KR101515203B1 - 항공기의 공항 par 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 par 관제 자동화 시스템 - Google Patents

항공기의 공항 par 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 par 관제 자동화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기 정밀 접근 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공항에 설치된 PAR(Precision Approach Radar); PAR(Precision Approach Radar)과 관제 서버 간의 데이터 연동을 수행하는 인터페이스 모듈, 상기 인터페이스 모듈을 통해 전달받은 PAR 출력 자료를 클라이언트에게 전송할 데이터로 변환하는 제1 정보 변환 모듈 및 상기 클라이언트와 데이터 통신을 수행하는 제1 무선 통신 모듈을 포함하는 관제 서버; 및 상기 제1 무선 통신 모듈로부터 항공기 정밀 접근 정보를 포함하는 데이터를 전송받는 제2 무선 통신 모듈, 상기 전송받은 항공기 정밀 접근 정보를 시각화된 정보로 변환하는 제2 정보 변환 모듈, 및 상기 시각화된 정보를 나타내는 표시 모듈을 포함하고 있는 클라이언트를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 따르면, PAR과 데이터를 연동하는 관제 서버를 통해 PAR과 항공기 간 데이터 링크 체계를 구축하여 경로, 활공각 및 거리 정보를 관제사의 판독을 거치지 않고 항공기에 직접 전송함으로써, 정보 정확성이 관제사의 전문성과 숙련도에 의해 좌우되지 않고, 자신이 조종하는 항공기의 경로와 활공각이 어떻게 변하는지 조종사가 실시간으로 파악할 수 있어, 비행 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 정밀 접근을 수행하는 항공기(클라이언트)에 항공기 정밀 접근 위치 정보를 시각화된 정보로 변환하여 실시간으로 표시하도록 구성함으로써, 정밀 접근정보의 정확도 및 전달력을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템{VISUAL PAR CONTROL AUTOMATION SYSTEM}
본 발명은 항공기 정밀 접근 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 항공기의 PAR 정밀 접근정보가 시각적으로 표시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 관한 것이다.
공항으로의 항공기 접근은 ILS, PAR, TLS, MLS 등과 같은 정밀접근(PA, Precision Approach)과 TACAN(Tactical Air Navigation)과 VOR/DME(VHF Omni-directional Range/Distance Measuring Equipment) 등과 같은 비정밀접근(None-Precision Approach)으로 나눌 수 있는데, 정밀접근이란 국제민간항공기구(ICAO, International Civil Aviation Organization) 부속서(Annex 10, 항공통신)의 정밀기준에 부합하는 진로와 항공로 이탈정보를 제공하는 항행안전 무선시설을 이용하는 계기 접근절차이다.
국제 규격의 공항은 대부분 계기착륙장치(ILS, Instrument Landing System)와 PAR(Precision Approach Radar) 체계를 갖추고 있다. PAR을 이용한 정밀접근은 공항에 설치된 레이더(Radar)에 시현되는 항적정보를 기반으로 관제사와 조종사 간 음성통신에 의존하여 비행기지 접근을 수행하는 방법이나, 이는 관제사의 전문성과 숙련도에 따라 정밀접근의 정확성 등이 좌우되며, 적시성에 있어 일정한 지연을 피할 수 없다는 문제 및 음성 전달(조종사의 청각적 인지)로 인해 정보의 전달 능력이 떨어지는 문제 등이 있다. 반면, ILS는 지상에 설치된 전파 방사장치에서 방사되는 무선 주파수를 수신하여 항공기가 진입하고 있는 정확한 경로와 활공각을 계기를 통해 조종사에게 실시간으로 알려주어 항공기가 공항으로의 접근을 정밀하게 수행할 수 있도록 하는 장비로서, 경로와 활공각 정보를 조종사에게 시각적으로 제공하여 정보의 전달력이 높다는 장점이 있다. 그러나 한 대의 ILS는 활주로의 한쪽 방향만을 지원할 수 있고, ILS 자체만으로는 항공기가 활주로를 향해 정확한 경로와 활공각으로 진입하고 있는지를 관제센터에서 알 수 없다는 문제가 있다. 또한, 현재 일부 공항 및 항공기는, PAR을 이용한 정밀 접근만을 수행할 수 있다.
현재, 항공기의 운항과 관련한 항법, 정밀 접근 등과 관련해서는 많은 연구가 진행되고 있으나(Journal of The Institute of Navigation, The Journal of Navigation, The Journal of Global Navigation Satellite Systems 등 참조), 공항 접근에 있어 PAR 항적자료 전달방법의 개선을 통해 공항 PAR 정밀접근의 정확도를 높이는 방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
이에 본 발명자는, PAR을 이용한 정밀 접근방식을 이용하되, 관제사의 음성에 의존한 관제로 인한 정보제공 량의 절대 부족, 항적정보 제공의 과다한 지연, 관제사의 전문성과 숙련도에 따른 관제능력의 차이 등의 문제를 해결하고자 ILS가 가지고 있는 장점을 접목하는 새로운 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 개발하고자 하였다. 즉, 사물통신(M2M, Machine to Machine Interface)의 개념을 이용하여 PAR에서 포착한 경로와 활공각, 거리 정보를 좌표변환을 통해 조종사가 필요로 하는 자료로 변환하여 디지털 데이터 형태로 항공기에 직접 전달하고, 이를 ILS와 유사한 방법으로 조종사에게 시각적으로 제공함으로써 PAR 정밀 접근의 정확도 및 비행안전도를 획기적으로 향상시키고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 기존에 제안된 방법들의 문제점들을 해결하기 위해 제안한 것으로서, PAR의 출력 자료를 관제 서버와 연동하고, PAR 종말 관제(Final Control)에 할당된 Radio와 주파수(Frequency)를 이용해 PAR과 항공기 간 데이터 링크 체계를 구축하여 경로와 활공각 및 거리 정보를 관제사의 판독을 거치지 않고 항공기에 직접 전송함으로써, 정보가 관제사의 전문성과 숙련도에 의해 해석되지 않은 상태에서 항공기의 경로와 활공각이 어떻게 변하는지 조종사가 실시간으로 파악할 수 있도록 항공기 정밀 접근 정보가 시각적으로 표시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 정밀접근을 수행하는 항공기(클라이언트)에 PAR의 정밀 접근위치 정보를 시각화된 정보로 변환하여 실시간으로 표시하도록 구성함으로써, 정밀 접근정보의 정확도 및 전달력을 현저히 향상시킬 수 있는 PAR 관제 자동화 시스템을 제공하여 PAR 정밀접근의 정확도를 향상시킴으로써 비행안전을 획기적으로 증가시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 특징에 따라 항공기 정밀 접근 정보를 시각적으로 표현해 줌으로서 상기 목적을 달성할 수 있는 PAR 관제 자동화 시스템은,
공항에 설치된 PAR(Precision Approach Radar);
PAR(Precision Approach Radar)과 관제 서버 간의 데이터 연동을 수행하는 인터페이스 모듈, 상기 인터페이스 모듈을 통해 전달받은 PAR 출력 자료를 클라이언트에게 전송할 데이터로 변환하는 제1 정보 변환 모듈 및 상기 클라이언트와 데이터 통신을 수행하는 제1 무선 통신 모듈을 포함하는 관제 서버; 및
상기 제1 무선 통신 모듈로부터 항공기 정밀 접근 정보를 포함하는 데이터를 전송받는 제2 무선 통신 모듈, 상기 전송받은 항공기 정밀 접근 정보를 시각화된 정보로 변환하는 제2 정보 변환 모듈, 및 상기 시각화된 정보를 나타내는 표시 모듈을 포함하고 있는 클라이언트를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 정보 변환 모듈은,
상기 PAR을 중심으로 한 극좌표계 상의 항공기 위치 정보를 포함하는 PAR에서 추출된 자료를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, 상기 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 도출할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 정보 변환 모듈은,
상기 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 위상 편이 변조를 통해 아날로그 신호로 변환하여 상기 제1 무선 통신 모듈로 전달할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈은,
UHF(Ultra High Frequency) 통신 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 정보 변환 모듈은,
상기 제2 무선 통신 모듈을 통해 전달받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하고, 시각화된 정보로 데이터 처리할 수 있다.
바람직하게는, 상기 클라이언트의 표시 모듈에 표시되는 시각화된 정보는,
3D 자세계, 2D 수평상황지시계(HSI, Horizontal Situation Indicator), 또는 3D 자세계 및 2D 수평상황지시계 형태로 표현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 클라이언트는,
항공기에 장착된 UMPC(ultra-mobile PC)를 포함하는 다기능 시현체계(MFD, Multi Function Display)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 따르면, PAR과 데이터 연동하는 관제 서버를 통해 PAR과 항공기 간 데이터 링크 체계를 구축하여 경로, 활공각 및 거리 정보를 관제사의 판독을 거치지 않고 항공기에 직접 전송함으로써, 관제사의 전문성과 숙련도에 의해 정보가 해석되지 않은 상태에서 조종사가 실시간으로 자신이 조종하는 항공기의 경로와 활공각이 어떻게 변하는지 파악할 수 있어 비행 안전을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 정밀 접근을 수행하는 항공기(클라이언트)에 항공기 정밀 접근 위치 정보를 시각화된 정보로 변환하여 실시간으로 표시하도록 구성함으로써, 정밀 접근정보의 정확도 및 전달력을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 구성을 도식화한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 각 노드 간의 연결도를 도시한 도면,
도 4는 PAR에서 출력되는 신호를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 PAR로부터 인터페이스 모듈을 통해 관제 서버에 전송된 항적 자료를 표시한 도면.
도 6은 PAR의 항적자료와 활주로 착륙지점 간의 관계를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 정밀 접근을 수행하는 항공기(클라이언트) 및 표시 모듈에 표시되는 시각화된 정보를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 클라이언트의 표시 모듈에 시각화된 정보가 2D 수평상황지시계 형태로 표시되는 것을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 클라이언트의 표시 모듈에 시각화된 정보가 3D 자세계 형태로 표시되는 것을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 세부 구성도를 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 구성을 도식화한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템은, PAR(Precision Approach Radar, 100), 관제 서버(200) 및 클라이언트(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
PAR(100)은, 공항에 설치된 정밀 접근 정보를 수집하는 레이더(Precision Approach Radar)를 의미한다. PAR(100)은, 활주로 숫자에 구애받지 않고 한 개의 기지에 한 대의 레이더만을 설치하여 운영하는 것이 일반적이며, 레이더 포착 범위 내에 있는 활주로에 대해서는 항상 정밀 접근 지원이 가능하며, 활주로의 방향이 바뀔 경우 방향을 전환하여 지원도 가능하다. 또한, 이동형으로 운영이 가능하여 유사 시 이동형 레이더의 전개 및 설치를 통해 항공기 정밀 접근 정보를 수집할 수 있다. 종래의 PAR(100)을 이용한 정밀 접근 방식은, 관제사가 PAR(100)로부터 전달받은 항공기 위치 정보를 해석하고 판단한 후, 이를 음성으로 항공기 조종사에게 전송하는 방식에 따랐다. 따라서 관제사의 전문성과 숙련도에 따라 정보 전달의 정확성 등이 좌우되며, 적시성에 있어 일정한 지연을 피할 수 없다는 문제 및 음성 전달(조종사의 청각적 인지)로 인해 정보의 전달 능력이 떨어지는 문제가 있었다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 도시한 도면이다. 본 발명자는 종래의 PAR(100)을 이용한 정밀 접근 방식의 문제점을 해결하기 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, PAR(100)에서 추출되는 자료를 이용하되, PAR(100)과 데이터 연동하는 관제 서버(200)를 통해 PAR(100)과 항공기(클라이언트, 300) 간 데이터 링크 체계를 구축하여 경로, 활공각 및 거리 정보를 관제사의 판독을 거치지 않고 항공기(클라이언트, 300)에 직접 전송함으로써, 정보 정확성이 관제사의 전문성과 숙련도에 의해 좌우되지 않도록 하는 새로운 개념의 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 개발하였다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 각 노드 간의 연결도를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서, 항공기의 위도, 경도, 고도 정보는, PAR 레이더가 바라보는 측면에서의 항공기의 경로, 활공각, 거리정보로 변환되어 전달되는 형태가 될 수 있다. 이러한 정보는 적절한 좌표변환을 통해 활주로 착륙지점으로부터의 경로, 활공각, 거리 정보로 변환되어 Final Controller(관제 서버 또는 관제사)에게 전달된다. Final Controller가 관제 서버(200)인 경우에는 자동으로 데이터를 처리하여 조종사(pilot)에게 전송하게 된다. 또한, 관제사도 이와 같은 데이터를 전송받아 판단한 정보를 음성으로 조종사에게 전달할 수 있으며, Air craft, PAR Radar & DGPS 및 Final Controller 사이에서 일어나는 정보의 순환 과정이 잘 수행되고 있는지를 모니터링 하는 역할도 담당할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, PAR의 항적 정보는 관제 서버(200)로 연동되고, 이 정보는 적절한 좌표 변환을 통해 조종사가 필요로 하는 자료로 변환되어, 항공기(클라이언트, 300)에 전달될 수 있다. 클라이언트(300)는 전송받은 경로, 활공각, 거리 정보 등을 ILS와 유사한 형태로 항공기 조종석 전면에 장착된 표시 모듈(330)에 표시할 수 있다. 이는 사물통신(Machine to Machine Interface)의 개념과 유사한 방법으로 PAR(100)에서 추출되는 항공기의 경로와 활공각 정보 등이 직접 클라이언트(300)에 지속적으로 제공되므로, 조종사는 실시간으로 자신이 조종하는 항공기의 경로와 활공각 등이 어떻게 변하는지 파악하여 스스로 항공기의 조종에 반영할 수 있으므로 더욱 안정적인 조종이 가능하게 된다. 또한, 관제사의 입장에서는, 실시간으로 정보를 판단하여 음성 전달을 할 필요가 없으므로, 보다 여유 있게 모든 상황을 관찰할 수 있게 되며, 시스템이 제대로 작동하고 있는지, 항공기가 정상적으로 진입하고 있는지 등을 관찰하는 관리자 역할을 수행할 수 있다. 이하에서는 본 발명에서 제안하고 있는 관제 서버(200)와 클라이언트(300)의 구체적 구성에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
관제 서버(200)는, 인터페이스 모듈(210), 제1 정보 변환 모듈(220) 및 제1 무선 통신 모듈(230)을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에 따라서는, DGPS로부터 시간 정보를 제공받아 클라이언트(300)에 전송할 수도 있다. 즉, PAR(100)에서는 제공되지 않는 시간 정보를 제공하기 위하여 DGPS에서 얻어진 참조시간을 같이 전송하도록 구성할 수 있다.
인터페이스 모듈(210)은, PAR(100)과 관제 서버(200) 간의 데이터 연동을 수행할 수 있다. PAR(100)에서 추출되는 자료(Raw Data)를 전송받아 관제 서버(200)가 데이터를 처리할 수 있도록 한다. PAR(100)에서 추출되는 항적 정보는 항공기의 경로, 활공각, 거리 정보 및 공항에 관한 기본 정보 등을 포함할 수 있다.
도 4는 PAR에서 출력되는 신호를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 PAR(100)은 300㎲ 간 40bit의 데이터를 전송(약 7.5㎲ 소요)하며, 510 ~ 533㎲ 정도의 불규칙한 간격으로 데이터를 출력한다. 이와 같이 비교적 불규칙한 간격으로 출력되는 디지털 정보를 관제 서버(200)로 연동하기 위해서는 별도의 인터페이스 모듈을 필요로 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 인터페이스 모듈(210)은, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, Micro Control Unit)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 특정 클록(16㎒)의 MCU가 사용될 수 있으며, CTC(Clear Timer on Compare Match Mode)를 사용하여 데이터를 받아들일 수 있다. MCU가 디지털 데이터를 받아들일 수 있도록 하기 위해서는 우선적으로 클록을 일치시키는 것이 필요하며, MCU의 클록 주기는 PAR(100)에서 출력되는 주기와 가장 유사한 주기로 분주하여 디지털 인터페이스를 구성할 수 있다.
한편, MCU에는 USART(Universal Synchronous Asynchronous Receive and Transmit)가 내장될 수 있고, MCU가 기능을 수행하기 위한 내장형 프로그램을 탑재할 수 있다. 내장형 프로그램을 이용한 제어를 통해 MCU가 추출하는 자료는 초당 1200여 회가 출력되는 40bit 단위의 자료 중 Range(거리), Azimuth(경로), Elevation(활공각), 그리고 실제 항적(R/A)인지를 구분하는 자료만을 추출하여 USART로 보내도록 구현할 수 있다. 이는 MCU의 속도와 USART 사용에 따른 자료 추출 능력의 제한 등을 고려한 것이다. R/A는 1의 값이 출력될 경우 실제 항적을 나타내며, 0의 값이 출력되면 Reflector의 자료임을 나타낸다. 또한, 바람직하게는, PAR(100)에서 추출된 자료를 정확하게 읽을 수 있도록 노이즈를 제거하여, 데이터 오류를 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 PAR로부터 인터페이스 모듈을 통해 관제 서버에 전송된 항적 자료를 표시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 인터페이스 모듈(210)은 항적의 위치와 관련된 자료를 추출하여 USART를 통해 제1 정보 변환 모듈(220)로 보낼 수 있다. 관제 서버(200)는 전송받은 정보 및 데이터 변환 정보 등을 관제사가 확인할 수 있도록 디스플레이를 더 포함할 수 있고, 해당 디스플레이에, USART를 통해 보내진 항적의 거리, 경로, 활공각, 그리고 실제 항적 여부 등이 표시될 수 있다.
제1 정보 변환 모듈(220)은, 인터페이스 모듈(210)을 통해 전달받은 PAR(100)에서 추출된 자료를 클라이언트(300)에게 전송할 데이터로 변환할 수 있다. 즉, PAR(100)에서 추출된 자료를 항공기 조종사가 필요로 하는 정보로 변환할 수 있다. 구체적으로, PAR(100)을 중심으로 한 극좌표계 상의 항공기 위치 정보를 포함하는 PAR(100)에서 추출된 자료를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 도출할 수 있다.
도 6은 PAR의 항적자료와 활주로 착륙지점 간의 관계를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, PAR(100)에서 바라보는 항공기의 경로각, 활공각, 거리 정보와 조종사가 필요로 하는 정보는 서로 상이하다. 즉, 조종사가 필요로 하는 자료는 활주로의 Touch Down Zone 상에 존재하는 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 경로각, 활공각, 거리정보이므로, PAR(100)에서 획득한 항공기의 경로각, 활공각 및 거리정보는 WGS-84 좌표 체계로 변환하고, 이를 다시 WGS-84 좌표체계상의 활주로 착륙지점(GPI)에 대한 경로각, 활공각 및 거리 정보로 변환하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 활주로의 정확한 위치와 표고, 방향, 그리고 PAR(100)의 활주로와의 관계를 포함한 위치, 방향, 안테나의 높이 등 세부적이 자료가 필요하다.
또한, 제1 정보 변환 모듈(220)은, 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 위상 편이 변조(PSK)를 통해 아날로그 신호로 변환하여 제1 무선 통신 모듈(230)로 전달할 수 있다.
제1 무선 통신 모듈(230)은, 클라이언트(300)와 데이터 통신하는 것으로서, 실시예에 따라서는, 음성 통신과 데이터 통신을 동시에 수행하도록 구현할 수 있다. 즉, 관제사가 필요 시 조종사에게 조언 혹은 위험을 알리는 경고 방송을 하거나 직접 관제를 수행할 수 있도록, 음성 통신도 가능하도록 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 정보 변환 모듈(220)은, 데이터를 제1 무선 통신 모듈(230)에서 인식할 수 있는 적절한 음성신호로 변환시킬 수 있고, 결과적으로 변환된 음성신호는 전기적인 전압으로 나타나며, 이는 제1 무선 통신 모듈(230)의 마이크에서 입력되는 전기적 신호와 동일한 종류의 신호이다. 제1 무선 통신 모듈(230)은 단지 마이크에서 전달되는 전기적 신호를 제2 무선 통신 모듈에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. PSK 변조를 이용한 통신 방식은, 데이터 통신의 속도는 비교적 느리나 신호대 잡음 비(S/N)가 열악한 환경에서도 데이터를 안정적으로 송수신할 수 있다. 따라서 이와 같은 PSK 변조를 이용한 통신 방식을 이용하면, 데이터 통신을 수행하는 입장에서 음성은 잡음으로 간주될 수 있다. 즉, 음성 통신을 수행하는 가운데 데이터 통신을 수행할 있으며, 데이터 통신을 수행하는 가운데 음성 통신을 할 수 있다. 단, 음성과 데이터 사이의 상호 간섭의 문제가 있을 수 있으므로, 음성 통신과 데이터 통신에서 사용하는 주파수 영역을 서로 다르게 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 무선 통신 모듈(230)은, UHF(Ultra High Frequency) 통신 모듈 등 음성통신을 주로 하는 통신장비를 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에 따라서는, 주파수 225.00 ~ 399.975㎒의 범위로 25㎑ 단위로 약 7000개의 채널로 분할되어 사용되는 ARC-164 Radio set이 사용될 수 있다. 음성 전용 Radio set인 ARC-164 Radio set을 이용하여 데이터 통신을 구현하기 위해서는, 3500㎐ 범위 이내에서 데이터 통신이 잘되는 적절한 음성 주파수 영역을 선택하여 수행하여야 한다. 보다 구체적으로는 음성 통신은 500 ~ 1500㎐ 정도의 영역을 사용하고, 데이터 통신은 약 2000㎐ ~ 3500㎐ 영역을 사용하여 상호 간섭을 최소화할 수 있다.
클라이언트(300)는, 관제 서버(200)와 통신하며 정밀 접근을 수행하는 항공기를 의미하는 것으로서, 제2 무선 통신 모듈(310), 제2 정보 변환 모듈(320) 및 표시 모듈(330)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 클라이언트(300)는 항공기에 장착된 UMPC(ultra-mobile PC)와 이와 유사한 다기능 시현체계(MFD, Multi Function Display)를 포함할 수 있다.
제2 무선 통신 모듈(310)은, 제1 무선 통신 모듈(230)로부터 항공기 정밀 접근 위치 정보를 포함하는 데이터를 전송받을 수 있다. 제2 무선 통신 모듈(310)은 제1 무선 통신 모듈(230)과 통신하는 것으로서, 제1 및 제2 무선 통신 모듈(230, 310)은, 하나의 Radio Set로 구성될 수 있다. 또한, 제2 무선 통신 모듈(310)은, UHF(Ultra High Frequency) 통신 모듈과 같이 음성통신을 주로 하는 통신장비를 포함하여 구성될 수 있다. 제2 무선 통신 모듈(310)은, 앞서 제1 무선 통신 모듈(230)에 관하여 설명한 바와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 정보 변환 모듈(320)은 전송받은 항공기 정밀 접근 위치 정보를 시각화된 정보로 변환할 수 있고, 표시 모듈(330)은 시각화된 정보를 표시할 수 있다. 구체적으로, 제2 정보 변환 모듈(320)은 제2 무선 통신 모듈(310)을 통해 전달받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하고, 시각화된 정보로 데이터 처리하여 모듈(330)에서 나타낼 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, PAR 항적의 경로와 활공각을 그래픽으로 시현하는 도구로 UMPC가 사용될 수 있으며, UMPC는 항공기의 전원을 이용하는 상태에서 항공기 조종석에서 사용할 수 있는 조건 하의 MIL-STD 461 E/F를 만족하며, 그래픽 기능이 강화된 체계를 이용할 수 있다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 정밀 접근을 수행하는 항공기(클라이언트) 및 표시 모듈에 표시되는 시각화된 정보를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 정밀 접근 정보는 UMPC 내에 항공기의 계기 형태의 그래픽으로 시현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 클라이언트의 표시 모듈에 시각화된 정보가 2D 수평상황지시계 형태로 표시되는 것을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에서 클라이언트의 표시 모듈에 시각화된 정보가 3D 자세계 형태로 표시되는 것을 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 클라이언트(300)의 표시 모듈(330)에 표시되는 시각화된 정보는, 항공기가 수신받은 정보를 UMPC에 탑재된 소프트웨어의 구현에 따라 3D 자세계, 2D 수평상황지시계(HSI, Horizontal Situation Indicator), 또는 3D 자세계 및 2D 수평상황지시계 형태로 표현한 것일 수 있다. 경로에 대한 정보는 활주로상의 착륙지점으로부터의 중심선을 기준으로 0.5도 단위로 좌우 2.5도까지 표현할 수 있으며, 활공각에 대한 정보는 Glide Slope의 경우 3도의 Glide Path를 기준으로 0.2도 단위로 ±1도를 표현할 수 있다. 그러나 이는 일실시예에 한 한 것일 뿐, PAR 접근을 수행할 때의 민감도에 따라 적절한 수치를 설정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템의 세부 구성도를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템은, 마이크로프로세서와 PC, 통신장비와 PC를 연결하는 인터페이스를 포함한 S/W 패킷 모뎀, 2대의 ARC-164 UHF 통신장비와 안테나, 그리고 UMPC를 포함하여 구성될 수 있다. MCU는 인터페이스 모듈(210)의 기능을 할 수 있고, 프로세서는 제1 정보 변환 모듈(220)의 역할을 수행할 수 있다. 제1 정보 변환 모듈(220)에서 변환된 자료는 공유 메모리로 전달되고, S/W 패킷 모뎀은 공유 메모리에서 얻어지는 데이터를 PSK 변조를 통해 아날로그 신호로 변환하여 통신장비(제1 무선 통신 모듈, 230)로 보낼 수 있다. S/W 패킷 모뎀은 데이터를 통신장비에서 인식할 수 있는 적절한 음성신호로 변환시켜준다. 통신장비는 마이크에서 전달되는 전기적 신호를 상대방의 통신장비에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 항공기의 통신장비(제2 무선 통신 모듈, 310)에서 수신된 신호는 역의 과정을 거쳐 데이터로 변조되어 그래픽으로 표현되게 된다. 각각의 S/W 모듈은 공유 메모리를 통해 자료를 전달하는 형태로 구성하여 모듈 간 독립성을 유지할 수 있다. PC와 ARC-164와의 인터페이스를 위한 회로는 PSK-31의 사용자 지침서를 바탕으로 구성할 수 있다. 항공기에 전달된 PAR 추출 정보는 UMPC에 그래픽으로 시현되어 조종사가 비행기지에 접근하는 정보로 사용될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 항공기 정밀 접근 정보가 시각적으로 표시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 따르면, PAR(100)에 인가된 주파수와 한 대의 통신 장비를 그대로 이용하여 구축할 수 있으며, 한 대의 PAR 장비로 모든 활주로 방향의 정밀 접근을 지원할 수 있다. 또한, 관제사는 통신장비가 PAR 데이터를 전송하고 있을지라도 언제든 음성에 관한 관제와 통제를 수행할 수 있고, 공항의 PAR(100)이 추적하고 있는 항공기의 비행경로, 활공각, 거리를 조종사에게 실시간으로 전송해주고, 접근 관제를 일반화, 표준화함으로써 관제사의 관제 특성과 조종사의 숙련도에 기인하는 요소를 배제할 수 있다. 뿐만 아니라, PAR 정밀 접근의 정확성을 높여주어 접근의 신뢰성을 증가시킴으로써 비행 안전에 크게 기여할 수 있다.
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.
100: PAR 200: 관제 서버
210: 인터페이스 모듈 220: 제1 정보 변환 모듈
230: 제1 무선 통신 모듈 300: 클라이언트
310: 제2 무선 통신 모듈 320: 제2 정보 변환 모듈
330: 표시 모듈

Claims (7)

  1. 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 있어서,
    상기 공항에 설치되며, 정밀 접근 정보를 수집하는 PAR(Precision Approach Radar);
    PAR(Precision Approach Radar)과 관제 서버 간의 데이터 연동을 수행하는 인터페이스 모듈, 상기 인터페이스 모듈을 통해 전달받은 PAR에서 추출된 자료를 클라이언트에게 전송할 데이터로 변환하는 제1 정보 변환 모듈, 및 상기 클라이언트와 데이터 통신하는 제1 무선 통신 모듈을 포함하며, 활주로 착륙지점으로 부터의 경로각, 활공각 및 거리 정보를 항공기(클라이언트)에 직접 전송하는 관제 서버; 및
    상기 제1 무선 통신 모듈로부터 항공기 정밀 접근 정보를 포함하는 데이터를 전송받는 제2 무선 통신 모듈, 상기 전송받은 항공기 정밀 접근 정보를 시각화된 정보로 변환하는 제2 정보 변환 모듈, 및 상기 시각화된 정보를 표시하는 표시 모듈을 포함하는 클라이언트를 포함하며,
    상기 인터페이스 모듈은, USART(Universal Synchronous Asynchronous Receive and Transmit)가 내장된 마이크로 컨트롤 유닛(MCU, Micro Control Unit)을 포함하되, MCU가 기능을 수행하기 위한 내장형 프로그램이 탑재된 것을 특징으로 하되, 항적의 위치와 관련된 자료(거리, 경로, 활공각 포함)를 추출하여 상기 USART를 통해 제1 정보 변환모듈로 전송하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 정보 변환 모듈은, 활주로의 정확한 위치, 표고 및 방향과 상기 PAR의 활주로와의 관계를 포함한 위치, 방향 및 안테나의 높이를 이용하여 상기 PAR에서 획득한 극좌표계 상의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, 상기 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 도출하고,
    상기 클라이언트의 표시 모듈에 표시되는 시각화된 정보는, 3D 자세계, 2D 수평상황지시계(HSI, Horizontal Situation Indicator), 또는 3D 자세계 및 2D 수평상황지시계 형태로 표현되는 것을 특징으로 하되,
    상기 제1 정보 변환 모듈은,
    상기 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 항공기 경로각, 활공각, 및 거리 정보를 포함하는 디지털 신호를 위상 편이 변조를 통해 아날로그 신호로 변환하여 상기 제1 무선 통신 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2 정보 변환 모듈은,
    상기 제2 무선 통신 모듈을 통해 전달받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조하고, 시각화된 정보로 데이터 처리하는 것을 특징으로 하며,
    상기 클라이언트는,
    항공기에 장착된 UMPC(ultra-mobile PC)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 무선 통신 모듈 및 제2 무선 통신 모듈은,
    UHF(Ultra High Frequency) 통신 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 항공기의 공항 PAR 정밀 접근 정보가 항공기 조종석에 시각적으로 전시되는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템.
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