Sistema ACARS - Aircraft Communication adressing and reporting system

Sistema ACARS - Aircraft Communication adressing and reporting system

Descrição detalhada e funcionalidades do sistema.

1. ACARS- Aircraft Communication Adressing and Reporting System Janeiro de 2017
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ACARS SYSTEM
AIRCRAFT COMMUNICATION
ADRESSING AND REPORTING
SYSTEM




Trabalho realizado por:
André Baptista | 20120292

2. ACARS- Aircraft Communication Adressing and Reporting System Janeiro de 2017
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INDICE

Introdução …………………………………………………………………………………………………. 2
História do sistema ACARS ………………………………………………………………………… 2
Funcionamento do sistema………………………………………………………………………... 3
Componentes ACARS…………………………………………………………………………………. 4
Unidade de Gestão – Management Unit……………………………………………………………………………… 4
ACARS Management Unit – Interface com Flight Management Systems……………………………….. 4
Impressora de dados (DataLink Printer)………………………………………………………………………………. 5
Computador de manutenção (Maintenance computer)…………………………………………………………. 5
Terminal de Cabine (Cabin Terminal)…………………………………………………………………………………… 5
Tipos de mensagens ACARS………………………………………………………… 6
Exemplo prático de mensagens ACARS………………………………………. 7
Informação pré voo - Departure information or Delay Downlink……………………………………….. 7.
Pedidos de informação do estado do tempo - Weather report Downlink and Uplink…………. . 7
FDAMS
1
Message downlink……………………………………………………………………………………………….. 8
OOOI Events………………………………………………………………………………………………………………………. 8
Comunicações……………………………………………………………………………. 8
Rede VHF…………………………………………………………………………………. ……………………………………….. 9
Codificação Digital VHF .………………………………………………………………………………………….. …………. . 9
SATCOM subnetwork………..………………………………………………………………………………………………… 10
HF subnetwork..………………………………………………………………………………………………………………….. 11
Papel do sistema ACARS nos acidentes e incidentes aéreos……….. 12
Conclusão…………………………………………………………………………………… 13
Bibliografia…………………………………………………………………………………. 13



1
FDAMS -Flight Data Acquisition & Management System – Sistema de receção e gestão de dados de voo.

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INTRODUÇÃO
Neste trabalho, daremos a conhecer um sistema de comunicação com bastante importância na
operação aeronáutica. O ACARS SYSTEM ( AIRCRAFT COMMUNICATION ADRESSING AND
REPORTING SYSTEM) é um Sistema de comunicação digital endereçável que permite a
intercâmbio de dados entre uma a eronave e a torre de controlo.
Todas as semanas são tidas mais de 9 000 000 milhões de comunicações através do ACARS ,
demostrando assim a elevada utilização que as tripulações, controlo aéreo e base de operações
das companhias aéreas dão ao sistema.
Veremos um pouco da história do sistema, como o ACARS evoluiu de um sistema limitado em
termos de capacidade e raio de operação, para um sistema multifuncional e interligado com
outros sistemas.
Daremos a conhecer quais os componentes do sistema e para que servem.
É, também, de total relevância, darmos a conhecer como este sistema comunica, quais os tipos
de mensagens, quais os canais, quais as frequências usadas, duma forma técnica e orientada para
a disciplina de telecomunicações.
Contudo, não sendo de todo a linha orientadora deste trabalho, mostraremos, por fim, de que
forma prática este sistema ajudou na investigação de acidentes aéreos.
História do sis tema ACARS
Antes da introdução de sistemas do tipo data- link, tal como o ACARS, todas as comunicações entre
a aeronave e o pessoal de terra eram feitas através de voz, usando rádios VHF ou HF. Em muitos
casos, era necessário haver operadores dedicados, cuja única função era a de tratar este tipo de
comunicações de voz provenientes da aeronave.
Os honorários da tripulação de bordo e de voo dependiam de fatores como se a aeronave
descolava ou ficava em terra, ou se em terra estava na porta de embarca ou não. Estes tempos
eram comunicados por voz para os operadores de radio que estavam espalhados geograficamente
pelo globo. Sucediam-se, deliberada ou acidentalmente, incorreções nas informações dos tempos
para cálculo, traduzindo-se em despesa suplementar para as companhias aéreas.
Perante isto, e também no sentido de reduzir a carga de trabalho da tripulação de bordo, o
departamento de engenharia da ARINC
2
apresentou o sistema ACARS em julho de 1978.
O sistema resumia- se a um modo automático de comunicação de tempos (relógio de ponto). O
sistema, nos seus primórdios, tinha a denominação de ACARS - ARINC Comunication Reporting
System, só mais tarde assumindo a forma atual de Aircraft Comunication Reporting System.
Ao longo dos tempos o sistema foi evoluindo, vendo ser incluída a capacidade de comunicação
digital, sistemas de gestão de voo e sistema de impressão.




2
ARINC – Empresa de engenharia de telecomunicações especializada no ramo dos transportes, fundada em 1929

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Funcionamento do Sistema
O ACARS é um sistema de data-link que opera entre a aeronave e a torre de controlo, através de
uma rede de estações recetora s-transmissoras.
O sistema consiste em equipamento de bordo (on-board ACARS equipment), equipamento em
terra e um provedor de serviço.
A bordo, o on-board ACARS equipment consiste num conjunto de equipamentos aviónicos,
contendo a unidade de gestão (MU - Manage ment Unit) e o painel de controlo da unidade.
É usado para transmit ir e receber dados ou mensagens que são apresentadas num painel
dedicado ao sistema. As mensagens a transmitir podem ser geradas automaticamente, ou podem
ser introduzidas manualmente por membros da tripulação.
Faz o roteamento das comunicações através das redes ar- terra por VHF, sendo que na atualidade
estas comunicações podem também ser feitas por HF ou por satélite. A MU, nas mais recentes
aeronaves passou a denominar-se de Comunications Managment Unit (ARINC 758
3
), possuindo
uma maior gama de possibilidades integrado no Integrated Modular Avionics.
4

O ACARS tratará, depois, de codificar as mensagens e sintonizar o VHF- 3 transciever de forma
enviar as mesmas.
Em terra, uma rede de transmissores -recetores radio (transcievers) faz a gestão das
comunicações, através de um computador central denominado AFEPS – Arinc Front End Processor
System). Por norma, as unidades de terra ACARS estão a cargo de agências governamentais como
a FAA
5
, sedes das companhias de grande dimensão ou, em casos de companhias aéreas de menor
dimensão, empresas sub-contratadas para o efeito. Usualmente, as agências governamentais são
responsáveis por autorizações, enquanto as companhias aéreas fazem o tratamento de situações
operacionais como h andling, manutenção ou questões relacionadas com passageiros.
O Provedor de serviço, (DSP) gere a da rede de comunicações que entrega as mensagens, seja de
terra-ar ou vice-versa. Na rede ACARS, todas as mensagens são enviadas para um local central de
processamento. O DSP encaminha a mensagem para os end-systems
6
. Existem, na atualidade,
duas grandes empresas que são as principais provedoras de serviços, ARINC e SITA . Contudo, em

3
ARINC 758 – Define os standards para o Comunication Managment System – Versão 2
4
Integrated Modual Avionics – Modulo que monitoriza, em tempo real os sistemas da aeronave em voo.
5
FAA – Federal Aviation Administration - Agência governamental americana que tem a incumbência de gerir a aviação civil nos
Estados Unidos.

6
End systems – sistemas ligados à rede computacional, com os quais os utilizadores interagem.

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alguns.

Fig. 2 - Diagrama de sistema de comunicações ACARS.

Componentes do Sistema
Unidade de Gestão – Management Unit
O coração do sistema ACARS é a unidade de gestão (MU – Management Unit, ou CMU-
Comunications Management Unit). Tem como função rotear as comunicações para terra,
escolhendo qual o modo mais eficiente de o fazer (VHF, HF ou Satélite). Em muitos casos, a MU
também funciona como um end- system, como por exemplo em mensagens AOC (descrição em
capitulo posterior).
ACARS Management Unit – Interface com Flight Management Systems
A Management Unit do ACARS interliga com o FMS – Flight Management Systems, através de um
datalink
7
agindo como sistema de comunicação para informar planos de voo e condições
atmosféricas, de terra para o FMS. Isto possibilita que a companhia aérea faça atualizações
(updates) acerca destes fatores para o FMS durante o voo e possibilita, também, a que tripulação
faça a avaliação de alterações nas condições atmosféricas em tempo real, ou consulte planos
alternativos de voo.
O VHF-3
8
pode também ser usado para comunicações de voz, modo de operação de voz (v oice
mode), podendo estas ser simplificadas usando o ACARS. A tripulação pode enviar uma mensagem
downlink, pedindo para falar com um serviço em terra, podendo esta mensagem conter até o nº
de telefone desse mesmo serviço. O serviço em terra faz então os procedimentos, faz o uplink da
frequência que a tripulação necessitará de sintonizar, e comanda o sistema ACARS de forma a
comutar automaticamente para o modo de voz.

7
Datalink – conexão entre dois pontos, de forma a receber e enviar dados.
8
VHF-3 - Comunicação na gama very high Frequency, no canal 3 , entre os 118 e os 132 MHZ.

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Fig. 3 – Representação de painel CDU e MU.

Impressora de dados
(DataLink Printer)
Impressora localizada no cockpit que pode ser ativada a partir de terra, de forma a imprimir
mensagens Uplink (terra para ar).

Fig. 4 – Impressão de mensagem ACARS.

Computador de manutenção (Maintenance computer)
Faz o downlink de mensagens de diagnóstico . Em sistemas mais recentes, o troubleshooting pode
ser conduzindo a partir de terra, enviando mensagens para bordo de forma a correr rotinas de
diagnóstico no computador de manutenção e analisar dados recebidos.
Terminal de Cabine (Cabin Terminal)
Terminal localizado na cabine, utilizado pelos membros da tripulação de forma a comunicar
necessidades especiais dos passageiros, mudanças de portas de embarque devido a atrasos,
questões relacionadas com o Catering, etc.

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Tipos de mensagens ACARS
Neste sistema, o utilizador pode criar uma mensagem e envia-la via ACARS, para um sistema ou
para um utilizador no solo e vice-versa. As mensagens podem ser enviadas automática ou
manualmente.
Existem três categorias de mensagens que podem ser enviadas através do ACARS:

Air Trafic Control
As mensagens ATC são usadas para comunicar entre a aeronave e a t orre de controlo de tráfego
aéreo. Estas mensagens são definidas no ARINC STANDARD 623
9
. As mensagens ATC são usadas
pela tripulação de voo de forma a pedir autorizações de aproximação ou outras (clearances) e por
parte dos controladores de voo para permitir, ou não, essas aproximações.
Aeronautical Operational Control e Airline Administrative Control
Mensagens AOC e AAC são utilizadas para comunicar entre a aeronave e a base. Estas mensagens
estão standarizadas no ARINC Standard 633
10
ou definidas pelo utilizador, sendo que neste caso
têm que seguir as linhas orientadoras do ARINC Standard 618
11
.
Há vários tipos de mensagens que podem ser enviadas neste sentido, como consumo de
combustível, performance do motor, posição geográfica da aeronave, ou texto livre.

Fig. 5 - Exemplo de mensagem ACARS de texto livre.




9
ARINC Standard 623 – Define os standard para as mensagens ACT
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ARINC Standard 633 – Define os standard para as mensagens AOC
11
ARINC Standard 618 – Define os standard para o formato das mensagens enviadas e recebidas através da MU.

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Exemplos práticos de mensagens ACARS
Informação pré voo - Departure information or Delay Downlink
Se um piloto necessitar de informar o centro de operações de que o seu voo está atrasado, devido
a uma ordem do controlo de trafego aéreo, o piloto ativa o ecrã CMU do MCDU
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e carrega a
mensagem com a razão e duração do atraso. Após o piloto pressionar o botão SEND, o sistema
codifica a informação numa mensagem de formato digital.
Esta mensagem pode conter informações como o número de registo da aeronave, origem e
destino, o tempo esperado de chegada antes e depois do atraso, etc.
Cada mensagem pode conter um máximo de 220 carateres.


Fig. 6 - Exemplo de uma comunicação pré- voo ACARS.

Pedidos de informação do estado do tempo - Weather report Downlink and Uplink
Neste sentido, a tripulação pode requerer uma atualização do estado meteorológico para a base
de operações, sendo esta construída automaticamente no computador central da base. A
mensagem contem o número de registo da aeronave no topo da página , contendo o resto da
mensagem a informação do estado do tempo.


Fig. 7 - Pedido de informação do estado do tempo por ACARS.

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MCDU – Multifunction Control Display Unit – Display multifunções localizado no cockpit.

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FDAMS
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message downlink
Este tipo de comunicação é tida quando o sistema deteta algum parâmetro fora do normal, como
por exemplo, vibração do motor ou temperatura do óleo acima do normal. Neste caso, o sistema
envia automaticamente os dados para a MU, usando o protocolo ARINC 619
14
de comunicação de
dados. De seguida, a MU encaminha esta mensagem par a a central de operações da companhia
aérea, ou diretamente para o departamento de manutenção, para que possam ser preparadas as
ações necessárias de manutenção ou reparação.
OOOI Events.
Um papel fundamental do sistema ACARS é o de automaticamente detetar e reportar o início de
cada fase de voo. Estes são os OOOI events- Out of gate, Off the ground, On the ground e Into the
gate. Traduzindo e descodificando: fora da porta de embarque, descolando, aterrando e na porta
de embarque.
Estes eventos são detetados através de sensores montados nas portas, travões e amortecedores.
No início de cada fase da operação de voo, as mensagens ACARS são transmitidas para o solo,
descriminando:
• Fase de voo.
• Momento no tempo em que o evento ocorre.
• Origem e destino do voo.
• Quantidade de combustível na aeronave.
Estas mensagens são usadas, essencialmente, para monitorizar o estado do voo e tripulação.

Comunicações

As comunicações nos sistemas modernos de ACARS podem ser tidas de três formas diferentes:
Rede VHF, HF ou SATCOM.
Dependendo da posição no globo, se está sobre terra ou mar, se está nos polos ou em regiões
centrais do globo, o sistema, através da M U, automaticamente seleciona o meio de comunicação
com melhor cobertura em qualquer momento que seja necessário comunicar.


Fig. 8 – Localização das antenas na aeronave.

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FDAMS -Flight Data Acquisition & Management System – Sistema de receção e gestão de dados de voo.
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ARINC 619 – Define os protocolos que a MU usa para transferir dados entre outros sistemas avió nicos da aeronave.

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Rede VHF

Uma rede de estações VHF em terra asseguram que a aeronave pode comunicar com os sistemas
em tempo real, praticamente de qualquer parte do mundo.
As comunicações VHF são tidas em linha de vista, e possibilitam comunicação com transcievers
baseados em terra, vulgarmente denominados de estações remotas de terra (RGSs - Remote
Ground Stations). O alcance depende da altitude da aeronave, sendo em média, a alta a altitude,
de 300 km.
Contudo, as comunicações VHF são apenas aplicáveis em locais que tenham uma rede de
comunicações posicionadas para o efeito.
A frequência de referência na Europa para o ACARS é 131.725MHZ. Qualquer outra frequência é
pode ser selecionável na MCDU, consoante a zona geográfica do globo.


Fig. 8 - Frequências em diversos pontos do globo.



Fig. 9 - Seletor de frequências no cockpit. Fig. 10 – modelo de comunicação VHF.

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Codificação Digital VHF

A Management Unit codifica os dados para a transmissão em séries de 1200HZ ou 2400HZ.

Um tom de 1200Hz indica uma mudança de bit e de sinal (0 para 1 ou 1 para 0) enquanto um tom
de 2400HZ indica que não há mudança de bit (0 para 0 ou 1 para 1).

Fig. 11 – mapa de transição de sinal.

A MU fornece o código para sintonia ao transciever VHF na Porta A do mesmo.

As especificações para a transmissão de dados (receber ou enviar) estão descritos no ARINC
standard 429. A comunicação é tida em modo Half- Duplex, sendo um barramento de dados usado
para transmitir dados e outro barramento usado para receber dados.

O sinal transmitido para do ACARS MU para o VHF-3 modula o sinal rádio VHF enviado da aeronave
para terra. Inversamente, o sinal transmito do VHF3 para a UM da ACARS é obtido após
desmodulação do sinal rádio proveniente do solo.

O resultado deste código é uma transmissão a 2400 bits por segundo, seja terra-aeronave ou vice-
versa.

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SATCOM subnetwork

SATCOM
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é o mais recente canal de comunicação usado pelo sistema ACARS, providenciando
cobertura por todo o Globo.

Dependendo no sistema satélite utilizado ( IRIDIUM ou INMARSAT ) a cobertura pode ser limitada
ou inexistente em certas latitudes, como nos polos por ex.


Fig. 12 – Diagrama de comunicação por satélite.

HF Subnetwork

Datalink por HF
16
é uma rede relativamente nova, completada apenas em 2001.

As Aeronaves que tenham HF ou SATCOM datalink podem navegar em rotas polares e manter
comunicação com sistemas no solo (ATC e AOC).

Este meio de comunicação, funciona a uma frequência significativa mente mais baixa que VHF, o
que por um lado apresenta vantagens a nível de distancia a que se pode comunicar, mas por outro
lado trás desvantagens como zonas de sombra devido ao fator reflexão, e uma largura de banda
reduzida, o que se traduz em menor capacidade de envio de informação em cada pacote de
mensagem enviado.

A ARINC é a o único provedor de serviço para a HF datalink.


Fig. 13 – propagação de ondas em modo VHF e HF

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SATCOM – Termo usado para descrever Satallite comunication, comunicação por satélite
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HF – High frequency – Gama de alta frequência, localizada entre os 3 e os 30 MHZ.

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Papel do ACARS em acidentes e incidentes aéreos
Muitos foram os casos em que o ACARS desempenhou um papel importante, quer na mitigação
de possíveis acidentes, quer, em caso de efetivo acidente, na ajuda na busca e salvamento e na
ajuda em entender as causas que contribuíram para a tragédia.
Neste campo, e analisando apenas um passado recente, impo rta relatar três casos que mostram
a importância do sistema ACARS na investigação de acidentes aéreos.
Air France A330 – Air France #447
Um dos acidentes aéreos mais marcantes dos últimos anos foi o que aconteceu com o voo 447 da
Air France. Este voo fazia a ligação Rio de Janeiro – Paris, despenhando-se no oceano Atlântico.
As buscas para encontrar o avião, ou mesmo qualquer parte ou componente que ajudasse a
localizar a aeronave, duraram quase 2 anos, envolvendo vários países e custando vários milhões
de euros. Este marco na investigação de acidentes aéreos trouxe à discussão a possibilidade de
criar, no sistema ACARS, uma componente Online -blackBox (caixa negra) , de forma a reduzir os
efeitos adversos de, em caso de acidente, não se localizar um g ravador de dados de voo ou voz.

Boeing 777 – Malaysia Airlines #370
Em março de 2014, a análise de mensagens ACARS e radar Doppler
17
do voo 370 da Malaysia
Airlines teve um papel muito importante, no sentido de reduzir o raio de possibilidade de
despenhamento do avião.
Apesar do sistema primário de ACARS ter sido desligado, um sistema secundário Classic Aero
manteve-se ativo enquanto a aeronave esteve ligada, tentando comunicar com o satélite
Inmarsat de hora a hora.

Airbus A320 – EgyptAir #804
Um ultimo caso a analisar é o do acidente em Maio de 2016 com o voo MS804 da EgyptAir. Neste
caso, o sistema ACARS reportou irregularidades, em três ocasiões distintas, num espaço de 24
horas antes do acidente ocorrido no mediterrâneo e que matou todas as 66 pessoas a bordo,
levando a três aterragens de emergência. A natureza das irregularidades nunca foi explicada, mas
em todos os casos, após verificação, a base de operações da EgiptAir deu autorização para
continuar o voo.






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Radar Doppler – Radar usado a fim de medir velocidades, detectar presença de objetos, identificar fenômenos meteorológicos .

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Conclusão
Conseguimos concluir que, com este sistema, a tripulação tem a sua carga de trabalhos bastante
mais reduzida, pois algumas tarefas que anteriormente eram efetuadas por mão humana, são
agora totalmente automáticas.
Para além do fator de trabalho a bordo, também as companhias aéreas, e mais especificamente
os seus departamentos de manutenção, podem, com o contributo dos constantes updates e
reports fornecidos pelo sistema ACARS, preparar atempadamente possíveis ações de manutenção
e reparação.
É um equipamento que foi sendo modernizado ao longo dos anos, traduzindo-se na atualidade
num sistema quase totalmente automático, multifuncional, interligado com a maioria dos
sistema-chave do avião, e que conta com vários meios de comunicação, com cobertura ,
virtualmente em toda a superfície do globo.
É, portanto, um equipamento de fulcral importância no bom funcionamento da operação aérea
de uma aeronave.

Bibliografia
Documentação:
Wikipedia - Aircraft Communications Addressing and Reporting System -
https://pt.wikipedia.org/wiki/Aircraft_Communication_Addressing_and_Reporting_System

Wikipedia - Aircraft Communications Addressing and Reporting System – versão 2
https://en.wikipedia.org/wiki/Aircraft_Communications_Addressing_and_Reporting_System
SITA – Aircom New Generation Services 2010 – From ACARS to ICAO and IP Services
Documento digital obtido em https://pt.scribd.com/document/235755796/ACARS
Imagens e ilustrações: Fig. 6 e 7
http://www.hoppie.nl/acars/oooi.png
Fig. 4, 5 e 10
https://en.wikipedia.org/wiki/Aircraft_Communications_Addressing_and_Reporting_System

Fig 2,3 8, e 11
SITA – Aircom New Generation Services 2010 – From ACARS to ICAO and IP Services
Documento digital obtido em https://pt.scribd.com/document/235755796/ACARS


Fig. 1
SPECTRALUX -
http://www.spectralux.com/wp-content/uploads/2015/05/Dlink-
AOC_Left_Facing_Black_R11.png
Fig. 12
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/VHF_-_HF.JPG


Fig. 13
Theweakestlink.es - https://www.theweakestlink.es/index.php/tag/acars/


Lisboa, Janeiro de 2017