진보된 시각 PAR 정밀접근 자동화체계 설계 및 효용성 검증
Design, Implementation and Effectiveness Validation of Advanced Visual PAR Precision Approach Automation System
- 주제(키워드) PAR Rrecision Approach
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김기형
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 NCW학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000013425
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 공항 정밀접근 항공기의 비행안전을 증대시키기 위한 방법으로 S/W 패킷 모뎀과 UHF Radio, 그리고 UMPC(Ultra Mobile Personal Computer)를 이용하여 PAR(Precision Approach Radar) 항적정보를 조종사에게 신속, 정확하게 제공하는 방안을 제시하고, 이의 효용성을 검증하기 위한 것이다. 현재 공군이 보유하고 있는 국제 규격의 공항은 대부분 계기착륙장치(ILS : Instrument Landing System)와 PAR 체계를 갖추고 있다. 그러나 일부 공항은 아직 PAR만 보유하고 있으며, ILS를 갖추고 있다 할지라도 활주로 방향이 바뀌는 경우 PAR만 지원하는 경우가 있으며, PAR에 의존한 정밀접근 만을 수행할 수 있는 재래식 항공기를 다수 보유하고 있는 실정이다. PAR 접근은 공항에 설치된 레이더(Radar)에 시현되는 항적정보를 기반으로 관제사와 조종사 간 음성통신에 의존하여 비행기지 접근을 수행하는 방법이며, PAR의 최종접근관제(Final Approach Control) 또한 음성에 의존하여 관제를 수행하고 있다. 그러나 음성관제에 의해 제공되는 항공기의 공항 접근정보는 관제사의 숙련도에 따라 좌우되는 측면이 있으며, 경로(Azimuth), 활공각(Glide Slope), 거리(Range)에 대한 정보가 동시에 제공될 수 없는 관계로 적시성에 있어 일정한 지연을 포함하게 된다. 이는 PAR 정밀접근이 상당히 부정확한 면을 내포하는 원인이 되고 있다. 본 논문은 이러한 문제점을 보완하기 위한 방법으로 S/W 패킷 모뎀과 PAR의 최종접근관제에 할당된 UHF Radio와 주파수, 그리고 UMPC를 이용하는 새로운 체계를 제안하였다. 제안하는 체계에 대한 검증은 PAR 자료의 획득과 자료의 전송, 항공기에 시현하기까지 각 단계별로 검증(Verification)하고, 실 비행자료를 3D GIS 상에 시현하여 비행궤적 시현의 정확성을 검증하였다. 또한 실 비행자료를 UMPC에 시현하여 시뮬레이션을 수행하고, Virtual Simulator를 이용하여 체계의 검증을 수행함으로서 본 체계가 실 체계와 부합하며 효용가치가 있음을 확인(Validation)하는 단계에 이르기까지 점진적이고 체계적인 방법을 사용하였다. 본 체계를 비행기지 정밀접근에 사용할 경우 음성에 의한 관제에 비해 신속하고 정확한 관제정보를 조종사에게 시각적으로 제공함으로서 정밀접근의 정확성을 증가시킬 수 있어 비행안전에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 다음과 같은 장점을 지니고 있다. 먼저, 본 체계는 PAR에 인가된 주파수와 통신장비를 그대로 이용할 수 있으며, 단지 S/W 구현과 일부 인터페이스의 개발만으로 체계구축이 가능하다. 둘째, 한 대의 통신 장비로 데이터와 음성통신을 동시에 수행할 수 있어 필요시 관제사가 지체 없이 관제업무를 수행할 수 있다. 셋째, 공항의 PAR이 추적하고 있는 항공기의 비행경로, 활공각, 거리를 조종사에게 실시간으로 전송해 주고 일반화함으로서 관제사의 숙련도와 관제 특성에 기인하는 요소를 배제할 수 있다. 넷째, PAR 정밀접근의 정확성을 높여주어 신뢰성을 증가시킴으로서 비행안전에 크게 기여할 수 있다. 다섯째, 본 논문에서 체계화한 기법을 이용하여 PAR 검증 비행을 수행할 경우 PAR 보정을 위한 시험비행 횟수를 획기적으로 줄여줄 수 있다. 본 논문에서 연구한 체계의 다양한 장점은 항공기의 공항 PAR 접근의 정확도를 획기적으로 향상시키는데 기여할 것으로 판단되며, 향후 패킷 모뎀과 PAR 주파수를 이용하여 LAAS(Local Area Argumentation System)를 구축하는 데에도 그대로 이용될 수 있다. 본 체계가 유사시 예비 장비로서 비행안전에 크게 기여할 수 있기를 기대해 본다.
more목차
감사의 글 ⅰ
요 약 ⅲ
제목 차례 ⅴ
그림 차례 ⅷ
표 차례 ⅺ
약어 목록 ⅹⅱ
제1장 서 론 1
제1절 연구 목적 및 배경 1
제2절 PAR과 관련한 문제 2
제1항 문제의 제기 2
제2항 PAR 접근방법에 대한 새로운 운영개념 설정을 위한 발상의 전환 4
제3절 문제 해결을 위한 접근방법 5
제1항 연구 방법/범위 5
제2항 설계 요구사항 6
제4절 논문의 기여도 및 기대 효과 7
제5절 논문의 구성 9
제2장 관련연구 11
제1절 공항 정밀접근 관련 연구사례 11
제2절 음성 관제와 시각적 관제의 효과에 대한 논의 13
제3절 DGPS 15
제4절 Virtual Simulator 18
제3장 PAR의 원리 및 문제점 분석 22
제1절 공항 정밀접근의 정의 및 관련 용어 22
제2절 ILS 26
제3절 PAR 30
제4절 PAR의 문제점 31
제4장 PAR 자동화 체계의 설계 및 구현 35
제1절 체계 제안 35
제1항 제안체계 운영개념(Operational View) 35
제2항 제안체계 구성(System View) 38
제3항 데이터통신 프로토콜(Data Communication Protocol) 및 전송주기 설정 40
제4항 PAR의 좌표체계와 WGS-84 좌표체계 및 상호 변환개념 43
제5항 WGS-84 좌표체계와 직각좌표 체계 간의 변환 관계식 45
제6항 GPI에 대한 항공기의 Azimuth, Glide Slope, Range 산출 48
제2절 음성 및 데이터 동시 사용이 가능한 데이터링크 체계 50
제1항 체계 구축 개념 50
제2항 데이터 전송을 위한 통신장비(Communication Equipment) 52
제3항 S/W packet Modem 구현 57
제4항 Radio Interfacing Device for S/W Packet Modem 59
제3절 PAR 항적자료 획득을 위한 연동시스템 구현 62
제1항 PAR 신호 분석 62
제2항 Data Acquisition Board의 설계 65
제4절 항공기 장착 UMPC 및 그래픽 시현 68
제5장 PAR 자동화체계의 검증 및 확인 71
제1절 체계 검증 시나리오 및 검증 체계 구축 71
제1항 검증 시나리오 71
제2항 검증 체계 74
제2절 단위 체계별 검증 76
제1항 S/W 패킷 모뎀 데이터링크 체계의 PAR 자료 전송능력 및
신뢰도 검증 76
제2항 PAR 데이터 획득을 위한 인터페이스 보드의 검증 81
제3절 실 비행자료를 적용한 체계 통합 검증 88
제1항 DGPS의 정확성 검증 88
제2항 실 비행자료의 수집 및 비교 검토 93
제3항 실 비행자료를 이용한 UMPC 계기 시현의 정확도 검증 97
제4절 DEVS 형식론을 이용한 프로토콜 검증 99
제1항 음성과 데이터 통신에 의한 PAR 관제 상황 비교 99
제2항 PAR 관제 상황에 대한 DEVS 모델링 101
제3항 검증 및 평가 104
제5절 Virtual Simulator를 이용한 체계 확인 109
제1항 Simulation 시나리오 109
제2항 시뮬레이션 체계 구성 111
제3항 접근 기지 관련자료 115
제4항 시뮬레이션 및 결과의 분석 118
제6장 결 론 및 향후 연구 124
제1절 결론 및 토의 124
제2절 향후 연구 126
참고 문헌 127
Abstract 131
