<B1E8B1E2C1F8B3EDB9AE2E687770>

Transcription

1 2003 學年度碩士學位論文 위성항행시스템 (CNS/ATM) 의구축방안에관한연구 ( A Study on The Plan of Constructing CNS/ATM Systems) - 항공항법분야 (GNSS) - 指導敎授 李鎭九 東國大學校産業技術環境大學院 情報通信工學專攻 金棊珍

2 2003 學年度碩士學位論文 위성항행시스템 (CNS/ATM) 의구축방안에관한연구 (A Study on The Plan of Constructing CNS/ATM Systems) - 항공항법분야 (GNSS) - 金棊珍 指導敎授 李鎭九 이論文을碩士學位論文으로提出함 2004 年 7 月日金棊珍의工學碩士學位論文을承認함 2004 年 7 月日 委員長 ( 印 ) 委 員 ( 印 ) 委 員 ( 印 ) 東國大學校産業技術環境大學院

3 요 약 위성항행시스템 (CNS/ATM) 의구축방안에관한연구 A Study on The Plan of Constructing CNS/ATM Systems - 항공항법분야 (GNSS) - 김기진동국대학교산업기술환경대학원 gi - jin kim graduate school of industrial technology and environment, dongguk-university 최근항공교통수단의급속히증가하면서항공분야의발전에따라전세 계가일일생활권으로도약하게되었다. 이런항공분야의발전으로항공기 의안전성이대두되면서현재의항행시설 (ILS, RADAR, VOR) 로서는갈수 록발전하는항공교통수요를처리하기에정밀도, 안전성 등이기준치를 만족할수없는것이현실이다. 현재사용하고있는이 착륙시설은 1950~1960년대민간항공분야에도입되기시작하여기술적으로발전하였으나전파의기본원리인직진성으로인한통달거리의제한으로대양상, 산악지형, 장애물지역이많은곳에서는전파의수신상태가제한적요소가있으며, 항공수요가증가함에따라주파수포화현상 ( 항공용주파수부족 ) 등제한적요소가급속도로나타나고있으며, - 3 -

4 공항별설치및운영에따른운영, 관리에대한막대한비용이소요된다. 따라서국제민간항공기구 (ICAO) 에서는 1983년새로운운용개념과기술을연구하는 FANS 특별위원회를발촉하여항공항행분야에기존항행시스템대신 GPS 위성을이용하는것을의무적으로한위성항행시스템 (CNS/ATM) 을차세대항행안전시설로채택하게되었다. 1991년제10차항공항행회의에서 ICAO 조약국가들은 FANS(CNS/ATM) 개념을 21세기표준항행시스템으로채택하기로결의하고본격적인연구개발이진행되기시작하여현재빠른속도로연구개발및실용단계에이르고있는것이현실이다. 본논문에서는 GPS 시스템에대한이론적내용과현재개발중인위성 항행시스템 (CNS/ATM) 에대한개발현황등을살펴보고또한각국의추 진동향, 국제기준및 전략등을여러문헌과연구자료를통하여고찰해 보았으며국내설치현황과이용현황을토대로한구축현황을소개하고국내 구축방안에대하여연구하였다. 또한, 위성항행시스템 (CNS/ATM) 의본격적인적용시기인 2010 년까지 우리의구축방안을항법시스템 (GNSS) 위주로제시하였다. 위성항행시스템 (CNS/ATM) 조기구축을위해서는국내 외항공사에대한적극적인홍보와기술지원이필요한실정이며, 또한지상의항공교통관제 (ATC) 시스템과항공기간에자동적으로위성통신을이용한통신을주고받을수있는조종사 / 관제사 DATA LINK 통신시스템과위성항행시스템운영에따른위성항행관제절차또한연구가이루어져야하며그에따르 - 4 -

5 는교육프로그램역시개발되어야할것이다. 본격적인위성항법시스템적용시국내실정에적합한시스템도입과지속적인연구개발을통한독자적인위성항법시스템 (GNSS) 구축등많은노력과투자가필요하며이시스템을운영하기위한관리요원의양성또한필요할것이다

6 목 차 제 1 장서론 1 제2장 GPS 시스템의개요 4 제1절 GPS 시스템 ( 전세계측위시스템 ) 의기본개념 4 1. 위성부분 (Space Segment) 5 2. 지상관제 (Cotrol Segment) 5 3. 사용자부분 (User Segment) 6 제2절 GPS 동작원리 7 제3절 GPS 정확도 9 1. 민간용 GPS 신호 9 2. 군사용 GPS 신호 위치계산을위해사용되는측정치 11 1) 전리층오차 13 2) 대류층오차 14 3) 위성궤도오차및시계오차 14 4) 다중경로오차 15 제4절 GPS 활용분야 GLONASS GALLEO SBAS GBAS GRAS 20 제 3 장위성항행시스템 (CNS/ATM) 이론적고찰 22 제 1 절위성항행시스템 (CNS/ATM) 22 제 2 절위성항행시스템분야별세부내용

7 1. 항공통신분야 23 1) 기본개념 23 2) VHF DATA 통신시스템 25 3) 항공이동위성통신서비스 26 4) 항공종합통신 항법분야 29 1) 기본개념 29 2) 기존항법시설 30 3) CNS/ATM 항법시스템 감시분야 37 1) 기본개념 37 2) 기존감시시스템 37 3) 레이더 38 4) CNS/ATM 감시시스템 41 제4장위성항행시스템의동향 46 제1절각국의추진동향 미국의 GNSS 현황 유럽의 GNSS 개발현황 아시아테평양지역의 GNSS 개발현황 호주의 GNSS 현황 러시아의 GNSS 현황 일본의 GNSS 현황 항공사동향 73 제2절국제기준재정및각국의전략 73 제 5 장국내구축방안에관한연구 79 제 1 절국내구축현황 D-ATIS

8 1) 개요 80 2) 기존아날로그 ATIS 80 3) 디지털 ATIS 81 4) 국내공항 D-ATIS 설치현황 PDC 85 1) 개요 85 2) PDC 운영시설 86 3) 국내공항 PDC 설치현황 항법장치 (GBAS ) 구축 91 1) 개요 91 2) 추진경위 92 3) GBAS 시스템 94 4) GPS 안테나및수신기 96 5) VHF 데이터링크송신기 97 6) 비행시험과향후추진계획 98 제2절향후구축방안 100 제 6 장결론 105 참고문헌 107 ABSTRACT 109 부록

9 표목차 표 2 1 항법체계별정확보비교 4 표 2 2 GPS 부분별주요기능 7 표 2 3 SPS의예상되는정밀도 10 표 2 4 GPS의향상된정밀도비교 10 표 2 5 PPS를사용할경우예상정밀도 11 표 2 6 GPS 활용분야 16 표 3 1 항공관제통신분야발전단계 24 표 3 2 기존시설과의비교 24 표 3 3 위성항행시스템도입효과 29 표 3 4 항법의종류 30 표 3 5 기존시설과위성항법시설과의비교 31 표 3 6 WGS-84 좌표체계 36 표 3 7 ICAO 항공통신업무 38 표 3 8 TCAS 종류및개요 44 표 3 9 도입효과 45 표 4 1 ICAO의통신분야기술기준진행사항 46 표 4 2 항공데이터통신서비스제공회사현황 47 표 4 3 LAAS 개발단계 50 표 4 4 GNSS의공간신호성능요건 75 표 5 1 D-ATIS STANDARD 전문 85 표 5 2 국적항공사의 ACSRS 장착현황 87 표 5 3 D-ATIS 및 PDC 서비스제공내용 87 표 5 4 PDC STANDARD 전문 90 표 5 5 지상시스템의기능과하드웨어구성 96 표 5 6 HARRIS VDR-2135 및 PARKAIR T6X 사양

10 그림목차 그림 2 1 GPS 시스템의구성 6 그림 2 2 GPS 신호의구성 9 그림 2 3 Satellite Based Augmentation System Architecture 18 그림 2 4 Ground Based Augmentation System Architecture 19 그림 2 5 Type A GRAS Network 20 그림 2 6 Type B GRAS Network 21 그림 3 1 항공데이터통신망의구성도 28 그림 3 2 기존항법시설과위성항행시설 31 그림 3 3 항공기수신장치및위성이착륙표시장치 32 그림 3 4 김포공항 WGS84 좌표계체계도 36 그림 4 1 WADGPS SYSTEM 구성현황 50 그림 4 2 호주의 GRAS 운용개념도 65 그림 4 3 일본의 MTSAT 구성도 71 그림 4 4 일본의 ATM 센터운용개년도 72 그림 5 1 D-ATIS 시스템구성도 82 그림 5 2 국내구축망도 84 그림 5 3 네트워크구성도 84 그림 5 4 PDC 시스템구성도 88 그림 5 5 비행계획정보수신계통 89 그림 5 6 PDC 요청에의한센터의역할구성도 89 그림 5 7 PDC 요청시서버의자동발송메세지 90 그림 5 8 Approach Corerage Volume 98 그림 5 9 VHF Data Broadcast Volume 99 그림 5 10 비행점검시나리오 ( 울산공항 )

11 제 1 장서 론 최근항공산업이급속히발전하면서전세계가일일생활권으로도약하게되고항공기이착륙횟수증가등으로항공분야의안전성이대두되어현재의항행안전시설 (ILS, RADAR, VOR) 1) 로는갈수록발전하는항공교통수요를처리하기엔정밀도, 안전성등이기준치를만족할수없는현실이다. 항공분야는육상, 해상과는달리정확성및안전성이특히많이요구되며이러한요구사항을만족시길수있는방안이바로 GPS(Global osition System) 를이용한위성항법시스템 (GNSS; Global Navigation Satellite System) 이다. GPS 를이용한항공용항법시스템에서는아주작은오차또는조그만한 실수하나가예측할수없는대형사고를발생할수있기때문에수많은테 스트와비행실험을통한안전성및신뢰성을갖추어야만한다. 현재기본적인항공항행시스템은개발된단계이며더정밀하고안전한 시스템으로발전하기위한수많은테스트및보완을하고있는단계이다. 우리나라에서는 1998년건설교통부에서 ꡒ한국형위성항행시스템ꡓ개발 1) ILS( 계기착륙장치 ): Instrument Landing System ; 항공기정밀진입을위한표준착륙시설로유도, 거리, 위치, 진입각정보, VOR( 전방향표지시설 ):Very-higt-frequency Omni-directional Range; 국제표준항행원조시설로서방위거리정보제공, RADAR( 레이더 ): Radio Detection and Ranging; 항공교통관제및항공기정밀접근을위한보조시설 - 1 -

12 을위한기반조사및한국형 GNSS 기본설계를완료했으며 1999년건설교통부와 " 한국공항공사 " 의주관하에국내항공연구기관및대학연구소들과공동으로위성항행시스템개발사업을 5차에걸처용역수행을실시하는한편계속적인사업을추진하고있다. 위성항법시스템 (GNSS; Global Navigation Satellite System) 은운항하는항공기에게정밀한운항정보를제공하는시스템으로서기존의항행안전시설과비교하여정밀한정보제공이가능하며다양한이착륙각도를제공하는신개념의차세대의항법시스템이라할수있다 즉항공기와지상시스템은지상 2만 Km 상공에있는각기다른 3개이상의측지위성으로부터위치정보를수신하며, 지상시스템은측지위성의전리층지연, 대류층지연, 시계오차, 다중경로등오차정보를소프트웨어에의하여연산하며그오차정보를항공기에제공하게된다. 그결과운항하는항 공기는오차정보를포함하지않은정밀한위치정보를 운항 ( 이 착륙 ) 시 사용할수있게된다. 국제민간항공기구 (ICAO) 2) 에서는항공및해양항법분야에기존의항법 시스템대신 GPS 위성을이용하는것을의무적으로사용하도록추진하고 있다. GNSS 를이용한항법시스템은높은정확도와신뢰도를바탕으로비용절 감, 시간, 공간의제약이없어진다는장점을가지고있으며, 조종사가더이 2) 국제민간항공기구 (ICAO;International Civil Orgarmization):1947년 10월UN의경제사회이사회산하기구로출발, 조직은총회, 이사회, 사무총회로구성, 우리나라는 1952년 12 월1일제6차총회에서회원국으로가입 - 2 -

13 상지상기준항법장치에의해제한받지않아도되기때문에항공기가목 적지까지직행으로갈수있고이는바로연료비와시간의절감을가져올수 있다. 전세계적으로 GNSS에대한연구와개발이이루어지고있고전세계의위성항법시스템의수요예측보고서에따르면 GNSS 관련시장규모가 2005년경에육상항법분야 39억 $, 항공항법분야 19억 $, 해양항법분야13억 $ 등총310억 $ 정도까지성장할것으로내다보고있다. 유럽 (EU) 에서도약 418억 $ 정도의시장이형성될것으로예측하고있다. 본논문에서는 GPS 를이용한위성항행시스템 (CNS/ATM) 에대한개발현 황과외국의사례등개략적인내용을알아보고 현재개발중인위성항법 시스템 (GNSS) 에대한구축방안을제시하며향후발전방향에대한의견을 제시하고자한다

14 제 2 장 GPS 시스템의개요 제 1 절 GPS 시스템 ( 전세계측위시스템 ) 의기본개념 GPS(Global Positioning System) 에대한연구는미국방성에서 1960년대군사목적으로개발된인공위성을이용하여처음으로시작되었다. GPS 의정식명칭은 NAVSTAR/GPS 인데이것은 NAVigation System with Time And Rnging/Global Positioning System의 5 머리글자를딴것이다. GPS 는인공위성을이용하여시간, 장소, 기후에영향을받지않고사용자의 3차원정보 ( 위치, 속도, 시간 ) 를계산하는시스템으로 1993년민간항공분야에시험운용되어 1995년정상운영중이며, 참고로지금까지사용해왔던여러항법체계의정확도를비교해보면표2 1와같다. 표 2 1 항법체계별정확도비교 체계명 측위 (m) 속도 (m/s) 시간 (sec) 운용범위 OMEGA 2, 지구의90% INS 1,500 (1 시간후 ) 0.8 (2 시간후 ) - 전세계 TACAN 가시거리방위오차 3 TRANSIT 전세계 LORAN-C 지구의 10% NAVSTAR/ GPS 전세계 비고 위도, 경도다중통로의영향에취약전천후 24시간운용극지방에서는성능저하 위도, 경도, 극지방성능저하위치산출90분소요위도, 경도공간과간섭으로운용제한위도, 경도, 고도전천후24시간운용 ILS/MLS 가시거리비행장인접상공 - 4 -

15 또한 GPS 시스템의구성은크게위성 (Space), 지상관제 (Control), 사용자 (User) 부분으로나눌수있다. 각부분을그림 2 1 에나타내었다. 1. 위성부분 (Space Segment) 24개의위성군으로구성되어있으며각각의위성은셰슘및루비륨원자시계가각각 2개씩장착되어정밀한시간동기를유지하고각위성마다 PRN(Pseudo Random Noise) 코드라불리는고유한코드가있어각각의위성을구별할수있다, 위성은지상고도약 20,183Km에서원에가까운타원궤도를돌고있으며궤도경사각은 55도이다. 그리고적도면에일정간격으로분포된 6개의궤도면에각각 4개씩할당되어있어사용자가최소한 5개위성으로부터신호를수신할수있도록배열되어있다. GPS 위성이지구를한바퀴도는공전주기는정확하게 11시간58분으로하루에두번씩지구를공전한다. 2. 지상관제 (Control Segment) 전세계에위치하고있는관제국및송신국으로구성되어있다지상관제부분은크게 3가지로구성되어있는데여기에는주관제국 (MCS; Master Control Station) 과무인으로운영되는부관제국 (MS; Monitoring Station) 및지상송신국 (GA; Up-Link Ground Antenna) 이있다주관제국은 GPS 시스템을관리하고통제하는중심이며미국의콜로라도스프링스 (Colorado Springs) 에있는펠콘공군기지에위치해있다. 주관제국은부관제국으로부터자료를받아위성이자신의궤도를유지하는데필요한위성궤도를포함항법메시지를만들어낸다. 주관제국과부관제국, 지상송신국사이의통신은 GPS가아닌다른통신위성을이용한다. 부관제국은세계적으로고 - 5 -

16 루분포된 5개의 GPS 감시국으로구성되어있으며상공을지나는모든 GPS위성을추적하여위성까지의거리와거리변화율을동시에측정한다. 지상송신국은 3개로서이의임무는위성과통신하여 (S-band: Up-Link 1,783.7MHz, Down-Link 2,227.5MHz ) 위성상태에관한자료를수신하고위성을제어하는신호와주관제국으로부터받은새로운항법메시지를위성으로전송한다. 3. 사용자부분 (User Segment) GPS수신기와안테나그리고자료처리소프트웨어로구성되어있으며 GPS위성으로부터신호를수신하여안테나의위치 (Position), 속도 (Velocity), 시간 (Time) 을계산한다. 2개이상의수신기로동시에관측할경우에두안테나사이의상대거리와기선의방위각및고도각은물론거리차이의 3차 원성분까지도정밀하게측정할수있다. 표 2 2 에에서 GPS 의부분별 주요기능을나타내었다. 그림 2 1 GPS 시스템의구성 - 6 -

17 표 2 2 GPS 부분별주요기능 구분주요기능 위성부분 ( 우주부분 ) 지구중심으로부터 Km 상공, 55도의기울기각 (Inclination Angle) 을가진 6개의원형궤도면 (Circular Orbit) 위에각각 4개씩배치되어있는 24개의 GPS 위성들로구성 GPS 위성은약 12시간의주기를가지고지구주위를돌며, 아주정확한원자시계의시각정보를가지고있음 1궤도고도 :20,200Km,2궤도개수:6개3위성개수:24개4동작위성:21개5예비위성 :3개6공전주`기:12시간(11시간58분) 사용자부분 GPS 위성신호를수신하는안테나와항법데이터를뽑아내고위치시간을 계산하는 GPS 수신기, 그리고이를응용해각각의특정한목적을이루기 위해개발된다양한장치 (Equipment) 로구성 관제부분 GPS 위성관제국은 5 개의감시기지국 (Monitor Station), 4 개의지상안테 나송신국 (Ground Antenna Upload Station) 그리고운영관제국 (Operational Control Segment) 으로구성 제 2 절 GPS 동작원리 GPS 가어떤원리로동작하는가를이해하는것은개념적으로매우간단 하다. 삼각측량법은 2 차원상에서위치를알고있는두점을각각 A 와 B 라하 고미지의한점은 X 라고했을때 A, B 의위치와이두점과 X 사이의거 리를이용해미지의점 X 의위치를구하는방법이다

18 3차원상에서는위치를알고있는 3개의점이필요할것이고이에해당하는것이 GPS위성이며우리가알고자하는위치가미지의한점이되며위성과미지의점사이의거리정보를제공하는것이 GPS 동작기술이다. 근본적으로 GPS는삼각측량의원리를사용하는데두각의크기와그사이변의길이를측정함으로결정되는데반해 GPS에서는알고싶은점을사이에두고있는두변의길이를측정함으로미지의점의위치를결정한다는것이고전적인삼각측량과의차이라할수있다인공위성으로부터수신기까지의거리는각위성에서발생시키는코드신호의발생시점과수신시점의시간차이를측정한다음여기에빛의속도를곱하여계산한다. 거리 ( 인공위성 - 수신기 )= 빛의속도 ( 전파속도 ) * 경과시간 ( 소요시간 ) 실제로위성의위치를기준으로수신기의위치를결정하기위해서는거리자료외에도위성의정확한위치를알아야하는데이위성의위치를계산하는데는 GPS 위성으로부터전송되는궤도력을사용한다. 그림2 2는 GPS 신호의구성을나타내며각위성은두가지의다른주파수의신호를동시에발생시키는데 L1 반송파라고알려진 GHz주파수와 L2 반송파라불리는 GHz주파수의신호로구성되어있다. 이러한반송파에중첩되는정보 PRN(Pseudo-Random Noise) 코드와항법메세지 (Navigation Message) 로이루어진다. PRN 코드는각위성마다유일하도록서로다르며이진부호로구성되는데매우길고복잡하기때문에신호자체만보았을때는의미를파악할수없다. 사실상 PRN 코드는어떠한정보를담고있는것이아니라이름에서알수있듯이어떠한규칙에의해만들어지는불규칙한이진수열로써위성 - 8 -

19 자료를거리를측정하는데사용되기위한것이다. 이 PRN 코드는다시두종류의코드로나누어지는데 Coasrse Acquisition 이라고불리는 C/A 코드는민간신호라고도하며특별히허락받지않은개인이나단체도이용할수있으나 P부호 (Precise CODE) 는군용신호로서신호의암호화가이루어지므로민간에서이용하기위해서는허가가필요하다. 그림 2 2 GPS 신호의구성 제 3 절 GPS 의정확도 1. 민간용 GPS 신호 민간이용자들은 SPS(Standard Positioning System) 를무료로제한없이수신받을있다. 대부분의수신기는 SPS 신호를받을수있도록되어있으며 SPS의정밀도는미국방송의정책에의해고의잡음 (SA: Selective Availability) 신호의혼합으로그정밀도가약간떨어진다. 표 2 3 은 SPS 의예상되는정밀도를표로나타내었다

20 표 2 3 SPS 의예상되는정밀도 수평오차수직오차시간오차 100m 이내 150m 이내 167 * 10-9 초 이수치들은 95% 정밀도내의오차를말하는것임 그러나 2000년 5월 1일미국방성에서고의잡음신호인 SA(Selective Availability) 를중단함으로 GPS 신호의정밀도가크게향상되어 100m 정도의수평오차를갖던 GPS 정밀도가현재는 10m 안팍의정밀도를제공할수있게되었다 2. 표 2 4에서 GPS의향상된정밀도의비교를표로나타내었다 표 2 4 GPS 의향상된정밀도비교 수평오차수평오차수직오차 고의잡음 (SA) 수신 61.10m m 고의잡음 (SA) 제거후 8.35m 18.15m C/A (Clear Aquisition) PN 코드 - 민간용 (civlian) 코드 : Standard Positioning Service (SPS) - 짧은코드 : lms long sequence of ± 1 steps at f 0 /10 - C/A 코드의산출방식은공개 - 수신기에서신호의포착이용이 5 2. 군사용 GPS 신호 군사용 GPS 인 PPS(Precise Positioning System) 는암호해독장치를갖춘 허가된사용자만이특별히고안된수신기를이용하여수신할수있다. 미군 과연합군일부미국정부기관과기타미정부로부터선택된민간사용자들

21 이대상이되며표 2 5 와같이 PPS 를사용할경우더욱향상된정밀도를 유지할수있다는것을볼수있다. 표 2 5 PPS 를사용할경우예상정밀도 수평오차수직오차시간오차 17.8M 27.7M 100 * 10-9 초 P(Precision)PN 코드 - 군용 (military) 코드 :Pricise Positioning Service(PPS) - 기본주파수 : MHz - 긴코드 :267 day(38week) long sepuence of ± step at f 0. 1주 segment 는사용안함. 5주 segment 는 pseudolite 라불리며지상국에서사용하기위하여예약. 32 주의내용이위성마다다르게지정되어있음. - P 코드의산출방식은공개 - 수신기에서신호의포착이어려움 5 3. 위치계산을위해사용되는측정치 위성항법시스템에서위치계산을위해사용되는측정치는코드에의한의사거리와반송파에의한반송파위상이다. 의사거리는위성으로부터전송되는코드가 GPS 수신기에도달하는데걸린시간을측정하여계산되며반송파위상은위성으로부터전송된반송파와수신기에서생성된반송파사이의맥놀이신호로부터계산된다

22 GPS 위성으로부터전송된코드신호에의한거리측정치는식 (1) 과같다. ρ=(r - R μ ) e + i+ t- B s + B +δr + u β +δ+ E β (1) e = R - R μ R - R μ (2) 여기서 ρ: 수신기로부터 GPS 위성까지의거리 R : 지구중심에대한 GPS 위성의위치벡터 R μ : 지구중심에대한수신기의위치 e : 수신기로부터위성까지의단위벡터 (unit vector) i : 수신기로부터위성까지의전리층지연 (ionospheric delay) t : 수신기로부터위성까지의대류층지연 (tropospheric delay) B s : 위성시계오차 B : 수신기시계오차 δ R : 위성궤도오차 (ephemeris error) u β : 코드의다중경로오차 (multi - path error) δ : 고의잡음에의한오차 (Selective Availability) E β : 코드잡음 일반적으로 C/A 코드의정밀도는약 0.3m 이고 P 코드의정밀도는약 3cm 이므로코드잡음을제외한나머지오차항이제거되면수 m, 혹은 수십 cm 수준의위치정확도를얻을수있다. GPS 위성으로부터전송된반송파에의한반송파위상측정치는식 (3) 과 같다

23 Φ=(R - R μ ) e- i+ t- B s + B +δr + μ Φ + E Φ +λ N --- (3) Φ : 반송파위상측정치 u Φ : 반송파위상의다중경로오차 E Φ : 반송파잡음 λ : 반송파잡음 N : 미지정수 일반적인반송파위상측정치의잡음수준은약 3mm 이므로나머지오차항을제거하면 cm 수준의위치정확도를얻을수있다. 그러나높은위치정확도를얻기위해미지정수를정확히계산해야하며일반적으로하나의 GPS 수신기의측정치만으로는미지정수를구하는것이불가능하므로적절한차분기법을적용하여차분된미지정수를계산하여야한다. 차분기법에의해서도소거되지않는오차항이존재하므로올바른미지정수추정을위 해이러한오차의영향이최소화되어야한다 18. 위성항법시스템의오 차요인으로는 1) 전리층오차 전리층오차는약 250km 고도상에집중적으로분포되어있는자유전자 (free electron) 와 GPS 위성신호와의간섭 (interference) 현상에의해발생한다. 전리층오차는고의잡음제거이후가장큰오차요인으로작용하고있다. 전리층오차는코드측정치에서는지연 (delay), 반송파위상측정치에서는앞섬 (advance) 형태로발생한다. 전리층오차는약 7m 내외로오후 2시경에최대값을지니며밤에는전리층활동량이적으므로최소값을지닌다. 전

24 리층오차는전리층을통과하는신호의주파수에의해결정되므로이중주파수에대한측정치를이용하면전리층오차를계산할수있다. 일반적으로전리층지연을보정하는데쓰이는전리층모형식 (model) 으로서 Klobuchar 모형식이있으며이것을사용하면약 50% 정도까지의오차보정효과가나타난다. 2) 대류층오차 대류층오차는고도 50km 까지의대류층에의한 GPS 위성신호굴절 (refraction) 현상으로인해발생하며코드측정치및반송파위상측정치모두에서지연형태로나타난다. 대류층오차의크기는약 3m ~ 20m로서기저선의길이가짧고기준국과사용자사이의고도 (altitude) 차이가작을경우, 오차상관관계 (correlation) 가크므로차분기법에의해상쇄된다. 3) 위성궤도오차및시계오차 위성궤도오차는위성위치를구하는데필요한위성궤도정보의부정확성으로인해발생한다. 위성궤도오차의크기는 1m 내외이다. 위성시계오차는 GPS 위성에내장되어있는시계의부정확성으로인해발생한다. 일반적으로위성에내장된시계는매우정확하므로시계오차를충분한정확도로예측할수있다. 위성시계오차의크기는 1~2m 정도이다. 이와같은결과는고의잡음이제거된이후 2001년 10월미국방성발표내용을기준으로한것으로고의잡음이포함되었을경우에는이부분의오차항이전체측정치에가장큰영향을미치게된다. 위성궤도오차및시계오차는기저선길이가짧을경우역시상관관계가크므로수신기차분기법에의해상쇄된다

25 4) 다중경로오차 다중경로오차는 GPS 위성으로부터직접수신된전파이외에부가적으로주위의지형지물에의해반사된 (reflected) 전파로인해발생하는오차이다. 다중경로오차는코드에의한의사거리측정치에서는 20m 이내, 반송파위성측정치에서는 5cm 이내의크기를지니는것으로알려져있다. 다중경로오차는전파의반사요인에의해성질이결정되므로차분기법에의해상쇄되지않는다. 그러므로다중경로오차의영향을최소화하기위해반사된전파의영향이없거나이를차단할수있도록 GPS 안테나를설치해야한다. 끝으로사이클슬립은 GPS 반송파위상추적회로 (Phase Lock Loop : PLL) 에서반송파위상치의값을순간적으로획득에실패함으로인해발생하는오차이다. 사이클슬립은주로 GPS 안테나주위의지형지물에의한신호단절, 높은신호잡음및낯은신호강도 (signal strength) 로인해발생한다. 이러한사이클슬립은반송파위상데이터를사용하는정밀위치측정분야에서는매우큰영향을미칠수있으므로사이클슬립의검출은매우중요하다. 제 4 절 GPS 의활용분야 앞에서언급한바와같이 GPS는표 2 6 과같이우리실생활에이미깊숙이자리잡고있다. 가장가까운곳에서찾는다면휴대폰이대표적이며기지국은상호간의동기를 GPS 시계를사용하고있다. GPS 활용분야는여러분야에서폭넓게사용되고있다

26 표 2-6 GPS 활용분야 분야 육상분야 (ITS/ 차량항법 ) 항공분야 응용분야 차량관제, 응급상황대응, 차량통제및제어, 고속도로항법및유도등 대양항해, 지상경계, 비정밀접근 / 착륙,CATⅠ,Ⅱ,Ⅲ, 접근및착륙 해양분야대양항해, 연안항해, 선박통제관리, 어군탐지, 군사분야군사훈련, 무기유도측량및과학원격탐사, 지도제작, 측량,GIS, 항공지구물리우주분야위성체자세제어결정, 위성체궤도결정기타부문육 / 해 / 공군의실시간항법및위치결정, 군작전시스템유사일유도등운송분야에서도해상운송에서는오래전부터 GPS를이용한항해기술이보편화되어있으며육상교통에서도요즘카네비게이션시스템의등장으로 GPS 활용도가한층높아졌다. 하지만항공분야는 3차원좌표를사용하고여타의운송수단보다고속의운송수단으로그안전성및신뢰성이높아야한다. 따라서국제민간항공기구 (ICAO) 및미국의 FAA 3) 에서는 80년대부터 GPS를이용한항공용항법시스템을연구개발하였으며, 현재는정밀접근용항법장치로서거의실용단계에있다. 위성항법시스템의구성요소로는 GPS, GLONASS, GALILEO, SBAS, GBAS, GRAS 등이있다 GLONASS GLONASS 는러시아에서개발한위성항법시스템으로 GPS 와매우유 사한구성을가지고있다. 본래는 24 개의위성을운용하였으나러시아의경 제사정이악화됨으로서현재는 6 개의위성만이제한없이운용중이다. 따라 3) FAA: Federal Aviation Administration( 미국연방항공청 ) 년항공법에의거상무부산하에 Aeronautics Branch 설립하여 1958 년 Faderal Aviation Agency 로개칭설비하고 1967 년교통부로이관됨

27 서현재는 GLONASS를 GPS 와통합하여사용하려는연구들이활발하게진행되고있다. 러시아에서는 2005년까지 GLONASS-M을포함해서 개의위성을운용할예정이고이외도 GLONASS-K를운용하기위한계획을세우고있다 GALLEO 갈릴레오는유럽에서미국의 GPS 를견제하기위해계획중인제3의 GNSS시스템이다. 이시스템은 2002 ~ 2005년사이에개발및평가가이루어질계획이고 2006년경부터설치에들어가 2008년부터운용단계서비스계획을가지고있다. 3. SBAS(Satellite Based Augmentation System) SBAS 는위성을이용한보정항법시스템으로그림 2 3은 SBAS의구성을나타낸다. GNSS 는위성으로부터의신호만을사용했을때는여러가지오차요인들때문에큰위치오차가발생할수있다. 또한항공기의안전을위해반드시만족해야할무결성요구조건들을만족시키기가어렵다. 따라서이를보정하기위한여러가지보정항법알고리즘들이개발되었는데그중하나가 SBAS 이다. SBAS 는 WADGPS 의보정알고리즘을사용하여보정정보를정지궤도위성에서전송해주기때문에 GBAS 에비해넓은지역에대해보정서비스를해줄수있다는장점이있다. 이알고리즘을사용하여미국에서는 WAAS, 유럽에서는 EGNOS, 일본에서는 MSAS 등의시스템을개발중이고 2003년 년중에운용을계획하고있다 SBAS 는상대적으로적은수의지상기반시설을이용한다는점과 CAT-I 수준의정밀접근서비스를광역에걸처제공할수있다는점에서

28 매력적이지만, 시스템의복잡성과그러한시스템을구축하기위한비용측면 에서여러국가나지역에서이시스템을채택하는것은비현실적이다. 그림 2 3 Satellite Based Augmentation System Architecture 4. GBAS(Ground Based Augmentation System) 그림 2 4 는 GBAS 의구성을나타낸것으로 GBAS 는 DGPS 알고리즘을사용하고보정정보를지상의기준국에서 VHF를통해항공기측으로방송해준다. 따라서 SBAS 에비해좁은지역에서비스를할수있지만 SBAS 의사용이불가능한지역이나보다높은정확도를요하는지역에서사용될수있다. 미국과유럽에서인증된 CAT-Ⅰ 급 4) GBAS 지상기준국은 2002~2003년에운용될예정이다 16. GBAS 는공항또는그주변에의비교적좁은지역에내에 3~4 개의기준 수신기들로이루어진몇개의수신기집합들로구성된다. 이기준수신기들 은항법위성의신호를모니터하며의사거리측정값들을중앙처리기관으로 4) 활주로운영등급 (CAT-1,II,III) - CAT-I (Category-I): 운고 60m 시정 800m 이상의기상상태에서항공기가 ILS 나 GCA 를이용하여이착륙 - CAT-II(Category-II) : 운공 30m 시정 400m 이상의기상상태 - CAT-III(Category-III): 운고의제한없이항공기가 ILS 나 GCA 를이용이착륙

29 보낸다. 이정보를이용하여중앙처리기관에서는각위성신호에대한의사거리보정값을계산하게된다. 사용자들은중앙처리기관에서계산된파라미터값을이용하여주어진위성의조합에서의신호에대한이용성을결정하게된다. 보정값과무결성정보는 VDB(VHF Data Broadcast) 를이용하여 108.0~ MHz로이용자에게전송된다 14. 그림 2 4 Ground Based Augmentation System GBAS는 ILS와같은 100kHz대를사용하고있지만 ILS가하나의활주로에하나의접근만을유도할수있는반면 GBAS 는한할주로에대해이론상으로 192 개의접근을유도할수있다. GBAS는현존하는 ILS 운용에상당한유연성을제공할수있다. 5. GRAS(Ground-Based Regional Augmentation System) GRAS 는호주의주도로개발된시스템으로넓은지역에 GBAS 를네트워 크화한형태로 VHF 등을사용하여보정정보를방송해준다. 이시스템은 넓은지역에서비스를제공할수있으나구현에필요한노력이나비용은

30 SBAS 에비해매우작다. 호주에서는 2000년에운영개념을정립하고현재 SARPS를개발하여 2003년 3월회의에협의사항으로채택하였으며, 현재 Air services 는 AEROTHAI 와협정을체결하고 2003년을목표로태국에서 GRAS TEST BED를개발중이고이프로젝트에는사우디아라비아도관심을표명하고있다. 호주에서의시험결과를보면이시스템은비정밀접근 EN-ROUTE 에서는충분히사용가능하고 APV 에도가능성을나타냈지만무결성, 연속성에대한사항에대한시험이더필요하다 16. 현재두가지형태의 GRAS 구성이가시화되고있는데향후실제 GRAS 는두형태를결합한구조가될것으로본다. 1) TYPE A GRAS 구조 그림 2 5 는 A Type 의 Network과같이 A 타입의 GRAS 네트워크는비교적작은범위를커버하기위한시스템의형태로비용이저렴하고구현이용이하다. 서로독립된 GRAS 지상국을모아구성하며스펙트럼플랜과주파수, 타임슬롯등을고려하여자동중계장치를배치하게된다 14. 그림 2 5 Type A GRAS Network

31 2) Type B GRAS 구조 B 타입의 GRAS는그림 2 6은 B Type 의 Network 의구성을나타낸것으로통신망으로서로묶여있는기준국들의집합으로이루어진다. 각기지국으로부터의측정값은 SBAS 에서와같은방법을통해단일기준국위치에대한보정값과무결성데이터가생성되게된다. 이데이터는 VDB 신호를통해사용자에게전달된다. 광역네트워크를통해수집된정보는보정값이가장정확한기준점을나타내는가상 GBAS 기준점을잡는데사용된다. 이곳에 VDB 자동중계장치를설치하게된다 14. 그림 2 6 Type B GRAS Network

32 제 3 장위성항행시스템 (CNS/ATM) 이론적고찰 제 1 절위성항행시스템 (CNS/ATM) 현재전세계항공분야는급증하는항공수요로인하여공항 (Airport), 공역 (Airspace), 항공교통관제용량 (Air Traffic Control Capacity) 등이부족한상태이며이것은항공운송의최대목표인안전성과정시성을위협하고있다. 이에 1980년초국제민간항공기구 (ICAO) 는현시스템의한계를극복하고꾸준히증가하는 21세기항공교통수요를충족시키기위하여새로운운용개념과기술을연구하는 FANS(Future Air Navigation System) 특별위원회를발족시켰다 FANS 특별위원회는현시스템의한계는시스템성능개량으로개선할수없는시스템자체의내재적인문제라고결론짓고이와같은근본적인문제를해결할수있는새로운개념의통신 (Communication), 항법 (Navigation), 감시 (Surveillance) 시스템을제안하였다 1991년 9월국제민간항공기구 (ICAO) 는제10차항공항행회의 (ANC) 를개최하여 FANS 특별위원회가제안한새로운개념의시스템을위성항행시스템 (CNS/ATM System) 이라명명하고 1992년 11월총회에서는위성항행시스템 (CNS/ATM) 을민간항공분야의차세대시스템으로승인하고결의안 5) 을채택하기에이른다 위성항행시스템 ( CNS / ATM ) 이란항공통신 (Communication), 항법 (Navigation) 감시 (Surveillance) 와항공교통관리 (ATM: Air Traffic Management) 라한다 2. 5) 결의안 : 위성항행시스템은전세계적인민간항공의이해와관심속에운용되어야하고, 시스템적용에있어서도모든체약국은동등한권리를가진다

33 항공교통관리는종합적인분야별로구성된지상시설을이용한항공교통의흐름를의미한다. 즉위성항행시스템 (CNS/ATM) 은항공기를비행계획에따라정시에이륙시키고비행중에도안전을유지시키면서최종적으로원하는목적지까지최적의운항경로 ( 최단거리 ) 로정해진시간내에무사히착륙시키는것이목적이다. 현재의시스템으로는운항관리시스템, 항공관제절차, 지상시스템의상태로는증가하는항공수요에신속하게대처하기가매우힘든상태이다. 이러한문제점을해결하기위하여개발된시스템이위성항행 (CNS/ATM) 시스템이다. 제 2 절위성항행시스템분야별세부내용 1. 항공통신 (Communication) 분야 1) 기본개념 항공통신 (Communication) 이란항공기 ( 조종사 ) 와지상시설 ( 관제사등 ) 사이지상시설과지상시설간필요한항공정보의전달과교환을의미한다. 즉항공기가비행을위한준비단계에서목적지에도착할때까지항공기를안전하고보다경제적이고, 효율적으로운항하기위해각종다양한항공정보를지원하며, 높은신뢰성과안전성, 신속성이요구되는필수불가결한시설이라고할수있다 년대미국의비행장에서손깃발, 햇불등에의하여조종사에게지상 의상황을알려주던일이항공관제통신의시초라할수있으며표 3 1 에서 보는바와같이항공통신은큰변화단계를거쳐발전하여왔다

34 표 3 1 항공관제통신분야발전단계 단계통신내용비고 제 1 단계 (1935~1945) 제2단계 (1940~1950) 제3단계 (1960 초 ) 제 4 단계 (1991~ 현재 ) 제2차세계대전중초단파 (VHF) 통신등장군용으로개발된레이다를전후민간항공관제이용 항공관제컴퓨터도입 위성항행시스템 (CNS/ATM) 등장 ㅇ초단파 (VHF) 통신으로조종사와관제사간무선교신ㅇ수동식관제비행ㅇ레이다는항공기의위치를한눈에파악가능ㅇ비행안전거리보장으로공역이용율향상 ㅇ미국과네덜란드항공관제컴퓨터도입 ( 컴퓨터활용관제시대개막 ) ㅇ비행계획정보처리, 레이다정보처리ㅇ인공위성컴퓨터기술, 디지털데이터통신등복합기술을매체로한 CNS/ATM 등장ㅇ 4차원항공정보전천후이착륙가능ㅇ전세계권영통신망운용ㅇ항공기운항의안전성, 경제성, 효율성, 공역활용극대화 표 3 2는현행시스템과위성항행시스템를비교한것으로현재의경우아날로그통신방식에서디지털통신방식으로전환단계에이르게되어항공기의안전운항에크게공헌할것이다. 즉음성에의한개별교신에서고속데이터 ( 문자 ) 통합통신을사용하므로정확성을확보하는한편교신거리의제한에서전세계권역으로 (Global) 통신이가능하게되었다. 표 3 2 기존시설과의비교 구분현행시스템위성항행시스템 공항계류중 초단파 (VHF) 음성 단거리육지상공비행 장거리대양 ( 대륙 ) 상공비행 항공관련정보의처리 초단파 (VHF) 음성 단파 (HF) 음성 항공고정통신망 (AFTN) - 저속, 개별통신망 VHF 데이터 / 음성 ( 비상용 ) 유선데이터 ( 게이트통신 ) VHF 데이터 / 음성 ( 비상용 ) SSR 모드 S 데이터 인공위성데이터 / 음성 HF 데이터 / 음성 ( 비상용 ) 항공종합통신망 (ATN) -고속, 통합통신망 - 패킷교환망

35 2) VHF DATA 통신시스템 항공통신시스템에서 VHF 데이터통신시스템으로표현되는대표적인시스템인 Aircraft Communction Addressing and Reporting System(ACARS) 시스템은항공기와지상간의메시지를자동으로상호전송하는데이터링크통신시스템으로지금까지의음성통신을데이터통신으로송수신함으로써무선통신체널수를대폭감소시킬수있다 8. 이시스템은 VHF RF 링크와항공기시스템을인터페이스하는항공통신장비 RF 링크, 지상을인터페이스하는지구국네트워크를포함한다. ACARS 메시지는항공기로부터 VHF 통신용송수신기와지상통신망을통해항공사나항공관제부서등지상의관련부서로보내지며반대로지상에서항공기로도보내어지는양방향통신이다. 반면에항공기로부터지상으로보내지는메시지를공대지혹은다운링크 (Downlink) 메시지라한다. 공대지메시지는수동으로조종사가조종석에서조작하는제어판을통해혹은 ACARS 자신에의해자동으로혹은항공기에탑재된하부시스템에의해지상을전송한다 2 8. 전송되는메시지는지금까지음성통신에서사용되던연료와정비에관한모든정보에서부터항공기가보유하고있는모든관련정보를포함하고있으며, 항공사혹은관제기관의목적에의해정보의범위가변화할수있다. 이들정보에는항공기가계류장을떠나는시각, 이륙시각, 착륙시각및계류장도착시각을나타내는정보도포함된다. 메시지는최고 220자로제한되며이보다메시지는여러개의메시지로나누어전송하는데이를복수블록메시지라한다. 메시지는압축되어 1초동안에전송되고모두자동으로이루어진다. 조종사에의한주파수전환횟수도감소하여정보데이터로주

36 고받기때문에음성에의한통신횟수도자연감소하게된다. 조종사가정 상적으로음성통신을통해보내던것을비행중데이터통신으로형식화전 송함으로조종사의통신업무가상당히경감된다. 3) 항공이동위성통신서비스 (AMSS : Aeronautical Mobile Satellite Service) 항공이동위성통신서비스 (AMSS) 시스템은항공기의하부시스템과지상의하부시스템간을궤도상의인공위성과지상국을이용하여직접연결하는세계적인통신시스템이다. 이시스템은항공기에탑재한최종이용자와지상에본부를둔최종이용자사이를데이터및음성통신으로지원하는시스템이다 8. 항공기의최종이용하는항공기에탑승한승객은물론이고항공기의탑재시스템이포함되며지상의최종이용자의대표적인예는항로관제소, 항공기를운용하는항공사및기타공중통신망가입자등이있다. AMSS 기능에의해서비스될수있는통신은크게 4 가지로나눈다. 이들 은항공교통서비스 (ATS), 항공운항관리 (AOC), 항공업무통신 (AAC) 및항공 여객통신 (APC) 등이다. 4) 항공종합통신 (ATN) CNS/ATM 개념에서의항공통신 (C) 은관제사와조종사간의무선교신 ( 데이터 + 음성 ) 은물론이고항공항행 (N) 과항공감시 (S) 를위한관련기관, 사용자간데이터의교환과전송에필수적으로소요되는핵심기반시설로고도의신뢰성, 정확성, 신속성이요구되기때문에시스템의 2중화, 우회및최적경로구성, 각국가간시스템의상호호환성유지가필요하며, 이를위해서는국제표준화기구 (ISO) 의개방형시스템 (OSI) 기준에의한항공종합통신망 (ATN) 으로의통합의필연적이다

37 현재는주로공대지음성통신으로항공교통관리 (ATM) 를수행하고있다. 이러한통신방법은통달거리가짧고조종사와관제사간언어장벽에대한문 제는물론컴퓨터데이타베이스를이용하지못하는결점이있다. 앞으로는공지통신에사용하고있는음성통신은데이터통신으로대처될것이며특별한경우나비상시만사용될것이다. 항공기탑재장비와지상장비의성능은가능한한직선항로를제공하고공역이용을극대화시킬수있도록구성되어야한다. 즉항공기에탑재되어있는운항관리시스템 (FMS: Flight Management System) 에서생성되는정보들을항공교통관제에활용해야될필요성이증대되었다 8. 하지만항공기운항감시및식별부호등을제공하는이차감시레이다가항공교통관제분야에간단한공지데이터통신의역할을수행하고있으나정보량은극히제한적인문제점이있다. 따라서이러한문제점들은공중과지상간의모든통신을국제적으로표준화된통신망으로구축함으로서해결될수있다. 항공종합통신망은항공이동위성서비스 (AMSS) 를비롯한위성항행시스템의대부분의구축이이루어지는시점에서전체적인통신망이완성되기때문에대단히방대하고장기적인사업이될것이다. 그러나지상에서의업무용데이터이용시에는컴퓨터통신망을통한전송이이루어지고있으므로점차확장시켜나가는형태로발전될것이다 8. 위성항행시스템의대부분이구축되는시점에서전체통신망이완성되지만국제민간항공기구 (ICAO) 에서권장하고있는프로토콜의방식이부분적이라도각각의단말에는지장을초래하지않으면서통신망이이루어지기때문에지상에서의업무용데이터이동에는이미적용되기시작되었다

38 컴퓨터통신망의개발은항공통신망이아니더라도초기접속과정과프로토콜의표준이완성되면일의절반을수행한것이나다름이없기때문에현재항공통신망프로토콜로추천되고있는개방형상호접속프로토콜이점점구체적인부분까지확장되고있다. 그림 3 1 은현재국내공항간항공데이터통신망의구성도을나타낸것이다. DB 서버 1 DB 서버 2 운영단말프린터 NMS 마스터콘솔 DiskArray FP G/W ACC FDP Firewall X.25 SITA V-ATIS PDC 항공종합통신망 인터페이스통합서버 ( 통신서버 1) 인터페이스통합서버 ( 통신서버 2) PDC/D-ATIS in KOREA Only 1 Physical X.25 Line 김포 -RKSS (PDC 3 AP, DATIS 6 AP) V-ATIS PDC V-ATIS V-ATIS V-ATIS PDC V-ATIS 김해 -RKPK 제주 -RKPC 대구 -RKTN 광주 -RKJJ 울산 -RKPU 그림 3 1 항공데이터통신망의구성도 위성항행시스템 (CNS/ATM) 통신분야 (C) 의최종구현목표는항공통신 (C), 항행 (N), 감시 (S) 를지원하는지대지 (Ground to Ground), 지대공 (Grund to Air) 각데이터링크망을통합하여전세계어느국가또는지역에있는항공기지상시스템과전천후데이터교환할수있는항공종합통신망 (ATN) 을구축하는것이다 2. 따라서이러한시스템의개발, 도입설치운용을위한인적요소는매우중요하다. 98년 ICAO 전세계실행회의에서도각국가간기술협력추진조직인적구성요소체계적인조기적응훈련이강조되었으며이를위해서는정부관련부처간협조와국가적차원이정책적인뒷받침이필요하다. 표 3 3은위성항행시스템의도입효과를나타낸것이다

39 표 3 3 위성항행시스템도입효과 안전성향상 조종사의업무부하감소 관제사업무부하감소 통신의질, 속도향상 혼잡한음성주파수사용감소 실시간원격엔진감시제공 운항. 관제능력향상 신속한보고의수신 신속한통신의수신 정확한보고시간 데이터의정확성 ( 언어소통문제해소 ) 최적통신경로설정이용이 경제성향상 절차의단순화로지상 지연감소 수동조작절차감소 2명의승무원조정가능성향상 여객서비스향상 2. 항법 (NAVIGATION) 분야 1) 기본개념 항공기가대양지역을운항할때해안지역이나섬지역에설치된단거리용항행시설들을이용할수있지만이시설들의유효통달거리는전파의특성상제한되어있다. 그러므로대서양둥을횡단하는항공기들은관성항법장치에의존하여비행할수밖에없는실정이다. 인간의생활이복잡해지고교통량이나날이증가함에따라항법의필요성과중요성이대두되고있으며, 그정밀도와신뢰도에대한요구가증가하면서인공위성을이용하는항법시스템의개념이도입되고있는현실이다. 항공기의이착륙을지원해주는여러가지시설들이있으나그우선순위로볼때에도가장필수적인시설이항법시설인것이다. 항법시설의종류로는표3 4와같이지문, 천문, 추측, 관성, 전파항법등이있다

40 표 3 4 항법의종류 종류내용 지문항법 (Piloting) 천문항법 (Celestal Navication) 추측항법 (Dead Reckoning) 관성항법 (Inertial Navication System) 전파항법 (Radio Navication System) 지형지물의위치를파악하여자신의위치를짐작하는방법 하늘에있는별을관측하여고도, 방위등의정보를짐작하는방법 자신이지나온방향과거리를평면에도표형식으로표시하여현재의위치를추측하는방법 자이로스코프와기속도계를이용하여자신의위치를파악하는방법 지상에서송신하는전파를수신하여방위및거리정보를얻는방법 2) 기존항법시설 기존의항법시설은대표적으로 ILS( 계기착륙장치 ),VOR, VORTAC, DME 등을들수있다. ILS(Instrument Landing System) : 계기착륙시설이라하며 LOCALIZER( 활주 로의중심선정보제공 ), GLIDE SLOPE( 착륙각도제공 ), MARKER( 활주로말단 으로부터일정지점에서의위치정보제공 ) 1 장비로구성된다 VOR (VHF Omni-directional Range): 전방향무선표지시설이라고하며공항에설치된것은 TVOR 이라하며, 항로를표시하기위하여산악지방등에설치된것을 VORTAC이라고한다 1. 지상에서 360도전방향으로방위정보를일방적으로송출하여항공기는이정보를수신하여자신이 VOR로부터위치한방위정보를알수있다

41 DME (Distance Measuring Equipment) : 거리측정시설이라고도하며 VOR 또는 LOCALIZER와병행설치된다 1. 항공기의질문신호와 DME의응답신호를이용하여항공기에게공항으로부터의거리정보를제공한다. 표 3 5 와그림 3 2, 그림 3 3은기존항법시설과위성항법시설의비교결과를나타낸것이다. 표 3 5 기존시설과위성항법시설과의비교 기존시설위성항법시설 지상표지시설 (VOR/DME) 등을이용 위성항법시스템 (GNSS) 를이용한오차하여내륙로항행보정시스템 (WAAS,LAAS) 구축 오메가, 로란-C 및관성항법장치 오차보정시스템구축 (INS/IRS) 을이용하여대양지역항행 - 광역오차보정시스템 계기착륙시설 (ILS) 은단일착륙절차 (WAAS) 에의존제한적인처리용량및오차 - 근거리오차보정시스템발생우려 정확한항로, 비행으로공역활용 개별항행시스템운영성증대 - VOR/DME : 내륙항로 직선항로설정등항로단축으로 - 오메가, 로란-C, INS/IRS : 경제성제공대양항로 우회접근으로소음지역회피 - ILS : 착륙절차 주택가, 산악지대회피착륙불가능 주택가, 산악지대회피착륙가능 현행항법시설 ( 한개의착륙경로 ) 위성이착륙시스템 ( 다양한착륙경로 ) 그림 3 2 기존항법시설과위성항행시설

42 기존항공기내수신장치 위성이착륙시스템항공기내표시장치 그림 3 3 항공기수신장치및위성이착륙표시장치 기존항법시설의문제점 - 증가하는항공교통량을처리하기에는정밀도의결여 - 정밀호의결여로인한항공기분리기준강화및운항항로의비효율성 - 전파의유효통달거리의제한으로인한관제불능지역발생 ( 원거리 ) - 지형지물 ( 산악지방등 ) 의영향을많이받는다. - 공항별또는지역별로구성되어야한다. 3) CNS/ATM 항법시스템 가. GNSS(Global Navigation Satellite System : 광역위성항법시스템 ) ICAO 에서정의된위성항법시스템으로서미국의 GPS 와러시아의 GLONASS 위성을이용하여항공기가위치한정확한위치를알수있는시스템이다

43 미국의 GPS 는미공군에서군사목적으로 1978 년부터위성배치를시작하였으나 1983 년 GPS 위성을민간용으로개방할것임을발표하였다. GPS 의완벽한이 용은위성 24 기가배치될때가능하며현재는 24 기가배치되었다. 그러나실용적인차원에서 GPS 의제한적인이용은위성이 10여기가배치된 1988년부터가능하였다. 러시아의 GLONASS 도미국의 GPS 와마찬가지로 24기의위성배치를목표로하고있으며, 현재는 14기가배치되었고 1988년부터서방세계의민간에게개방되고있다. GNSS 는정지궤도상에있는 4개이상의위성으로부터전파를수신하여각위성의위치를파악하고위성신호를수신하는데걸리는시간을이용하여삼각측량법을이용한정확한위치정보을계산하는것이다. GNSS는위성신호를이용하기때문에전파의수신불능지역이있을수없으며산악지방대양지역등에서도항공기에게위치정보를제공하는것이다. 나. DGPS (Differential Global Positioning System: 오차정보시스템 ) 미국의 GPS는정확도가높고비용이저렴하다는큰장점이있다. 보통의동작조건하에서 GPS는 15-25m의거리오차의정확도를갖는다. 그러나미국방성에서국가보안상의목적으로신호를고의적으로조작하여민간사용자들에대한위치정확도를떨어뜨리고있는데이를고의잡음 (SA: Selective Availability) 이라한다. 이러한이유로일반 GPS 사용자는 100미터또는그이상의오차를갖게되며항공기의정밀착륙을위해서는 100미터이상의오차는허용될수없다. 따라서이오차를줄이기위한방법으로보정위성항법 (DGPS) 가고안된것이다

44 DGPS 란지상에기준국 (Referance Station 일명의사위성 ) 을설치하여 항공기또는수신기오차가보정된의사위성의신호와 GPS 위성이신호를 계산하여정확한자신의위치를결정하는시스템이다. 다. WAAS(Wide Area Augmentation System : 광역보정위성항법시스템 ) 일반적으로 DGPS의단점은기준국과사용자의거리가약100km 가넘으면기준국에서보내온의사거리보정값에서사용자의위치오차를효과적으로보정할수없는것이다. 이런 DGPS 의문제점을개선하기위한것이 WAAS이다. WAAS의개념은 1990년 PARKINSON 과 KEE에의하여미국에서처음발표되었고 2, 현재미국에서는항로비행과비정밀접근을위하여실용화단계에있으며미연방항공국 (FAA) 에서는 WAAS의정밀접근사용을위하여시스템성능향상을위한연구중에있다. WAAS는광역기지국, 광역주기지국, 기지국간의지상통신망, 통신위성으로구성되며그기본개념은주위의몇개의공항을하나의광역으로또는몇개의비행정보구역 (FIR) 을하나의광역으로간주하고, 그영역내에몇개의모니터사이트를설치하여그들이제공하는정보를광역통신범위로하는정지궤도통신위성을중계매체로항공기로전송하면항공기는이정보를이용하여자신의위치를보정 ( 교정 ) 하여더욱더정확한현재의위치를알수있도록하는시스템이라할수있다. 라. LAAS(Local Area Augmentation System : 지역보정위성항법시스템 ) LAAS 시스템은주로터미널영역에서의이착륙보조기능을목적으로 활주로를기준으로 마일범위내의항공기에대하여정밀 GPS 위치

45 정보서비스 ( 현 ILS 와유사한기능이주요기능임 ) 를제공하는시스템으로광역서비스시스템인 WAAS 에비해시스템구조가간단하며지리적인조건에대한모델링이나분석등이용이하며 WAAS에비해정밀도가우수하고가격도저렴하다. FAA의예상으로는대당 $250,000 하는 LAAS 시스템을미국전역의 개에달하는공항에설치할경우 WAAS 에비해약 $70,000,000의비용이절감될것으로예상하고있다 2. 우리나라에서는항공우주연구소에서건설교통부의용역으로국내 LAAS 구축에대한연구를통하여제주, 청주, 울산공항의좌표를측정함으로서기준국설정을위한준비를하였으며향후제주공항과울산공항에서실제항공기를대상으로정밀접근시험을하여 LAAS 시스템의구축방안을결정할것이다. 항법시스템은항공기이착륙을지원하는시설로서안전운항에바로직결되는시스템이다. 현재의항행안전시설은국지적인시스템이라고할수있으며인공위성을사용하는위성항법시스템은전세계적인통합시스템이라고할수있다. 우리나라는현재울산공항에서비행시험을꾸준히하여운영단계에이르고있으며김포공항에서비행점검을통한안전성등에대한시험운영중이다. 나날이증가하는항공교통량과안전운항을위하여국내의위성항법시스템구축이시급한상황에서국내에는 ICAO에서채택된 WAAS의개념을정립한전문가도있으며여러분야에서많은연구와개발이이루어지고있기에그전망은밝다고할수있다. 마. WGS-84 좌표체계로의전환 GBAS System 은 GNSS 를기반으로하기때문에기본적으로 GNSS 시 스템의기준좌표계인 WGS-84 좌표계를따른다. 표 3 6 은 WGS-84 좌표

46 체계를나타내며, 그림 3 4는김포공항 WGS-84 좌표계를나타낸것이다. 우리가일반적으로사용하는좌표는동경원점을기준으로하는베셀좌표체계이다. 이베셀좌표체계는수백미터의오차를가지고있으며 2차원정보만을제공한다. 위성항법을사용하기위하여 GPS 위성을사용하는데이위성은 WGS-84 좌표체계를사용하며 ICAO 에서도 98년 1월1일부터 WGS-84 좌표체계의전환을권고하였다. 우리도빠른시일내에 WGS-84 좌표체계의인식과전환이시급하다고할수있다 14. 표 3 6 WGS-84 좌표체계 구분 BESSEL 좌표 WGS-84 좌표 기준점 동경원점을기준 지국중심을기준 제공정보 위도, 경도의 2차원정보 위도, 경도, 고도의 3차원정보 오차한계 기타 위도 도경도 도 전세계가 1 미터이내의오차 ICAO ANNEX 14 권고사항 98 년 1 월 1 일부터적용 그림 3 4 김포공항 WGS 84 좌표계체계도

47 3. 감시분야 (SURVEILLANCE) 1) 기본개념 감시 (Surveillance) 란시각적인측면으로어떤물체에대한위치파악이며, 계속적인관심과주시로서항공분야에서는가장민감한분야이다. 감시분야에서는전파특성상레이더시설의탐지범위가문제가된다. VHF 대와같이가시거리권내에서만이용할수있는제약조건때문에대양지역을횡단하는항공기를감시하기가곤란하여 30~40분간격으로조종사에의한위치보고로운항상태를감시하고있는실정이다. 따라서이러한문제점들로인하여대양지역등에서는항공기간의분리기준을줄이지못하고있는실정이며항공교통관제업무의효율을떨어뜨리는저해요인이되고있다. 항공기의안전운항을위하여많은시설들이있지만가장민감하고사고와직결될수있는분야가감시분야이며나날이증가하는항공교통량을처리하기위해서는단지화면에의하여시각적으로항공기의위치를표현해주는기능만으로는부족하므로인공위성을이용하여데이터통신기법을도입한새로운개념 (CNS / ATM) 의감시 (Surveillance) 장비들이개발되고있다. 2) 기존감시시스템 기존감시시스템으로는음성위치보고 (HF) 장거리통신망과레이다를사용 하고있다

48 가. 장거리항공이동통신시설 장거리항공이동통신시설은장거리 (VHF 가통달되지않은 EN-ROUTE 상 ) 를운항하는항공기에 ATC ( 항공교통관제 ) 및 AOC( 항공통제통신 ) 를 위하여제공되는음성통신시설로서운영은통신소에서하고있으며, ATC 업무가주가되며기타항공사에게부가적으로서비스를제공하고있다. 항 공통신업무의 ICAO 규정에도명시되어있으며표 3 7 과같이명시되어 있다. 표 3 7 ICAO 항공통신업무 안전통신 비안전통신 항공교통서비스 (ATS)-비행중인항공기에관제, 기상, 엔진, 운항정보등의필수정보제공 항공통제통신 (AOC), 항공사운항관리통신 (AAC), 항공탑승자서비스통신 (APC) 3) 레이더 (RADAR ;Radio Detection and Ranging) RADAR 는 2 차세계대전중에개발된시스템으로항공교통관제및항공 기정밀접근을위한보조시설로이용되며 1940 년대말에 FAA 에의해공항 에설치되기시작하여현재는 ATC (Air Traffic Control) 에서빼놓을수없 는주요장비이다. 레이더의기본원리는지향성 안테나에서발사되어어느 목표물에부딛치면에너지의일부가되돌아나오는반사파가생기고이반사파를수신, 검파하는장비로그목표물에대한방위 (Bearing) 와거리를알수있는원리이다. 즉전파를목표물에보내어그전파에너지의반사파를수신하고전파의직진성과정속성을이용하여그왕복시간과안테나의지향특성에의해목표물의위치 ( 방향및거리 ) 를측정하는장비로서목표물

49 의표시를 CRT(Cathode Ray Tube) 라고부르는화면 (Scope) 상에나타냄으 로서야간이나악천후상에서도눈으로볼수없는계기기상상태하에극 히중요한장비로등장하였다. ( 가 ) ASR(Air Surveillace Radar) 공항감시레이다는 1차감시레이더라고불리는시스템으로레이더는레이더탐지권내에있는항공기에서반사되어온신호를계산하여거리및방위지시장비와비교되어나타내고이것을보고지상의관제사가항공기를유도할수있게되는장치로 360 전방향에있는목표물의방위와거리정보를제공하고사용주파수 2,700~2,900MHz이며안테나는보통 1분에 12~15회전의비율로 360 회전을한다. ( 나 ) PAR(Precision Approch Radar) 정밀접근레이더의사용은 final approach( 최종접근절차 ) 에이용되며착륙진입원조용으로설계된장비로 Range( 거리 ), Azimuth( 방위 ) 및 Elevation ( 고도 ) 을제공하며다른종류의접근항공기를모니터하거나 1차착륙지원시설 (Primary Landing Aids) 로서이용된다. 이레이더는두개의안테나를사용하는데하나는수직면을 Scanning 하고나머지는수평면를제공하고하반부는방위정보를제공한다. ( 다 ) SSR (Secondary Surveillance RADAR, 2 차감시레이더 ) 2 차감시레이더는독립된기능으로 1 차레이더와분리된시스템이지만장 거리항로감시용레이더나단거리공항감시레이더와상호연결이되어있고

50 두레이더목표물의표시도같은레이더화면에나타나게되어있다. 1차레이더는하나또는그이상의어느특정한레이더목표물을같은형태의다른목표물과구별해서선명하게나나낼수는없으나 ATCRBS(Air Traffic Control RADAR Beacon System) 라고불리는장비가출현함으로서가능하게되었는데이것이 SSR (2차감시레이더 ) 인것이다. 1차레이더는단지목표물의방위와거리정보만을화면상에표시하나 2 차레이더 (SSR) 에의하여항공기편명, 고도, 속도등의정보를하나의레이더화면에표시할수있는것이다. SSR은질문기 (Interrogator), 응답기 (Transponder), 해석기 (Decoder) 로구성되며민간항공용으로 mode 3/4, c가사용되며군용으로는 mode 1, 2, 4를사용한다. ( 라 ) ASDE(Airport surface detection equipment) 지상감시레이더 ASDE도같은감시레이더로서다만항공기보다지상의이동목표물을중심으로탐색하도록변형시킨것이다. 따라서 ASDE는주요공항에서관제사로부터 2mile 정도까지의활주로, 유도로상을눈으로볼수없는낮은시정하에서레이더로관제하도록만든것이다. 우리나라에도현재인천, 김포, 김해, 제주공항에설치운영이다. 기존감시시스템의문제점 - 전파의통달거리제한 ( 레이더 200NM 정도 ) 으로대양지역을횡단하는항공기감시불능으로인한항공기충돌사고우려및관계업무능률저하는물론항공기분리기준감소 - 증가하는항공교통량의처리에정밀도가결여, 4~5초마다파악하

51 는항공기위치정보의신뢰도결여및지형지물에의한반사현상 - 공항의밀집되어있는유럽지역등에서의전파간섭현상 - 항공기식별코드 (SSR CODE) 의포화상태, 현레이더는 4,096개의부호를사용할수있으나항공기증가및운항수요의폭주로항공기식별코드의배정의한계점봉착 - 공항별또는지역별로구성되어야하는장비 3) CNS/ATM 의감시시스템 가. SSR Mode-S 항공관제시스템은항공기의위치및식별을위하여 1차와 2차감시레이더를사용한다. 항공관제시스템은항공교통량이많은상황에서는여러가지제약사항이있고또한공대지 (AIR -TO- GROUND) 데이터링크에도제한이있다. 이러한현재의항공관제시스템의제약사항을해결하고미래의항공교통수요에대처하기위하여 ICAO 주관하에 970년대말과 80년대초에영국과미국을중심으로 SSR MODE-S 의개념이입증되었다. SSR MODE-S 시스템은질문신호, 응답신호가일대일개념으로개개의항공기주소를인식하여부호화되는것이기존의 SSR과의차이점이며, 다음과같은장점 ( 해결책 ) 이있다. 첫째로, 항공기질문과응답들이동시에여러개가수신되었을시에중복 (OVERLAP) 응답문제들이해결되며단일질문신호와응답절차에대하여간섭레벨 (Fruit, False Replies Unsynchronised In Time) 을상당히감소시킬수있다. 두번째 MODE S 주소는길이가 24 BIT (16, 777,216 대 ) 로전세계모든항공기에게고유의주소를부여할수있기때문에 1대다수의테이

52 터통신이가능하다. 또한향상된 (Enhanced) MODE S 메시지길이는기본데이터 (24BIT) 외에추가적으로 56BIT 또는 112BIT의메시지필드를갖기때문에 CPDLC(Controllr Pilot Data Link Communcation) 시스템등의 ATC에서자동화를증가시킬수있는데이터링크능력을제공하여조종사 / 관제사의업무를줄일수있다. 나. ADS(Automatic Dependent Surveillance 자동항행감시 ) 기존감시시스템의취약점을보완하기위하여국제민간항공기구 (ICAO) 에서는 1983년부터수동조작없이항공기의위치정보를시스템에의해자동으로송출이가능한자동항행감시시스템 (ADS) 를개발하게되었다. 또한 ADS는레이더에의한감시개념의보조적인역할로도사용될예정이다. 그러므로 ADS 데이터를이용하는항공교통관제시스템은특히대양지역이나레이더감시가가능하지않은가시거리범위밖의대륙지역에서의교통관제사의업무를획기적으로향상시켜줄것으로예상하고있다. ADS는항공기의위치정보를조종사의관여없이적절한데이터링크를통하여자동으로또는수시로지상에있는항공교통관제사에게전달되는시스템이다. 이와같이 ADS 정보를레이더시현장치와같은데스크탑형컴퓨터영상장치에시현시키기위해서는항공기의위치정보를데이터화하여인공위성데이터링크등을경유하여지상관제시설에송신한다 6. 송신데이터는최소한항공기식별정보와 3차원적인위치정보및시간정보가포함되며, 추가적인데이터도필요에따라적절히제공된다. 일반적으로이러한일련의상황들은자동적으로이루어지게된다. 항공기 의위치정보는관성항법시스템이나 GLONASS GPS 등과같은위성항행

53 시스템을이용하는탑재항법장비로부터얻어진다. 6 ADS에기초를둔항공교통관제시스템은또한비상용이나비정기통신용으로항공기조종사와지상관제사간의데이터링크와음성에의해서메시지를교환할수있는능력도포함되어야한다. 항공기내의항법장비들로부터얻어진항공기의 3차원위치정보와시간, 그리고기타지상에서필요한관련정보는먼저통신에필요한형태로전환된다음항공기지국인항공기내의위성통신을경유하여적도상공지구정지궤도상에있는인공위성의중계에의해지구상에있는지상지구국으로보내지며, 이정보는지상의통신망을통하여항공교통관제센타에보내져적절히처리된후영상시현장치에시현되면관제사는이를분석하여항공교통관제업무에이용한다. 다. TCAS (Traffic Alert and Collsion Avoidance System 항공기충돌방지시스템 ) TCAS는지상에서의지원없이항공기가자체적으로독립적인주위항로를감시하는시스템으로서 1950년대초항공운송의급속한성장에따라공중충돌사고는매년 2~3건씩발생하였으며이때문에공중충돌은항공사고의주요항목가운데하나로부각되었다. 특히 1956년미국의그랜드켄뉴 (Grand Canyou) 에서의사고를계기로항공기충돌방지의개념에관한연구가시작되었다. 그러나항공교통관제에있어서어느정도의개선에도불구하고이런현상은계속되어 1968년에서 1972년까지 5년동안미국에서일어난공중충돌사고는모두 11건이나기록되었다. 1950년대후반에서 1980년대처반까지 TCAS에대한많은연구와개발이있었으며, 1981년에이르러실용적인시스템의개발이가능하다는인식을하게되었고 TCAS에대한최저운용성

54 능사양 (MOPS) 개발을위해 FAA, RTCA, ATA, 사설연구기관, 항공전자장 비제작사등이공동의노력을기울이게되었으며 FAA 에서는 TCAS-II 라는 수직층돌방지경보시스템을설계하게되었다 26. 이시스템은현재의교통밀도에서단위해리면적당 0.3대, 또장래의높은교통밀도를생각해서단위해리면적당 24대에서동작하도록설계되었다. 1970년대중반이래항공교통관제상의개선으로공중충돌사고는상당히감소되었지만매년늘어나는교통량에따라안전측면에대한관심은고조되어왔다. 그러다가공중충돌방지를위한미의회의권고가나오면서 FAA는지상의항공교통관제시스템에추가하여운송용항공기에 TCAS의장착을명하게되었다. TCAS에대한장착규정은 89년1월 Federarl Regulation Title14 의개정안으로발표되었는데이규정에서는 10명이상의승객을태우고미국공역을운항하는모든항공기는적절한 TCAS 의장착을요구하고있다. 표 3 8은 TCAS 종류및개요를나타내며표 3 9은이의도입효과를나타내었다. 표 3 8 TCAS 종류및개요 종류내용 TCAS-I TCAS-II TCAS-III 주위의교통상황만을경고,1987 년 3 월에실요화됨 1989 년 1 월에는 10~30 석의상업용항공기에는의무적으로 TCAS-ITLTMXPA 을 1995 년 2 월까지장착하도록규정 주변교통상황이탈경고수직축의기동형태제공 1988 년 1 월실용화 FAA 에서는 1993 년 12 월까지 30 석이상의민항공기에는의무적으로 TCAS-II 를장착하도록규정 주변교통상황이탈경고, 수직및수평측의기동형태제공현재개발중에있음

55 표 3 9 도입효과 전파의통달거리제한 - 대양지역감시불능 - 항공기충돌사고우려 - 관제업무의효율성저하 -항공기분리기준감소불가 기존시스템의정밀도의결여 -4~5 초마다파악하는항공 기위치의신뢰도결여 -지형지물에의한반사현상 공항밀집지역전파간섭 항공기식별코드포화상태 공항별, 지역별로장비구성 SSR-MODE-S 구축 기존의레이더에데이터 통신기능을보강한모드 -S 구축으로각종운항 관제자료제공 ADS 시스템구축 인공위성을이용한감시시 스템구축으로전세계공 역감시 TCAS 장착 항공기안전운항을위한충 돌방지장치탑재의무화 항로 -다양한항로구성 -항고기간분리간격축소 - 수용능력증대 터미널 -안전도증대 -수용능력증대 접근 -항공기접근회수증대 -수용능력증대 공항내지역 -활주로상충돌위험제거 -안전도증대 -지연감소 감시시스템은하늘을보는눈이며항공교통관제에필수적인요소로서레이더나 ADS 와같은감시시스템의중요성은우리가일상생활에서앞을보지못하는상황과똑같을것이다. ICAO에서도 ADS PANEL 이구성되어연구개발등이활발히진행되고있으며호주, 중국, 일본, 유럽지역약 30여개국에서 ADS 시스템을구축운영중에있다. 우리나라도인천항로교통관제소주관으로 ADS ( 자동항행감시 ) 시스템의국내구축방안연구용역이수행중 이다

56 제 4 장위성항행시스템의추진현황 제 1 절각국의추진동향 우리나라가속해있는아시아, 태평양지역내대부분국가들이추진일정 은통신분야 (C) 시스템시범운용을 1993~1999 년까지, 실제운용은 1999 년을 목표로추진하고있다. 항법시스템 (N) 의시범운용은 1993년~2000년까지, 실제운용은국가별로차이가있으나대부분 1994년~2000년에실제운용계획이며, 감시분야 (S) 시스템은 1994년~2000년까지시범운용을거처 2000년부터실제운용예정이며, 피지와뉴질랜드를비롯한일부국가에서는 1995년부터실제운용하고있다. 표 4 1은 ICAO의통신분야기술기준진행현황을나타내며표 4 2는항공데이터통신서비스제공회사현황을나타내었다.. 분야 표 4 1 VHF 데이터링크 - 문자방식 - 패킷방식 항공이동위성통신 (AMSS) SSR 모드 S 데이터링크 항공종합통신망 (ATN) ICAO 의통신분야기술기준진행사항 표준기술기준제정시기 1996 년 3 월 1999 년 12 월 적용시기 1996 년 11 월 2000 년초반 1995 년 3 월 1995 년 11 월 1996 년 3 월 1996 년 11 월 1998 년 3 월 1998 년 11 월

57 표 4 2 항공데이터통신서비스제공회사현황 통신서비스제공회사서비스제공지역서비스제공내용 ARINC( 미국 ) 북미, 멕시코 PDC,ATIS,ATC SITA( 유럽 ) 동아시아, 호주, 아프리카, 유럽등 122국가 PDC,ATIS,ATC AIR CANADA ( 캐나다 ) 캐나다자국영토 PDC,ATIS,ATC AVICOM JAPAN( 일본 ) 일본자국영토 PDC,ATIS,ATC MASCOM ( 말레이지아 ) 말레시아자국영토 ATC 중국 중국자국영토 시범운용중 AERO THAI ( 태국 ) 5태국자국영토 시범운용중 1. 미국의 GNSS 현황 1) GPS 현대화계획 위성항행시스템은항공안전및정밀접근같은시스템수용력을증대하는데핵심이되는시스템이다. GPS 위성과기타보정시스템을통하여얻게되는정확한위치와시간을이용하여더욱효율적으로항공기운용을할수있게되어있다. 위성항행은계속증가하고있는항공수요에대처하고저렴한장비를사용함으로써서비스제공자에게이익을가져온다. 즉효과적인항로를선택할수도있어서연료비절감과운항시간감소및환경친화적인서비스를제공할수있게하며, 고도의신뢰도를갖는 GPS를통하여 VOR NDB와같은기존의항행안전시설보다안전도를향상시킨다. 기존의항행안전시설은장애물이있으면시야가가려져서저고도로비행할때서비스되지못하던상황에도위성항행은엔루트서비스를제공할수있어안전성을높인다. 대양상공운용의경우 GPS는재래의시스템과는비교할수없는성능을제공해줄수있다. 이러한장점을살리기위해 FAA에서는 GPS 현대화를추진하고있다

58 이러한장점들을더욱살리기위해서 FAA 에서는다음과같이 GPS 현 대화를추진하고있다. 1) MHz (L2) 를사용하는 C/A 코드신호를 Block IIR 및 Block IIF 위성에는이주파수를모두추가할예정 2) 두번째추가신호인 MHz (L5) 를 Block IIF 위성에추가할예정 3) 2000년 5월1일 SA(Selective Availabiiity) 가동이중단됨 4) DGPS 서비스를제공하기위하여 WAAS 및 LAAS의개발및도입을지속적으로추진 FAA 의 AND-720 SOIT ( 위성통합운용팀 ) 는 WAAS 및 LAAS 관련항공 전자장치및활동등에관한자료를 2002 년 9 월 9 일에발표하였다 25. 2) WAAS WAAS 의원리는다음과같다. WRS(WAAS Ground Reference Station) 에서 GPS 위성신호를수신하면이 WRS 의위치 ( 위치, 경도, 고도 ) 는이미정확하게알려져있기때문에이위치와비교하여그지역에서수신되는신호의오차를계산할수있다. 각 WRS 는이와같이산출한오류정보를지상및위성통신망을통해서 WMS(Master Station) 로보낸다. WMS는이오류정보를수집하여전체 WAAS 커버지역에대한교정메시지를만들고이교정신호를한개의 INMARSAT III GEO 위성으로업링크 GUS(Ground Uplink Station) 를통해전송된다. 이메시지는 GPS 주파수 (L1, MHz ) 로방송되고 GPS/WAAS 수신권역에있는항공기의수신기에수신되어이용된다

59 WAAS 시스템에대한초기시험결과에의하면정확도는약 2-3m ( 측방향및수직성분 ) 이며이것은 WAAS 의정확도요건인 7.6m 보다작은값이다. 2000년 8월 FAA 는 VFR 동안상황판에도움을얻기위해인명안전에문제가없는항행및오락, 해상, 농업, 측량과같은항공이외의사용자에게 WAAS( 측방향항행 / 수직항행-LNAV/VNAV) 초기운용에들어가일주일에 7일, 하루 24시간 WAAS신호를방송할예정이다 21. 3) LAAS LAAS는미국공역에 WAASDML 기능을보완하여모든단계의비행에위성기반정밀접근및착륙서비스를제공하기위한 GPS 신호의보정시스템이다. LAAS 구성은또 GPS 위성과동일한기능을갖지만지상에위치한공항의사위성 (APL) 을포함시킬수있어서그지역공항에서얻어지는추가적인거리신호를제공함으로써이용성을증가시킬수있다. FAA는 Raytheon 시스템즈와 Honeywell에서주도하는두산업체팀과경비-분담제휴를맺고 CAT-I LAAS 지상시설및관련항공전자를개발하고있다. 현재 LAAS 개발계획에따르면 2004년까지 CAT-I 민간용 LAAS 초기사용을가능하게하고 2006~2007년까지 CAT-III LAAS 시스템민간이용서비스를제공한다는것이다. 이운용개발시도가성공적으로판명되면 FAA는미국 NAS를위해 160 LAAS 시설 (CAT-I 및 CAT-III) 을구매할생각이다. LAAS 완전설치및서비스는 2010년으로예정되어있다 21. 그림 4 1은미국 WADGPS SYSTEM 구성현황과표 4 3은미국의 LAAS 개발단계를나타낸것이다

60 그림 4 1 WADGPS SYSTEM 구성현황 ( 자료제공 : FAA Web Site) 표 4 3 LAAS 개발단계

61 2. 유럽의 GNSS 개발현황 Europe 의 GNSS 참여는유럽 ATM 프로그램인 EATMP, 유럽의 SBAS 프로젝트인 EGNOS 및새로운 GNSS 위성시스템인 GALILEO 프로그램으 로추진되고있다. 미국방성 (DOD; Department of Defense) 에의한 GPS의독점운용및이에따른유료화가능성에대비하고정확도와신뢰도, 가용성을향상시킨차세대위성항법시스템 (GNSS) 에대한연구개발을 ESA(European Space Agency) 를중심으로진행하고있다. 위성항법시스템은기술적으로는기존 GPS의정확도인오차범위 100m를 5~10m 이내까지향상시키고, 가용도 (Availability) 를향상시키기위하여확장시스템을이용하며, 통신기능등에부가서비스를추가하는것이다. 현재검토중인시스템구조는경사궤도및정지궤도위성을이용하는구조와다수의저궤도위성및소수의정지궤도위성을이용하는구조가있다. 1) EATMP EATMP( 유럽항공교통관리프로그램 ) 은 EUROCONTROL 및타참여 ECAC 국가를대표한 EUROCONTROL Agency 가주관하는범유럽적 ATM 강화프로그램이다. 목표는현재로부터 2015년까지 EUROCONTROL ATM 전략에근거한일련의 ATM 개량사업을수행하여개선된 ATM 서비스와운용을제공하는것이다. 이프로그램의범위는 39개 ECAC 국가들의항공교통서비스기관을하나로통괄하는일이다. 이는상의하달방식및성능-WLID적인접근법을근거로하며안전, ATM 연결망의용량, 경비효율성 (ATM 서비스제공측면에서 ), 환경 (ATM 관련운용

62 의충격 ) 의핵심적 ATM 선능에대한정량적이고측정가능한성능목표를 설정하고있다 16. EATMP 영역은초기운용개선단계에서부터특별프로그램을통해서보증된단계에이르는데필요한기초공사를수행하는일이다. 이를위해타당성검토와평가작업을완료한후에충분히성숙된단계에서프로그램을통해서운용개선지원활동을개발한다. 각프로그램은명확히정의된목적을갖고있으며지정된예산과시일안에결과를줄수있어야한다. EATMP 프로그램은 19개의프로그램으로구성되는데주요특성과종속성에따라두개의큰그룹으로나뉘어진다. 하나는핵심 ATM 절차를포함하는것이고, 또하나의그룹은 CNS 및기타로구성되는프로그램이다 16. EATMP 사업을통한모든성능개선은또 ATM으로발생하는사고및심각한위험이장래에증가하지않고감소한다는것을보증함으로써안전도를개선하는데기여해야한다. 따라서 EUROCONTROL은안전규정요건에따라항행서비스에대한안전관례에있어조화된접근방식을개발, 촉진, 도입함을목표로하는안전관리활동을설정하였다 16. 항행분야의목적은 EUROCONTROL ATM 전략이정표에명시된항행분야의전략을수립하고유지관리하는일이다. 이러한항행분야활동은 ANT( 공역및항행팀 ) 을지원하는소그룹에의해서수행된다. 현재계획으로는대략 2005년을기점으로재래의시스템을퇴출시키고 GNSS기반시설로전환한다는것을알수있다

63 2) EGNOS EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service) 는두개의 INMARSAT III 위성항행트랜스폰더와 ARTEMIS 위성을통해서미국의 GPS 와러시아의 GLONASS 시스템에대해보정신호를방송하게된다. 이프로젝트는현재도입단계에있으며 2003년에완료될예정이다. 이 EGNOS는 GNSS 도입에대한유럽의프로그램이며결국에는 GNSS-2에대한유럽의참여인 Galileo 프로그램에통합될것이다. EGNOS AOC(Advanced Operational Capability) 시스템은 SBAS 이며유럽의육상, 해상및항공교통분야에있어서위치, 속도및시간요건을만족시키게될것이다. EGNOS는미국의 WAAS 및일본의 MSAS(MTSAT- 기반보정항행시스템 ) 같은 SBAS 와공동운용가능하다. 또내장된확장기능을사용하면아프리카, 동부지역및러시아같은 GEO 위성방송지역에대한서비스를제공하기위해확장도가능하다 16. 가. EGNOS 의구성 EGNOS 시스템은지상부분, 우주부분, 사용자부분및지원시설부분의 4 개의요소로구성되어있다. 지상부분은 GNSS (GPS, GLONASS, GEO) 의거리및무결성감시기지국 (RIMS)34개로이루어지는데임무제어센터 (MCC) 라고하는잉여제어및처리시설에연결되어있다. MCC는각각의위성에대한무결성, 의사거리차분교정치, 전리층지연을계산하고 GEO 위성궤도를생성한다. 이정보는 NLES( 항행육상기지국 ) 에메시지로보내지고여기서 GEO 거리신호

64 로서 GEO 위성으로올려보내진다. 이때위성은이데이터를 GPS 링크 1(L1) 주파수를사용해서지상으로다시내려보낸다. 지상부분의모든시스템은 EGNOS 광역통신망 (EWAN) 에연결되어있어이를통해서모든데이터의교환이이루어진다. 각 GEO 항행트랜스폰더마다 2개의 NLES( 하나는주시스템이고다른하나는백업용 ) 를설치하는데한개는시험및평가에사용될것이다 16. 우주부분은지구전역을커버하는지구정지궤도트랜스폰더로구성된다. EGNOS AOC 는 INMARSAT III 위성인 AOR-E 와 IOR 그리고 ESA 의 ARTEMIS 항행트랜스폰더를사용한다. EGNOS 사용자부분은 EGNOS SIS ( 위성신호 ) 의성능을검증하기위해필요한표준수신기와민항공, 육상및해상응용분야에필요한서비스를제공하기위해서 15년간의임무를위해한개의위성이더필요하게될것으로예상된다. 지원시설부분은 DVP( 개발검증플랫폼 ), ASQF( 적용별자격관리시설 ), PACF( 성능평가및시스템점검시설 ) 로구성되며이들은시스템개발, 운용 및자격관리를지원하는데필요한시설이다. 나. EGNOS 의주요기능 - GEO 거리신호제공 (R-GEO) : GEO 위성 (INMARSAT III AOR-E 와 IOR 위성 ARTEMIS 위성 ) 을통해 GPS처럼거리신호를전송한다. - GNSS 무결성채널 (GIC) : 무결성정보의방송으로서 GPS,

65 GLONASS 및 EGNOS를이용하는안전한항행서비스의이용성을증대시킬것이다. - 광역차분정보 (WAD) : 차분교정치를방송하며 GNSS 위성의항행서비스성능 ( 주로정확도 ) 을 CAT-I 정밀접근및착륙요건수준까지개선시킨다. 다. EGNOS 의개발단계 EGNOS 는두개의단계인초기단계와 AOC 도입단계로계획되어있다. 초기단계는시스템사전설계검토 (PDR) 를끝냄으로써 1998년 11월에성공적으로완료되었다. EGNOS AOC 개발을책임지고있는산업체의팀은프랑스의 Alcatel 우주산업의주도하에참여국가소속회원사로구성된다. 참여국가는프랑스, 스페인, 영국, 네덜란드, 독일, 포루투칼, 이태리, 스위스, 오스트리아, 캐나다, 노르웨이등이다. 테스트베드검증및운용을거쳐 AOC 도입에필요한시스템개발을통해 2004년운용개시를위해박차를가하고있다 16. 라. SBAS 테스트베드 Eurocontrol 실험센터에서는 SBAS 테스트베드 Pegasus Plus를개발하였으며 2002년 1월 ESTB 데이터수집망을구성하였다. 2002년 5월 2일양일간에 Nice에서데이터수집실험을실시하였다. 접근절차는프랑스 DGAC에서설계한것을사용하였으며항공기탑재장비로는 DO-229A/B/C 를만족하는표준수신기를사용하였다. 실험데이터는프랑스의 Toulouse, 스페인의 Barcelona, 영국의 Leeds, 독일의 Delft에서수집되었으며유럽전역에분포된 RIMS 기준국 10개를이용하였고 CPF 와 MCC에서실험데이

66 터를처리하였다. 실험결과에따라위치오차는항상보호수준보다낮은 값임을알수있다 16. 3) GALILEO 갈릴레오는유럽의위성항행시스템프로그램으로서 GPS 및 GLONASS 와더불어중요한 GNSS로서역할을담당하게될것이다. 이항행위성시스템은전세계의다양한이용자들에게위치정보를제공하게된다. 이중에서중요한사항은전세계의다양항이용자들에게위치정보를제공하게된다. 이중에서중요한사항은민간항공을위해 30개의위성을궤도에진입시킬계획이며다양한정보를높은신뢰도로제공할것을목표로하며 2008년서비스를개시할예정이다. 가. GALILEO 우주부분 갈릴레오우주부분은 30개의중간고도위성 (MEO) 으로구성된다. 위성의고도는지상 236km이며궤도면은적도와 56도의각을가지며궤도의수는 3개이다. 위성의지구공전주기는 14시간 4분이고지상트랙은약 10일마다반복된다. 갈릴레오위성신호는 4개의주파수 E5A=1176MHz, E5B=1207 MHz.L1=1575MHz,E6=( 미정 ) 를사용하고, CDMA 방식을사용할예정이다. 성능에관한목표는수평정확도 4m (95% 확률 ) 및수직정확도 8m (95% 확률 ) 이다 14. 나. GALILEO 지상부분 갈릴레오의지상시설은 GUS( 지상업링크기지국 ), MUS( 임무업링크기지 국 ), MMO( 임무감시실 ), GCC2( 갈릴레오통제센타 ) 통신네트워크등으로구

67 성된다. GUS 는 5 개의기지국으로구성되며 11m 안테나를갖는 S- 밴드업 링크기지 1 개및임무 C-band Uplink 기지 4 개로지구전체를커버한다. MUS 는 5 개의임무 C-band Uplink 기지 4 개로지구전체를커버한다. MUS 는 5 개의임무 C-band Uplink 로구성된다. MMO는갈릴레오임무를감시하는사무실이고 TBC 는델타무결성감 시시설이다. 갈릴레오 통제센타는 운영시설인 SPF ( 서비스 생산시설 ), SCF( 위성제어시설 ), MCF( 이무제어시설 ) 및 GACF( 지상 자산제어시설 ) 와 기타시설을포함한다. 이들각구성요소의연결역할을하는통신네트워크는 20 개의갈릴레오 센서지상국 ( 항행 - 체인, 무결성 - 체인, 백업 - 체인 ) 으로구성하여지구전역을 커버하며양호한서비스를제공한다. 다. GALILEO 가제공할서비스 Galileo 시스템이제공할서비스는 OS(( 개방서비스 )-SoL( 생명안전서비스 )-CS( 사업서비스 ) 및 PR 서비스 +SAR( 수색구조 ) 이다. 개방서비스는일반에게무료로제공되는서비스이며위치및시간정보가제공된다. 생명안전을위한서비스는해양및항공등에서인명이위험에처하지않도록안전을보장하기위한서비스이다. 상업서비스는유로로제공하는서비스이며고속이방송, 서비스품질보증, 정확한시간, 전리층지연모델및차분교정정보와같은고품질의서비스이다. PR ( 홍보 ) 서비스는경찰, 소방서, 앰블런스, 군사, 세관업무에필요한홍보서비스를제공하는것이다. 중요한서비스의하나인수색구조서비스는현재의 5km 오차를갖는위치정보를사 용하는대신구조를필요로하는대상의위치를 수 m 이내로줄일수있어

68 서효율적인수색구조를가능하게할것이다 16. 라. GALILEO 개발계획 Galileo 프로젝트관리는합작사업 (JU ; Joint undertaking) 형태로추진될것이다. 이 JU는유럽의참가국들의협정제171조에따라설립되었으며회사로서는처음있는일이다. 그역할은공공부분과민간투자를효율적으로관리할단일기관으로효율적인관리를담당할것이다. 그세부적인임무는다음과같다. - 관리조직과사업계획의수립 - 공공부문과개별투자의유치 - 시스템구축을위한상업자모집 - ESA( 유럽우주연구소 ) 의참여로초기위성의발사 2002년부터 2005년까지약 2000만유로의자본금으로구성하며, 이 JU 의설립자는유럽공동체및 ESA 이다 16. 참여하는타기관은유럽투자은행 (European Investment Bank) 과미래의양수인으로선정된후 2000만유로이상을구매하는사업체이다. 갈릴레오추진계획은 4단계로구성된다. 제 1 단계는개념정립단계이며 2001 년에종료되었으며갈릴레오요건과 시스템구성을정립하였다, 소요경비는 8000 만유로가지출되었다. 제 2 단계는 2002 년에서 2005 년까지이며개발및평가를수행한다. 임무를 확정하고위성과지상시설을개발하고궤도에쏘아올린후평가를수행한 다. 예산은 12 억 500 만유로를예상하고있다

69 제 3 단계는설치단계로서 2006 년부터 2007 년까지 2 년간이다. 위성을제작 하여궤도에올린다. 또지상시설의설치를완료한다. 시스템도입을완료하 는데필요한예산은 21 억 5000 만유로정도이다. 제 4 단계는 2008 년부터시작되며운용에들어간다. 서비스에필요한경비 는년간 2 억 2000 만유로이다 아시아태평양지역의 GNSS 개발현황 1) GNSS 항행수용능력및정밀접근 / 착륙유도시스템도입에대한전략 GNSS 항행수용능력및정밀접근 / 착륙유도시스템을제공하기위한시스템도입전략은 2001년 7월 COM/MET/NAV/SUR 소그룹의제5차회의에서검토되었다. 이수정보완된전략은 2001년 8월개최된 APANPIRG 12차회의에서결론 12/16 및 12/17로체택되었다 16. APANPIRG 12차회의는위의두전략을검토하였다. 주안점은정밀접근 / 착륙유도시스템의 Para b): 현재제공하는 SBAS 서비스로 PA CAT-I 접근을지원할수있느냐하는것이었다. SBAS 구성은 PA CAT-I을제공한다고할지라도현재이용가능한서비스 (WAAS) 가 PA CAT-I을지원하기에아직미흡하다는결론을내렸다. 따라서아시아태평양지역에서는 PA CAT-I 운용을지원하기위해서는 GBAS 가필요하다고인식하였다 2 4. 이현안을명확히하기위해서이전략의부록 E 의 Para b) 를수정하였

70 다. 아 태지역의국가에서는 GNSS- 기반접근 / 정밀접근을계획하거나도 입하려는경우이전략을유용한지침으로활용할수있을것으로보인다 24. 2) 아시아. 태평양지역 CNS/ATM 도입계획 새로운 CNS/ATM 시스템의여러가지구성요소의도입현황에대한 APANPIRG 및각국가들의검토자료를제공하기위해서 APANPIRG 제 11차회의는아시아. 태평양 FIR에대한 CNS/ATM 도입및계획행렬의개발에대한결론을 11/37로채택하였다 14. 아 태지역사무소는 2001년 6월이행렬에포함시킬필요한정보를수집하기위한서한을이지역각국에발송하였다. 각국가로부터받은대부분의답장은각 FIR에대한내용이라기보다는각국의도입현황을근거로한것이었다 23. 이렇게수집된자료를기초로이행렬의초안이만들어지고 CNS/ATM 도입협력소그룹 (CNS/ATM/IC/SG/9) 의제9차회의 (2002년 3월방콕 ) 및 ATN 전환전담팀의제4차회의 (2002년 4월멈바이 ) 에서발표되었다 16. 이두회의에서이 CNS/ATM 도입행렬 ( 초안 ) 이검토되었고필요에따 라수정되었다. 이행렬에는 ATN, AIDC, CPDLC, GNSS 및 ADS 같은 CNS 요소의도입현황이포함되어있다 16. APANPIRG 및각소그룹은정기적으로이도입계획의진척여부를평가 하게될것이다. 또한이행렬은아 태지역의모든 FIR 을포함하는도입계 획이될수있도록개발하고보완을계속할것이다

71 3) 아시아 태평양지역기본적 ANP 및 FACID 의 CNS 부분 아시아 태평양지역기본적 ANP ( 항행계획 ) 및 FACID( 시설및서비스 도입문서 ) 는 2001 년 8 월 ICAO 평의회를대신해의장에의해승인되었다. CNS/ATM 도입의핵심적우선순위목록에서기본적 ANP 에들어있는 CNS/ATM 사항과 FACID를합병할필요가있다고판단하였다. FACID 내의 CNS 표에는이미 CNS/ATM 시스템의구성요소를진보순서에따라도입하도록기술되어있음을주목해야한다 16. CNS/MET/SG/5 회의에서아시아 태평양지역 FACID 의제 4 부 CNS 및 기본적 ANP 의제 4 부 CNS 에포함되어있는내용을필요에따라검토해 야한다고결정하였다. CNS/MET/SG/5 회의에서검토하기에는너무도분량이많았으므로이작업을수행할작업그룹을만들고 2002년7월방콕에서개최될 CNS/MET/SG/6 회의에서그결과를발표하기로합의하였다. 이때 CNS/MET.SG/5 가내린결정은다음과같다. 결정 5/24- ANP/FACID 검토작업그룹의결정호주, 중국, 홍콩, 일본, 싱가폴, 태국및미국의위원으로구성된작업그룹을결정한다. 목적은 CNS 부분에잇는 CNS/ATM 관련사항을포함한다는생각을가지고기본적인 ANP 와 FACID 의제4부에포함되어있는지역별절차를검토하는것이다. 또 APANPIRG CNS/ATM 시스템에대한모든관련문제에대한결론을검토하는일이다. 여기서얻을결과는 2002년차기소그룹회의에서발표해야한다

72 ANP/FACID 검토작업그룹회의는 2002 년 4 월 Mumbai 에서개최되었다. 호주, 중국, 홍콩, 인도, 일본, 태국및미국에서모두 21 명이참가하였다. 서 기가발표한제안초안과일본이논평을검토하였다. 2002년4월 Mumbai 에서개최된 ATNTTF(ATN 전환전담팀 ) 제4차회의는이작업그룹의결과를검토하였다. 이회의는제안된변경사항에대해 FACID 의제 4부의개요부분과기본적인 ANP 의제4부를통합하도록권한을이양하였다. 이에따라이회의는다음과같이결론 ( 초안 ) 을내렸다 16. 결론 4/9( 초안 )- 기본적 ANP 와 FACID에대한 ATN 관련절차아 태지역 FACID 의제4부 CNS 와기본적 ANP 의제4부 CNS 의 ATN 관련자료에포함되어있는지역별절차에대해제안된개정사항을확정된절차에따라적절한문서에합병할것을채택하였다 호주의 GNSS 현황 1) 호주의 GNSS 운영현안및연구결과 호주는 CASA( 민간항공안전국 ) 를통해서 IFR을위한 GNSS 의운용에관한작업을계속하고있다. 이작업은 APANPIRG 에참여 Papua New Guinea에서의 AusAID 프로젝트및상담연구를포함한다. 2002년 3월방콕에서개최된 APANPIRG CNS /ATM I/C SG 회의에서새로운 TSO C145/146 수신기설계표준의적용에관한논문이발표되었다. 이논문은추천된국가들이 C129수신기보다 C146 수신기를승인한근거를제시하였다. 이추천사항은소그룹에서채택되어 APANPIRG에검토해주기를의뢰하였다

73 미국교통성 Volpe 센터는파푸아뉴기니아에서 GNSS 의사용에관한연구를수행하였다. 이연구는 C146 수신기표준을사용하면 GPS 가파푸아뉴기니아에서 GPS 기반 IFR 운용을제공하는데필요한기술적요건을만족할수있다는것을입증하였다. 호주민간항공안전국은호주의 FIR에서지상기반및 GNSS 기반항행의성능분석을위한재원을제공하였다. 이연구는 C146 수신기를갖춘 GPS 를사용하면현재운용중인지상기반항행보안시설보다더높은수준의성능을제공할것이라는것을시사하였다 16. 이회의는 TSO C146 표준수신기를승인해주기를 CNS/ATM/IC SG 의 추천안으로상정하였다. 2) 호주의 ADS-B 지상국진척현황 호주에어서비스 (Airservices) 는퀀스랜드번다버그에운용가능한 ADS-B 를사용하여레이다처럼분리서비스를제공하는것이목적이다. 현재까지의운용시험프로그램은다음과같다 년 6 월말 ADS-B 지상국을설치하고현장수락시험완료. 이시스템 은기존의통신탑에설치 2 개의 DME 안테나를동일한탑에설치해서완전 2 중시스테구성하여초기커버리지시험실시. ADS-B 데이터를완전히통합하기위한 ATC 자동화시스템으로변경하 기위해소프트웨어를개발함. 이소프트웨어는공장검사에합격하여 8 월 에현장검사를실시할예정

74 2002 년 10 월 FAA TSO 를받기위해항공전자시스템을제출함. TSO 가 승인되면곧바로항공기에장착할예정. 이사이트의커버리지의사전검사는상공통과비행에서모우드-S 짧은스퀘터펄스메시지 (FF11) 를검출함으로써수행하였다. DF11 메시지는항공기 24비트어드레스를아래로내려보낸다. 이것은이미알고있는항공기의위치와비교할수있다. 관측된성능은 ADS-B(DF17) 메시지가다운-링크될때의성능과매우비슷할것으로기대할수있다. DF11 메시지가지상국에서약 290nm 떨어진에어뉴질랜드항공기 ( 고도 FL360) 에서정확하게디코드되는것이확인되었다 26. 이모우드 -S 확장된스퀘터지상국의통달거리성능은특히주목할필요 가있다. 이기술은 ATC 레이다같은감시서비스를상당히더저렴한비 용으로제공할수있다는가능성을보여준다. 3) 호주의 GRAS 관련활동 호주에서는 GRAS를광범위보정시스템을구성하기위한지역적범위에서의보강시스템으로정의하고있다. 호주의 GRAS는지리적으로광범위한지역에데이터를전송하기에효과적인방법으로전송데이터생성은현재표준작업이진행되고있는 SBAS 의체계를사용하고있다. 호주의 GRAS는각기준국의자료를수집하는네트워크와중앙처리기관은 SBAS 와유사하지만데이터가사용자에게전달되는방법은 GBAS 와유사하다. 보정정보와무결성정보는 SBAS ( 광역 ) 데이터포맷으로각 GVS(GRS VHF Station) 으로전달된다. 각 GVS 에서는 TDMA 방식으로

75 이용자에게전송하는업무를담당한다 14. 데이터는 GBAS 메시지포맷으로변환되며 GBAS 데이터프로토콜을사용한 VHF 에실려송출된다. 이는 GBAS 의항공전자시스템을이용하여공중과지상에서상호이용성을유지하기위함이다. 이러한기술은위성기반보강시스템이제공되지않는고위도에위치하거나방송매개체로서위성을사용할수없는지역에적용된다 14. GRAS 시스템은현재호주내에설치되어시험운영중에있으며그결과는 GNSSP WG B(IP-1) 에보고되었다. 호주에서의 GRAS 구성하드웨어는 GBAS 하드웨어와연관이없으며 GRAS 와호환은 GBAS 의 SARPs 에따른 VHF 데이터방송프로토클과최종메시지포맷이다 14. 그림 4 2는호주의 GRAS의기본운용개념도를나타낸것이다. 그림 4 2 호주의 GRAS 운용개념도

76 5. 러시아의 GNSS 현황 1) 러시아의 GNSS 도입현황및계획 러시아는위성이용방법에대한미국의독주를견재하기위하여독자적인기술로개발한 GLONASS(Global Orbiting Navigation Satellite System) 를운영하고있으나경제침체로인한어려움으로정상운영이지연되고있다, 러시아산업계의상업화능력부족으로 GLONASS 관련시장도제대로개발또는장악하지못하는실정이며, 일부미국산업계및정부협조로명맥을유지하고있는형편이다. 1998년부터러시아연합은위성항행시스템을사용한항공기의비정밀접근 (NPA) 운용실험을수행해왔다. 이실험은루프트한자항공사와사마라항공사가참여하여 Kurumoch의 Samara 국제공항에서실시되었다. 또 GBAS를사용한 CAT-I 정밀접근 (PA) 의실험과비행시험도시작하였다. NPA( 비정밀접근 ) 에대한실험은완료되었으며다음의과업의수행되었다. - ICAO 8168 PANS-OPS, Vol. ii ch.33, p 에따라서 Kurumoch Samara 공항의접근및비정밀접근방식을개발하였다. - Kurumoch Samara 공항에서 GNSS를이용한비정밀접근유도를개발하였다. - 조종사와관제사를위한 GNSS NPA 에관한추가적인라디오교환어법을개발하였다. - 사마라항공사의 TU-154M 항공기를 GNSS NPA 가능하도록개량하였다

77 2000년에도 FMS( 비행관리시스템 ) 를탑재하고있는루푸트한자의 A-310 및 A-320 항공기에의해 30회이상의접근이수행되었고, 개발된방식의타당성, 공항의최소요건 (200x2500) 의접근정확도및관제사와승무원간교신을위해개발한절차의타당성을증명하였다 년에도 KLN-90B GPS 수신기를장착한사마라항공사의항공기를사용하여 23회의접근이실행되었다. 루푸트한자는사마라공항에서비정밀접근을영구히사용해도좋다는허가를얻게되었다. 이실험작업은 GNSS 기반의 RNAV을사용하는접근방식계산에적용하는방법을규정하는 The Guidance on Airport Schemes and Assigning of Safe Altiude 의갱신에관한러시아연합교통성의 SCAA( 국립민간항공국 ) 명령 NO.225의근간이되었다. SCAA는이특별법을편집하였는데 NPA 적용 (NPA 사용지침서포함 ), 항공사에대한요구사항, ATC 서비스항공기탑재장비등에대한모든사항을규정한다 16. 다 년애도다른두개의공항에 NPA 를사용하기위한준비를하고있 SPECTR( 러시아제조과학연구및공업회사 ) 는모스크바설계국 MARS 와합작으로 GBAS 장비 LCCS-A-2000를만들었는데이장비는 CAT-I 정밀접근용이며 ICAO 의 GBAS SARPs 요건에따라제작되었다. 이 GBAS 는 GAD SARPs 의등급 A에해당된다. 2001년에 LCCS-A-2000는 FAT ( 공장수락시험 ) 을통과했고 2001년말에 Zhukovski 공항비행시험연구소에서현장수락시험 (SAT) 에합격했다. 2002년 LCCS-A-2000는국제항공위원회에서인증을획득하였다

78 2) 러시아의 ADS 개발현황과계획 현재마가단 (Magadan)ACC 시설에는새로운 ATC-ADS/CPDLC 관제워크스테이션이사용되고있다. 이시설에는레이다 (SSR 및 PSR) 신호를사용하는재래식관제워크스테이션과 CNS/ATM 관제워크스테이션이모두설치되어있다. 이워크스테이션을사용하여 ATC 관제사는마가단해양 ACC 구역에 TR한극횡단항로에대해항공관제서비스를제공한다. ADS-B(ADS 방송 ) 는가장유망한형태의감시 KDTLRDML 하나이며 ICAO 의미래항행시스템의개념에부합한다. 이런관점에서 ADS-B 는러 시아의 ATM 시스템의핵심감시방식의하나이다. 2000년마가단 ACC 센터에해양 ATS 센터를설립하였다. 이관제센터는북아메리카와동남아시아를연결하는횡단항로 3(G-491) 과 4(G-494) 에대한서비스를제공하는것이목적이다. 이들항로는 2001년2월1일부터정규항로로개설되었다. 마가단센터는재래식절차와 FANS 항공기를위한 CNS/ATM 기술을모두이용할수있다. 그러나북위 80도이상에대해서는 ADS-C 및 CPDLC 응용에대한 Satcom 이불가능하므로관제사는이에대해재래의 HF 통신을사용한다, 이 HF 통신은항상신뢰할수있는것은아니라는약점이있다. 장차러시아 SCAA 는북극에가까운고위도에대해서는 ADS-C 와 CPDLC를위해, HFDL 은저위도 ( 북위 80도이하 ) 에대해서는 Satcom 에대한백업시스템역할을담당하게될것이다. 육상의항로에대해서는레이다와공지음성통신에기반한재래식 ATC 절차를사용할것이다. 장차테이터링크초기운용에는재래식 ATC를지원하는데사용하고

79 나중에는 ADS 와 CPDLC 응용에핵심시스템으로사용하게될것이다 16. Tumen 지역에서 ADS-B를 ATC 와고역사용에이용하는것을실험적으로입증하기위한프로젝트를준비하여중앙관제센터 (ACC), 공항관제센터및지역관제센터에다음 2년간설치할예정이다. 2000년에러시아 SCAA 는 Tumen 지역에 ADS-B 시스템을개발하고설치하는데필요한규격을개발하여채택하였다. 2000년이후러시아제조회사들은이프로젝트에참여하기시작하였다. 이프로젝트의목적은 ATM에 ADS-B를사용할경우의항공사와장착항공기에어떤이익이있는지평가하기위한것이다 16. 이프로젝트를위해러시아회사 NITA 는항공기와지상용 V이-4 응답기를설계하였다. 현재로서는 NITA 는공장수락시험 (FAT) 를실시할예정이고 Tumen ACC 에설치하여현장수락시험 (SAT) 를수행한후비행시험을할계획이다. 곧 NITA 는 ADS-B 서버설계를마무리할것이다. 이서버는 V이 (VHF 테이터링크 ) 응답기 GBAS 기지국및 NITA 가 Tumen ACC 에이미설치한재래의 ATC 시스템 Alpha 에인터페이스를제공한다. 2002년말에러시아 SCAA는새로운기술장비에대한현장수락시험 (SAT) 을수행할것이다 16. 이프로젝트의중요한부분은 ATC 레이다통달거리권역에서헬리콥터 운용을지원하는데 ADS-B 를이용할수있는지평가하기위한것이다. 6. 일본의 GNSS 현황 1) 일본의 CNS/ATM 정책일본은정부의적극적인정책지원에의하여우주개발사업단 (NASD; National Space Development Agency of Japan) 을창설하고 2002년부터는

80 새로운독자적인지역권위성항법시스템을구축하기위해 700억엔 ( 약7,000억원 ) 의예산으로한개의정지위성과 3개의경사저궤도위성을사용하여한국, 중국, 인도네시아, 일본, 괌등극동및동남아시아권을포함하는방대한지역에오차범위 10m 이내의정확도를제공할계획을추진하고동시에유럽과공동으로위성항법시스템을개발하는방안을추진중이며민간항공분야에적용하기위하여정지궤도위성인 MTSAT(Multi-Functional Transport Satellite) 를이용하는 MSAS(MTSAT : Satellite-Based Augmentation System) 를개발하고있다. 1994년민항공위원회에서기존의 ATS 시스템으로는예상되는항공교통수요를감당할수없다는결론을내렸다. 위성기반의항행시스템도입이태평양및타지역에서의교통량증가에절실하게요구된다. 또시스템상으로충분한잉여성이요구된다 16. 일본민항공국 (JCAB) 은새로운항공용위성 MTSAT을궤도에올리고이위성을중시하는 CNS/ATM 시스템을도입할것을결정하였다 19. 또이위성을아시아 태평양지역항공기운항및 ATS 서비스제공자가폭넓게이용할수있도록설계하기로결정하였다 16. 2) MTSAT 프로젝트 그림 4 3은일본의 MTSAT의구성도를나타낸것이며, MTSAT 프로젝트를보면다음과같다. - MTSAT 의임무는개선된항공서비스제공과해당지역에시장정보를제공하는것이다. - MTSAT-1은 2003년발사하여 2004년에는 MTSAT-2가예정되어

81 있다. - 앞으로게속해서정기적으로 MTSAT을발사할계획이다. - MTSAT 서비스지역은인도서부에서하와이동부및호주에서러시아북부에이르는지역이다 19. 그림 4 3 일본의 MTSAT 구성도 19. 3) 일본의 ATM 1994년 ATFM 센터를설립해서일본국내항공교통에대한교통소통관리 (AFTM) 를담당하고출발시간슬롯을결정하는서비스를하고있다. 또한 2005년까지 ATM 센터를설립할계획이다. 이 ATM 센터는나하 FIR 과동경 FIR을하나의 FIR로통합하고일본국내및국제적항공교통흐름을관리하는것이목적이다. 또 EOATC( 강화된해양항공교통관제 ) 를실현하고공역관리 (ASM) 를제공할예정이다. 그림 4 4는일본의 ATM 센터의운용개념도를나타낸것이다

82 ATM 센터의역할은 ATFM ( 항공교통흐름관리 ), EOATC( 강화된해양항공교통관제 ) 및 ASM( 공역관리 ) 이다. 시스템통합계획은동경의항공관제센터의비행데이터처리시스템항공고정통신자동교환및항공데이터처리시스템그리고입력데이터처리시스템을비행데이터관리시스템으로통합하여운용하는것이다. 이통합시스템에는시스템개발평가및우발사고관리센터의정보도함 께관리된다. 그림 4 4 일본의 ATM 센터운용개념도 4) 일본의 CNS/ATM 도입계획 일본의 CNS/ATM 도입계획은 MTSAT 을기반으로하고있다고베항공 위성센터설립, AMSS 도입, FANS-1/A 계획, AIDC 그리고 MTSAT 기반 의 MSAS 도입계획은 2004 년또는 2005 년을목표연도로추진중이다

83 MSAS 가서비스을시작하면히다치 - 오타항공위성센터를설립하고 ATN 의본격적인서비스인 AMHS 및 ATN 공지서비스를 2008 년또는 2009 년 을목표로도입할예정이다 항공사동향 CNS/ATM 시스템의조기실용화를위한첫단계로항공기제작사와국제기구및여러국가들의연구노력끝에보잉사가새로운통신 (C), 항행 (N), 감시 (S) 기능을갖춘항공기탑재장비 (FANS-1 Package 6) ) 를개발하고 95년 7월18일미연방항공청 (FAA; Federal Aviation Adminstration) 이승인하게됨에따라전세계적으로항공기탑재수량 ( 약500대 ) 이급속도로증가되고있다. 제 2 절국제기준재정과각국의전략 GPS 와 Galileo 의동반자및경쟁적관계는국제외교적으로복잡한사안으로부상하고있다. 미국의전쟁수행시자체군사용시그널이아닌다른시그널을국지적으로무력화시키는능력을보유하려는방침과이에맞서는 Galileo의주파수대역공유방침, 더욱많은송 출력을확보하고다른시스템의송 출력을제한하려는움직임, 그리고기존및개발된무선시스템과의전파간섭문제등에서각국은상이한입장과이해관계로수시로합종연횡하는양상을보이고있다. 6) FANS-1 Package 에는 VHF 데이터통신, 위성데이터통신, GPS ( 전세계측위시스템 ) 등의기능을포함하는첨단항공탑재장비

84 한국의경우일본이추진하고있는 MSAS 가원하는송 출력이승인되고일본형 mini- GPS 가미국과의파트너쉽으로개발될경우한국이구상할수있는우주배치정보시스템에기본의 L1 C/A-code를포함시킬파워마진이없어보이는것은매우심각한문제라할수있다. 이런가운데 CNS/ATM 구축은외부적환경요인에의거당초계획보다다 소지연되는느낌을주고있으나현재로서는별문제없이개발되고있다. ICAO는 GNSS 와관련된기술기준을제정하기위하여 1993년항공항행위원회 (Air Navigation Commission) 산하에 GNSS Panel을설치한바있다. 현재31명의맴버로구성된 GNSS Panel 은이미 GNSS의각시스템에대한 1단계국제기술기준안을마련하여 ICAO 사무총장에게제출한바있다. 각국의의견을최종적으로수렴하여이를 2001년 3월 12일이사회에제출함으로서 ICAO 이사회는이를 2001년 11월 1일부터발효되도록확정하였다. 여기에포함된내용을보면측지위성으로서는 GPS 및 GLONASS 가국제표준시스템으로채택되어필요한기술기준이재정되었으며보정시스템으로서는 ABAS(Acraft Based Augmentation System), SBAS(Satellite Base Augmentation System) 및 GBAS(Ground Base Augmentation System) 를국제표준으로정하고 CAT -Ⅰ 까지의기술기준을확정하였다

85 표 4 4 GNSS 의공간신호성능요건 구분수평정확도수직정확도 integrity 경보시간 RNP En-route 3.7km N/A /h 5분 En-route Terminal 0.74km N/A /h 15초 5-1 첫접근. 중간접근. 비정밀접근. 출발 220m N/A /h 접근 10초 Appoach operations with vertical guidance(api-i) 220m 20m 1-2 x 10-7 /h접근 10초 0.3 Appoach operations with vertical guidance(api-Ⅱ) 16.0m 8.0m 1-2 x 10-7 /h접근 6초 0.03 CAT I 정밀접근 16.0m 6.0~7.0m 1-2 x 10-7 /h접근 6초 0.02 ABAS(Acraft Based Augmentation System) 는항공기에탑재되는측지위성수신기가외부장치의도움없이자체적으로보정기능을갖도록하는것으로서, RAIM 또는 AAIM 기술을이용하여 Integnity를향상시키지만, 터미널및이 착륙용으로사용하는데에는미흡한점이많다. 표 4 4는 GNSS의공간신호성능요건을나타낸것이다. SBAS (Satellite BASE Augmentation System) 는광범위한지역에보정정보를제공하는광역보정위성항법시스템으로서측지위성이외에정지궤도상에위치한별도의위성을이용하여보정정보를방송한다. SBAS는지상의각지점에설치된여러기준국으로부터수신된 GPS 등측지위성정보를마스터국으로보내면여기에서위치오차보정값과각측지위성의고장유무등을계산하여 SBAS 정지위성을통하여방송함으로써서비스구역내의항공기가이를수신하여활용할수있도록한다. 현재구축되었거나구축중에있는 SBAS로서는미국의 WAAS(Wide Area Augmentation System),

86 유럽의 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Servuce) 및일본에서운수용다목적위성 (MTSAT) 을이용하여구축중인 MSAS(Mtsat Satellite Base Augmentaion System) 가있는데당초 SBAS 는 CAT-Ⅰ 까지운용할수있도록설계되었으나 99년이미 1단계구축을완료한미국 WAAS의경우 Integrity 문제점으로인하여아직공식적인운영에지장을주고있는실정이다. GBAS (Ground Base Augmentation System) 는공항인근에설치하여항공기가측지위성을이용하여이 착륙할수있도록도와주는지역보정위성항법시스템이다. 지상의기준국에서계산된위치오차보정정보와위성이항공기가이를이용할수있게된다. 그리고이시스템은측지위성과유사한기능을하는의사위성 (pseudolite) 을공항주변에설치하여시스템의성능을높여주며, CAT-Ⅱ 및 CAT-Ⅲ 까지도운용이가능한시스템을목표로개발되고있다. GRAS (Ground- Base Regional Augmentation System) 는다른보정시스템보다늦게 ICAO에서광역보정시스템의한개념으로정립하고국제기술기준을개발하고있는시스템으로서지상의여러기준국을네트워크화하여이기준국에서수집한측지위성정보를기지국으로보내면이기지국에서는이정보들을분석하여 SBAS 와같이위치오차및위성의이상유무을계산한후이를여러 VHF 송신기를이용하여방송함으로서 GBAS 보다넓은범위에보정정보를제공할수있도록하는시스템이다. GNSS는 21세기항공교통의원활한처리를위하여필수적인것으로인식되고있으나각선진국은 GNSS의기득권을이용하여국력을신장시키거나항공분야에차후큰영향력을행사하려는전략적인차원에서이를접근하고있는것도사실이다

87 미국은 1990년부터 GPS 가제공하는위치정보의오차를인위적으로확대하여오차가 100m이상이되도록유지하다가 2000년 5월 1일부로인위적오차를제거하여현재는 30m 이내가되고있는데이렇게인위적오차를제거할수있었던이유로서차후필요할경우일부특정지역에한하여한정하여 GPS 의오차를제어할수있는것이확인되어인위적으로오차제거가가능하였다고공헌하고있는데이는우리에게많은점을시사하고있다. 많은전문가들은앞으로모든항공기가 GNSS만을이용하여항행을할경우측지위성을확보한미국과러시아는물론대부분의아태지역을대상으로서비스가가능한 MTSA 발사를추진중인일본도향후이위성만으로도인접국가에큰영향력을행사할수있을것으로판단하고있다. 한편보정시스템은각국에서별도로설치하여야하는데광역보정의경우미국은 2개의마스터국, 25개의기준국및 2개의 INMARSTA 보정신호방송용위성등으로구성되는 WAAS(Wide Area Augmentation System) 의 1단계구축사업을 1999년완료하여수평오차 1~2m, 수직오차 2~3의양호한위치정보를제공하고있으나 Integrity 의문제로인하여현재는이를안전에영향을받지않은범위내에서제한적으로운영중이다. 유럽에서는 EGNOS를 2002년부터서비스할예정이며, 일본은 1999년 MTSAT 의발사가로겟트의문제로실패하여 2003년초이를다시발사한후 MSAS 서비스체제를갖출예정이다. 그리고각공항에설치하여운영될 GBAS 는우리나라를포함하여미국, 스웨덴. 독일및일본등에서개발중이거나시험운영중에있는데, 향후설치계획을보면호주는일단

88 년부터 2005년까지 3식을각공항에설치할예정이고미국은 2003년부터 2006년까지 143대 (CAT-Ⅰ 31대, CAT-Ⅲ 112대 ) 를각공항에설치할예정으로두회사와계약하여시스템을개발중에있으며기타많은국가가 2005년전후에 GBAS 의설치를시작할예정이다

89 제 5 장국내구축방안에관한연구 제 1 절국내구축현황 우리나라에서도 1995년건설교통부및한국공항공사에서는국내위성항행시스템구축에대한꾸준한개발노력을기울이고있고현재국내독자기술에의해항공기출발허가 (PDS) 및 D-ATIS을개발하여현재운영하고있다. 사전출발승인시스템 (PDC; Pre-Departure Clearance) 은국제민간항공기구 (ICAO) 주관하에전세계적으로추진중인위성항행시스템 (CNS/ATM) " 통신분야 (Communication) 의 VHF 데이터링크응용분야로데이터링크를이용한항공관제 (ATC; Air Traffic Control) 업무의일부로서항공기의출발승인을해주던것을 DATA 통신을기반으로하여일정하게 FORMAT 화된정보로작성하여항공기에장착된장비로데이터를전송하는개념을말한다. 김포공항의경우 2001년 12월시험운영을걸처정식운영개시하여운영중에있다. 디지털-공항정보안내방송 (D-ATIS; Digital- Automatic Terminal Information System) 은이착륙항공기조종사는해당공항에대한운항정보 ( 활주로정보, 기상, 항공고시보등 ) 을알아야하며 D-ATIS를사용하기이전에는음성으로방송 ( 김포공항126.4MHz ) ATIS 내용을조종사는수신하여운항정보를얻어왔다

90 D-ATIS 시스템은내용을음성데이터에서문자데이터 ( 디지탈방식 ) 으로변환하여항공기로전달, ATIS 내용을프린터또는액정화면 (CDU) 으로데이터를볼수있다. 김포공항의경우 2001년 12월정식운영되고있으며, 서울대학교, 한국항공우주연구소, 한국과학대학 (KAST) 등과함께 CNS/ATM 개념의항공종합통신망 (ATN) 구축을위한개발을지속적으로펼쳐나가고있다. 1. D-ATIS(Digital -Automatic Terminal Information Serviec: 공항정보자동방송시스템 ) 1) 개요 공항정보자동방송장치로명명된 ATIS 는항공승무원에대하여항공기의 운영에필요한정보중공항과관련된정보로서모든항공기가공통적으로 필요로하는정보를자동으로제공하는서비스이다. 이는항공관제사와조종사의통신부담을경감하기위하여교통량이많은주요공항에설치되며이착륙하는모든항공기에공통적으로적용되는기상정보, 사용활주로정보, 진입방식, 항행안전시설의장애여부등항공기의이 착륙에필수적인최신정보를대략 1분이내로정리녹음하여 VHF 음성통신망을통하여항시반복방송함으로서해당공항에이착륙하는항공기에정보를제공하는서비스시스템이다. 2) 기존아날로그 ATIS 시스템의구성은크게정보입력장치, 음성합성장치및송수신장비등으로 구성된다. 정보입력장치는음성을입력시키기위한마이크와데이터를입력시킬때

91 사용되는시설등으로구성되어관제사가필요한정보를시스템에입력시키 는데도와준다. 음성합성장치는마이크를통하여입력된음성정보를합성하고, 합성된정보는 4MB 정보의용량을갖고음성을저장, 반복출력할수있는음성재생기로보내진다. 송수신장비는 U/VHF AM 무성송수신기와송신된정보의내용을확인하기위한수신장비인모니터링시스템과스피커로구성되어있다. AM 무성송수신기는 U/VHF 두대역의주파수를나누어사용하고송신된정보의확인을위하여모니터출력과스피커를통한음성출력을동시에수행한다. ATIS 시스템의제공하는정보를이용하기위하여운항승무원 VHF 수신이가능한지역에도말하면 VHF 수신기를이용하여방송하는 ATIS 정보를수신및기록하여사용한다. 이에따라정보정취능력에따르는문제로인한오 해석, 청취를위한작업량의증가등자동화시스템으로인식될수없는환경이다. 3) 디지털 ATIS 아날로그시스템을이용하는경우는조종사가정보를수신하기위하여최소한 1분이상수신에전념하여야하는문제점, 언어능력에따라음성으로전달하는정보정확도의불충분, 조종사의업무량이과다한공항주위에서만수신가능한점등조종사에게많은문제점을제공하게된다. 전자통신및컴퓨터기술이발달로데이터통신기술이이동중인항공기에 까지확대되어항공기와지상간에컴퓨터통신이가능하게됨에따라위의

92 문제점이해결될수있다. 그러므로디지털 ATIS 의운용개념은무선데이터링크를이용한개념으로조종사는방송을듣는대신항공기내에탑재된컴퓨터의단말을이용하여해당공항의 ATIS MF 신청하면지상의컴퓨터는요청한항공기의 ID를확인한후공항의 ATIS 정보를프리팅함으로서출력된다. 조종사는프린트에기술된정보를이용함으로서아날로그음성을최소 1분이상듣지않고간단히정보를접수할수있다. 기존의아날로그 ATIS 시스템은음성을이용하여 1분전후의정보만을수록함에따라음성특유의불필요한정보가수록이될수있으며이에따라필요한순수공항정보의전달량에제한되었으나문자화된데이터통신을이용함으로서전달되어야할정보를간단한문구로기술함으로서많은정보를전송할수있다는장점이있다. 지금까지의음성통신에의한 ATIS 메시지수신은공항영역내에서만가 능하였으나, 데이터통신에의한수신은전세계어디서나가능함으로조종 사가한가한시간에공항정보를수신하여사전에검토할수있다. 비행중 ATIS 수신 ARINC RGS 주파수 : MHz 음성 ATIS ARINC Network DB 서버 SITA RGS 주파수 :131.55MHz 태국 (AERO THAI) Inter- Networking 통신서버 SITA Network 그림 5 1 D-ATIS 시스템구성도

93 4) 국내공항의 D-ATIS 설치현황이착륙시항공기조종사는해당공항에대한운항정보 ( 활주로정보, 기상, 항공고시보 (NOTAM) 등 ) 을알아야하며 D-ATIS를사용하기이전은음성으로방송되고있는 ATIS 내용을조종사는수신하여운항정보를얻어왔다 8. 그림 5 1은 D-ATIS 시스템의구성도를나타낸것이다. D-ATIS 시스템은 ATIS 내용을음성데이터에서문자데이터 ( 디지털방식 ) 로변환하여항공기로전달하며항공기의조종사는 ACARS를이용하여현재사용되고있는 ATIS 내용을 Printer 또는액정화면 (CDU) 으로 ATIS 데이터를볼수있는시스템이다. 미국, 홍콩, 일본, 호주, 프랑스등에서정식운영또는시험운영되고있다 8. 국내공항에는인천, 김포, 인천, 김해, 제주, 대구, 광주, 울산공항등에설치운영중에있다. 국내공항에도 D-ATIS 를사용함으로서혼신의염려없이간결하게프린트된정보를볼수있으며항공기조종사의업무를경감시키고전세계어디에서든국내공항의정보를사용할수있다. 국내공항의구축 ( D-ATIS ) 은국제공항을중심으로한인천, 김포, 김해, 제주, 대구, 광주, 울산등 6개공항설치에설치운영중에있다. 그림 5 2국내구축망도이며, 그림 5 3은네트워크구성도를나타낸것이다. 표 5 1은 D-ATIS STANDARD 전문을나타낸것이다

94 김포-RKSS V-ATIS PDC PDC/D-ATIS in KOREA Only 1 Physical X.25 Line (PDC 3 AP, DATIS 6 AP) DB(Dual) Console COMM-Server X.25 SITA 항공종합통신망 V-ATIS PDC V-ATIS V-ATIS V-ATIS PDC V-ATIS 김해 -RKPK 제주 -RKPC 대구 -RKTN 광주 -RKJJ 울산 -RKPU 그림 5 2 국내구축망도 아시아나항공 삼성테크윈 통일항공 김포 대한항공 원주 한화 속초 기존전국항공종합통신망이용 항공대학교 강릉 별도의전용회선없음 중앙 119 청주 향후서비스공항확대용이함 서울공항 A T N 예천 공군본부 대구 건설교통부 울산 위성항행시스템실구축운영중 인천공항 포항 김포 AFTN 센터와직접연결 인천 ACC 김해 군산 사천 목포 여수 제주 광주 그림 5 3 네트워크구성도

95 표 5 1 D-ATIS STANDARD 전문 1) 요청전문 (ATIS Request) <SOH>QUSELCEYA.QXSXMXS ddhhmm <STX>RAI FI KE1234/AN HL5678 DT QXS RGS ddhhmmm01a - TI2/040RKSSA0000<ETX> 2) 발송전문 (ATIS Uplink) <SOH>QUQXSXMXS. SELCEYAddhhmm <STX>DAI AN HL5678 -/SELCEYA.TI2/RKSS ARR ATIS B application text0000<etx> 2. PDC(Per-Departure Clearance: 사전출발승인시스템 ) 1) 개요 국제민간항공기구 (ICAO) 주관하에전세계적으로추진중인위성항행시스템 (CNS/ATM) " 통신분야 (Communcation)" 의 VHF 데이터링크응용분야로데이터링크를이용한항공교통관제 (ATC:Air Traffic Control) 업무의일부로서항공기의출발승인 ( 허가 ) 을현재는관제사와조종사간의음성 (VOICE) 으로출발승인 (Clearance) 을해주던것을 DATA 통신을기반으로하여일정하게 FORMAT 화된정보 ( 항로, SQUWCK, 고도, 출발시간, 사용주파수등 ) 로작성하여항공기에장착된 ACARS 라는장치로데이터를전송하는개념을말한다 8. PDC 란

96 용어는유럽에서상용하며, 미국에서는 DCL(Departure CLearance) 라고통칭하 기도한다 8. 국내공항에는인천, 김포, 제주, 울산공항에설치하여운영중에 있다. 2) PDC 운영시설 PDC 를수행하기위한장치로는관제탑단말기, 항공기와교신하기위한 무선송 수신기및데이터를처리하기위한서비스제공자시설로구분된 다. 그림 5 4 는 PDC 시스템의구성도를나타낸것이다. 가. PDC 단말기 ( 관제탑용 ) 조종사의요청전문수신및관제사가항공기출발전에조종사에게비행에 관련된전반적인정보를직접발송하는것으로기본적으로단말기본체및 주변기기 (X25 카드, DSU, 모뎀 ) 로구성된다. 나. 항공기탑재장비 (ACARS) ACARS(Aircraft Communication Addressing and Reporting System) 는 VHF, HF, SATCOM 등데이터링크를통해지상과통신을할수있는항공기탑재장비로서 B 의경우조종석내에 3개의 CDU(Control Display Uint) 가있는데, ACARS 의조작화면으로도사용하지만항행에필요한각종데이터및비행계획 (Flight Plan) 등을입력또는제어할수도있고각종항법장비의주파수등을동조하는기능도한다 8. 국적항공사의 ACARS 장착현황은아래표 5 2와같다

97 표 5 2 국적항공사의 ACARS 장착현황 8 항공사총보유항공기 ACARS 장착항공기 B 대한항공 (KAL) 131대 B777 3 A330 8 소계 131대 34대 B747 1 아시아나 (AAR) 44대 B777 1 A330 1 소계 44대 3대 ACARS 장착율비고 (2001 년기준 ) 25.95% 신규도입시장착항공기도입추진 6.82% 총계 175 대 37 대 21.14% 다. 서비스제공자 국제적인항공정보교류용네트워크를보유하고있는회사로서대표적인 회사로는 ARINC, SITA 등이있다. 표 5 3 은 D-ATIS 및 PDC 의서비스 제공내용및서비스제공회사에대하여나타낸것이다. 표 5 3 D-ATIS 및 PDC 서비스제공내용 8 서비스제공회사서비스제공지역서비스제공내용 ARINC( 미국 ) 북미, 멕시코 ATS(PDC, D-ATIS), AOC APC, AAC SITA( 유럽 ) 동아시아, 호주, 아프리카, " 유럽등122개국가 Air Canada( 케나다 ) 캐나다자국영토 " Avicon J 메무 ( 일본 ) 일본자국영토 " MASCOM( 말레시아 ) 말레시아자국영토 AOC Aero Thai( 태국 ) 태국자국영토 ATS(PDC,ATIS 등 ), AOC APC, AAC CAAC( 중국 ) 중국자국영토 RGS 설치및시범운영

98 라. 서비스제공자통신장비 1. 메시지처리장치 (DHP), 각사용자 ( 관제기관, 항공사등 ) 및항공기의전송메시지에대하여저장처리및전송등모든메시지를처리하는서비스제공자주처리장치 2. 원격지상국 (RGS) 항공기와는 RF 무선통신을서비스제공자와는유선통신망에의해연결되어무선데이터링크업무를수행 3. 지상네트워크지상네트워크는사용자 ( 관제기관, 항공사 ) 와서비스제공자간을접속하기위한지상유선네트워크망으로서현재 X.25 프로토콜을부로사용한다. ARINC RGS 주파수 : MHz DCL 단말 출발전 DCL 요청 ARINC Network DB 서버 SITA RGS 주파수 :131.55MHz Note : 1. 오류발생시 FSM 자동전송 2. 분석후 DB 서버에저장 태국 (AERO THAI) Inter- Networking 통신서버 SITA Network 그림 5 4 PDC 시스템구성도 3) 국내공항의 PDC 설치현황 PDC 는인천, 김포, 제주국제공항, 울산공항에설치운영중이며관제업무 를담당하는지상관제사및항공승무원으로부터좋은반응을보여향후확 대설치예정으로있다

99 ACC MODEM 2400,N,7,1 비행계획서는인천 ACC 로부터제공받으며 FP-GateWay 에서 RS-232C 통신으로수신하여 TCP/IP 로변환하여제공한다. 이를위하여 FP-GateWay 를 Windows 버전으로제작한다. FDT G/W TCP/IP FP Daemon DB 비행계획서는수신전용이며송신되는데이터는없다.(GW 에서는상태값을주고받는다 ) ET C ET C 통신서버의 FP 수신프로그램 DB 서버의 Database PDC 발송을위하여항로및절차를연산하여 DB 에저장한다. 그림 5 5 비행계획정보수신계통 그림 5 6 PDC 요청에의한센터의역할구성도

100 요청전문예 ^AQU SELATYA^M.QXSXMXS ^M ^BRCD^M FI KE1257/AN HL7720^M DT BKK ICN M65A^M - DC1/RCD 040^M KE1257-RKSS-GATE 7-RKPC^M ATIS N^M -TYP/A330^M -RMK/EC11^M ^C 090 서버의요청전문체크와자동발송 체크항목 1. 출발 / 도착공항입력 ERROR 2. FI CODE 입력 ERROR 3. 관제사작성 FSM 메시지 그림 5 7 PDC 요청시서버의자동발송메시지 표 5 4 PDC STANDARD 전문내용 1) 요청전문 (D eparture Clearance Request) <SOH>QU SELCDYA.QXSXM XS ddhhm m <STX>RCD FI KE1234/AN HL5678 DT QXS RGS ddhhm m M 01A - application text<etx> 2) 발송전문 (Departure Clearance) <SOH>QU QXSXMXS. SELCDYA ddhhmm <STX>CLD FI KE1234/AN HL5678/AP RGS/M A 001A - /SELCDYA.DC1/application text<etx> 3) 복창전문 (Departure Clearance Readback Downlink) <SOH> QU SELCDYA.QXSXM XS ddhhmm <STX> CDA FI KE1234/AN HL5678 DT QXS RGS ddhhmm M 01A - application text <ETX>

101 3. 항법장치 (GBAS ) 구축 1) 개요 건설교통부항공안전본부와한국공항공사 에서는전세계에위치정보를제공하는 GPS의위치오차를축소 (10~15m 1~2m) 시키고안전성을대폭높여항공기가악천후에도이를이용하여정밀이착륙을할수있도록해주는 위성이착륙시스템 (GBAS) 을국내기술로개발하는데성공하여김포공항에설치시험운용중에있다. GBAS는국제민간항공기구 (ICAO) 가 2001년 11월차세대이착륙시스템으로정하고각국에서이를개발하여활용하도록권고한장비로서, 우리나라는미국 프랑스에이어세계세번째로이를개발하여비행시험까지완료하였다. 항공안전본부는이시스템을한국공항공사와 16억원을공동투자하여 1998 년부터 2002년까지한국항공우주연구원과서울대학교등에위탁시켜개발하였는데, 울산공항에설치하여 20여차례의비행시험을실시한결과, 위치정확도면에서는정밀착륙이가능한것으로확인되었다. 향후각공항에설치될예정인 GBAS는 GPS의위치오차와 GPS 각위성의이상유무등을초단파 (VHF, MHz) 데이터링크로항공기에 0.5 초마다지속적으로송신하는데, 항공기는 GBAS가보내는정보를이용하여 GPS 오차를상쇄시키고문제가있는위성은위치계산시에제외하면서보다정확하고안전한위치정보를이용하여정밀이착륙을하게된다

102 또한, 위성이착륙시스템의지상장비와는별도로항공기내에설치하여조종사가최종착륙경로를 3차원동영상으로확인하면서착륙할수있는시스템의개발도시도하였는데, 이장치는기존에 2차원으로만제공하는착륙정보 ( 착륙각도, 활주로방향 ) 를 3차원의터널진입형식으로제공하는새로운개념의착륙지원시스템인 GBAS을말한다. 이 3차원터널진입형식의탑재시스템은공항의실제지형지물을전자적으로시뮬레이션하여조종사가악기상상태에서도모니터를통하여공항인근의지형지물과활주로를실제와유사하게입체적으로확인하면서착륙할수있는기능을가지고있다. 지금까지는모든항법장비를수입하여이용하였으나이시스템의자체개발로인하여앞으로는국내생산장비를활용할수있어외화절감과수출증대가기대되며, 항로의직선화로인한운항시간단축과지상및항공기에설치되는장비의간소화로승객이보다저렴하게항공교통을이용하는데도기여할것으로보인다. 그리고기존의항법장비는주로한개의착륙경로만구성할수있어많은문제점이있었으나이장비는곡선착륙등많은착륙경로를제공하여, 산악지대로인하여항법장비를이용하지못하고조종사가눈으로지형을보고착륙하던활주로는산악을회피거나, 또한주택가를우회하는착륙도가능할것으로보여보다안전하고친환경적인항공기운항을도모하는등이장비를이용하게됨으로써항공교통에큰변화를줄것으로본다. 2) 추진경위 GNSS 개발사업은항공기항행분야에위성항법시스템을도입하기위하여

103 국내에서독자적으로추진하였으며, 일차적으로수요가대두되고있는 GBAS 시스템의개발을목표로하여 2003년 12월 5차사업까지완료한상태이다. 그동안추진현황을살펴보면 가. 위성항행시스템 (GNSS) 개발 1차 : 건설교통부ㅇ사업기간 : ~ ㅇ수행기관 : 서울대학교 GPS 연구실ㅇ사업내용 : 위성항행시스템기본설계기본운용 S/W 개발및지상시스템구성하드웨어구매 나. 개발 2차사업 : 한국공항공사ㅇ사업기간 : ~ ㅇ수행기관 : 서울대학교 GPS 연구실ㅇ사업내용 : RTCA SCAT-1 포맷의위성항법시스템개발개발된지상시스템의울산공항설치차량실험을이용한지상시스템평가 다. 개발 3차사업및기술평가 : 한국공항공사ㅇ사업기간 : ~ ㅇ수행기관 : 서울대학교 GPS 연구실ㅇ사업내용 : ICAO 표준권고안 (SARPS) 로프로그램수정완전성감시, 상호감시및 I/O 제어프로그램개발비행점검기를이용한비행시험및평가위성항법시스템개발사업종합평가

104 라. 개발 4차사업 : 한국공항공사ㅇ사업기간 : ~ ㅇ수행기관 : 서울대학교 GPS 연구실ㅇ사업내용국제기술기준연구산업체에기술이전을통한실용화방안연구지상시스템의지상및비행시험평가 마. 개발 5차사업 : 한국공항공사ㅇ사업기간 : 02. ~ ㅇ수행기관 : 서울대학교 GPS 연구실ㅇ사업내용 : 5차사업은크게 6가지로구분하여추진 1) GNSS 관련국제표준화및개발동향연구 2) GNSS 성능검증을위한시험 3) 자료처리, 분석및평가 4) GNSS 지상시스템의개선 5) GNSS 탑재시스템의개선 6) 산업체기술이전방안연구 등으로이루어졌으며또한그동안울산공항에설치시험운영하던시설을 김포공항으로이설하는과업을포함수행하였다. 3) GBAS 시스템 GBAS 시스템은차분기법을적용하는 DGPS 시스템을기반으로하는항공기착륙유도시스템이라할수있다. GNSS 신호에포함되는각종오차들은대부분수십 km 이내의지역에서는아주높은상관성을지닌다. 따라서지상의알려진위치에서 GNSS 신호를수신하면, 그지역에서나타나는

105 각종 GNSS 신호의오차를반대로계산할수있는데, 이렇게계산된오차정보를주변에있는여러사용자에게전송해줌으로써사용자는보다정확한자신의위치를결정할수있다. 일반적으로이러한오차정보를적용하지않았을경우에는그오차가 10m 이상발생하는반면, 오차정보를적용했을때는 Category-I 급의정확도를가질수있다고알려져있다. 따라서이러한개념을기반으로하는 GBAS 시스템은크게두가지하위시스템으로구성된다. 알려진위치에서주변지역의 GNSS 오차값을계산하는지상시스템과지상으로부터전송된오차정보를적용하여최종적으로항공기의항법의해를결정하는탑재시스템이그것이다. 지상시스템의주요기능은다음과같다. ㅇDGNSS 기준수신기기능ㅇDGNSS 데이터처리기능ㅇDGNSS 데이터송신기능ㅇDGNSS 신호무결성감시기능ㅇ데이터링크기능 각기능에따른하드웨어구성은표 5 5 와같다

106 표 5 5 지상시스템의기능과하드웨어구성 기능하드웨어 DGNSS 기준수신기기능 DGNSS 데이터처리기능 DGNSS 데이터송신기능 DGNSS 신호무결성감시기능데이터링크 ㅇGPS 안테나 ; L1/L2 신호수신, 다중결로제거ㅇGPS 수신기 ; L1/L2 수신기ㅇ데이터처리장치 ; PC Server ㅇOS ;Windos NT ㅇ입출력하위시스템 ; RS-232 Multiplexer; Windows NT, Pentium II-533 MHz,64M RAM,3COM 100M Ethernet Card ㅇVHF 데이터링크송신기 ; D8PSK,31500bps, V이 Mode-2 25/50Watt ㅇVHF Monitor Receiver; D8PSK, 31500bps, VDL Mode-2 ㅇ VDL 송신기ㅇ VDL 수신기 4) GPS 안테나및수신기 지상시스템에서 GPS 위성신호를수신하고해석하는일은선택된수신기 내에서처리되므로수신기기종의선택은중요한문제가된다. FAA LAAS DRAFT 및 RTCA DO-217 에서권고하는사양은다음과같다. - L1 주파수를이용한 C/A 코드의수신기능을가질것 - 각기준수신기는최소 12체널이상을가질것 - 출력은 2Hz이상제공되어야할것 - 코드측정치측정잡음과추적오차 (tracking error) 의합이 0.4m 이하가되어야할것 - 반송파위상측정잡음과추적오차의합이 4mm 이하가되어야한다. - 출력의해상도가 5mm 이하여야한다. 32bit 이상의출력형태를가져야한다

107 - unlock 이 10초이내인경우 1초이내에신호를재획득할수있어야한다. - 반송파신호대잡음이측정되어야하며 0.5dB의해상도로출력되어야한다. 5) VHF 데이터링크송신기 VHF 데이터링크는실시간데이터전송구현에서성능을좌우하는주요요소로서위성항법용시제품으로연구소에서보유하고있는범용항공용 VDL 장비로서 HARRIS VDR-2135와영국 PARKAIR 사에서구매설치사용하였다. 사양은표 5 6와같다. 표 5 6 모델 HARRIS VDR-2135 PARKAIR T6X HARRIS VDR-2135 및 PARKAIR T6X 사양 성능사양 주파수범위 : ~ MHz 주파수안정도 : ±1PPM(-10 TO 55 C) 채널간격 : 25 khz /8.33 khz Mean Time Between Failure: >50,000 시간 변조방식 : D8PSK 프로토콜 : CSMA/TDMA 디지틀데이터인터페이스 :RS-232C/RS-422 출력전력 :50W 주파수범위 : ~ MHz 채널간격 :25 khz 변조방식 :D8PSK 프로토콜 :CSMA(Mode-2) 디지틀데이터인터페이스 : RS-422 출력전력 :25W

108 6) 비행시험과향후추진계획비행시험은 GBAS 시스템의정확도성능평가를내리기위한최종적인단계라고할수있다. 비행시험에서수집된데이터를토대로하여국제표준으로제시하고있는정확도요구조건에대한평가를수행할수있다. 비행시나리오는 GBAS 시스템의서비스영역과밀접하게관련된다. FAA 의 LAAS 지상시스템은 FAA-E-2937 문서에규정을제시하고있다. GBAS 시스템의서비스영역 (Coverage Volume) 이그것인데다음두가지를제시하고있다 Approach Coverage Volume 이영역에서는 signal strength, accuray,integrity, continuity, availability 등의모든요구조건을만족시켜야하며 approach 영역과 missed approach 영역을포함, 영역내각 category-i 정밀접근에대한데이터링크장비의 minimun field strength를만족시켜야한다 16.. 그림 5 8 Approach Coverage Volume

109 2 VHF Data Broadcast Coverage Volume 데이터링크에이용되는 VHF 신호가전송되어야하는영역을의미한다. 지형지물이나그밖의방해물이없는경우에한해서이영역에대해서요구 되는데이터링크장비의 minimum field strength 를만족시켜야한다. 용 역수탁기관에서는비행시험을수행하여 coverage volume 에대한비행시험을완료되었다고판단하고정밀접근단계에서의시스템정확도성능평가결과의신뢰성제고를위해서지속적인정밀접근비행시험만을수행하여성공적으로수행을완료한상태이다. 16 그림 5 9 VHF Data Broadcast Volume 16 비행시험은건설교통부비행점검소소속의점검용항공기 CL601/3R로울산공항에서 20여차례의시험을하였으며김포공항으로이설후수차례에걸처비행시험을통하여문제점을보완중이며, 현재점검용항공기를통한시험운영단계에있다