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문제 정의
- 본 연구에서는 TFS, PGCAS (Predicted Ground Collision System) 및 AGCAS (Automatic Ground Collision System) 를 FA-50 초음속 경공격기 모델을 기반으로 개발하였다. 지형지물의 감지방식은 UTAS 사에서 개발한 지형 데이터베이스 기반의 지형참조항법을 적용한 TERPROM 장비를 활용하였다.
- 파악된 지형지물을 기반으로 조종사가 미리설정한 목표여유고도(TCH: Target Clearance Height)를 추종할 수 있도록 항공기 진행방향으로의 비행경로를 생성하여지형추적비행을 위한 수직가속도 명령신호를 HUD 또는 종축의 제어 명령 단에 제공함으로써 지형추적비행을 가능하게 한다. 본 연구에서는 UTAS 사의 TERPROM 장비와 FA-50 실시간 조종사 평가환경 (HQS: Handling Quality Simulator)을 통합하여 디지털 지형데이터베이스 기반의 TFS (Terrain Following System) 및 GCAS (Ground Collision System)를 개발하였다. 최종적으로 실시간 조종사 평가환경인 HQS (Handling Quality Simulator)에서 조종사 평가를 수행한 결과, 저고도 지형추적 비행을 하는데 있어 조종사의조종부담을 현저히 줄일 수 있음을 확인하였다.
- 기능의 평가를 위해 PSWH를 1000ft로 설정하고 5500ft에서 350knots로 강하비행을 수행하여 경고음 제공과 자동회피기능을 평가하였으며, 수평비행 시에 전방에 위치한 지형에대한 충돌 회피를 위해 PSWH를 500ft로 설정하고 1000ft에서 350knots로 수평비행을 수행하였다. 본 절에서는 5500ft 에서 강하비행 시에 지상충돌을 회피하는 기동을 평가한결과를 대표적으로 제시하였다.
- 수행하였다. 본 절에서는 지형추적비행 및 지형회피 기능의 평가를 위한 환경, 기준 및 결과를 제시한다.
- 본 절에서는 표 4에서 정의한 비행영역에서 F0 형상으로 TRN의 고도오차, GCAS 및 TF 성능을 평가한 결과를 대표적으로 제시한다.
제안 방법
- FA-50 실시간 시뮬레이터와 연동된 TERPROM 기반의지형추적비행 및 지상충돌회피 기능은 저고도의 대표적인비행영역에서 기능(fiimction) 및 조종성 평가를 수행하였다. 본 절에서는 지형추적비행 및 지형회피 기능의 평가를 위한 환경, 기준 및 결과를 제시한다.
- 9. Result of Automatic TF evaluation (FO, 530knots, 200ft TCH, Severe Turbulence, Rough Terrain, Rough Tracking).
- 신호 연동 구조를 나타낸다. TERPROM 소프트웨어는 PC (Personnel Computer)0]) 독립적으로 설계하였으며, HQS 환경의 호스트컴퓨터(host computer)와의 데이터 교환은 신호연동장치(SIU: Signal Interface Unit)를 통해 MIL- STD-1553B 통신 규약을 활용하였다. 이러한 신호 연동 방식은 향후 개발 사업을 고려하여 비행제어컴퓨터와 연동하는 HILS (Hardware-I n-the-Loop Simulation) 환경 및 항공기탑재를 고려하여 적용하였다.
- 제어모듈은 64Hz로 수행되며 조종면 입력 및 모델링 모듈들로부터 입력을 제공 받아 수행한다. TERPROMe SIU를 통해 MIL- STD-1553B 통신 규약을 기반으로 호스트 컴퓨터와 입출력신호를 주고받는다.
- TERPROM에서 계산되는 지형추적비행을 위한 수직가속도 명령신호, 운용모드상태(operating mode status), 목표여유고도 및 지상충돌경고신호 등을 조종사에게 제공하기 위한 PVI (Pilot Vehicle Interface)를 설계흐}였다. 세부적인 설정변수는 입력 변수와 함께 조종석에 있는 터치패널에 시현하도록 하였으며, 조종사가 실시간으로 참조해야 흐}는 신호는 비행 중에 조종사가 쉽게 인지할 수 있도록 HUD에적용하였다.
- 이를 극복하기 위해 TERPROM에서는 지형참조항법을 기반으로 레이더 고도계와 INU 데이터를 활용하여 지형데이터베이스 내에서 항공기의 위치를 정확하게 파악한다. TERPROM에서 제공하는 항공기의 위치 및 고도 예측치를검증하기 위해 속도 350knots, 고도 500ft에서 1500ft 범위내에서 60, 150, 240 및 330도 방위각 방향으로 수평 및 선회비행을 수행하였다. 본 절에서는 60도 방위각으로 비행을수행한 결과를 대표적으로 제시하였다.
- 호스트컴퓨터 내부에는 TERPROM 장비와 입출력의 신호를 주고받을 수 있는 TPRCOM (TERprom COMmunication), 외부의 터치패널(touch panel)과 입력 신호를 받을 수 있는 PTPCOM (Pilot Touch Panel COMmunication) 및 HUD로 출력신호를 내 보낼 수 있는 VICOM (Vision COMmunication) 과 같은 3가지 통신모델을설계하였다. TERPROM을 제외한 외부장비와의 통신 방식은 UDP (User Datagram Protocol)로 설계하였다. 터치패널에는 빈번하게 변경될 수 있는 입력변수를 선정하였으며, 조종사가 필요시에 터치패널 조작으로 즉각적으로 변경할 수있도록 하였다.
- 둘째, TERPROM 제어 메시지 (Control Message) 블록은 DBTF, PGCAS, LOSR (Line of Sight Ranging), CR (Co-ordinate Ranging), PR 및 OWC 기능의 사용여부를 입력받는 기능을 한다. 그리고 PGCAS 운용 시에 반응시간(reaction time), 기수들기 회복 시 필요한 중력가속도(eull-up G)와 중력가속도 변화^(G onset rate) 및 경고 고도(warning height), DBTF 운용 시에 지형으로부터의 목표여유고도 등의 파라미터를 설정하는 기능을 제공한다. 셋째, 관성항법블록은 3축 방향의 속도(velocity)와 가속도(acceleration), 피치자세각(pitch attitude), 롤자세각(roll attitude) 및 방향각(true heading), 위경도(latitude, longitude) 둥과 같은 INS에서 생성되는 항공기의 상태 값을 입력받는다.
- 이때, 항공기의 수직가속도 신호에 포함되어 있는 고주파 잡음을제거시켜 지형추적비행을 위한 수직가속도 명령신호의 빈번한 움직임을 제거하여 조종사로 하여금 추종이 용이하게하였다. 그리고 속도에 의해 스케줄링되는 속도의존 1차 지연필터를 적용함으로써 고속영역 에서 조종사의 반응지 연으로 발생하는 PIO를 개선하였다.
- 지상충돌회피시스템의 평가는 저고도 지형추적비행 시에 진행방향에 위치한 지형과의 충돌을 회피하기 위한 경고를 제공하는 기능을 평가하기위해 격리된 지형(isolated peak)을 향해 속도 350knot, 고도 500ft로 수평비행을 수행하여 경고 제공기능의 타당성 여부를 평가하였다. 그리고 조종사의 조종착각(SD: Spatial Disorientation) 또는 공대지(air-toground) 임무 시에 발생할수 있는 지상충돌을 방지하기 위한 경고기능 제공 여부를평가하기 위해 PSWH< 1000ft 로 설정하고 5000ft 에서 350knots로 강하(dive) 기동을 수행하여 수동 및 자동 회피기능을 평가하였다. 지형추적시스템의 평가는 TCH를 200ft 및 500ft로 설정하고 속도 480knots에서 530knot 속도영역에서 조종사가 수직가속도 명령신호 박스를 밀착추적(tight tmcking)하여 지형추적을 하게 하여 조종성을 평가하였다.
- 좌측하단에 운용모드를 표시하였으며, 조종사가 설정한 최소 고도 값은 오른쪽 고도축에 꺽쇠로 표시하였다. 그리고 지형추적비행에서 필요로 하는 수직가속도 명령신호는 TERPROM으로부터획득하고 HUD에 박스 형태로 표시하였다. 이러한 수직가속도 명령신호는 TERPROM에서 12.
- TERPROM에서 제공되는 지상충돌회피신호를 비행제어법칙과 연동하여 조종사의 반응이 없을 경우, 자동으로 회피 기동을 수행할 수 있도록 하였다. 기능의 평가를 위해 PSWH를 1000ft로 설정하고 5500ft에서 350knots로 강하비행을 수행하여 경고음 제공과 자동회피기능을 평가하였으며, 수평비행 시에 전방에 위치한 지형에대한 충돌 회피를 위해 PSWH를 500ft로 설정하고 1000ft에서 350knots로 수평비행을 수행하였다. 본 절에서는 5500ft 에서 강하비행 시에 지상충돌을 회피하는 기동을 평가한결과를 대표적으로 제시하였다.
- 그리고 PGCAS와 DBTF에 사용되지 않는 입력변수는 호스트 컴퓨터 모델 내에서 디폴트값으로 설정하였다. 또한 INS, GPS 및 RADALT 서브시스템을 생성하여 호스트 컴퓨터의 EQMO, VISUAL, IRM 및 FCSHW 모델에서 제공하는 항공기 상태변수들을 입력받아 TERCOM 모델로 전달 할 수 있도록 하였다. 이는 HILS 및 항공기 탑재 시를 고려하여 설계하였다.
- 지형추적 시스템을 평가하였다. 먼저, 공항을주변으로 속도 350knots, 고도 500ft에서 1500ft 범위 내에서동/서/남/ 북 방향으로 비행을 하여 TERPROM의 기본 기능인 지형 참조항법을 평가하였다. 지상충돌회피시스템의 평가는 저고도 지형추적비행 시에 진행방향에 위치한 지형과의 충돌을 회피하기 위한 경고를 제공하는 기능을 평가하기위해 격리된 지형(isolated peak)을 향해 속도 350knot, 고도 500ft로 수평비행을 수행하여 경고 제공기능의 타당성 여부를 평가하였다.
- 마지막으로 DBTF 은 지형참조항법을 기반으로 하여 적의 방공망에 노출되지않고 저고도로 지형추적비행을 가능하게 함으로써 저고도임무 시에 생존율을 향상시켜 조기에 적의 방공망을 무력화시킬 수 있는 기능이다. 본 논문에서 소개되지 않은 기능외에도 DTS를 이용하여 항공기의 안전성과 임무성공률을향상시킬 수 있는 다양한 기능을 TERPROM에서 제공한다.
- TERPROM에서 제공하는 항공기의 위치 및 고도 예측치를검증하기 위해 속도 350knots, 고도 500ft에서 1500ft 범위내에서 60, 150, 240 및 330도 방위각 방향으로 수평 및 선회비행을 수행하였다. 본 절에서는 60도 방위각으로 비행을수행한 결과를 대표적으로 제시하였다.
- 평가방법은 자동 지형추적비행의 경우는 데이터 분석을 통해 설정된 고도로 원활하게 추종하는지를 평가하였으며, 조종사가참여하는 지형추적비행의 경우는 지형의 거칠기(roughness), 외란(disturbance) 등을 고려하여 조종사가 수직7]속도 명령신호를 추종하는데 요구되는 조종성을 표 3 에서 제시한기준으로 평가하였다. 본 절에서는 지형이 거칠고, 난류가심한 비행환경에서 TCH를 200ft로 설정하고 530knots로 자동지형추적비 행을 수행한 결과를 대표적으로 제시하였으며, 평가 전 영역에서 수행한 조종사 평가 결과와 조종사의 견해를 요약하였다.
- (Pilot Vehicle Interface)를 설계흐}였다. 세부적인 설정변수는 입력 변수와 함께 조종석에 있는 터치패널에 시현하도록 하였으며, 조종사가 실시간으로 참조해야 흐}는 신호는 비행 중에 조종사가 쉽게 인지할 수 있도록 HUD에적용하였다.
- 시뮬레이션 환경은 지형의 거칠기가 최대한비행영역으로 선정하였으며, 외란을 강으로 하고 지형추적의 정도를 강으로 하여 지형을 추적(tight tracking)하도록 하였다. 시뮬레이션 8초 부근에서 기압고도가 600ft가 되는시점에서 DBTF를 활성화하였다. 그림 9(e)에서 보는 바와같이 DBTF의 활성화 후에 기압고도는 레이더 고도계를 기준으로 200ft 오프셋 되는 고도로 곧바로 추종하는 것으로볼 수 있으며 거친 지형에도 밀접하게 지형의 패턴을 추적하는 것으로 볼 수 있다.
- 그림 9(a)는 속도, 9(b)는 TERPROM에서 제공하는 지형추적비행을 위한 수직가속도 명령신호와항공기의 수직가속도, 8(c)는 3축에 대한 비행체의 각속£, 8(d)는 종축과 횡축에 대한 자세각 및 8(e)는 TRN이 지형데이터베이스 내에서 예측한 고도, 레이더 고도, 레이더 고도에서 200ft를 오프셋 시킨 지형고도 및 비행체의 압력고도를 나타낸다. 시뮬레이션 환경은 지형의 거칠기가 최대한비행영역으로 선정하였으며, 외란을 강으로 하고 지형추적의 정도를 강으로 하여 지형을 추적(tight tracking)하도록 하였다. 시뮬레이션 8초 부근에서 기압고도가 600ft가 되는시점에서 DBTF를 활성화하였다.
- 또한 INS, GPS 및 RADALT 서브시스템을 생성하여 호스트 컴퓨터의 EQMO, VISUAL, IRM 및 FCSHW 모델에서 제공하는 항공기 상태변수들을 입력받아 TERCOM 모델로 전달 할 수 있도록 하였다. 이는 HILS 및 항공기 탑재 시를 고려하여 설계하였다. 따라서 TERCOM 모델에서는 입력된 변수들을 최종적으로 TERPROM에 입력하고, 이러한 변수를 기반으로 TERPROM 내의 알고리즘으로부터 연산된 출력 값은 다시 TERCOM으로 입력된다.
- 그리고 지형추적비행에서 필요로 하는 수직가속도 명령신호는 TERPROM으로부터획득하고 HUD에 박스 형태로 표시하였다. 이러한 수직가속도 명령신호는 TERPROM에서 12.5Hz 연산되어 실시간으로 HUD에 시현되고, 조종사는 조종간을 이용하여 지속적으로 명령신호박스에 FPM (Flight Path Marker)을 일치시킴으로써 지형추적비행을 할 수 있도록 하였다. 그리고 항공기가 지상에 근접하여 지상충돌의 가능성이 있을 경우에는지상 충돌 5초 전부터 HUD의 상단 중앙에 갈매기형 지시계(chevron, Pull Up Time)를 표시하도록 하여 중돌 시간을시각화하였다.
- TERPROM 소프트웨어는 PC (Personnel Computer)0]) 독립적으로 설계하였으며, HQS 환경의 호스트컴퓨터(host computer)와의 데이터 교환은 신호연동장치(SIU: Signal Interface Unit)를 통해 MIL- STD-1553B 통신 규약을 활용하였다. 이러한 신호 연동 방식은 향후 개발 사업을 고려하여 비행제어컴퓨터와 연동하는 HILS (Hardware-I n-the-Loop Simulation) 환경 및 항공기탑재를 고려하여 적용하였다.
- 그러나 그림 9(b)에서 볼 수 있듯이 자동 지형추적비행 중에 수직가속도 명령신호가 외란 및 지형의 거칠기로 인하여 비교가 많이 떨린(jittering)다는 것으로 관찰할 수 있었다. 이러한 형태는 조종사가 직접 수동으로 HUD에 시현되는 수직가속도 명령신호를 추종하여 지형추적비행을 수행할 경우에는 조종성을 저하시킬 수 있음으로 2차 형태의저주파 잡음필터를 적용하여 추가적으로 조종사 평가를 수행하였다. 조종사 평가는 외란이 강하고 지형이 거친 산악에서 밀착추적(tight tmcking)으로 지형추적비행을 수행하였다.
- 이러한 형태는 조종사가 직접 수동으로 HUD에 시현되는 수직가속도 명령신호를 추종하여 지형추적비행을 수행할 경우에는 조종성을 저하시킬 수 있음으로 2차 형태의저주파 잡음필터를 적용하여 추가적으로 조종사 평가를 수행하였다. 조종사 평가는 외란이 강하고 지형이 거친 산악에서 밀착추적(tight tmcking)으로 지형추적비행을 수행하였다. 평가 결과, 강한 외란환경과 거친 지형에서 지형추적명령신호의 떨림은 심했으나, 비행제어법칙 내의 수직가속도 궤환 단에 2차 저주파 통과필터의 추가로 떨림은 작아져 조종사가 수직가속도 명령신호 박스를 추종하는데 원활하여 조종성 수준 1의 평가결과를 획득할 수 있었다.
- 표 3은 정성적인 기준인 CHR 기준을 정량화시켜 조종사로 하여금 객관적인 평가를 할 수 있도록 정량적인 HQR (Handling Quality Rating) 기준을 제시한 것으로, 이러한 기준은 F-16 개발 사업에서 적용된 기준을 참고로 하였다[9]. 조종사는 설정된 목표여유고도로 저고도 비행을 하게 되며, TERPROM에서 생성된 수직가속도 명령신호 박스를 조종간을 이용하여 실시간으로 추적한다. 이때, 조종사는 미리 제시된 정량적인 평기기준에 따라 HQR을 평가하게 된다.
- 먼저, 공항을주변으로 속도 350knots, 고도 500ft에서 1500ft 범위 내에서동/서/남/ 북 방향으로 비행을 하여 TERPROM의 기본 기능인 지형 참조항법을 평가하였다. 지상충돌회피시스템의 평가는 저고도 지형추적비행 시에 진행방향에 위치한 지형과의 충돌을 회피하기 위한 경고를 제공하는 기능을 평가하기위해 격리된 지형(isolated peak)을 향해 속도 350knot, 고도 500ft로 수평비행을 수행하여 경고 제공기능의 타당성 여부를 평가하였다. 그리고 조종사의 조종착각(SD: Spatial Disorientation) 또는 공대지(air-toground) 임무 시에 발생할수 있는 지상충돌을 방지하기 위한 경고기능 제공 여부를평가하기 위해 PSWH< 1000ft 로 설정하고 5000ft 에서 350knots로 강하(dive) 기동을 수행하여 수동 및 자동 회피기능을 평가하였다.
- 그리고 조종사의 조종착각(SD: Spatial Disorientation) 또는 공대지(air-toground) 임무 시에 발생할수 있는 지상충돌을 방지하기 위한 경고기능 제공 여부를평가하기 위해 PSWH< 1000ft 로 설정하고 5000ft 에서 350knots로 강하(dive) 기동을 수행하여 수동 및 자동 회피기능을 평가하였다. 지형추적시스템의 평가는 TCH를 200ft 및 500ft로 설정하고 속도 480knots에서 530knot 속도영역에서 조종사가 수직가속도 명령신호 박스를 밀착추적(tight tmcking)하여 지형추적을 하게 하여 조종성을 평가하였다. 이때, 지형의 형태는 거친(rough) 지형으로 선정하였으며, 외부 난류(turbulence)의 세기 정도는 강(severe)로 설정흐}였다.
- TERPROM을 제외한 외부장비와의 통신 방식은 UDP (User Datagram Protocol)로 설계하였다. 터치패널에는 빈번하게 변경될 수 있는 입력변수를 선정하였으며, 조종사가 필요시에 터치패널 조작으로 즉각적으로 변경할 수있도록 하였다. 터치패널로부터 입력된 값은 PTPCOM을 통해 TERPROM으로 입력된다.
- 평가영역은 TCH를 200ft 및 500ft로 설정하고속도 350knots와 530knots에서 비행을 수행하였다. 평가방법은 자동 지형추적비행의 경우는 데이터 분석을 통해 설정된 고도로 원활하게 추종하는지를 평가하였으며, 조종사가참여하는 지형추적비행의 경우는 지형의 거칠기(roughness), 외란(disturbance) 등을 고려하여 조종사가 수직7]속도 명령신호를 추종하는데 요구되는 조종성을 표 3 에서 제시한기준으로 평가하였다. 본 절에서는 지형이 거칠고, 난류가심한 비행환경에서 TCH를 200ft로 설정하고 530knots로 자동지형추적비 행을 수행한 결과를 대표적으로 제시하였으며, 평가 전 영역에서 수행한 조종사 평가 결과와 조종사의 견해를 요약하였다.
- 하였다. 평가영역은 TCH를 200ft 및 500ft로 설정하고속도 350knots와 530knots에서 비행을 수행하였다. 평가방법은 자동 지형추적비행의 경우는 데이터 분석을 통해 설정된 고도로 원활하게 추종하는지를 평가하였으며, 조종사가참여하는 지형추적비행의 경우는 지형의 거칠기(roughness), 외란(disturbance) 등을 고려하여 조종사가 수직7]속도 명령신호를 추종하는데 요구되는 조종성을 표 3 에서 제시한기준으로 평가하였다.
- 표 4와 같이 시험영역 및 평가방법을 선정하여 지상충돌회피시스템과 지형추적 시스템을 평가하였다. 먼저, 공항을주변으로 속도 350knots, 고도 500ft에서 1500ft 범위 내에서동/서/남/ 북 방향으로 비행을 하여 TERPROM의 기본 기능인 지형 참조항법을 평가하였다.
- 출력 신호들은 SIU를 통해 HQS의 호스트컴퓨터와 신호교환을 한다. 호스트컴퓨터 내부에는 TERPROM 장비와 입출력의 신호를 주고받을 수 있는 TPRCOM (TERprom COMmunication), 외부의 터치패널(touch panel)과 입력 신호를 받을 수 있는 PTPCOM (Pilot Touch Panel COMmunication) 및 HUD로 출력신호를 내 보낼 수 있는 VICOM (Vision COMmunication) 과 같은 3가지 통신모델을설계하였다. TERPROM을 제외한 외부장비와의 통신 방식은 UDP (User Datagram Protocol)로 설계하였다.
대상 데이터
- SIU는 항공기의 하드웨어 입력을 호스트 컴퓨터에제공하며, 호스트 컴퓨터에서 요구되는 초기 설정 값 및 항공기 모델링 모듈의 출력과 같은 신호를 하드웨어 장비에제공한다. 호스트 컴퓨터의 시뮬레이션 프로그램은 포트란 (FORTRAN)과 C 언어로 구성되어 있으며, 다중 중앙처리장치를 이용하여 제어모듈을 시뮬레이션 한다. 제어모듈은 64Hz로 수행되며 조종면 입력 및 모델링 모듈들로부터 입력을 제공 받아 수행한다.
이론/모형
- 저고도 지형추적비행 시에 비행성 및 조종성 평가를 위해 CHR (Cooper-Harper Rating) 평가기준을 적용하였다. 표 3은 정성적인 기준인 CHR 기준을 정량화시켜 조종사로 하여금 객관적인 평가를 할 수 있도록 정량적인 HQR (Handling Quality Rating) 기준을 제시한 것으로, 이러한 기준은 F-16 개발 사업에서 적용된 기준을 참고로 하였다[9].
- 지형지물의 감지방식은 UTAS 사에서 개발한 지형 데이터베이스 기반의 지형참조항법을 적용한 TERPROM 장비를 활용하였다. 실시간 조종사 평가환경인 HQS (Handling Quality Simulator)에서 조종사 평가를 수행한 결과, 저고도 지형추적 비행을 흐}는데 있어 조종사의 조종부담(pilot workload)을현저히 줄일 수 있음을 확인하였다.
성능/효과
- 평가 결과, 강한 외란환경과 거친 지형에서 지형추적명령신호의 떨림은 심했으나, 비행제어법칙 내의 수직가속도 궤환 단에 2차 저주파 통과필터의 추가로 떨림은 작아져 조종사가 수직가속도 명령신호 박스를 추종하는데 원활하여 조종성 수준 1의 평가결과를 획득할 수 있었다. 그리고 HUD에 시현되는 지형추적 명령신호 박스는 조종사가저고도 지형추적 비행을 수행하는데 있어 조종사의 조종부담(pilot workload)을 현저히 줄이고 임무성공률을 높인다는것을 확인할 수 있었다.
- 셋째, 관성항법블록은 3축 방향의 속도(velocity)와 가속도(acceleration), 피치자세각(pitch attitude), 롤자세각(roll attitude) 및 방향각(true heading), 위경도(latitude, longitude) 둥과 같은 INS에서 생성되는 항공기의 상태 값을 입력받는다. 넷째, GPS 블록은 위경도 및 동쪽(east)과 북쪽(north) 방향의 속도 등과 같은 GPS로부터 생성되는 신호를 입력받는다.
- 2g 내로 수직가속도 명령신호 박스를 추적함을 나타낸다. 둘째, HQR Level 2의 기준은 조종사가 수직가속도명령신호 박스를 추적함에 있어 전체 지형추적 경로를 비행하는 동안에 분당 5번 이상으로 명령신호박스를 벗어나지 않으면서 적어도 FPM이 수직가속도 명령신호 박스를가볍게 닿으면서(touch) 추적하는 것을 의미한다. 이는 정량적으로 조종사가 ±0.
- 이러한 수동적인 탐지시스템은 레이더기반의 사격통제레이더(Fix Control Radar) 가 작동하지 않거나 복사형의 센서가 적의 방공망으로부터 탐지 또는 전파방해(jamming)를 받을 경우에 유용하다. 마지막으로 DBTF 은 지형참조항법을 기반으로 하여 적의 방공망에 노출되지않고 저고도로 지형추적비행을 가능하게 함으로써 저고도임무 시에 생존율을 향상시켜 조기에 적의 방공망을 무력화시킬 수 있는 기능이다. 본 논문에서 소개되지 않은 기능외에도 DTS를 이용하여 항공기의 안전성과 임무성공률을향상시킬 수 있는 다양한 기능을 TERPROM에서 제공한다.
- 그리고 PGCAS 운용 시에 반응시간(reaction time), 기수들기 회복 시 필요한 중력가속도(eull-up G)와 중력가속도 변화^(G onset rate) 및 경고 고도(warning height), DBTF 운용 시에 지형으로부터의 목표여유고도 등의 파라미터를 설정하는 기능을 제공한다. 셋째, 관성항법블록은 3축 방향의 속도(velocity)와 가속도(acceleration), 피치자세각(pitch attitude), 롤자세각(roll attitude) 및 방향각(true heading), 위경도(latitude, longitude) 둥과 같은 INS에서 생성되는 항공기의 상태 값을 입력받는다. 넷째, GPS 블록은 위경도 및 동쪽(east)과 북쪽(north) 방향의 속도 등과 같은 GPS로부터 생성되는 신호를 입력받는다.
- 지형지물의 감지방식은 UTAS 사에서 개발한 지형 데이터베이스 기반의 지형참조항법을 적용한 TERPROM 장비를 활용하였다. 실시간 조종사 평가환경인 HQS (Handling Quality Simulator)에서 조종사 평가를 수행한 결과, 저고도 지형추적 비행을 흐}는데 있어 조종사의 조종부담(pilot workload)을현저히 줄일 수 있음을 확인하였다.
- 이때, 조종사는 미리 제시된 정량적인 평기기준에 따라 HQR을 평가하게 된다. 첫째, HQR Level 1의 기준은 조종사가 수직가속도 명령신호박스를 추적함에 있어 전체 지형추적 경로를 비행하는 동안에 분당 5회 이상으로 명령신호박스를 벗어나지 않으면서 적어도 FPM이 명령신호박스에 절반이상의 범위 내에있으면서 추적하는 것을 의미한다. 이는 정량적으로 조종사가 ±0.
- 본 연구에서는 UTAS 사의 TERPROM 장비와 FA-50 실시간 조종사 평가환경 (HQS: Handling Quality Simulator)을 통합하여 디지털 지형데이터베이스 기반의 TFS (Terrain Following System) 및 GCAS (Ground Collision System)를 개발하였다. 최종적으로 실시간 조종사 평가환경인 HQS (Handling Quality Simulator)에서 조종사 평가를 수행한 결과, 저고도 지형추적 비행을 하는데 있어 조종사의조종부담을 현저히 줄일 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 T7FA-5O의 성능 개량 사업과 한국형전투기개발사업 (KF-X: Korean Fighter experimental)에서 핵심기술을 개발하는데 기여하리라 기대한다.
- 조종사 평가는 외란이 강하고 지형이 거친 산악에서 밀착추적(tight tmcking)으로 지형추적비행을 수행하였다. 평가 결과, 강한 외란환경과 거친 지형에서 지형추적명령신호의 떨림은 심했으나, 비행제어법칙 내의 수직가속도 궤환 단에 2차 저주파 통과필터의 추가로 떨림은 작아져 조종사가 수직가속도 명령신호 박스를 추종하는데 원활하여 조종성 수준 1의 평가결과를 획득할 수 있었다. 그리고 HUD에 시현되는 지형추적 명령신호 박스는 조종사가저고도 지형추적 비행을 수행하는데 있어 조종사의 조종부담(pilot workload)을 현저히 줄이고 임무성공률을 높인다는것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 그리고 레이더방식의 지형추적시스템을 채택할 경우에는 지형지물 탐지를 위해 방출되는 레이더 주파수(RF: Radar Frequency) 신호는 최소화되도록 하여야 한다. 둘째, 저고도 비행으로 인해지형지물에 충돌하는 위험을 감소시킬 수 있는 최상의 비행안전시스템이 필요하다. 따라서 지형추적비행 시에는 미리 설정한 고도를 안전하게 유지하고 예기치 않은 장애물을 회피 할 수 있도록 하여야 한다.
- 최종적으로 실시간 조종사 평가환경인 HQS (Handling Quality Simulator)에서 조종사 평가를 수행한 결과, 저고도 지형추적 비행을 하는데 있어 조종사의조종부담을 현저히 줄일 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 T7FA-5O의 성능 개량 사업과 한국형전투기개발사업 (KF-X: Korean Fighter experimental)에서 핵심기술을 개발하는데 기여하리라 기대한다.
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