TCAS (traffic alert and collision avoidance system)의 성능 향상을 위해서는 각종정보를 송신해주는 센서의 성능이 향상되어야 한다. 본 논문에서는 성능향상을 위해 기존에 사용 중인 레이더와 같은 센서를 대신하여 차세대 항공관제시스템인 ADS-B (automatic dependent surveillance-broadcast)를 적용하였다. 또한 ADS-B에서 초정밀 GPS (global positioning system) 보정시스템인 SBAS (satellite based augmentation system)의 정보를 사용하여 향상된 위치정확도를 TCAS에 적용할 수 있을 것이라 가정하고 TCAS와 ADS-B를 분석하였다. 시뮬레이션을 해본 결과, 이러한 ADS-B의 도움을 받는 TCAS 장비는 사전에 항공기의 위치를 파악하여 CPA (closest ponit of approach)를 계산할 수 있고 불필요한 RA (resolution advisory) 동작을 감소시킬 수 있다는 것이 확인되었고, 또한 조종사의 업무로드 감소와 불필요한 RA동작이 줄어듦에 따른 연료소비나 시간 등에 대한 장점이 있음이 확인되었다.
TCAS (traffic alert and collision avoidance system)의 성능 향상을 위해서는 각종정보를 송신해주는 센서의 성능이 향상되어야 한다. 본 논문에서는 성능향상을 위해 기존에 사용 중인 레이더와 같은 센서를 대신하여 차세대 항공관제시스템인 ADS-B (automatic dependent surveillance-broadcast)를 적용하였다. 또한 ADS-B에서 초정밀 GPS (global positioning system) 보정시스템인 SBAS (satellite based augmentation system)의 정보를 사용하여 향상된 위치정확도를 TCAS에 적용할 수 있을 것이라 가정하고 TCAS와 ADS-B를 분석하였다. 시뮬레이션을 해본 결과, 이러한 ADS-B의 도움을 받는 TCAS 장비는 사전에 항공기의 위치를 파악하여 CPA (closest ponit of approach)를 계산할 수 있고 불필요한 RA (resolution advisory) 동작을 감소시킬 수 있다는 것이 확인되었고, 또한 조종사의 업무로드 감소와 불필요한 RA동작이 줄어듦에 따른 연료소비나 시간 등에 대한 장점이 있음이 확인되었다.
In order to improve the performance of TCAS it should improve the performance of the sensor, which transmits a variety of information. In this paper, To improve the performance of the existing radar sensors such as being used in behalf of the next generation air traffic control system, ads-b the app...
In order to improve the performance of TCAS it should improve the performance of the sensor, which transmits a variety of information. In this paper, To improve the performance of the existing radar sensors such as being used in behalf of the next generation air traffic control system, ads-b the applied. In addition, ADS-B in a high precision by using information from the correction GPS system, SBAS assume would be able to apply an improved location accuracy for TCAS and analyzed TCAS and ADS-B. Played the simulation results, TCAS equipment receives the help of these ADS-B can calculate a CPA to determine the position of the aircraft in advance, and it was confirmed that it is possible to reduce the unnecessary RA operation, also, the pilot reduction and the workload, it has advantages such as fuel consumption and time associated with the reduced operation unnecessary RA was confirmed.
In order to improve the performance of TCAS it should improve the performance of the sensor, which transmits a variety of information. In this paper, To improve the performance of the existing radar sensors such as being used in behalf of the next generation air traffic control system, ads-b the applied. In addition, ADS-B in a high precision by using information from the correction GPS system, SBAS assume would be able to apply an improved location accuracy for TCAS and analyzed TCAS and ADS-B. Played the simulation results, TCAS equipment receives the help of these ADS-B can calculate a CPA to determine the position of the aircraft in advance, and it was confirmed that it is possible to reduce the unnecessary RA operation, also, the pilot reduction and the workload, it has advantages such as fuel consumption and time associated with the reduced operation unnecessary RA was confirmed.
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문제 정의
본 논문에서는 SBAS를 이용하는 ADS-B의 데이터를 TCAS에 접목시킴으로서 향상된 TCAS의 성능에 대해서 서술하였다. 현재 항공기 운항에 크게 대두되고 있는 문제는 항공기간의 이격거리를 줄여 항로에 더욱 많은 항공기를 운항시키는 것이다.
본 논문에서는 이러한 ACAS-X의 개발에 앞서서 TCAS와 SBAS의 위치정확도를 가지는 ADS-B의 융합으로 기존의 TCAS에서 추가적인 하드웨어나 장비의 교체없이 소프트웨어만을 이용하여 더 나은 위치정확도 향상, 탐색거리 확장 그리고 서브데이터 시스템 구축을 목표로 하여 실용 가능한 향상된 TCAS 운용 로직을 제시한다.
가설 설정
5. concept of satellite based augmentation system.
제안 방법
TCAS와 ADS-B에서의 거리 정확도 및 포지션 에러 등을 이용하여 랩뷰 프로그램으로 정확도 비교를 시뮬레이션을 통해 수행해 보았다. 그림 8은 ●(TCAS)과 X(ADS-B)로 두 장비를 그래프를 통하여 표시한 프런트패널의 화면이고 그림 9는 랩뷰 프로그램의 블록다이어 그램을 이용하여 코드를 작성한 화면이다.
방위 정확도도 마찬가지로 랩뷰 프로그램으로 정확도 비교 시뮬레이션을 수행해 보았다. 그림 10은 ●(TCAS)과 X(ADS-B)로 두 장비를 표시한 프런트패널의 화면이고 그림 11은 랩뷰 프로그램의 블록다이어 그램을 이용하여 코드를 작성한 화면이다.
그림 8은 ●(TCAS)과 X(ADS-B)로 두 장비를 그래프를 통하여 표시한 프런트패널의 화면이고 그림 9는 랩뷰 프로그램의 블록다이어 그램을 이용하여 코드를 작성한 화면이다. 이를 이용하여 수평면상에서의 거리정확도를 시뮬레이션 해보았다. TCAS의 거리정확도는 14.
그림 10은 ●(TCAS)과 X(ADS-B)로 두 장비를 표시한 프런트패널의 화면이고 그림 11은 랩뷰 프로그램의 블록다이어 그램을 이용하여 코드를 작성한 화면이다. 이를 이용하여 수평면상에서의 방위정확도를 시뮬레이션 해보았다. TCAS의 방위정확도는 3~5도 정도의 범위이고 ADS-B의 경우 SBAS를 사용한다고 가정할 경우 10 m의범위를 가지고 있다.
성능/효과
8 m의 범위이고 ADS-B의 경우 SBAS를 사용한다고 가정할 경우 10 m의 범위를 가지고 있다. 나의 항공기가 좌표상 (0.0)에 위치해 있다고 가정하고 다른 항공기를 두 장비의 정확도와 위치계산 식을 이용하여 계산해 본 결과 앞서 이론적으로 비교한 것과 같이 ADS-B와 TACS의 거리정확도는 크게 차이가 나지 않았다.
TCAS의 방위정확도는 3~5도 정도의 범위이고 ADS-B의 경우 SBAS를 사용한다고 가정할 경우 10 m의범위를 가지고 있다. 나의 항공기가 좌표상 (0.0)에 위치해 있다고 가정하고 다른 항공기를 두 장비의 정확도와 위치계산 식을 이용하여 계산해본결과 앞서 이론적으로 비교한 것과 같이 ADS-B와 TACS의 방위정확도는 큰 차이를 보였다.
기존에 TCAS 구성에 없던 SBAS를 데이터를 추가시키고 ADS-B OUT기능을 이용하여 SBAS를 통해 얻은 위치정보들을 주변 항공기들에게 트렌스폰더를 통하여 방송을 하고 이로써 서로의 위치를 알 수 있기 때문에 TCAS 컴퓨터에서는 더욱 정확해진 위치데이터를 이용하여 충돌 경보와 회피를 지시할 수 있게 된다. 앞서 TCAS와 ADS-B를 비교하면서 탐색거리, 위치정확도등이 향상될 것이라는 것을 확인하였다. 또한 두 장비는 함께 작동하기 때문에 둘 중 하나에 문제가 생기더라도 충돌회피는 계속해서 할 수 있다는 장점도 가지고 있다.
후속연구
추가적으로 그림 13과 같이 실제 비행루트상의 충돌위험이 없지만 기존 TCAS는 위치정확도가 낮기 때문에 경보범위가 넓어 불필요한 RA도 동작을 해야 했다. 그러나 향상된 TCAS의 경우 높아진 위치정확도만큼 추후에 경보범위도 낮아질 것이라 예상되고 그로인해 불필요한 회피동작을 줄일 수 있을 것이라 판단된다.
이때 TCAS장비는 지금보다 더 필수적인 장비가 될 것이다. 이러한 TCAS 장비를 추가적인 하드웨어의 구현 없이 현재 사용 중인 TCAS와 ADS-B만으로 더욱 정밀하게 항공기의 위치를 파악하여 충돌위험을 감소시킬 수 있다면 항공기간의 거리를 줄이는데 큰 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 ADS-B data를 활용한 TCAS 장비는 사전에 항공기의 위치를 파악하여 CPA를 계산할 수 있고 불필요한 RA동작을 감소시킬수 있기 때문에 조종사의 업무로드와 불필요한 RA동작으로 인한 연료소비나 시간등에 대하여 이득이 발생할 것으로 예상된다.
또한 이러한 ADS-B data를 활용한 TCAS 장비는 사전에 항공기의 위치를 파악하여 CPA를 계산할 수 있고 불필요한 RA동작을 감소시킬수 있기 때문에 조종사의 업무로드와 불필요한 RA동작으로 인한 연료소비나 시간등에 대하여 이득이 발생할 것으로 예상된다. 이에 추후 연구에서는 TCAS 장비에서 ADS-B데이터를 직접적으로 사용할 수 있는 연합 알고리즘을 구현하고 이를 프로그램화 하는 연구를 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ADS-B의 장점은?
이 시스템은 디지털 데이터 링크를 통하여 동작 상태(수평, 수직위치, 속도) 및 기타 항공기 정보를 주기적으로 방송하는 것을 의미한다. 이러한 ADS-B는공역이용을 개선하고 구름이나 시정에 의한 제한사항을 완화 시키며, 항공 관제 기능을 향상시키고, 항공기 충돌의 방지를 통해 안전 비행을 유도하는 데 사용되고 레이더 효과가 없거나 이용할 수 없는 상공에서 적당하고, 효과적인 감시를 제공한다. 간단한 수신 장치만으로 항공기위치를 탐지할 수 있어 고가의 레이더설치가 곤란했던 4,000∼10,000 ft 이하의 저고도 공역도 레이더와 유사한 관제가 가능하며 5∼12 초 레이더 탐지 간격에 비해 ADS-B는 1 초 간격 탐지로도 정확도 개선이 가능하다[6].
TCAS의 종류는?
1981년에 항공기간 충돌을 피하기 위한 프로그램부터 출발 하였으며 이 장비는 반드시 상대방이 transponder를 장착하고 있어야 한다. TCAS에는 크게 TCAS I, TCAS II 그리고 현재 개발중인 TCAS III, TCAS IV, TCAS X가 있다. TCAS I은 최초로 사용된 기술로 다른 항공기에 대한 상대적인 위치와 고도만 알려준다.
ADS-B란 무엇을 통하여 어떤 정보를 보여주는가?
ADS-B는 automatic dependent surveillance-broadcast의 약자로 일종의 감시시스템을 의미한다. 이 시스템은 디지털 데이터 링크를 통하여 동작 상태(수평, 수직위치, 속도) 및 기타 항공기 정보를 주기적으로 방송하는 것을 의미한다. 이러한 ADS-B는공역이용을 개선하고 구름이나 시정에 의한 제한사항을 완화 시키며, 항공 관제 기능을 향상시키고, 항공기 충돌의 방지를 통해 안전 비행을 유도하는 데 사용되고 레이더 효과가 없거나 이용할 수 없는 상공에서 적당하고, 효과적인 감시를 제공한다.
참고문헌 (11)
J. H. Go, A performance analysis on collision avoidance systems (TCAS and ADS-B), master's dissertation, Gyeongsang national university, Gyeongsangnam-do, Korea, Feb. 2009.
Eurocontrol, "ACAS X - the future of airborne collision avoidance," NETALERT Newsletter issue 17, June. 2013.
S. S. Lim, “A proposal for domestic implementation policy of next generation ACAS system,” The Journal of Advanced Navigation Technology, Vol. 18, No. 1, pp. 1-6, Feb. 2014.
K. Y. Hong, D. H. Kim, and K. R. Oh, “Study on the ADS-B operational effectiveness through flight test,” The Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 11, No. 2, pp. 137-145, June. 2007.
D. W Burgess, S. I. Altman, and M. L. Wood, “TCAS: Maneuvering Aircraft in the Horizontal Plane,” The Lincon Laboratory Journal, Vol. 7, No. 2, pp. 295-312, 1994.
Radio technical commission for aeronautics DO-242A, "minimum aviation system performance standards for automatic dependent surveillance-broadcast(ADS-B)," June. 2002.
C. S. Sin, J. H. Kim, and J. Y. Ahn "Technical Development Trends of Satellite Based Augmentation System," Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 29, No. 3, pp. 74-85, June. 2014
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "A research of standard on improving the performance of an aircraft air collision avoidance system(TCAS-II)", Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Sejong, Korea, Dec. 2012.
RTCA SC-186, Minimum Aviation System Performance Standards for Automatic Dependent Surveillance Broadcast. RTCA Paper No. 007-98/TMC-308. Jan. 1998.
RTCA SC-147, "Minimum Operational Performance Standards for Traffic Alert and Collision Avoidance System II (TCAS II) Airborne Equipment," RTCA/DO-185, Dec. 1997.
Honeywell Aerospace, CAS 100 Traffic Surveillance System, Honeywell, 1944 E. Sky Harbor Circle Phoenix, AZ 85034, C61-0811-000-000, pp.1-4 Apr. 2008.
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