KR100879799B1 - 지피에스 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템 - Google Patents

지피에스 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템으로서, 보다 구체적으로는 (1) 항공기의 위치와 고도 정보를 수신하는 GPS 수신기; (2) 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 설정할 수 있도록 하는 착륙 지점 위치와 고도 설정부; (3) 상기 GPS 수신기에서 수신한 항공기의 위치와 고도 정보 및 상기 착륙 지점 위치와 고도 설정부에서 설정한 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 이용하여, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 착륙 경로와 강하각 계산부; 및 (4) 상기 착륙 경로와 강하각 계산부에서 계산한 항공기의 착륙 경로와 강하각을 안내하는 착륙 경로와 강하각 안내부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템에 따르면, 차량용 경로 안내 시스템에서 사용되고 있는 GPS 수신기를 이용하여 항공기의 현재 위치와 고도를 결정하고 이를 이용하여 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산 및 안내함으로써, 지상 항법시스템의 유무에 관계없이 착륙 안내가 가능한 착륙 안내 시스템을 매우 저가로 구현할 수 있다.
항공기용 착륙 안내 시스템, GPS 수신기, 착륙 지점 위치와 고도 설정부, 착륙 경로와 강하각 계산부, 착륙 경로와 강하각 안내부, DGPS, 기상조건

Description

지피에스 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템{A LANDING GUIDE SYSTEM FOR A AIRCRAFT USING A GPS RECEIVER}
본 발명은 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템으로서, 보다 구체적으로는 차량용 경로 안내 시스템에서 사용되고 있는 GPS 수신기를 이용하여 항공기의 현재 위치와 고도를 결정하고 이를 이용하여 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산 및 안내하는 항공기용 착륙 안내 시스템에 관한 것이다.
기존의 항공기용 항법 체계는 크게 지문항법(地文航法), 천측항법(天測航法), 추측항법(推測航法) 및 무선항법(전파항법)으로 나뉜다. 지문항법에서는 이미 그 위치가 알려져 있는 지상의 중요한 목표를 비행 중에 육안으로 확인함으로써 목적지와 자기의 관계 위치를 알아내어 항공기의 방향을 정한다. 천측(天測)항법은, 천문항법이라고도 하는데, 비행 중 태양, 달, 항성(恒星), 행성(行星) 등의 천체를 육분의(六分儀) 등으로 관측하여, 그 관측 값과 관측한 시간에 따라 천측계산표에 의해 현재의 위치를 찾는 방법이다. 추측항법(推測航法)은, 항공기의 대기속도(對氣速度), 비행시간, 침로, 풍향, 풍속, 편류(偏流) 등 항법에 필요한 제원(諸元) 중 몇 개의 값을 구하거나 또는 가정함으로써 그 항공기의 위치, 대지속도(對地速 度), 침로, 도착시각 등을 산출 또는 추정하는 방법으로서 공중항법의 기초가 된다. 원리적으로는, (1) 기류와 항공기와의 상대운동의 방향과 그 크기를 안 다음 위치를 구하는 방법, (2) 항공기의 운동에 의해 생기는 관성(慣性)을 이용하는 방법, (3) 항공기와 지표면과의 사이의 상대운동을 이용하는 방법의 세 가지 방법이 있으며, (2)는 관성항법, (3)은 도플러 레이더를 이용하는 항법으로 널리 쓰이고 있다.
무선항법은, 전파의 정속성(定速性) 및 직진성(直進性)을 이용한 항법이다. 전파를 발사 또는 수신하는 고도가 높다는 특성에서, VHF 등의 유효범위가 넓고 또한 공중상태에 의한 전파방해를 쉽게 받지 않는 VHF나 UHF 등을 사용할 수 있으며, 현재 가장 안정된 방법으로 널리 이용되고 있다. 무선항법의 원리는, 이미 알려진 무선국으로부터의 전파의 도래방향(到來方向), 또는 전파를 전파시키는 데 소요된 시간을 측정함으로써 현재의 자기위치 확인, 대지속도 등을 산출한다는 것이다. 무선항법에서 사용되는 방법은, 지상의 무선 시설이 주가 되어 항공기의 방위(方位)와 거리를 측정하는 방법과 항공기에 탑재된 무선기기가 주가 되어 지상국 또는 지표면에의 방위와 거리를 측정하는 방법의 두 가지로 크게 나눌 수 있다.
기존의 항공기용 착륙 안내 시스템으로는, 계기 착륙 시스템(Instrument Landing System; ILS)과 전술 항행 표지 시설(TACtical Air Navigation; TACAN)을 이용한 착륙 안내 시스템이 있다. 계기 착륙 시스템(ILS)은 착륙하고자 하는 항공기가 활주로에 안전하게 착륙할 수 있도록 활주로 중심선, 활공각도 및 위치정보를 제공하는 시스템으로서, 방위각 장비, 활공각 장비, 내측마커, 중간마커, 외측마커 등의 시설들로 구성되어 있다. 전술 항행 표지 시설(TACAN)이란, 1,000MHz대의 UHF를 사용하여 원리는 다르나 전방향 표지 시설(VHF Omni-directional Range; VOR)과 같은 방위정보와 거리측정 시설(Distance Measuring Equipment; DME)과 같은 거리정보를 동시에 항공기에 제공할 뿐 아니라, VOR보다 시설과 기동성에서 훨씬 융통성이 있어 군용기에서 주로 사용되는 시설로 거리측정 부분은 국제민간항공기구(International Civil Aviation Organization; ICAO)에서 규정한 DME를 그대로 적용하고 있다.
전술한 바와 같은 기존의 항공기용 착륙 안내 시스템인, 계기 착륙 시스템(ILS) 및 TACAN을 이용한 착륙 안내 시스템은, 모두 지상에 설치된 지상 시설에 의존하는 착륙 안내 시스템으로서, 구현 비용이 매우 고가이며, 항법지원 시스템이 설치된 특정 기지 또는 지점에 국한을 받는다는 문제점이 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, GPS 수신기를 이용하여 항공기의 현재 위치와 고도를 결정하고 이를 이용하여 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산 및 안내함으로써, 기상조건에 관계없이 착륙 안내가 가능하며 또한 매우 저가로 구현할 수 있는 항공기용 착륙 안내 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템은,
(1) 항공기의 위치와 고도 정보를 수신하는 GPS 수신기;
(2) 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 설정할 수 있도록 하는 착륙 지점 위치 및 고도 설정부;
(3) 상기 GPS 수신기에서 수신한 항공기의 위치와 고도 정보 및 상기 착륙 지점 위치 및 고도 설정부에서 설정한 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 이용하여, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 착륙 경로 및 강하각 계산부; 및
(4) 상기 착륙 경로 및 강하각 계산부에서 계산한 항공기의 착륙 경로와 강하각을 안내하는 착륙 경로 및 강하각 안내부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 항공기의 위치 정보 및 상기 착륙 지점의 위치 정보에 는, 위도, 경도, 속도, 방향 정보가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 시각적으로 안내할 수 있다.
바람직하게는, 상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 청각적으로 안내할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 안내용 언어(language)를 설정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 촉각적으로 안내할 수 있다.
바람직하게는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 추가로 입력할 수 있도록 하는 추가 정보 입력부를 더 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 추가 정보 입력부는, 항공기의 다른 시스템으로부터 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 자동으로 수신하도록 할 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 필요 정보들에는, 항공기의 속도, 항공기의 현재 강하각, 바람 정보, 날씨 정보, 공항의 활주로 상태 정보가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 GPS 수신기는 DGPS(Differential GPS) 수신기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 항공기용 착륙 안내 시스템은 포터블(portable) 형태일 수 있다.
바람직하게는, 상기 항공기용 착륙 안내 시스템은 기존의 착륙 안내 시스템과 병행하여 사용될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템에 따르면, 차량용 경로 안내 시스템에서 사용되고 있는 GPS 수신기를 이용하여 항공기의 현재 위치와 고도를 결정하고 이를 이용하여 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산 및 안내함으로써, 지상 항법 시설의 설치 유무에 관계없이 착륙 안내가 가능한 착륙 안내 시스템을 매우 저가로 구현할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템(100)은, GPS 수신기(110), 착륙 지점 위치 및 고도 설정부(120), 착륙 경로 및 강하각 계산부(130), 및 착륙 경로 및 강하각 안내부(140)를 포함한다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템(100)은, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 추가로 입력할 수 있는 추가 정보 입력부를 더 포함할 수 있다.
GPS 수신기(110)는, 항공기의 위치와 고도 정보를 수신하는 역할을 한다. GPS(Global Positioning System)는, 범지구 위치결정 시스템이라고도 불리며, 현재 완전하게 운용되고 있는 유일한 범지구 위성항법 시스템으로서, 미국 국방부에 의해 개발되었으며 공식 명칭은 NAVSTAR GPS(NAVigation System with Time And Ranging GPS)이다. 무기 유도, 항법, 측량, 지도제작, 측지, 시각동기 등의 군용 및 민간용 목적으로 사용되고 있다. GPS에서는 중궤도를 도는 24개(실제는 그 이상)의 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 GPS 수신기에서 수신하여 수신기의 위치벡터를 결정한다. GPS 수신기(110)를 통해 결정되는 항공기의 위치와 고도 정보에는, 위도, 경도, 고도, 속력, 방향 정보가 포함될 수 있다. GPS 수신기(110)로서는, 항공기의 위치와 고도 정밀도를 높이기 위하여 DGPS(Differential GPS) 수신기가 사용될 수도 있다. DGPS에서는, 위성의 관측성이 좋은 곳에 기준국(Reference Station)용 GPS 수신기를 설치하여 정밀하게 측정된 자신의 위치와 GPS 위성 신호를 받아 수신기로 계산된 위치와 고도를 비교하여 오차항을 계산한 후, 계산된 오차항을 주변의 사용자 수신기에 무선망을 통해 일정한 형식에 맞추어 전송한다. 사용자는 자신의 수신기에 계산한 위치와 고도 값에 수신된 오차항을 적용하여 두 수신기 간의 공통 오차를 제거함으로써, 단독 GPS의 경우보다 정확한 위치와 고도를 계산한다. 예를 들어, 일반 GPS 수신기를 이용할 경우 10-30 m 이상의 정밀도로 위치와 고도를 결정할 수 있으나, DGPS 수신기를 이용할 경우 움직이는 대상에 대해서는 수 m, 정지한 대상에 대해서는 1 m 이내의 정밀도로 위치를 결정할 수 있다.
착륙 지점 위치 및 고도 설정부(120)는, 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 설 정할 수 있도록 하는 역할을 한다. 즉, 항공기의 비행사는, 착륙 지점 위치 및 고도 설정부(120)를 이용하여 자신이 착륙하고자 하는 지점의 위치와 고도 정보를 설정할 수 있다. 착륙 지점 위치 및 고도 설정부(120)를 통해 설정되는 착륙 지점의 위치와 고도 정보에는, 위도, 경도, 고도 정보가 포함될 수 있다. 착륙 지점 위치와 고도 설정부(120)에서는, 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 위도, 경도, 고도 값으로 직접 설정하도록 할 수도 있고, 착륙 지점의 명칭을 입력하도록 할 수도 있으며, 터치스크린에 표시된 지도상에 착륙 지점을 직접 터치함으로써 설정하도록 할 수도 있다.
착륙 경로 및 강하각 계산부(130)는, GPS 수신기(110)에서 수신한 항공기의 위치와 고도 정보 및 착륙 지점의 위치 및 고도 설정부(120)에서 설정한 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 이용하여, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 역할을 한다. 원칙적으로, 항공기의 현재 위치와 고도, 착륙 지점의 위치와 고도가 결정되면, 착륙 경로와 강하각도 유일하게 결정될 수 있다. 본 발명의 항공기용 착륙 안내 시스템은, 항공기의 현재 위치와 고도를 GPS 수신기를 이용하여 지상 시설의 도움 없이도 비교적 정확하게 결정함으로써, 공중항법에 필요한 지상시스템의 유무에 관계없이 착륙 안내가 가능한 항공기용 착륙 안내 시스템을 매우 저가로 구현할 수 있다.
착륙 경로 및 강하각 계산부(130)는, 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 있어서, GPS 수신기(110)에서 수신한 항공기의 위치와 고도 정보 및 착륙 지점 위치 및 고도 설정부(120)에서 설정한 착륙 지점의 위치와 고도 정보 이외에, 추가 정보 입력부에서 추가로 입력된 정보를 이용할 수 있다. 즉, 착륙 경로 및 강하각 계산부(130)는, 항공기의 위치와 고도 정보와 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 이용하여 결정된 착륙 경로와 강하각을 추가 정보 입력부에서 추가로 입력된 정보를 이용하여 조정할 수 있다. 이와 같이, 추가 정보 입력부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 추가로 입력할 수 있도록 하는 역할을 한다. 경우에 따라서는, 추가 정보 입력부는, 항공기의 다른 시스템으로부터 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 자동으로 수신하도록 할 수도 있다. 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 추가 정보들에는, 항공기의 속도, 항공기의 현재 강하각, 바람 정보, 날씨 정보, 공항의 활주로 상태 정보가 포함될 수 있다.
착륙 경로 및 강하각 안내부(140)는, 착륙 경로 및 강하각 계산부(130)에서 계산한 항공기의 착륙 경로와 강하각을 안내하는 역할을 한다. 착륙 경로 및 강하각 안내부(140)는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 시각적, 청각적, 촉각적인 방법 또는 2가지 이상의 복합적인 방법에 의하여 안내할 수 있다. 예컨대, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 스크린상에 표시하여 안내할 수 있고, 음성으로 안내할 수도 있으며, 좌석이나 조종간, 헬멧 등에 설치된 진동 소자 등을 이용하여 촉각적으로 안내할 수도 있다. 물론, 2가지 이상의 방법을 조합하여 안내할 수도 있다. 스크린 상에 표시되는 언어 및 음성 안내 언어는 임의로 설정이 가능하도록 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스 템(100)은 포터블(portable) 형태로 구현이 가능하며, 이에 따라 항공기 탑재 시 항공기의 기종과 무관하게 이용하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템(100)은 기존의 착륙 안내 시스템과 병행하여 사용될 수 있는데, 이를 통해 보다 정확하고 안전한 착륙 안내가 가능하도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템을 실제 항공기의 착륙 안내에 사용하는 경우를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템은, 먼저 GPS 수신기를 통해 GPS 위성으로부터 항공기의 현재 위치와 고도를 확인하게 되고, 다음으로 확인된 현재의 위치와 고도를 착륙 지점의 위치와 고도와 비교하여 착륙 경로 및 강하각 계산부를 통해 강하각(착륙각)(도 2) 및 착륙 경로(착륙방향)(도 3)를 결정하고 이를 착륙 경로 및 강하각 안내부를 통해 안내하게 된다. 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기가 안내된 착륙 경로와 강하각을 이탈하는 경우, 착륙 경로와 강하각 이탈에 대한 경고를 하게 되고, 또한 이탈된 착륙 경로와 강하각으로부터 다시 계산된 착륙 경로(착륙방향) 및 강하각(착륙각)을 안내하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템에서 착륙 경로 및 강하각을 시각적으로 안내하는 표시 계기를 나타내는 도면이다. 도 4에는 TO/FROM 지시계가 함께 표시되는데, 항공기가 비행장 혹은 특정 지점으로 가까워지고 있을 때에는 TO로 표시되며, 항공기가 비행장 혹은 특정 지점으로부터 멀어지고 있을 때에는 FROM이라고 표시된다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템을 실제 항공기의 착륙 안내에 사용하는 경우를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템에서 착륙 경로 및 강하각을 시각적으로 안내하는 표시 계기를 나타내는 도면.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: (본 발명의 일 실시예에 따른) GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템
110: GPS 수신기
120: 착륙 지점 위치 및 고도 설정부
130: 착륙 경로 및 강하각 계산부
140: 착륙 경로 및 강하각 안내부

Claims (12)

  1. GPS 수신기를 이용한 항공기용 착륙 안내 시스템으로서,
    (1) 항공기의 위치와 고도 정보를 수신하는 GPS 수신기;
    (2) 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 설정할 수 있도록 하는 착륙 지점 위치 및 고도 설정부;
    (3) 상기 GPS 수신기에서 수신한 항공기의 위치와 고도 정보 및 상기 착륙 지점 위치 및 고도 설정부에서 설정한 착륙 지점의 위치와 고도 정보를 이용하여, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 착륙 경로 및 강하각 계산부; 및
    (4) 상기 착륙 경로 및 강하각 계산부에서 계산한 항공기의 착륙 경로와 강하각을 안내하는 착륙 경로 및 강하각 안내부
    를 포함하며,
    항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 추가로 입력할 수 있도록 하는 추가 정보 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항공기의 위치 정보 및 상기 착륙 지점의 위치 정보에는, 위도, 경도, 속도 및 방향 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 시각적으로 안내하는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 청각적으로 안내하는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 안내용 언어(language)를 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 착륙 경로 및 강하각 안내부는, 항공기의 착륙 경로와 강하각을 촉각적으로 안내하는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 추가 정보 입력부는, 항공기의 다른 시스템으로부터 항공기의 착륙 경로와 강하각을 계산하는 데 필요한 정보들을 자동으로 수신하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 필요 정보들에는, 항공기의 속도, 항공기의 현재 강하각, 바람 정보, 날씨 정보, 공항의 활주로 상태 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 수신기는 DGPS(Differential GPS) 수신기인 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 항공기용 착륙 안내 시스템은 포터블(portable) 형태인 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 항공기용 착륙 안내 시스템은 기존의 착륙 안내 시스템과 병행하여 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 항공기용 착륙 안내 시스템.
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