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문제 정의
- 본 논문에서는 현재 국내외 대부분 공항에서 사용 중인 ILS와 GBAS를 비교하는 비행시험과 시뮬레이션을 하여 그 시험데이터를 분석하여 GBAS 장점을 확인 하였다. 현재 환경적인 문제와, 공역 제한으로 인해 ILS 설치가 불가능한 태안 비행장에 가상 ILS 절차를 수립하여, 가상 ILS 절차와 curved approach 절차를 이용하여 비행시험으로 비교하였다.
제안 방법
- SKYHAWK-C172S는 auto pilot기능이 있어 가상 ILS, curved approach에 대한 point 좌표를 입력하여 가상 ILS 절차와 curved approach절차를 비행시험하였다.
- 현재 태안비행장 경우 환경적인 문제와, 공역 제한으로 인해 설치가 불가능한 태안 비행장에 가상 ILS 절차를 수립하였다. 가상 ILS 절차이기에 장애물에 대한 검토가 이루어지지 않아 절차에 대한 안전성 검증은 필수적으로 요구되며 현재 운영 중인 GPS 절차에 의거하여 각 픽스의 고도를 설정 하였다. 태안비행장 ILS 가상 절차를 설계하기 위해 활주로 15방향과 33방향에 가상의 DME 장비(I-TAN, I-GOM)를 활주로 15, 33방향과 동일선상에 위치시켜 설계 하였으며, 각 픽스까지의 거리는 활주로 끝에서부터 거리와 동일하며, 첫 접근구간을 활주로 연장 선상으로 위치했을 경우, 활주로 15방향에 첫 접근 픽스의 고도는 4,000 ft이며 5NM의 폭을 가진 보호구역시 형성되고 이 보호구역과 체공구역이 ACMI A공역을 침범하며, 33방향 경우 R97B 공역을 침범하게 된다.
- 김포공항은 실질적으로 ILS와 GLS절차를 비교하는 비행시험에 어려움이 있어 시뮬레이터를 이용하여 시뮬레이션으로 진행 하였다. 그러나 이는 단순 항법 정밀도만 기준으로 한 가상절차로 현재 김포공한 32R 첫 접근지점 (IAF; initial approach fix)인 HANWO, HOKAN, MECKO 세 방향에서 접근 가능하고, 각각의 첫 접근 구간의 길이는 약 10 NM로 동일하다.
- 현재 김포공항 32R은 관악산과 삼성산 때문에 단계강하 픽스를 설정하지 않을 시 장애물을 피할 수 없기 때문에 절차 설계가 불가능하게 된다[7]. 본 논문에서는 세 방향의 접근지점 중 서쪽에서 접근하는 IAF HANWU지점에서의 GLS 절차를 이용하여 거리 단축된 절차를 통하여 현재 ILS 절차와 비교하는 시뮬레이션을 하였다. GLS 절차는 ILS를 이용한 계기접근 절차와 같이 정밀접근절차에 해당한다[9].
- 본 논문에서는 현재 지형특성과 제한공역 때문에 ILS 설치가 불가능한 태안비행장에서 가상 ILS 절차를 수립하여 가상 ILS 절차 운용 시와 GPS를 이용한 곡선접근을 비행시험을 통한 비교 분석과, 시뮬레이션을 이용하여 김포공항 ILS와 GLS를 비교 분석하여 GBAS 장점을 확인하였다.
- 비행시험은 태안 비행장에서 SKYHAWK-C172S 항공기로 수행하였다. 비행시험은 가상 ILS 절차를 이용할 때와 GPS를 통한 curved approach를 이용해 착륙 하였을 때의 경로를 확인하기 위하여 항공기 내부에 GPS 안테나 및 수신기를 설치하여 GPS 위치정보를 받아 확인 하였다. SKYHAWK-C172S는 auto pilot기능이 있어 가상 ILS, curved approach에 대한 point 좌표를 입력하여 가상 ILS 절차와 curved approach절차를 비행시험하였다.
- 그림 6은 비행시험에 사용된 항공기이며, RKTA RWY 15, 33 방향 비행시험을 통해 얻은 GPS파일을 bin 파일로 변환한 뒤 그림 7과 같이 labview로 위도, 경도 값을 추출하여 google earth에 mapping하여 나타내었다. 차트 상에 대한 포인트와 비행시험을 통해 얻은 경로를 비교하여 비행시험이 잘 수행되었는지에 대한 확인과 ILS와 curved approach 비행 경로를 확인 하였다.
- 가상 ILS 절차이기에 장애물에 대한 검토가 이루어지지 않아 절차에 대한 안전성 검증은 필수적으로 요구되며 현재 운영 중인 GPS 절차에 의거하여 각 픽스의 고도를 설정 하였다. 태안비행장 ILS 가상 절차를 설계하기 위해 활주로 15방향과 33방향에 가상의 DME 장비(I-TAN, I-GOM)를 활주로 15, 33방향과 동일선상에 위치시켜 설계 하였으며, 각 픽스까지의 거리는 활주로 끝에서부터 거리와 동일하며, 첫 접근구간을 활주로 연장 선상으로 위치했을 경우, 활주로 15방향에 첫 접근 픽스의 고도는 4,000 ft이며 5NM의 폭을 가진 보호구역시 형성되고 이 보호구역과 체공구역이 ACMI A공역을 침범하며, 33방향 경우 R97B 공역을 침범하게 된다. 그렇기에 공역 간 협조가 이루어지지 않을 경우 절차의 수립은 불가능하게 된다.
- 본 논문에서는 현재 국내외 대부분 공항에서 사용 중인 ILS와 GBAS를 비교하는 비행시험과 시뮬레이션을 하여 그 시험데이터를 분석하여 GBAS 장점을 확인 하였다. 현재 환경적인 문제와, 공역 제한으로 인해 ILS 설치가 불가능한 태안 비행장에 가상 ILS 절차를 수립하여, 가상 ILS 절차와 curved approach 절차를 이용하여 비행시험으로 비교하였다. 비행시험 결과 GBAS가 거리상 ILS 절차보다 약 15 km정도 감소되며, 그에 따른 항공기 소음, 연료소모량 등이 감소하게 되는 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 6. Used HL1128 aircraft for flight test.
- 비행시험은 태안 비행장에서 SKYHAWK-C172S 항공기로 수행하였다. 비행시험은 가상 ILS 절차를 이용할 때와 GPS를 통한 curved approach를 이용해 착륙 하였을 때의 경로를 확인하기 위하여 항공기 내부에 GPS 안테나 및 수신기를 설치하여 GPS 위치정보를 받아 확인 하였다.
이론/모형
- 비행시험은 태안비행장 RWY 15방향과, 33방향 양방향 모두 가상 ILS 절차와 curved approach 절차를 이용한 시험을 진행하였다. 그림 6은 비행시험에 사용된 항공기이며, RKTA RWY 15, 33 방향 비행시험을 통해 얻은 GPS파일을 bin 파일로 변환한 뒤 그림 7과 같이 labview로 위도, 경도 값을 추출하여 google earth에 mapping하여 나타내었다.
성능/효과
- GBAS는 공항근처 20 NM 반경 이내에 위치한 항공기에 CAT-Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 급의 정밀위치서비스와 정밀 접근서비스를 제공하는 시스템으로, 위성항법보정시스템 (DGNSS; differential global navigation satellite system) 원리를 응용하여 GBAS 지상국들에서 생성한 의사거리 보정정보와 의사거리 보정정보의 무결성을 검증하기 위한 파라미터 및 착륙비행경로를 항공기에 제공한다. GBAS는 계기착륙시스템 (ILS; instrument landing system)와 달리 한 공항에 한 개의 시스템으로 활주로의 수에 관계없이 요구하는 기능과 성능을 제공하고 곡선접근이 가능한 장점을 보유하고 있으며, 기존시스템보다 정확도가 향상되어 공항의 이착륙 효율을 현격히 증대 시킬 수 있다. 이와 같은 장점 때문에 연료절감, 대기오염감소, 공항주변 소음감소 등의 효과를 얻을 수 있다[2],[3].
- 그림 8에 은 curved approach 포인트, 은 가상 ILS 절차 포인트를 나타내는 포인트이고 선은 항공기가 실제 비행을 한 경로를 나타내고 있다. Google earth를 이용하여 RWY 15에 대한 ILS 절차와 curved approach 절차를 이용하여 임의의 포인트부터 태안 비행장까지 거리를 비교해보니 ILS는 53.90 km curved approach는 38.93 km로 약 15 km정도 차이가 있는 것을 확인하였다.
- 현재 환경적인 문제와, 공역 제한으로 인해 ILS 설치가 불가능한 태안 비행장에 가상 ILS 절차를 수립하여, 가상 ILS 절차와 curved approach 절차를 이용하여 비행시험으로 비교하였다. 비행시험 결과 GBAS가 거리상 ILS 절차보다 약 15 km정도 감소되며, 그에 따른 항공기 소음, 연료소모량 등이 감소하게 되는 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다. 또한 GBAS를 이용한 착륙절차는 제한구역이 많은 태안 비행장 같은 경우 정확한 위치정보를 이용하여 제한공역의 영향을 받지 않고 다수의 착륙경로를 이용할 수 있을 것이다.
- 그림 10은 현재 ILS 절차와 거리 단축을 적용한 GLS 절차 시뮬레이션이다. 시뮬레이션결과 약 19.41초 차이가 생기는 것을 확인하였다.
- 한편 김포공항 경우에는 실제 GLS 절차 및 curved approach 절차를 수행할 수 없어 B737 항공기 모델을 이용한 시뮬레이션을 이용하였으며, 단순하게 항법정밀도만 이용한 route 간격을 줄인 단순 GLS 절차와 기존 ILS 절차를 비교해보면 RWY 32R 경우 19 초 정도 감소되어지는 것을 확인 하였다. 이에 세계 항공수요가 계속 증가 하고 있는 추세로 볼 때 ILS를 이용한 착륙 서비스를 GBAS로 대체하게 된다면 많은 이득이 있을 것으로 기대된다.
후속연구
- 비행시험 결과 GBAS가 거리상 ILS 절차보다 약 15 km정도 감소되며, 그에 따른 항공기 소음, 연료소모량 등이 감소하게 되는 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다. 또한 GBAS를 이용한 착륙절차는 제한구역이 많은 태안 비행장 같은 경우 정확한 위치정보를 이용하여 제한공역의 영향을 받지 않고 다수의 착륙경로를 이용할 수 있을 것이다.
- 한편 김포공항 경우에는 실제 GLS 절차 및 curved approach 절차를 수행할 수 없어 B737 항공기 모델을 이용한 시뮬레이션을 이용하였으며, 단순하게 항법정밀도만 이용한 route 간격을 줄인 단순 GLS 절차와 기존 ILS 절차를 비교해보면 RWY 32R 경우 19 초 정도 감소되어지는 것을 확인 하였다. 이에 세계 항공수요가 계속 증가 하고 있는 추세로 볼 때 ILS를 이용한 착륙 서비스를 GBAS로 대체하게 된다면 많은 이득이 있을 것으로 기대된다.
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