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문제 정의
- 따라서 이 논문에서는 48~50개에 이르는 측대파 안테나와 카운터포이즈와 같은 대규모 구조물을 제거하고 송신기를 쉽게 이동시키면서 성능을 예측할 수 있는 기법을 개발하고, 이를 실제 항공기를 사용한 비행측정을 통하여 검증해 보기로 한다.
제안 방법
- VOR의 성능 측정을 위해 각종 계측기를 탑재한 항공기를 이용하여 코스비행과 선회비행을 하면서 종류 별로 VOR의 성능을 측정하고 주변 장애물이 주는 영향을 분석하게 된다. 코스비행 측정은 특정 방위각을 따라 비행하며 항공로 등의 사용 가능성 등을 분석하는 것인데, 주요 측정항목은 방위각의 배열상태(Alignment), Bend, Roughness & Scalloping과 같은 전파 복사패턴의 구조 및 정확도는 물론 변조도, 식별부호, 신호강도 및 정해진 Radial의 방위각 모니터 설정값 등이다.
- 따라서 규모가 큰 측대파안테나와 카운터포이즈는 제거하고 송신기에 중앙안테나만을 연결하여 이동시키면서 성능을 검증하는 기법을 개발하였다. 이 기법으로 장비를 임시 설치한 후 비행측정을 통하여 변조도 변화량이 적은 장소를 설치장소로 선정하면 된다.
- 따라서 새로운 설치 후보지로 과 같이 5개소를 선정하고 DVOR 송신기에 기준신호용 중앙안테나만 연결한 후 이를 차량에 탑재하여 이동시키면서 항공기를 이용하여 변조도를 측정하였다.
- 비행측정은 항공기를 부산항로의 방위각인 95°방향으로 광주에서 부산을 향해 비행하거나, 이의 역방향으로 비행하여 실시하였고, 측정구간은 광주를 기점으로 약 3～22 NM이었으며, 고도는 이 항로에서 가장 낮은 8,000 ft에서 실시되었다.
- 이 간편한 위치선정 기법의 검증을 위하여 트럭에 VOR 송신기, 중앙안테나 및 소형 발전기를 싣고 이동하면서 여러 장소의 비행측정을 실시하였다.
- 따라서, 설치장소의 적합성 판단 기준으로 변조도 변화 상태를 분석하면 장애물이 어느 정도 VOR 신호에 영향을 미치는지를 알 수 있게 된다. 이에 따라 변조상태 변화를 분석하는 것은 측대파 신호 없이 기준신호만으로도 가능하므로 측대파신호를 발사하는 방대한 규모의 측대파안테나와 이를 지지하는 카운터포이즈는 제거하고 중앙안테나한 개만을 송신기에 연결하는 기법을 개발하였다. 이 경우에 중앙안테나에서 송신되는 신호는 식 (5) 와 같이 108 ~ 118 MHz 반송파를 30 Hz 정현파로 진폭변조한 것이다.
대상 데이터
- 검증 장소로는 광주공항을 선정하였는데, 광주공항은 VOR 설치여건이 국제기준에 만족한다고 판단되어 장비를 설치하였으나 성능 미흡으로 다른 장소로 장비를 이전하는 문제가 있었다. 광주공항 VOR로 구성되는 항공로는 그림 6과 같이 광주에서 서울, 부산, 대구 및 제주방향인데, 성능 미흡이 발생한 항로는 R-96인 V543으로 표기하는 부산방향으로서 Roughness & Scalloping이 3° 이내이어야 정상이나, 최대 43.
성능/효과
- 5 NM 부근에서는 변조도가 20% 이하로 급격히 저하되는 현상이 있었다. 그러나, 제 3 후보지의 경우 8～10 및 12～13 NM의 좁은 범위에서 23～35%까지 비교적 적은 변조도 변화가 분석되었다. 그리고 제 4 및 5 후보지도 일부 구간에서 측정범위를 벗어나는 극단적인 변조로 변화를 보이는 등 변조도가 많이 흔들려, 제3 후보지가 변조도의 변화가 적어 가장 양호한 설치장소로 판명되었다.
- 그러나, 제 3 후보지의 경우 8～10 및 12～13 NM의 좁은 범위에서 23～35%까지 비교적 적은 변조도 변화가 분석되었다. 그리고 제 4 및 5 후보지도 일부 구간에서 측정범위를 벗어나는 극단적인 변조로 변화를 보이는 등 변조도가 많이 흔들려, 제3 후보지가 변조도의 변화가 적어 가장 양호한 설치장소로 판명되었다.
- 이러한 기법으로 광주공항의 5개소에 임시로 DVOR을 설치하고 비행측정을 실시한 결과, 제 3후보지의 변조도 변화가 거리 8～10 및 12～13 NM의 범위에서 23～35 %로서 30 %기준에서 최소한으로 변화하여 가장 양호한 장소로 판단되었다. 그리고, 이 장소에 DVOR을 설치하여 비행측정을 실시한 결과, 처음 설치하였던 장소보다 방위각과 변조도 오차가 대폭 개선되어 성능이 국제기준을 만족함으로써 이 기법의 유용함이 입증되었다.
- 다만, 울타리나 전선이 안테나에 방사형으로 되었거나 10° 이하의 수평각에 마주보고 있을 경우에는 50%의 증가가 가능하다. 셋째, 150 m 밖에서는 높이 9 m까지 하나의 수목은 허용된다. 집단 수목은 2° 이상의 앙각에 접하거나 300 m 이내에 있어서는 아니 되며, 600 m 이내의 수목은 필요시에 제거가 가능하여야 한다.
- 9° 이상의 오차가 있었으나, 제3후보지는 기준신호 변조도는 8%, 방위각은 3° 이내의 오차로서 정상적인 항로구성이 가능하게 되었다. 아울러 측정 결과에서 보면 변조도의 변화가 큰 지점에서 방위각 오차도 크게 나타나 변조도의 변화만으로도 방위각 오차를 미리 예측할 수 있음이 다시 입증되었다.
- 이러한 기법으로 광주공항의 5개소에 임시로 DVOR을 설치하고 비행측정을 실시한 결과, 제 3후보지의 변조도 변화가 거리 8～10 및 12～13 NM의 범위에서 23～35 %로서 30 %기준에서 최소한으로 변화하여 가장 양호한 장소로 판단되었다. 그리고, 이 장소에 DVOR을 설치하여 비행측정을 실시한 결과, 처음 설치하였던 장소보다 방위각과 변조도 오차가 대폭 개선되어 성능이 국제기준을 만족함으로써 이 기법의 유용함이 입증되었다.
- 이를 에 이를 요약하였는데, 제3 후보지의 변조도가 15.5% 변하여 가장 낮으며, 변조도의 변화거리 폭은 3.5 NM로서 제5 후보지 다음으로 좁으나, 4.5 NM 지점은 이미 설치하였던 장비의 오차가 나타났던 8~12 NM에서 멀리 있어 고려 대상이 아니므로 이를 제외하면 2.5 NM로서 제5 후보지와 같이 가장 좁아지므로 결과적으로 제3 후보지가 가장 양호한 설치 위치로 판명되었다.
- 5개 후보지에 대한 변조도 비행측정 결과를 그림 8에 나타냈는데, 기준신호 변조도의 정상값인 30%를 기준으로 VOR로부터의 거리에 따라 변조도의 변화값을 보여주고 있다. 제 1 후보지의 경우 5～6 NM에서 2～3%의 약한 변조도 변화가 있고, 또한 8～14.5 NM의 매우 넓은 범위에서 21～40% 이상의 많은 변조도 변화가 나타났다. 제 2 후보지는 7.
- 5 NM의 매우 넓은 범위에서 21～40% 이상의 많은 변조도 변화가 나타났다. 제 2 후보지는 7.5～14 NM까지에서 변조도가 변화하였고, 특히 8.5 NM 부근에서는 변조도가 20% 이하로 급격히 저하되는 현상이 있었다. 그러나, 제 3 후보지의 경우 8～10 및 12～13 NM의 좁은 범위에서 23～35%까지 비교적 적은 변조도 변화가 분석되었다.
- 제3 후보지에 DVOR을 설치하고 후보지 평가시 사용한 동일 항공기 및 계측기를 이용하여 부산방면 최저고도인 8,000 ft에서 비행측정을 실시한 결과, 문제가 되었던 광주 VOR에서 10 NM 거리에서 처음에 설치하였던 장소는 및 과 같이 기준신호 변조도는 18%, 방위각은 43.9° 이상의 오차가 있었으나, 제3후보지는 기준신호 변조도는 8%, 방위각은 3° 이내의 오차로서 정상적인 항로구성이 가능하게 되었다.
- 첫째, 넓은 통달범위가 확보되도록 주변에서 가장 높은 곳에 설치하며, VOR에서 적어도 300 m까지는 평탄하거나 경사진 경우에는 하향 경사도가 4% 이내이어야 하며, 이 여건이 600 m이면 더욱 바람직하다. 둘째, 반경 300 m까지는 원형으로 구성하며 전선이나 울타리는 가능한한 멀리 있거나 안테나로부터 앙각 1.
후속연구
- 따라서, 산악지대와 같은 장애물이 많은 지역에 DVOR을 설치할 경우에는 이 기법을 활용하여 사전에 변조도의 변화량을 분석하여 설치장소를 선정 함으로써, 장비를 설치한 후에 성능 미흡으로 이를 다시 이전하는 데 따른 비용 및 시간의 소모 등 여러 문제점을 해소할 수 있을 것으로 판단된다.
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