¿Cómo funciona TCAS?

TCAS funciona enviando interrogaciones a los transpondedores de otras aeronaves. El transpondedor responderá a la interrogación de forma similar a como responde al radar. A partir de la diferencia de tiempo entre la interrogación y la respuesta, se calcula la distancia a la otra aeronave. La respuesta en sí contiene la altitud de la otra aeronave.

La explicación a continuación da una idea del funcionamiento básico del algoritmo TCAS. En realidad es más complejo hacer frente a todo tipo de situaciones excepcionales.

Se realiza un seguimiento de la distancia y la diferencia de altitud con la otra aeronave para identificar una tendencia. A partir de mediciones de distancia sucesivas se determina la tasa de cierre. Con la tasa de acercamiento y la distancia actual (slant range) se hace una aproximación del tiempo hasta el punto más cercano de aproximación (CPA). Esto se hace simplemente dividiendo el rango por la tasa de cierre, el resultado se llama 'rango tau'. Lo mismo se hace en el plano vertical. Dividiendo la diferencia de altitud por la diferencia de velocidad vertical se obtiene la tau vertical.

Si ambos tau están por debajo de cierto umbral, se genera una alerta de tráfico (TA). Cuando los tau son inferiores a otro umbral (inferior), se emite un aviso de resolución. El TA es una indicación de 'aviso', el RA es una instrucción que debe seguir el piloto para reducir el riesgo de colisión. Los tiempos de umbral dependen de la altitud, y van desde 20 segundos (<1000 ft AGL) hasta 48 segundos (> FL200) para TA y desde 15 segundos (<2350 ft) hasta 35 segundos (> FL200) para RA. Por debajo de 1000 pies AGL, los RA están inhibidos.

Originalmente, el TCAS solo daba avisos de tráfico en forma de anuncio de "tráfico, tráfico". No se indicó ninguna acción de evitación.

Con la introducción de TCAS II en la segunda mitad de la década de los 80, el Asesor de Resolución hizo su entrada.

selección de AR

Al seleccionar un aviso de resolución, existen básicamente dos pasos. El primer paso es seleccionar un sentido, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Esto se basa en un cálculo de cuánta diferencia de altitud se puede lograr en el CPA al comenzar un ascenso o un descenso, suponiendo que el objetivo mantendrá su velocidad vertical. En el cálculo se asume el tiempo de reacción de la tripulación y la aceleración y tasa de ascenso/descenso de la aeronave (5 segundos, 0,25g, 1500 fpm).

El segundo paso es seleccionar una magnitud. El algoritmo está diseñado para ser lo menos disruptivo para la ruta de vuelo, al mismo tiempo que logra una separación vertical mínima.

coordinación AR

Cuando se selecciona un RA, se transmite a la otra aeronave. Cuando la otra aeronave reciba ese mensaje, sólo utilizará el sentido contrario para su propio RA. En el raro caso de que ambas aeronaves transmitan su intención de RA al mismo tiempo, la aeronave con la dirección de Modo S más alta cederá e invertirá su sentido de RA si está en conflicto con la otra.

Versiones de algoritmo

A lo largo de los años, se han realizado varias mejoras en el TCAS II. Los sistemas TCAS II iniciales tenían la versión 6.0 del algoritmo, luego reemplazada por la 6.04a a mediados de los 90. La evaluación adicional del sistema condujo al desarrollo de la versión 7.0, implementada a partir de 1999. Después de una colisión casi en el aire en Japón en 2001 y una colisión en el aire sobre Uberlingen, Alemania, se realizaron más cambios que condujeron a la versión 7.1.

Los cambios que se hicieron incluyen:

• la redacción de los RA
• lógica para limitar las desviaciones de la trayectoria vertical
• Lógica para evitar alertas molestas en el espacio aéreo RVSM y en operaciones de pistas paralelas poco espaciadas
• lógica para detectar el incumplimiento de un RA
• Lógica de inversión de sentido de RA mejorada

TCAS y ATC

Los RA del TCAS tienen prioridad sobre las instrucciones del ATC. El hecho de que una de las dos aeronaves siguiera instrucciones ATC y la otra TCAS RA's contribuyó al accidente de Uberlingen. En caso de que un piloto obtenga un TCAS RA, debe notificar a ATC.

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La FAA ha producido una introducción a TCAS II v7.1 que proporcionó una lectura interesante sobre el tema.

El estándar TCAS utiliza el transpondedor estándar , con el interrogador a bordo además del propio transpondedor.

La aeronave transmite periódicamente la señal de interrogación. La potencia es menor que la del radar terrestre, pero suficiente para desencadenar una respuesta de la aeronave que puede ser de menos de un minuto de vuelo.

La distancia a la otra aeronave se determina a partir de la temporización de la señal, la tasa de acercamiento a partir de dos mediciones consecutivas de distancia y la altitud de presión es parte de la respuesta del transpondedor. La posición solo se puede determinar de forma aproximada mediante el uso de una antena direccional, por lo que solo se usa para mostrar la otra aeronave en la pantalla de navegación, pero no para determinar la resolución.

El sistema se activa si la tasa de cierre es tal que la colisión podría ocurrir en algún momento específico. Eso no significa que las aeronaves estén realmente en rumbos de colisión; el sistema TCAS no evalúa rumbos ni posiciones. Es solo que la tasa de cierre momentáneo es lo suficientemente alta.

Si la aeronave pudiera colisionar en 40 segundos, el sistema emite un "Aviso de tráfico". Esto es solo una advertencia de que hay tráfico cerca y que es posible que se deba tomar una acción pronto.

Si la distancia se reduce y el riesgo de colisión llega a los 25 segundos, se emitirá un "Aviso de resolución". Esta es una instrucción para subir, bajar, subir/bajar más rápido o nivelarse. Se requiere que el piloto cumpla en 6 segundos, la instrucción tiene prioridad sobre las instrucciones ATC.

El aviso que se debe dar se deriva de un conjunto de reglas a partir de la altitud y la velocidad de ascenso de esta y la otra aeronave. Dado que la altitud se envía en la respuesta del transpondedor y la velocidad de ascenso es simplemente la diferencia de las mediciones de altitud consecutivas, ambos TCAS tienen la misma información y, por lo tanto, siempre llegarán a la misma conclusión. Básicamente, indicará qué avión está más alto para subir, subir más rápido, o si está descendiendo para no descender y cuál está más bajo para descender, descender más rápido o si está subiendo para no subir.

También existe un sistema similar para aviones ligeros llamado FLARM . El principio es similar. Utiliza radios de menor potencia, porque los planeadores y los ultraligeros no tienen suficiente potencia para el transpondedor estándar. Sus mensajes también incluyen la posición y el rumbo, por lo que también puede dar instrucciones laterales (girar a la izquierda/derecha). Sin embargo, es incompatible con TCAS.

TCAS I: solo necesita transpondedores Modo-A, solo proporciona "Tráfico Tráfico". TCAS II: necesita transpondedores de modo C, proporciona "Climb Climb", etc. TCAS III: necesita computadoras más grandes, proporciona "Climb Left", etc.

TCAS III nunca se ha producido: TCAS II es lo suficientemente bueno para hacer el trabajo, ¡y nadie ha desarrollado un buen algoritmo para él todavía!