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광기 오
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1 항공공과대학 / 항공정보통신공학과 항공전자통싞기기 경운대학교항공정보통싞공학과 Dong Sik Woo

2 세부목차 I. 통신시스템 II. 항법시스템 III. 감시시스템 IV. 항행보조시스템

3 서론 항공전자 (Avionics) 의영역 항공기운항에직간접적으로도움을주는모든전자시스템 통신, 항법, 조종, 운항관리, 관제등 기체, 엔진분야와더불어주요기술분야로발전함 항공기가격의 1/3 을차지함 최근, 국제민간항공기구 (ICAO) 의항행지원시스템인 CNS/ATM(communication navigation surveillance/air Traffic Management, 통신항법감시 / 항공관제시스템 ) 도입으로하나의거대한시스템으로발전, 통합되고있음

4 6.1 통신시스템 음성통신시스템 VHF 통신시스템 : 단거리용 HF 통신시스템 : 장거리용 SATCOM: 위성통신시스템으로 90 년대후반에도입 음성통신시스템의주요기능 조종사와관제사간의정보교환 ( 음성통신기반 ) 음성통신시스템의문제점및대응방안 정보전달의부정확성, 감도저하, 조종사업무과중 운항편수의증가로인한채널부족 HF, VHF 기반의데이터통신기술의도입및발전 채널점유시간단축 다중접속방식을통한채널확대 조종사업무경감및안전성확보

5 6.1.1 전파분류 약자대역명칭주파수대역용도 VLF 초장파 3 ~ 30 khz 잠수함통신 LF 장파 30 ~ 300 khz ADF, Loran C MF 중파 300 ~ 3000 khz ADF HF 단파 3 ~ 30 MHz 항공기 HF 통신 ( 장거리통신 ) VHF 초단파 30 ~ 300MHz VHF 통신, VOR, ILS Localizer UHF 극초단파 300 ~ 3000MHz 항공관제용 TACAN, DME SHF 센티미터파 3 ~ 30GHz 가상 RADAR, 위성통신 EHF 밀리미터파 30GHz 이상전파고도계 108~118MHz: VOR, ILS 용대역으로지정 118~137MHz: 민간항공용근거리통신용 969~1,215MHz: 전술항공항법 (TACAN), 거리측정장치 (DME) 용으로지정 1,540~1,660MHz: 항공위성통신용대역으로지정

6 6.1.2 HF 통신 주요용도 장거리통신용 ( 아마추어통신, 어업용통신, 지상공중용통신 ) 2.85~22MHz 범위내에서지역별로채널을할당받아사용됨 채널갂격 : 1kHz 또는 100Hz 통싞방식 : AM 방식 단측파대통신방식 (Single side band, SSB) 특징 전리층의상태에따라통신품질이변하며, S/N 비가 20dB 정도로음질이나쁜편임 지구상전지역과의통신이가능함 HFDL(HF Data Link): 장거리 HF 무선데이터통신

7 6.1.3 VHF 시스템 주요용도 단거리통신에서사용 ( 통신거리 200NM 이내 ) 항공기이륙전, 항공교통관제 (ATC) 나운항관리통신용 (AOC) 으로사용 예 ) PDC(Pre-Departure Clearance) 허가등 통신방식 진폭변조방식 (AM-DSB 방식 ) 종류 VDL(VHF Data Link) 시스템 셀콜 (SELCAL) 시스템 국제민간항공기구 (ICAO) 에서의주파수할당 표 6-2

8 VDL(VHF Data Link) 시스템 개요 항공기와지상간의메시지를상호자동으로전송하는양방향데이터통신시스템 ACARS( 관제탑과항공사간의데이터전송 ) OOOI(Out of the gate, Off the ground, On the ground, and Into the gate) 정보 항공기의위치, 비행기의상태모니터링정보, 기상정보등 장점 음성통신기반의메시지전송에서데이터자동전송방식으로개선 채널점유시간단축및필요채널수절약

9 셀콜 (SELCAL) 시스템 개요 지상국에서항공기쪽으로보내는선택호출장치 (SELCAL, Selective Calling System) 먼저항공기를호출한후에통신하는시스템 호출신호 두개의발신음펄스로구성 첫번째펄스는 1 초동안송신, 0.2 초후에두번째펄스가 1 초동안송신됨 각펄스는 2 개의문자를나타내는발신음 (tone) 을동시에송신함 참조 : 표 6-4 SELCAL 호출부호할당주파수 8M

10 6.1.5 항공방송서비스 항공방송서비스 (ABS) 안전운항및정시운항에필요한각종정보들을무선을통해제공하는정보서비스 항공기상방송서비스 (VOLMET, VOice Language METeorological report) ICAO 가정한기상정보전송시스템 국제적으로통일된형식의기상정보를제공함 국제항공로를비행중인조종사가목적지공항의기상상태를파악할수있도록 HF 또는 VHF 시간을정하여기상정보를제공하는방송 공항정보자동방송서비스 (ATIS) 활주로상태, 진입방식등공항정보를음성으로전송하는서비스 최근에는 D-ATIS 방식사용 ( 문자기반 ATIS) 항공로정보방송서비스 운항중항공기에난기류, 천둥등의기상정보와활주로운용정보등의공항이용정보를반복송신하는서비스

11 6.1.6 항공기데이터버스시스템 데이터버스시스템이란? 데이터를전송하는통로및이를제어하는장치 아날로그형식의시스템 장비간통신이전선으로직접 1:1 로연결 복잡한전선으로항공기내부가복잡해지며, 설비공간부족과전선무게로항공기중량이커짐 디지털형식의시스템 장비간통신이데이터버스로연결됨 아날로그형식의시스템이갖는문제점해결

12 디지털데이터전송방식 단일송신단일수신형 하나의장비에하나의전송선을이용함 반이중전송방식 (Half Duplex) 한번에한방향으로만데이터를전송함 전이중전송방식 (Full Duplex) 양방향에서동시에데이터를전송할수있는방식 단일송신다중수신형 하나의송신장비가여러수신장비로데이터를보낼수있는방식예 ) ARINC 429 다중송신다중수신형 여러송신장비가여러수신장비로데이터를보낼수있는방식예 ) ARINC 629( 민간항공기 ), MIL-STD-1553B( 군용기 )

13 대표적인전송규격 ARINC 429 ARINC 629 MIL-STD-1553B

14 ARINC 429 특징 대부분의민간항공기에서사용 단일송신, 다중수신형 ( 최대 20 개의수신단연결 ) 반이중방식, 저속전송 (12~14.5kHz), 고속전송 (100kHz) Line Coding 방식 : Bipolar RTZ(Return to Zero) 데이터포맷 32 비트로구성 비트 Bit 1~8(8Bits) 용도 전송하는정보의종류표시 Bit 9,10(2Bits) Bit 11~29(29Bits) Bit 30, 31(2Bits) Bit 32(1Bit) 시스템식별번호 (SDI, Source Destination Identifier) 데이터값방향및기능시험등표시 (SSM, Sign/Status Matrix) 패리티비트 (Odd parity)

15 ARINC 629 특징 최신항공기에도입 (B777) 전송속도 : 2Mbps 전이중방식 버스케이블 : Twisted Pair, Fiber 사용장치 LRU(Line Replaceable Unit) SIM(Serial Interface Module) 과 Terminal Controller 로구성 데이터송수신, 오류검사, 전송제어 ( 버스사용제어 ) 기능수행 Stub Cable: 최대 40m 까지연장시킴 Coupler: 데이터버스에최대 120 개까지사용 버스케이블의길이연장 Stub cable 연결

16 ARINC 629 Coupler 최대 100m 까지연결 Coupler Stub cable: 40m 까지연결 SIM Terminal Controller 데이터송수신 신호변환 오류검사등 LRU SIM Terminal Controller LRU

17 MIL-STD-1553B 특징 신뢰도와안정도가매우높음 군용기에주로사용 고속 (1Mbps), 전이중방식 버스케이블 : Twisted Shielded Wire Line coding 방식 : Manchester II Biphase 방식 ( 그림 6-10 참고 ) 주요장치 ( 그림 6-11 참고 ) RT(Remote Terminal): 각종시스템접속 하나의버스에최대 31 개의 RT 가접속가능함 BM(Bus Monitor): 버스상태관찰및분석용데이터출력 BC(Bus Controller): 데이터전송을위한버스제어

18 6.1.7 항공위성통신시스템 도입배경 장거리통신에사용되어온기존의 HF 통신의단점 ( 감도저하등 ) 을보완하기위해도입 1 2 위성통신시스템 (SATCOM) 적도상공 35,000km 상의정지궤도위성 4 개를사용한통신 C 밴드 (4~6GHz): 위성과지상간의통신으로사용 L 밴드 (1,530~1,660.5MHz): 위성과항공기간의통신으로사용 통신용모뎀기술 저속 : BPSK 고속 : QPSK 사용채널 : P 채널 (Packet), R 채널 (Slotted Aloha), T 채널 (TDMA), C 채널 ( 회선모드 ) 항공이동위성서비스 (AMSS)

19 AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service 현재사용되고있는위성통신의기능을대폭강화한서비스 향후, 항공교통관제의자동화에기여할것으로전망됨 APC, AOC, AAC, ADC 에서활용될전망임 현재는 AMSS 구축및유지에따른비용과기술적인문제등으로제약이있음 시스템구성 항공탑재장비 (AES, Aircraft Earth Station) 지상지구국 (GES, Ground Earths Stations) 정지궤도위성

20 AMSS 구성도 HPA 분리기 LNA 위성데이터처리기 RF 기기 HPA B S U 결합기 LNA

21 6.1.8 기내통신시스템 개요 승무원간의통신 조종사와의기내통신 정비편의성제공 기내승객을위한편의성제공 ( 승객용위성전화 ) 종류 1 인터폰시스템 2 호출기 3 오디오관리시스템 4 승객용방송시스템 5 승객용오락제공시스템

22 1) 인터폰시스템 (Inter-Phone System) 기본기능 승무원상호간통화 조종사와지상요원간의통신 ( 그림 6-15 참조 ) 용도에따른분류 비행인터폰 (Flight interphone) 오디오경보신호를분배하여제공 서비스인터폰 PTT(Press To Talk) 스위치를눌러조종실이나객실승무원과통화하기위해제공 정비인터폰 (Maintenance interphone) 정비사가지참한핸드셋을기체외부의인터폰잭에꽂아사용하는인터폰

23 2) 호출기 (Pager) 기본기능 음향이나시각적신호를이용하여조종사와객실승무원간, 승무원간, 조종사와정비사간의호출을위함

24 3) 오디오관리시스템 기본기능 승무원들이사용하는통신기능제공 통신및항법장비들과의인터페이스를통해각종경보및주의신호를출력함 기본구성 무선관리유닛 (Remote Management Unit) 오디오제어판넬 (Audio Control Panel)

25 4) 승객용방송시스템 기본기능 조종사및승무원이승객에게각종안내방송을하기위한기내방송시스템 특징 방송이객실, 갤리 (Galley), 화장실 (Lavatory) 등전기내에서청취가능하도록설계됨 승무원의안내방송보다조종실안내방송이우선되도록설계됨

26 5) 승객용오락제공시스템 기본기능 승객에게오락프로그램을제공하기위한시스템 ( 그림 6.15 참조 ) TV, VTR, Radio, 위성인터넷서비스등이하나의통합시스템의제공됨 특징 호텔예약, 전자메일송수신등제공 각각의좌석그룹별로동축케이블과다중화장치 (MUX) 를사용한시분할다중접속을통해연결함

27 6.2 항법시스템 항법 (Navigation) 이란? 이동체가한지점에서다른지점으로이동할때, 현재위치, 이동거리, 방위등의진로에대한정보를제공하는기술 분류 위치측정기술분야 : 지금어디에? 비행제어기술분야 : 항로결정, 이탈방지

28 항법방식의분류 지문항법 (Pilotage navigation) 지상의표지물즉, 육표 ( 산, 강, 도로등 ) 을가시적으로참조하면서운항하는방식 주간의맑은날씨하에서가능한방식 추측항법 (Dead Reckoning navigation) 해상이나사막과같이참조할지상의물체가없는경우에사용 계기 ( 자기나침의, 속도계등 ) 를사용하여지도상의출발지와도착지를연결한선으로비행경로와거리를계산한후, 비행시간을고려하여위치를대략적으로결정하는방식 천측항법 (Celestial navigation) 천체에의한방위정보를이용하여대략적인위치를결정하는방식으로장거리항행에서주로사용 전자항법 (Electronic navigation) 지상과위성으로부터수신된전파나항공기에탑재된전자시스템을이용하여위치를결정하는방식

29 전자항법시스템 1 전파항법시스템 (Radio Navigation System) 단거리용 : 자동방향탐지기, 초단파전방향무선표식, 거리측정장치, 전술항법장치등 2 자립항법시스템 (Self Contained Navigation System) 도플러항법장치, 관성항법시스템 3 위성항법시스템 (Global Navigation Satellite System) GPS, GLONASS, Galileo

30 6.2.1 전파항법시스템 1) 자동방향탐지기 (ADF) 2) 초단파전방향무선표식 (VOR) 3) 거리측정장치 (DME) 4) 전술항법장치 (TACAN)

31 1) 자동방향탐지기 (ADF) ADF: Automatic Direction Finder 원리 전자파의직짂성을기반으로항공기의루프안테나를이용하여수싞된전파의방향을파악 ( 최대수짂전계강도 ) 하고항공기의기체축을기준으로전파송싞지상국과의상대방위를찾음 최대감도방향 : 그림 6-16 의심방형감도패턴참조 지상국 (NDB 국 ): 무지향성무선비콘 항공기의방향탐지에필요한신호를전방향 (360 도 ) 에걸쳐송신함 ( 사용주파수 : 190~1,750kHz) 비콘 : 항공 항해 교통의표지및신호

33 2) 초단파전방향무선표식 (VOR) VOR: VHF Omni-directional Range VHF 대역의전파직진성을이용한단거리항법시설로 VOR 지상국을기준으로항공기에서본 VOR 국방위정보를제공하는전파항법시스템 정밀성과안정성이우수함 : 가장널리사용 108~ MHz 원리 VOR 국은기준위상신호와가변위상신호를송신함 기준위상신호와가변위상신호는자북방위에서는위상이같고, 다른방향에서는위상차가발생함 항공기는두신호의위상차를측정하여방위정보를얻어냄 ( 예시, 등대불빛의원리참조 )

34 VOR 지상국

35 3) 거리측정장치 (DME) DME: Distance Measuring Equipment 항공기질문기 (Interrogator) 와지상국의응답기 (Transponder) 간의펄스신호의왕복소요시간을계산하여경사거리로나타내는거리측정방식 VOR 과같이사용하여방위와거리정보동시획득 현재는군용전술항법장비 TACAN 안테나를 VOR 안테나중앙에설치하여민군이함께사용 VOR/TAC DME 채널 채널간격 : 1MHz, 960~1215MHz (UHF) 채널구성 : 252 개의채널로구성 X 채널 126 개, Y 채널 126 개 ( 표 6-5 참조 ) DME 의분류 보통정밀도 : DME/N 고정밀도 : DME/P

36 DME

37 VOR/TAC

38 4) 전술항법장치 (TACAN) TACAN: Tactical Air Navigation 방위 (VOR) 와거리 (DME) 정보를동시에얻을수있는장비 군용항공기에의해이용됨 962~1213 MHz 원리 TACAN 안테나 ( 그림 6-23 참고 ) 1 개의반사기가부착된내부실린더와 9 개의반사기가부착된외부실린더가 15cps 로회전하는방식 전파방사패턴 ( 그림 6-24 참고 ) 내부실린더로부터심방형전파방사패턴이발생 이는외부실린더를통해 40 도간격의지향성방사패턴으로변화됨 정밀한방위정보획득

39 TACAN

40 6.2.2 자립항법시스템 항법정보 ( 거리, 고도, 강하각등 ) 를여타지원시설에의존하지않고, 항공기자체장비만으로얻는항법장치 1) 도플러항법장치 전파의도플러효과를이용하여항공기의대지속도에따른현재위치및편류각등을측정하는항법시스템 2) 관성항법시스템 (INS, Inertial Navigation System) 관성장치 ( 자이로, 가속도계 ) 를통해항공기의운동가속도를검출하여속도 (1 회적분 ) 와거리 (2 회적분 ) 를구하는방식의항법시스템

41 1) 도플러항법장치 Doppler Navigation System 도플러레이더 : 4 개설치 ( 전, 후, 좌, 우 ) 항법컴퓨터 : 대지속도와편류각을통한현재의위치계산 D V F C D: 관측된도플러주파수 F: 항공기에서송신한주파수 V: 항공기속도 C: 빛의속도 예 ) F: 8,800MHz, D: 8.8kHz 일때, 항공기의속도는? V C D F

42 도플러이동 (Shift) 도플러효과 h4onbyrbcjy X_Ie9pyLyk4

43 자이로스코프의동작원리 자이로 : 가속도계세축이일정자세로유지역할을함 스핀모터를내장하고스핀축의방향을바꾸려는외력이작용하지않는한관성공간에항상일정방향을유지하려는성질 ( 강성 Rigidity) 을가지고있음

44 2) 관성항법장치 (INS) INS: Inertial Navigation System 항공기의가속도 적분하여속도 적분하여거리 종류 짐발형 (Gimbal) INS:( 그림 6-26, 27) 플랫폼 (Platform) 방식의관성항법장치 : 안정대위에관성장치 ( 가속도계, 자이로 ) 가장착됨 스트랩다운 (Strapdown) INS :( 그림 6-29) 안정대를사용하지않고관성장치가직접동체에장착됨 광학식자이로 ( 링레이저자이로 ), 마이크로자이로 자이로에의해측정된각속도를이용하여자세를계산함 가속도계에의해측정된가속도를좌표 ( 위치 ) 로변환하여항법정보를계산함

45 2) 관성항법장치 (INS) 스트랩다운 INS 의특징 안정대 ( 짐발 ) 가필요없음 소형경량 소비전력이작음 신뢰도가우수함 유지보수비용이적음 INS 의장단점 장점 : 날씨, 지형, 전파방해등외적조건의영향을받지않는완전자립항법장치 단점 : 고위도지방비행시수평유지가어렵고, 장거리비행시오차누적, 극지방비행시경도값계산이안됨 전파항법을병용하여예정통과지점에서위치오차보정, GPS 등과조합하는하이브리드방식사용

46 6.2.3 위성항법시스템 특징 VOR/DME 는지상국과의상대거리와방향제공 INS 는항법오차누적에따른위치정보보정필요 항공기의현재위치를제공해주는시스템등장 종류 1 GPS(Global Positioning System) 2 GLONASS(Global Navigation Satellite System) 3 갈릴레오 (Galileo)

47 GPS(Global Positioning System) 원리 지구궤도상의 24 개위성 ( 그림 6-30) 으로부터위성의위치와위성과수신기간의거리측정을통해현재위치를얻어냄 22000km 상공, 55 도경사각, 경도 60 도간격의궤도, 궤도마다 4 개씩위성불규칙적배치, 최소 5 개의위성이동시관측되도록. 사용채널 : 5 개채널 (L1, L2, L3, L4, L5): L1 주로사용 ( 차량 ) 사용코드 C/A(Course Acquisition) 코드 : 상업용으로개방 P(Precise) 코드 : 정밀도가우수하나군용으로미개방 Y 코드 : 암호화된 P 코드로미개방 DGPS(Differential GPS): 정밀도향상 GPS 정확하게알고있는지점의 GPS 정보를기준으로오차를보정하여정밀도를향상시킨 GPS, Differential 두수신기간차분 오차보정방법 항법해 (navigation solution) 방식 : 기준국에서보정오차를계산 항공기에서이오차를적용하여위치를구하는방식 의사거리 (Pseudo-Range) 방식 : 기준국에서는의사거리값만을계산 항공기에서의사거리값을적용하여위치를계산하는방법» 표준으로채택하여사용중임

48 GLONASS / Galileo Global Navigation Satellite System 구소련의위성항법시스템으로 GPS 와유사함 GLONASS 와 GPS 의주된차이점 채널구분방식 GLONASS: 주파수분할방식 (FDMA: Frequency Division Multiple Access) GPS: 코드분할방식 (CDMA: Code Division Multiple Access) 기타비교결과 : 표 6-8 참조 갈릴레오 (Galileo) 유럽연합을중심으로민간용으로개발된시스템

49 6.3 감시 (Surveillance) 시스템 감시시스템이란? 항공기의유무식별, 위치식별, 항공기트래픽제어, 충돌방지등을위한시스템 종류 1 1 차감시레이더 2 2 차감시레이더 3 자동감시시스템

50 1 차감시시스템 (Surveillance Radar) 정의 목표물에서반사된전파를수신하여거리, 방위, 위치를구하는레이더시스템 종류 1 항공로감시레이더 (ARSR: Air Route SR) 반경 200NM 이내에있는항공기에대한감시나관제를위한레이더. 고도 7 만 ft(21km), 앙각 30 도 NM: Nautical Mile 해리, 1 해리 1852m, 200NM=370km) 운항중인항공기의비행상태를레이더스코프상에표시함 PPI(Plan Position Indicator): 목표물에서반사된반사파를보강된도트로 CRT 스코프상에표시하는방식 2GHz 대역 (L-Band) 사용

51 1 차감시시스템 (Surveillance Radar) 2 3 공항감시레이더 (ASR: Airport SR) 공항주변공역에있는항공기의위치를탐지하여이륙, 진입을유도하는데사용되는레이더 항공기간거리및방위정보를제공 2~4GHz(S-Band) 사용, 360도, 25NM(46km), 고도 10000ft(3km) 공항지상감시레이더 (ASDE: Airport Surface Detection Equipment) 관제탑꼭대기에설치되며, 주로큰규모의공항에서사용됨 시각적으로관측이어려운경우, 공항지상의교통량감시, 지상을주행중인항공기와차량등을관제하는데사용되는레이더 분해능이우수해항공기및차량식별이가능함 단거리레이더, 3NM(5.5km), 18000ft

52 1 차감시레이더 ARSR( 항공로감시레이더 ) ASDE( 공항지상감시레이더 ) ASR( 공항감시레이더 )

53 2 차감시레이더 (Surveillance Radar) 1 SSR(Secondary Surveillance Radar) / ATC(Air Traffic Control) 2 Transponder 트랜스폰더 ( 송수신기 ) 1 차감시레이더의항공기식별능력을보완한레이더 IFF(Identification Friend of Foe - 피아식별 ) 기능추가 지상의질문기 (Interrogator) 에서질문파를전송함 항공기에탑재된 ATC 트랜스폰더가응답신호를보내항공기를식별함 모드 -A: 항공기식별을위한모드 모드 -C: 고도정보를얻기위한모드 2 개의공통송수신주파수사용으로인한문제가있음 해결방법 : 모노펄스기법및 SSR 모드 S 의사용 3 SSR: 모드 S 지상국과항공기가 1:1 로통신함 항공기개별식별코드사용 (24 비트코드, 1,600 만개의코드생성 ) 를사용하여항공기를개별적으로호출하여질의, 응답기능을수행함 SSR 의펄스중첩문제가없음 데이터링크서비스를제공함

54 6.3.3 자동감시시스템 (ADS) ADS: Automatic Dependent System ADS 란? 기존 : 레이더를통한공역감시, 조종사의음성보고 (HF) 신뢰성저하, 조종사수행능력감소 항공기의위치정보를자동으로전달하는시스템 위성을통해획득된항공기의위치정보등의기본정보를전송함 기본정보 : 항공기식별번호, 3 차원좌표 ( 위치 ), 시간정보등 장점 시스템안정성확보, 응답능력향상, 항공기간의분리기준최소화 ( 항공기간의식별력이향상된결과임 ) ADS기술의분류 1 ADS-A(Addressed), ADS-C(Contact) 2 지상국의요청이있을때, 항공기의정보를전송하는방식 ADS-B(Broadcast) 주기적으로항공기가자신의정보를자동으로방송하는방식

55 6.4 항행보조시스템 기상정보전송및착륙유도에필요한정보등, 특수한역할과기능에필요한시스템 1 기상레이더 2 전파고도계 3 경고및경보시스템 4 착륙유도장치 5 비행기록장치 6 자동조종장치 7 운항관리및정비관리시스템

56 6.4.1 기상레이더 기상레이더란? 항로및그주변의악천후영역을야간시계가나쁜경우에도정확히탐지하고표시함으로써안전비행을가능하게하는보조시스템 사용주파수 X 밴드 (9,375MHz): 강우량이적은경우에우수 C 밴드 (5,400MHz): 강우량이많은경우에우수 표시방법 반사파의강도에따라색상으로표시함 적 ( 강함 ) 황 녹 흑 ( 약함 ) 난기류 : 붉은자색으로표시됨

57 기상레이더및표시화면 레이돔 (radome) 에장착된기상레이더 (SAR) 기상레이더디스플레이 적 ( 비구름이강함 ) 황 녹 흑 ( 약함 ) 난기류 : 붉은자색으로표시됨

58 6.4.2 전파고도계 전파고도계란? 항공기에서지표를향하여전파를발사해서이전파가되돌아오기까지걸리는시간을이용하여지면에대한항공기의절대고도를구하는계기 특징 2,500 피트 (760m) 이하의저고도측정에사용됨 종류 1 펄스를이용한방법 지형조건 ( 초목등 ) 의영향을적게받음 2 FMCW( 주파수변조파 ) 를이용한방법

59 6.4.2 전파고도계 전파고도계

60 6.4.3 경고 / 경보시스템 경고 / 경보시스템이란? 항공기의안전운항을위한위험요인을사전에알려주는경고 / 경보시스템 종류 1 충돌방지장치 (TCAS: Traffic alert and Collision Avoidance System) 2 고도경보장치 3 대지근접경보장치 4 전단풍탐지장치

61 1) 충돌방지장치 (TCAS) 충돌방지장치란? 상대항공기의위치를확인하여접근경보나충돌회피지시를내리는장치 ( 거리, 고도 ) 경고수준에따른분류 a. TCAS I: 교통상황만경고함 b. TCAS II: 교통상황및이탈경고, 수직기동에관한정보제공 c. TCAS III: TCAS II 기능에수평기동에관한정보제공이포함됨

62 TCAS 원리도 ( 생략 ) 보호시간 침입기 B 침입기 B 위험거리 750 ft 위험고도 750 ft 위험고도 침입기 A (a) 거리판정조건 (b) 고도판정조건 침입기 A 경고발령의유형 TA(Traffic Advisory): 침입기가충돌 35~45 초전으로진입하는경계영역에서발령 RA(Resolution Advisory): 침입기가충돌 20~30 초전으로진입하는경계영역에서발령

63 2) 고도경보장치 고도경보장치란? 조종사에게현재고도를확인시키고, 지정한고도와의차를알려주어현재고도를오인하는위험을사전에방지하기위한장치 지정된고도와의차가 300 피트 (91m) 이내가되면, 경고음이울리며, 계기판에 ALTITUDE ALERT( 고도위험 ) 경고문이표시됨 저고도에서는불필요. 착륙장치를내렸을때는자동조종장치에의해계기착륙장치 (ILS) 를사용시에는작동하지않음

64 기타경보장치 3) 대지근접경보장치 (GPWS: Ground Proximity Warning System) 항공기가지면에이상접근, 과도한강하율, 과도한지형접근율, 착륙지형이아닌곳에착륙을시도할경우등에대해조종사에게알려주기위한경보장치 4) 전단풍탐지장치 (Windshear Detection And Recovery System) 이륙, 착륙시 ( 전파고도 1,500 피트 450m 이하 ) 전단풍에의한사고방지를위해조종사에게경보및회피를지시하는시스템 젂단풍 (windshear): 매우짧은거리에걸쳐서바람의방향및강도의급격한변화

65 6.4.4 착륙유도장치 착륙유도장치란? 안전한착륙을위해지상에서전파로유도해주는장치. ILS 가대표적으로사용됨 분류 1) 정밀진입레이더 (PAR) 1 차감시레이더 2) 계기착륙장치 (ILS) 하나의 ILS 장비로는하나의항공기만을유도할수있음 3) 마이크로파착륙시스템 (MLS) 하나의 MLS 장비로여러대의항공기를유도가능함 4) 위성항법지역보강시스템 (GBAS) DGPS 정보를착륙유도나공항접근유도에이용함

66 1) 정밀진입레이더 (PAR) 생략 특징 주로군용에서착륙유도장비로사용하고있음 민간항공에서는 ASR( 활주로연장선상 10NM 까지유도 ) 과 PAR( 착륙전활주로가까운거리까지유도 ) 을결합하여관제함 관제방법 1 방위와고도를측정하는전파를주사 2 관제탑에서모니터링된항공기의방위와고도에대해조종사와의통신을유지하면서최적의진입로와강하로를유도함

67 2) 계기착륙장치 (ILS) 특징 안개, 비등의악조건에서도안전하게진입, 착륙을유도하기위한장치 관제방법 1 로컬라이저 (Localizer, LLZ) 활주로연장선상에대한좌우편이를관제함 2 글라이더패스 (Glide Slope, GS) 항공기의진입각도를관제함 ( 그림 6-53) 3 마커비콘 (Marker Beacon) 진입로상의일정한통과지점에대한위치정보제공

68 ILS 에서사용하는주파수 Localizer 108~112MHz(VHF 대역 ) Localizer Antenna Glide Slope 329~335MHz(UHF 대역 ) Marker Beacon 75MHz Marker Beacon Glide Slope Antenna

69 기본원리 ( 생략 ) Localizer 90Hz 성분과 150Hz 성분간의진폭변조도 (DDM, Difference in Depth Modulation) 차를이용함 중심선기준위치에있을때 변조도 (at 90Hz) = 변조도 (at 150Hz) 좌측으로치우쳐진입할때 변조도 (at 90Hz) > 변조도 (at 150Hz) 우측으로치우쳐진입할때 변조도 (at 90Hz) < 변조도 (at 150Hz)

70 기본원리 (GS, Marker Beacon) 그림 6-53 그림 6-54 참조 마커비콘구분 [ 표 6-10] 참조

71 3) 마이크로파착륙장치 (MLS) MLS 란? ILS 의단점을보완하기위해개발된착륙유도장치 ( 표 6-12: ILS 와 MLS 의특성비교 ) ILS 의단점 장애물에대한제한지역이넓음 방위각이좁고활공각이고정되어있어곡선진입이나고각도진입이불가능 회전익또는 STOL 항공기에는사용되지못함 특징 5GHz(5,031~5,091MHz) 사용 위치분해능이우수함 방위각 (AZ, Azimuth), 고저각 (EL, Elevation), 정밀 DME(DME/P, Precision Distance Measuring Equipment), 후방방위각 (BAZ, Back Azimuth) 로구성 정확한경로점 (Way Point) 설정가능 정확한접근경로및복잡한운항경로를따라접근가능 곡선접근에대한관제가능

72 3) 위성항법지역보강시스템 (GBAS) 생략 GBAS 란? 위성항법시스템 (GNSS) 과 DGPS 를이용한착륙유도장치 GBAS 구성장치의기능 위성시스템 GPS 신호전송 지상시스템 GPS 신호수신과위치보정값계산 데이터링크를통해항공기탑재시스템으로진입절차와위치정보를전송함 항공기탑재시스템 지상시스템으로부터데이터수신 GPS 수신기에보정값반영 착륙유도정보표시 수동비행및자동비행장치와연동

73 GBAS 구성도 - 생략

74 6.4.5 비행기록장치 비행기록장치란? 사고시의원인규명과비행완료후의운항정보를분석할목적으로비휘발성기억장치에운항데이터를자동으로기록하는장치 분류 1) 비행기록장치 (FDR, Flight Data Recorder) 2) 조종실음성기록장치 (CVR, Cockpit Voice Recorder) 3) 싞속접속용운항기록장치 (QAR, Quick Access Recorder) 4) 비행영상데이터기록장치 (FVDR, Flight Video Data Recorder)

75 1) 비행기록장치 (FDR) 비행기록장치는 미연방항공청 (FAA) 에의해 1958 년부터의무장착되기시작함 반도체기억소자를이용하여 700 여개이상의비행파라메터를저장함 ( 표 6-13) 항적재연및비행당시상황 ( 추력및시스템상태등 ) 재연이가능함 기체후방에장착 : 사고시손상을최소로함 25 시간의비행기록저장 열내구성 : 1,100 도에서 30 분간 충격내구성 : 3,400G 에서견디도록제작 자동위치표식장치 (ULD, Underwater Locating Device) 내장 수심 6,000 미터에서수신가능

76 2) 조종실음성기록장치 (CVR) 조종실음성기록장치는 운항중에발생하는각종음성정보를최종 30 분간녹음, 저장하는장치 주엔진에서구동되는발전기로부터전원을공급받음 사고시, 잡음신호의녹음방지 기록내용 조종실내의승무원간대화내용 관제기관과의교신내용 헤드셋이나스피커를통해전해지는항행및관제시설의신호음 항공기내, 각종장치의작동음및경고음 전원 메모리 Underwater Location Beacon

77 3) 싞속접속용운항기록장치 (QAR) 신속접속용운항기록장치는 비법적인기록장치임 FDR 과달리, 항공기상태를관찰하여사고를미연에방지하는예방차원의성격을가짐 FDR 보다저장되는파라메터의종류가많고빠른저장속도와긴저장시갂이특징임 비행데이터수집장치 (DEDAU, Digital Flight Data Acquisition Unit) 로수집된데이터 ( 기체상태데이터, 엔진상태데이터등 ) 는젂용분석툴을사용하여재생및분석됨 QAR 외형및분석시현장비 그림 6-61 참고

78 4) 비행영상데이터기록장치 (FVDR) 비행영상데이터기록장치는 항공기내외부에설치된카메라를통해영상을점검하거나기록하는장치 주요저장내용 조종사의운항동작에관한영상 기내화재등의상황발생에대한영상 랜딩기어등장치들의동작상태에관한영상 장치들의이상유무점검및결함확인 FVDR 용카메라와저장장치 그림 6-62 참고

79 6.4.6 전기신호제어 / 비행제어컴퓨터 ( 생략 ) 기계식제어시스템 vs. 전기신호제어시스템 순수기계식조종면케이블 기계식 CAS Command Augmentation System 서보 유압 조종면서보 유압 SAS Stability Augmentation System 공력자료 젂기식 CAS 전기식 FBW(Fly By Wire) FBL(Fly By Light) 로발전 비행제어컴퓨터 SAS 조종면서보 유압

80 FBW(Fly By Wire): 전기신호제어 기계식제어계통을유압계통과젂기 / 젂자 / 컴퓨터시스템계통의젂자식제어시스템으로대체하여보다더정밀한비행제어를가능케하는제어방식 장점 3 중, 4 중의다중화구조로비행제어시스템을설계하여신뢰성이향상됨 기능변경및추가가하드웨어수정없이소프트웨어수정만으로가능케됨 기계식제어방식에서는불가능했던여러가지새로운기능의도입이가능해짐 뱅크각보호 (Bank Angle Protection), 선회보정 (Turn Compensation), 실속보호 (Stall Protection), 피치제어 (Pitch Control), 추력비대칭보정 (Thrust Asymmetry Compensation)

81 비행제어시스템 비행제어시스템이란? 항법시스템을통하여항공기가설정된경로를따라가도록유도하는시스템 발전형태 1 분산형구조 별도의중앙제어없이, 각전자시스템이독립적으로사용되는구조 2 집중형구조 초기군용기에도입된디지털제어방식으로중앙의고성능컴퓨터에서대부분의역할을수행하는방식 3 연합형구조 중앙컴퓨터의역할중일부를개별전자시스템 ( 추력제어시스템, 비행제어시스템등 ) 으로이관하여처리하는방식 4 계층형구조 기능및역할이중요도에따라계층적으로처리되는구조

82 6.4.7 자동조종장치 (Autopilot) 자동조종장치란? 항공기의안전성, 성능및운항효율증대를위해비행제어컴퓨터나부가적인전자시스템을이용하여자동으로안정성을증대하는장치 주요방식 1 페일세이프시스템 (Fail Safe System) 시스템일부가고장날경우, 바로수동모드로전환되는시스템 2 페일페시브시스템 (Fail Passive System) 제어시스템의병렬구축으로하나가고장나면다른하나가제어를담당하여항공기를안정화시키는시스템 3 페일오퍼레이션널시스템 (Fail Operational System) 3 개이상의제어채널을통해항상 3 개채널의출력을비교하여중간값을제어신호로사용하는시스템

83 1) 자동비행제어시스템 (AFCS) Automatic Flight Control System? 외란에의해항공기의현재상태가변할경우, 사전에설정한기준값으로되돌리는기능을수행하는시스템 기본구성 자동비행장치컴퓨터 지시기 (Direction Indicator) 수평위치지시기 (HSI), 자세지시기 (ADI) 플라이트컨트롤 (Flight Control) 조종사의명령입력 각종센서 자이로, 가속도계, 마하계, 고도계, 방위계등

84 자동비행제어시스템의서보메커니즘 입력 + 오차신호 증폭기모터플랜트 출력 - 검출기 Feedback signal

85 2) 요댐퍼시스템 (Yaw Damper System) 돌풍에의한더치롤발생시에더치롤을해소하는방향으로러더를움직이기위해요운동각속도를검출하여증폭한후, 제어신호를러더 (rudder) 서보장치에보내는시스템 3) 마하트림보상장치 (MTC, Mach Trim Compensator) 천음속및초음속에서아음속으로비행할시에발생하는피칭모멘트를자동으로막아주는장치 4) 자동출력장치 (Auto Throttle System) 대기속도에따라자동으로엔진스로틀을조정하고이를속도계에표시하는속도조정장치

86 6.4.8 운항관리시스템 (FMS) 운항관리시스템이란? Flight Management System 항공기의안전운항과경제적인운항을위해조종사에게항행의최적정보를제공하는항행지원시스템 구성요소 운항관리컴퓨터 (FMC Flight Management Computer) 조종사의각종입력과비행지원, 항법지원시스템의다양한정보를기초로조종계통과엔진계통의자동제어에필요한최적정보를산출, 제공하는역할 다중시현기 (MCDU) 및각종센서

87 FMS 시스템의구성 Time EFIS Fuel/Flow FCC 조종사 CDU 운항관리컴퓨터 (FMC) IRS/AHRS DME VOR ILS 추력조절컴퓨터 ADC GPS 데이터링크 EFIS: Electronic Flight Instrument System VOR: VHF Omnidirectional Radio range FCC: Flight Control Computer ILS: Instrument Landing System ADC: Air Data Computer IRS/AHRS: Inertial Reference Systems/ Attitude and Heading System DME: Distance Measuring Equipment

88 6.4.9 엔진제어, 정비관리시스템 엔진전자제어시스템 시동, 가감속, 운전및정지등을전자적으로제어 전자기술의발달로소형경량화, 2~3 중안정화장치, 자체고장진단기능으로신뢰성향상 주요장치 ( 그림 6-71 참고 ) 전자식엔진제어 (EEC, Electronic Engine Control) FADEC(Full Authority Digital Engine Control) A/T(Auto Throttle) 정비관리시스템 운항및시스템데이터를기체내의특정부분에서처리하는시스템 정비편의성제고 MAT(Maintenance Access Terminal) 이동용 MAT(PMAT, Portable MAT) 운항중발생된오류및고장싞호들을집중관리 CMS(Central Maintenance System) OMS(Onboard Maintenance System)

89 탐구과제 1. 항공음성통싞의종류와그특징을설명하고데이터통싞방식과비교하라. 2. ARINC 429 BUS 와 ARINC 629 BUS 의차이점을설명하라. 3. VOR 의방위측정방법을설명하고 ADF 와비교하라. 4. 플랫홈방식의관성항법장치와스트랩다운방식의관성기준장치의차이를설명하라. 5. GPS 의측정원리를설명하고 DGPS 를이용하여제거핛수있는오차를설명하라.

90 탐구과제 6. 2 차감시레이더의동작원리를설명하고 ADS-B 의특징을설명하라. 7. 경고 / 경보시스템의종류및동작원리를설명하라. 8. 착륙유도장치인 ILS, MLS, GBAS 를비교하라. 9. 비행기록장치의원리및종류를설명하고이를이용핚비행데이터분석장치를예를들어설명하라. 10. 자동조종장치의원리와종류에대하여설명하라.

03 홍승범(313~320).hwp

03 홍승범(313~320).hwp 14 3 2010 6 MIL-STD-B 데이터버스를이용한 CDTI 기능을구현한 MFD 제작 홍교영 *, 안동만 *, 홍승범 * Gyo-Young Hong *, Dong-Man Ahn *, and Seung-Beom Hong * 요약 21C, (ICAO) 1980 CNS/ATM, 2010. CNS/ATM. CNS/ATM ADS-B,,. MFD. CNS/ATM