas decenas de nanosegundos. (Dado que un ciclo de la frecuencia portadora es de aproximadamente un nanosegundo, esto debe requerir una ingeniería de RF seria, ¡además de una redefinición más precisa de cuándo es exactamente el "flanco ascendente"!)
Tenga en cuenta que los 56 µs están entre los primeros pulsos en los canales Y solamente. Dado que los segundos pulsos todavía tienen una separación de 50 µs en todos los modos (aunque no es una separación principalmente especificada), mantuve mi discusión en términos de eso en un intento de evitar confusiones.
En cuanto a la edición: la estación terrestre no debe comenzar a transmitir hasta que haya recibido ambos pulsos y verificado que tienen el espacio correcto. De lo contrario, podría confundir pulsos extraños con interrogaciones: cada frecuencia de interrogación se comparte entre un canal X y un canal Y, que se distinguen por la separación entre los pulsos de interrogación. Peor aún, la misma frecuencia transporta respuestas para un canal Y diferente, por lo que dos estaciones pueden terminar respondiendo a los pulsos de la otra indefinidamente a menos que esperen hasta que hayan decodificado el segundo pulso.
la oración de "AVWeb" es una completa basura y debería eliminarse. (¡No sé por qué no lo has eliminado, RGB!) El resto de la respuesta es fantástica.
@Joe: Esa oración aparece en varias fuentes. Cuando pueda encontrar algo mejor, editaré esa parte. Sigue buscando.
¿Por qué una estación terrestre DME espera 50 microsegundos?
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