Descripción general del Sistema Mundial de Determinación de la Posición.

El Sistema Mundial de Determinación de la Posición (Global Positioning System, GPS) está formado por tres sectores:

• SECTOR ESPACIAL.- Constituido por una constelación de 21 satélites operativos y tres de reserva, en seis órbitas alrededor de la Tierra.
• SECTOR DE CONTROL.- Formado por diez estaciones terrenas distribuidas alrededor de la Tierra, cinco activas de control de los satélites y cinco de apoyo.
• SECTOR USUARIOS.- Es el equipo de recepción y procesamiento de datos, junto con el software asociado, de los usuarios del sistema.

El funcionamiento del sistema está basado en las señales electrónicas de la constelación de satélites que recorren órbitas alrededor de la Tierra cada 12 horas, de manera que se provee al usuario con 5 a 8 satélites visibles siempre desde cualquier punto. La gran altitud de las órbitas de los satélites y la tecnología de precisión que utilizan, permite señalar posiciones en cualquier lugar del mundo, las 24 horas del día. Las aplicaciones actuales y potenciales del sistema son cada vez más amplias, en el caso del transporte aéreo, por su capacidad de localizar objetos en tres dimensiones, con gran precisión y en tiempo real; se prevé su uso como el medio de un sistema para eludir una colisión en vuelo, como una ayuda para lograr sistemas más precisos y confiables de aterrizaje con visibilidad restringida o nula, y, en forma importante, para hacer más eficiente la navegación aérea (Hurn, 1989).

El sistema mundial alternativo de navegación por satélite.

En la década de los setenta, posiblemente como respuesta al anuncio del desarrollo del GPS en Estados Unidos , el Ministerio Soviético de la Defensa concibió el Sistema Orbital Mundial de Navegación por Satélite (GLONASS) que, siendo similar al GPS, tiene también importantes diferencias (Langley, R., 1997). El GLONASS comprende también tres sectores: Control, Espacio y Usuarios, que funcionan en forma semejante a los del GPS. Los sistemas GLONASS y GPS usan diferentes referencias de tiempo y posición, con respecto al registro del Tiempo Universal Coordinado (UTC) y del Marco Internacional de Referencia Terrestre (ITRF). Se ha reforzado su confiabilidad mediante el uso de observaciones combinadas GPS/GLONASS, lo cual no solamente provee una mayor precisión, sino que también es un medio para verificar la integridad de ambos sistemas.

El Sistema Mundial de Navegación Aérea por Satélite (GNSS).

Los esfuerzos que se están haciendo para lograr en el futuro lo que se ha dado por llamar "vuelo libre", tienen como propósito el de alcanzar un ambiente en el espacio aéreo en donde las aerolíneas y otros usuarios tengan la libertad de seleccionar, en tiempo real, las trayectorias preferidas de vuelo con virtualmente ninguna restricción y, desde luego, con los más altos niveles de seguridad, lo que redundará en rutas más directas y, por lo tanto, más eficientes. Con la tecnología disponible de los sistemas de determinación de la posición, se hace posible la integración de un sistema basado en señales de satélites para las Comunicaciones, Navegación, Vigilancia y Gestión del Tránsito Aéreo (CNS/ATM). El concepto de "vuelo libre" no significa libertad completa en el espacio aéreo y una de sus definiciones sería "... la capacidad operacional segura y eficiente bajo reglas de vuelo por instrumentos (IFR), en la cual los operadores tienen mayor flexibilidad para seleccionar la trayectoria de vuelo y velocidad de su avión en tiempo real" (Marinus, 1997).

En tanto se implementan a nivel mundial los sistemas de comunicaciones, navegación, vigilancia y gestión del tránsito aéreo, las aerolíneas obtendrían beneficios de una operación más eficiente, a través de la instalación de los equipos que en el futuro se utilizarán en la navegación aérea mundial basada en señales de satélites. Para la mayoría de los aviones, una computadora de gestión de vuelo, un receptor GNSS, un manejador de enlace de datos y equipo de apoyo, les darían la capacidad completa para el CNS/ATM (Howells, 1995):

• Comunicaciones, que involucra la transición de la comunicación por voz a la transferencia de información de computador a computador que mejora la precisión de la transmisión y aumenta la capacidad de los canales.
• Navegación, que requerirá el mayor uso del GNSS, con niveles de operación muy definidos, que producirán menores separaciones entre aviones y mayor capacidad del espacio aéreo.
• Vigilancia, en la cual el reporte de posición de un avión se hará vía enlace de datos, lo que aumentará la precisión y consistencia del seguimiento del avión que será efectuado en tierra, automáticamente, por  la computadora del control de tránsito.

Aplicación del GPS a la automatización del aterrizaje de los aviones.

Como resultado de una nueva estrategia mundial para la implantación de ayudas a la aproximación y aterrizaje de los aviones, hay un interés creciente en la industria aeronáutica por desarrollar un equipo con múltiples modos de funcionamiento. Los tres modos autorizados internacionalmente son los que utilizan el Sistema de Aterrizaje por Instrumentos (ILS), el Sistema de Aterrizaje por Microondas (MLS) y el Sistema de Navegación Mundial por Satélite (GNSS). Estos tres sistemas constituyen el avance progresivo de la tecnología en ayudas electrónicas para el aterrizaje automático, en condiciones de clima y visibilidad desfavorables, de tal manera que el GNSS, ligado a los sistemas mundiales de determinación de la posición, es el más avanzado en esta aplicación. El concepto del sistema de aterrizaje basado en el GNSS utiliza un receptor externo que provee los datos de posición requeridos para computar las desviaciones de una trayectoria deseada. Los sistemas ILS y MLS se usarán en forma opcional y como apoyo a la información del GNSS. (Mineck, 1995).

Los beneficios del sistema mundial de navegación aérea.

En el estado actual de la aplicación del GPS, con capacidad acrecentada, en amplias áreas de navegación aérea, se han identificado ventajas considerables (Johns, 1997), ya que mejorará la eficiencia de las operaciones, proporcionando:

• Mayores niveles de la seguridad de los vuelos, por la vigilancia automática de precisión.
• Reducción de los mínimos de separación entre vuelos que permitirán una mayor capacidad en el espacio aéreo y en las pistas de aeropuertos, sin acrecentar los riesgos.
• Trayectorias de vuelo en ruta más directas.
• Nuevos servicios de aproximación de precisión.
• Equipo reducido y simplificado a bordo de las aeronaves.
• Considerables economías para los gobiernos por la eliminación progresiva de los costos de mantenimiento de las ayudas para la navegación más anticuadas basadas en tierra , como radiofaros, telemetría y la mayoría de los sistemas de aterrizaje por instrumentos.

La coordinación internacional para el desarrollo del sistema de navegación y administración del tránsito aéreo.

En 1983, la Organización de la Aviación Civil Internacional (OACI) estableció el Comité de Sistemas Futuros de Navegación Aérea (FANS), cuya tarea fue la de definir conceptos y promover la integración de una infraestructura global para la navegación aérea en el nuevo ambiente tecnológico, al terminar la definición del concepto CNS/ATM, recomendó que en una segunda fase  del proyecto, se emitieran recomendaciones sobre la vigilancia general, coordinación del desarrollo y planes de transición para asegurar que la realización del sistema futuro se lleve a cabo mundialmente, de una manera efectiva y en forma equilibrada entre los sistemas de navegación aérea y las áreas geográficas (O´Keefe, B. 1993).

Ya que los sistemas CNS/ATM tienen un alcance mundial y los satélites tienen una amplia cobertura, se requiere producir un plan mundial de instrumentación perfectamente coordinado. El Comité FANS Fase II de la OACI recibió la tarea de desarrollar este plan, que contiene la descripción general del sistema, la información de la infraestructura mundial y la manera en que será utilizado, las orientaciones institucionales, las guías para la transición y los lineamientos en tiempo para su instrumentación. El plan mundial para la navegación aérea, para los sistemas CNS/ATM, se presentó actualizado en la Conferencia Mundial que, sobre este tema, celebró la OACI en Río de Janeiro en mayo de 1998. Adicionalmente se requieren formular planes regionales detallados en donde los estados, junto con las aerolíneas, establezcan la coordinación efectiva para la transición de los sistemas actuales a los del futuro y para que estos se instrumenten en forma conjunta, oportuna y eficiente.

La naturaleza del proyecto mundial requiere de la participación de todos los estados contratantes de la OACI, con diversos tiempos y costos para la transición al nuevo entorno de navegación aérea, sin embargo, el mensaje de la Conferencia de Río de Janeiro convocada por la OACI, fue que, mientras que la implantación del sistema CNS/ATM requieren de compromisos financieros significativos, los beneficios que se obtendrán de este sistema serán mayores que los costos implicados (OACI, 1998).

La utilizacion del GPS en México.

El Gobierno Mexicano, como estado contratante de la OACI, adquirió el compromiso de adoptar el empleo del Sistema Mundial de Navegación por Satélite. Para este propósito, el Comité Consultivo Nacional de Normalización del Transporte Aéreo propuso el proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-051-SCT3-1996, que regula los procedimientos de aplicación del GPS, como medio de navegación dentro del Espacio Aéreo Mexicano. Esta Norma establece los lineamientos para la selección, instalación y certificación de los equipos a bordo de las aeronaves; así como los procedimientos de operación del GPS como medio de navegación.

Esta norma define al GNSS como un sistema mundial de determinación de la posición y el tiempo, que incluye una o más constelaciones de satélites, receptores de aeronave y vigilancia de la integridad del sistema y que se puede aumentar, según sea necesario, en apoyo del funcionamiento requerido de navegación durante la fase de operación en curso.

Los equipos GPS se certificarán, por parte de la autoridad aeronáutica, tomando como base el ordenamiento técnico TSO-C129, para su uso bajo reglas de vuelo por instrumentos. Se prevé que los receptores contengan la función de comprobación autónoma de integridad, que tengan la capacidad de enlazarse con el sistema de navegación integrado de la aeronave y que incluyan una base de datos de navegación actualizada. Se define la clasificación de los equipos de acuerdo con las siguientes fases de incorporación del uso del GPS como medio para la navegación aérea:

FASE I.- Se deberá utilizar el sistema de navegación convencional y se podrá usar el GPS como ayuda para vigilancia en la navegación aérea, efectuando ésta con ambos sistemas.

FASE II.- Se podrá usar el sistema GPS como medio de navegación y, opcionalmente, el sistema convencional de navegación.

FASE III.- Se utilizará el sistema GPS como medio primario de navegación para todas las fases del vuelo, sin que sea necesario el uso de otro sistema de navegación convencional

También se prevén en la norma tres fases de incorporación del uso del GPS para efectuar aproximaciones de no precisión a los aeropuertos, desde el uso de este sistema como apoyo a las ayudas actuales de navegación, hasta los procedimientos de aproximación usando el GPS como medio primario.

Ya se ha establecido en México el Comité Nacional para el desarrollo del sistema CNS/ATM, con la participación de las autoridades aeronáuticas, de los servicios de navegación y otras entidades involucradas en este tema y se ha celebrado un convenio con la Federal Aviation Administration de los Estados Unidos de América para el desarrollo del Sistema Mundial de Navegación por Satélite (GNSS). Los planes actuales incluyen la instalación, para fines de prueba, de un Sistema Aumentado de Area Amplia (Wide Area Augmentation System), limitado a tres estaciones terrestres de referencia, que sería compatible con el que se está instalando en los Estados Unidos y que le daría continuidad a la navegación de los vuelos entre los dos países

Conclusiones.

El sistema mundial de determinación de la posición proporciona referencias geográficas precisas, en tiempo real y de amplia cobertura en espacio y tiempo, que son ideales para la definición de rutas de transporte en general. El GPS abrió la posibilidad de un nuevo entorno automatizado para la navegación aérea con grandes beneficios para sus usuarios en cuanto a la seguridad de los vuelos, eficiencia de la operación y en la utilización del espacio aéreo y la confiabilidad del control del tránsito aéreo. Estos beneficios podrán ser medidos en términos de mayores niveles de seguridad en la navegación, de un uso y control más eficiente del espacio aéreo, de menor utilización de las aeronaves y menor consumo de combustible para cubrir las rutas en forma más directa.

Los recursos tecnológicos para la navegación aérea con la utilización de señales de satélite ya han sido desarrollados y se encuentran disponibles en los mercados, por lo que la instrumentación del sistema mundial de navegación y control de tránsito aéreo sólo requiere del establecimiento de instrumentos institucionales a nivel internacional y del desarrollo de procesos de organización que le darán estructura y cohesión.

Bibliografía:

HOWELLS, P.J., Upgrading Aircraft with CNS/ATM Capability Can Help Airlines Achieve Optimum Efficiency, ICAO Journal, Vol. 50, No. 5, Junio 1995, Montreal, pp. 12-16.

HURN, Jeff, GPS.- A Guide to the Next Utility, Trimble Navigation Ltd., California E.U.A., 1989, pp. 76.

JOHNS, James C. La capacidad acrecentada del GPS satisface las necesidades de navegación del Siglo XXI, ICAO Journal, Vol. 52, No. 9, Noviembre 1997, Montreal, pp. 7-10.

LANGLEY, Richard, GLONASS: Review and Update, GPS World, Vol. 8 No. 7, Julio 1997, pp. 46-51.

MARINUS,C.F., Aviation Community Working on Development of Infrastructure Needed to Support Free Flight, ICAO Journal, Vol. 52, No. 3, Abril 1997, Montreal, pp. 7-9.

MINECK, D.W., Foster, T.E., Concept of a Single Receiver Integrating ILS, MLS and GNSS Capabilities Under Study by Industriy, ICAO Journal, Vol. 50, No. 5, Junio 1995, Montreal, pp. 18-20.

MÉXICO: COMITÉ CONSULTIVO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN DEL TRANSPORTE AÉREO, Norma Oficial Mexicana NOM-051-SCT3-1996, que regula los procedimientos de aplicación del Sistema Mundial de determinación de la Posición (GPS), como medio de navegación dentro del espacio aéreo mexicano, Proyecto, México, 1996.

O´KEEFE, Brian, System Development Enters New Phase with Detailed Regional Planning under way, ICAO Journal, Vol. 48 No. 10, Diciembre 1993, Montreal, pp. 7-9.

SECRETARIADO OACI, Rio Conference Explores Innovative Approaches to Financing and Managing CNS/ATM Systems, ICAO Journal, Vol. 53 No. 5, Junio 1998, Montreal, pp. 5,6.