[국내논문]도플러 전방향 표지시설(DVOR) 가상 모니터링 시스템 설계 및 구현에 관한 연구 A Study on the Design and Realization of the Doppler VHF Omnidirectional Radio Virtual Monitoring System원문보기
본 논문에서는 협소한 공간에서 예비용 도플러 전방향표지시설(DVOR)의 모니터링 시스템이 실제 운영 상태와 유사하게 동작할 수 있게 하기 위한 DVOR 가상 신호 발생기를 설계 및 제작하여 "DVOR 가상 모니터링 시스템"에 관하여 연구하였다. 설계, 제작된 DVOR 가상 신호 발생기는 현재 운용중인 장비에서 발생되는 신호의 사양에 적합하도록 하였고, 파라미터의 가변으로 장비의 운영 조건을 맞추는 것이 가능하도록 하였으며, 회로구성은 크게 동기 입력부, 변조부, 고이득 증폭부 및 전원부로 하였다. 본 연구에서 설계·구현된 가상 신호 발생기를 이용한 "DVOR 가상 모니터링 시스템"은 측대파 발생 안테나와 같이 실제 시스템을 사용하지 않고도 좁은 공간에서 실제 상황과 같은 운용 상태를 구성 할 수 있어 저비용의 실전 교육용으로 사용하기에 매우 적합하다고 사료된다.
본 논문에서는 협소한 공간에서 예비용 도플러 전방향표지시설(DVOR)의 모니터링 시스템이 실제 운영 상태와 유사하게 동작할 수 있게 하기 위한 DVOR 가상 신호 발생기를 설계 및 제작하여 "DVOR 가상 모니터링 시스템"에 관하여 연구하였다. 설계, 제작된 DVOR 가상 신호 발생기는 현재 운용중인 장비에서 발생되는 신호의 사양에 적합하도록 하였고, 파라미터의 가변으로 장비의 운영 조건을 맞추는 것이 가능하도록 하였으며, 회로구성은 크게 동기 입력부, 변조부, 고이득 증폭부 및 전원부로 하였다. 본 연구에서 설계·구현된 가상 신호 발생기를 이용한 "DVOR 가상 모니터링 시스템"은 측대파 발생 안테나와 같이 실제 시스템을 사용하지 않고도 좁은 공간에서 실제 상황과 같은 운용 상태를 구성 할 수 있어 저비용의 실전 교육용으로 사용하기에 매우 적합하다고 사료된다.
This study designed and manufactured "a DVOR virtual signal generator" to make the monitoring system of preliminary Doppler VHF Omni-directional Radio Range(DVOR) run like its real operation status in a narrow space in order to study "a DVOR virtual monitoring system". The designed and manufactured ...
This study designed and manufactured "a DVOR virtual signal generator" to make the monitoring system of preliminary Doppler VHF Omni-directional Radio Range(DVOR) run like its real operation status in a narrow space in order to study "a DVOR virtual monitoring system". The designed and manufactured DVOR virtual signal generator is suitable for the specification of signal that is generated in the currently running equipment. In addition, it is possible to control operation conditions of equipment by using parameter variables, and the circuit construction is largely divided into the input part, the modulation part, the high-gain amplifier, and the power part. "The DVOR virtual monitoring system using the virtual signal designed and implemented in this study is very suitable to be used for low-cost actual education as it can construct the operation status like the real situation in a narrow space without using an actual system like an antenna generating side band.
This study designed and manufactured "a DVOR virtual signal generator" to make the monitoring system of preliminary Doppler VHF Omni-directional Radio Range(DVOR) run like its real operation status in a narrow space in order to study "a DVOR virtual monitoring system". The designed and manufactured DVOR virtual signal generator is suitable for the specification of signal that is generated in the currently running equipment. In addition, it is possible to control operation conditions of equipment by using parameter variables, and the circuit construction is largely divided into the input part, the modulation part, the high-gain amplifier, and the power part. "The DVOR virtual monitoring system using the virtual signal designed and implemented in this study is very suitable to be used for low-cost actual education as it can construct the operation status like the real situation in a narrow space without using an actual system like an antenna generating side band.
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문제 정의
본 구현을 통해 항로용으로 중요하게 사용되고 있는 DVOR 시스템 교육에 활용함으로서 항행 운용자들로 하여금 장비 운용 능력 향상 및 항행 무중단 운영에 기여하고자 한다.
현실 여건상 안테나 및 카운터 포이즈를 사용해서 시험용으로 사용하기 위해서는 많은 경비와 부지가 확보되어야 한다[1][3]. 본 논문에서는 이러한 어려움을 해결하기 위해 그림 14에서 보는 것처럼 DVOR 송신기만을 이용해 직접 신호를 생성해 모니터링 시스템이 작동하도록 하는 방안에 대해 연구하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 협소한 공간에서 예비용 장비를 실제 상태와 같이 동작시켜 교육할 수 있도록 기준 신호와 가변신호를 생성해주는 DVOR 가상 신호 발생기를 설계 및 제작하여 “DVOR 가상 모니터링 시스템”에 관하여 연구하였다.
제안 방법
VOR 가상 신호 발생기 측정에는 애드락(Adracs) 프로그램, Agilent사의 E4411B 스펙트럼 분석기, Tektronix 사의 TDS3012 오실로스코프 등의 측정 장비를 사용하였다.
하지만 생성된 가변 신호의 방위각이 매우 민감하게 변해 유효한 신호를 제공하지 못했다. 가변 신호의 기준 동기 신호를 제공해 방위각의 변화가 발생하지 않도록 장비에서 제공하는 구형파 신호를 기준신호로 활용하여 방위각의 변화가 없도록 하였다. 또한 RF 입력에 따라 진폭 변조도와 RF 레벨이 심하게 변동되는 것을 확인 할 수 있었으며 송신 파워를 낮추기 위해 감쇄기를 사용하였는데 감쇄기에 따라 모니터 수치도 심하게 변동되는 것을 확인 할 수 있었다.
인천 공항은 터미널용으로 사용하기 때문에 50W로 사용 하고 있다. 그리고 애드락 장비에서 파워를 조정할 수 있으며 VOR 가상 신호 발생기 수신 입력에 맞추기 위해서는 여러 파워 세팅을 실시하였다. 그림 10, 11에서 보는 것처럼 0.
VOR은 기준신호와 가상 신호를 이용하기 때문에 가변 신호를 생성하는 것이 관건이었고 또한 방위각의 변화가 둔감하도록 하는 방안이 필요했다. 기준신호는 장비에서 나오는 신호를 이용해 기준 신호를 추출해냈고 가변 신호는 XR-2209소자를 이용해 FM 신호를 생성해 가변신호를 만들어 냈다. 하지만 생성된 가변 신호의 방위각이 매우 민감하게 변해 유효한 신호를 제공하지 못했다.
장비에서 싱크 신호를 받기 위해 저주파 필터부를 고안하여 적용하였다. 장비에서 나오는 동기 구형파 신호는 피크 투 피크 전압이 18V가 나와 주파수 변조부에서 이 신호를 사용하기에는 진폭이 커서 심한 왜곡을 발생시킨다.
대상 데이터
충분한 선형성을 가진 덕택에 SA5209를 사용하여 충실도가 높은 진폭 변조가 가능하다. VOR 가상 신호 발생기에서는 파워가 높은 입력 신호와 주파수 변조 신호를 입력 받아야 하기 때문에 SA5209 소자를 선택하였다.
그림 5은 주파수 변조부의 회로 구성이다. 변조부에는 높은 안정성과 정확성을 가진 고품질의 사인파, 사각파, 삼각파, 램프 및 펄스파를 만들어 낼 수 있는 EXAR 사 XR-2206의 함수 발생기 집적 회로를 사용하였다. 출력 파형은 외부 전압에 의해 진폭 변조 및 주파수 변조될 수 있으며 운영 주파수는 0.
본 가상 신호 발생기 필터부에서는 AD712 연산증폭기를 적용했다. AD712는 저렴한 가격에 고성능을 제공하는 고속, 정밀한 모노리틱 연산연폭기이다.
본 연구에서 설계된 DVOR 가상 신호 발생기의 회로는 크게 동기 입력부, 변조부, 고이득 증폭부 및 전원부의 네 부분으로 구성하였다. 시스템의 전체 블록도는 그림 4와 같다.
성능/효과
4W에 외부에 30dB 감쇄기와 3dB 감쇄기를 사용하는 것이 최적의 입력레벨이 됨을 확인 하였다. 다른 감쇄 비율로 적용할 시 RF 레벨이 심하게 변동 됨을 확인할 수 있었다. 애드락 장비에서 파워를 0.
가변 신호의 기준 동기 신호를 제공해 방위각의 변화가 발생하지 않도록 장비에서 제공하는 구형파 신호를 기준신호로 활용하여 방위각의 변화가 없도록 하였다. 또한 RF 입력에 따라 진폭 변조도와 RF 레벨이 심하게 변동되는 것을 확인 할 수 있었으며 송신 파워를 낮추기 위해 감쇄기를 사용하였는데 감쇄기에 따라 모니터 수치도 심하게 변동되는 것을 확인 할 수 있었다. VOR은 항로 및 터미널 용으로 항공관제에 없어서는 안되는 장비로 DVOR 시스템 장애 시 신속 대처 및 장비 파라미터 이해 등을 위해 교육 장비가 상시 필요하며, 점검자가 점검 시간외에도 가상모니터링 시스템을 이용해 실제 운용 환경의 장비를 접해 볼 수 있는 테스트 베드 시험실이 필요하다.
다른 감쇄 비율로 적용할 시 RF 레벨이 심하게 변동 됨을 확인할 수 있었다. 애드락 장비에서 파워를 0.4W에서 -33dB로 감쇄시 RF 수신 레벨이 -40dB로 SA5209 입력으로 적정함을 확인하였다. 참고로 0.
4W가 최적 파워임을 확인하였고, 실제 RF 입력으로 사용하기 위해서는 상당한 감쇄를 해주어야 한다. 여러 감쇄 비율을 이용하여 SA5209 입력레벨을 시험한 결과 0.4W에 외부에 30dB 감쇄기와 3dB 감쇄기를 사용하는 것이 최적의 입력레벨이 됨을 확인 하였다. 다른 감쇄 비율로 적용할 시 RF 레벨이 심하게 변동 됨을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 적용하지 못했으나 내부적으로 가변 신호를 생성하고 외부에서 방위각이 조정되도록 하는 부분이 추가 된다면 좀 더 우수한 가상 모니터링 시스템에 구성될 것으로 사료된다.
VOR은 항로 및 터미널 용으로 항공관제에 없어서는 안되는 장비로 DVOR 시스템 장애 시 신속 대처 및 장비 파라미터 이해 등을 위해 교육 장비가 상시 필요하며, 점검자가 점검 시간외에도 가상모니터링 시스템을 이용해 실제 운용 환경의 장비를 접해 볼 수 있는 테스트 베드 시험실이 필요하다. 이런 문제점들을 해결하기 위한 가상 모니터링 시스템을 개발함으로서 예비 장비 장착 테스트 및 교육용으로 활용시 상당한 도움을 제공할 것으로 사료되며 아울러 무중단 운영에 크게 일조할 것으로 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전방향표지시설이란?
전방향표지시설(VOR: VHF Omnidirectional Range)은 국제민간항공기구(ICAO : International Civil Aviation Organization)에서 지정한 국제 표준 항공항법시스템으로 주로 공항 근처나 가시거리가 넓게 확보될 수 있는 산정상에 설치되어 이착륙 또는 항행중에 있는 항공기에게 VHF 대역(108~118MHz)을 이용하여 0°에서 360°까지의 방위각을 제공하는 장비로서 안전한 항공기 이착륙 및 운항에 필수적인 시스템이다[1].
DVOR장비란?
DVOR장비는 파원에 대하여 상대속도를 가진 관측자가 파동의 주파수가 파원에서 나온 수치와 다르게 관측되는 현상을 도플러가 음향현상에서 발견한 원리를 적용한 시스템이다. DVOR 시스템의 전체적인 블록 다이어그램은 그림 2와 같다[5].
능동 필터 선정 시 슬루율, 대역폭 및 오픈 루프 이득 파라미터가 중요한 이유는?
AD712를 능동 필터로 사용 하기 위해서는 증폭기의 DC 정확성이 최적 필터 성능의 척도이다. 증폭기의 오프셋 전압 및 바이어스 전류는 출력에서 오차를 야기 할 수 있다. 오프셋 전압이 필터를 통과하지만 그와 동시에 증폭되어 과도한 출력 오프셋을 야기 할 수 있다. 저주파에 적용할 경우 커다란 값의 저항이 필요로 하기 때문에 이 저항을 통하여 흐르는 바이어스 전류도 또한 오프셋 전압을 야기 할 수 있다. 고주파의 경우에 연산증폭기 동작 범위가 조심스럽게 고려되어야 한다. 그러한 이유로 능동 필터 선정 시 슬루율, 대역폭 및 오픈 루프 이득 파라미터가 중요하다.
참고문헌 (7)
International Civil Aviation Organization, "Aeronautical Telecommunications Annex 10". July 1996.
Anderson S. R., and Flint R. B., "The CAA Doppler Omnirange", Proceedings of the IRE vol. 47, No. 5, May 1959, Pp. 808-821.
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