4-5-6. Traffic Information Service(TIS)

4-5-6. Traffic Information Service(TIS)

 

a. Introduction.

 

Traffic Information Service(TIS)는 데이터 링크를 통해 조종실에 정보를 제공한다. 이는 일반적으로 음성 라디오를 통해 수신하는 VFR radar traffic advisories와 유사하다. TIS는 “see and avoid”의 안전성과 효율성을 향상시키기 위한 것이다. 이는 조종사에게 근처 항적과 잠재적 충돌 상황을 알려주는 automatic display를 통해 이루어진다. 이러한 화면은 다른 항적들의 육안 확인을 돕기 위한 것이다. TIS는 terminal Mode S radar system의 향상된 기능을 사용한다. 이 시스템은 감시 정보, 그리고 이러한 정보를 적절한 항공기(TIS “client”라고도 불림)에게 “업링크” 하는데 필요한 data link를 포함한다. TIS는 client aircraft로부터 수직 +3,500ft 및 –3,000ft, 그리고 수평 7NM 범위 내 최대 8대의 intruded aircraft에 대해 예상 위치, 고도, altitude trend, ground track 정보를 제공한다(그림 4-5-5, TIS Proximity Coverage Volume 참조). 7NM 이상의 거리에서 target이 보고될 경우 이 target이 34초 이내에 threat가 될 것임을 나타낼 뿐 정확한 거리는 표시하지 않는다. 거리나 고도에 상관없이 충돌 가능성으로부터 34초 이내일 것으로 추정되는 항공기(단, Mode S radar의 감시 하에 있는 항공기)가 있다면 TIS는 이를 조종사에게 경고한다. TIS 감시 정보는 ATC가 사용하는 레이더와 동일한 것으로부터 도출된다. 이러한 데이터는 각 레이더 스캔마다(명목상 5초 마다) client aircraft에 업링크 된다.

b. Requirements.

 

1. TIS를 사용하기 위해서는 client와 intruder가 적절한 조종실 장비를 갖추어야 한다. 그리고 이들은 TIS를 제공할 수 있는 Mode S 레이더의 범위 내를 비행해야 한다. 일반적으로 이는 그림 4-5-6, Terminal Mode S Radar Sites에 표시된 지점으로부터 55NM 이내일 것이다. TIS 수신을 위해 ATC와의 교신이 필요하지는 않다. 허나 특정 공역이나 비행 운영에 의해 요구될 수도 있다.

2. 이러한 서비스를 받기 위해 TIS client aircraft에 필요한 장비들은 다음과 같이 구성된다(그림 4-5-7 참조):

 

(a) altitude encoder를 갖춘 Mode S data link transponder.

 

(b) TIS 소프트웨어가 설치된 Data link application processor.

 

(c) Control-display unit.

 

(d) 옵션 장비로는 digital heading source가 있다. 이는 “crab angle”과 선회 기동으로 인한 디스플레이 오류를 수정하기 위한 것이다.

 

NOTE-

위의 기능 중 일부는 일체형 항전 장비로 결합될 가능성이 높다(예를 들어 (a)와 (b)).

 

3. TIS가 작동하기 위해선 intruder aircraft가 트랜스폰더(Mode A, C 혹은 S)를 가지고 있어야 한다. TIS가 intruder aircraft에 대해 제공하는 모든 고도 정보는 Mode C 보고로부터 도출된다(단, 적절한 장비를 갖춘 경우).

 

4. TIS는 초반에 ASR-9 digital primary radars와 짝을 이루는 terminal Mode S systems에 의해 제공될 것이다. 이러한 시스템은 항적이 많은 지역에 위치하므로 초기에 아주 큰 이점을 제공할 것이다. ASR-7이나 ASR-8 analog primary radar와 짝을 이루는 나머지 terminal Mode S sensors는 이러한 radar sites의 변경, 혹은 재배치가 이루어지기 전까지 TIS를 제공할 것이다. radar sites 위치를 위해 그림 4-5-6, Terminal Mode S Radar Sites를 참조한다. TIS는 부가 정보 서비스이므로 꼭 필요한 것은 아니다. 따라서 각 radar sites의 상태를 제공하는 메커니즘(예를 들어 NOTAM)은 없다.

 

FAA는 12초마다 한 번씩 회전하는 en route Mode S radars(그림에는 표시되지 않음)를 운영한다. 이러한 radar sites에서 TIS가 구현되기 위해선 TIS의 추가 개발이 필요하다. 현재 en route Mode S radars에서 TIS를 구현할 계획은 없다.

 

c. Capabilities.

 

1. TIS는 Mode S data link를 통해 client aircraft에게 지상 기반 감시 정보를 제공한다. 이는 근접 항공기의 육안 확인을 돕기 위함이다. 각 장치들의 실제 기능은 서로 다르므로 TIS를 사용하기 전에 보충 안내서를 참조해야 한다. 최대 8대의 intruder aircraft가 표시될 수 있다. 만약 9대 이상의 항적이 intruder parameters와 일치할 경우 8대의 “most significant” intruders가 업링크 된다. 이러한 “most significant” intruders는 일반적으로 TIS client에 가장 근접한 항적들 및/혹은 위협이 되는 항적들이다.

 

2. TIS는 Mode S ground sensor를 통해 각 intruder에 대한 다음 정보를 제공한다:

 

(a) 6도 단위의 상대 방위(relative bearing) 정보.

 

(b) 1/8NM ~ 1NM 단위(scale에 따라 달라짐)의 상대 거리(relative range) 정보.

 

(c) 100ft 단위의 상대 고도(1,000ft 이내), 혹은 500ft 단위의 상대 고도(1,000 ~ 3,500ft). 단, intruder aircraft가 altitude reporting 기능을 갖춘 경우.

 

(d) 45도 단위의 예상 ground track.

 

(e) altitude trend data(500fpm 이하일 경우 수평으로 표시되며 500fpm을 초과할 시 상승/하강 지시). 단, intruder aircraft가 altitude reporting 기능을 갖춘 경우.

 

(f) intruder의 우선순위는 “traffic advisory” intruder, 혹은 “proximate intruder” intruder 중 하나이다.

 

3. 하나의 Mode S sensor 감시 범위에서 다른 Mode S sensor 감시 범위로 비행할 경우 항전 시스템이 자동으로 TIS를 전환한다. 때문에 이는 조종사의 조치를 필요로 하지 않는다.

 

4. 조종사에게 높은 우선순위 intruders를, 그리고 data link system 상태를 알리기 위해 공중 시스템이나 지상 장비가 제공하는 다양한 상태 메시지가 있다. 이러한 메시지는 다음을 포함한다:

 

(a) Alert. 34초 이내의 잠재적 충돌 위험을 식별한다. 이러한 경고는 시각적 및/혹은 청각적일 수 있다(예를 들어 점멸하는 화면 기호, 혹은 헤드셋 신호음). 수직 및 수평 좌표로부터의 가장 가까운 접근로가 30초 미만인 경우, 그리고 가장 가까운 접근로가 수직 500ft 및 수평 0.5NM 이내일 것으로 예상되는 경우 target은 threat가 된다.

 

(b) TIS traffic. TIS 항적 정보가 표시된다.

 

(c) Coasting. TIS display가 6초 이상 경과하였다. 이는 지상 시스템으로부터 업링크가 누락되었음을 나타낸다. TIS display가 12초를 경과할 경우 “No Traffic” 상태가 표시된다.

 

(d) No Traffic. proximate 기준이나 alert 기준을 충족하는 intruder가 없다. 이러한 상태는 TIS 시스템이 완전히 작동하고 있음을 나타낼 수도 있고, 혹은 12 ~ 59초 사이의 “coasting”을 나타낼 수도 있다(위의 (c) 참조).

 

(e) TIS Unavailable. 조종사가 TIS를 요청하였지만 이용 가능한 지상 시스템이 없다. 이 상태는 TIS 업링크가 60초 이상 누락 된 경우에도 표시된다.

 

(f) TIS Disabled. 조종사가 TIS를 요청하지 않았거나, 혹은 TIS와의 연결이 끊겼다.

 

(g) Good-bye. client aircraft가 TIS의 범위를 벗어났다.

 

NOTE-

항전 장비 제조업체에 따라 이러한 메시지 중 일부는 조종사가 직접 사용하지 못할 수도 있다.

 

5. 항전 시스템 설계에 따라 TIS는 텍스트 및/혹은 그래픽을 포함하는 서로 다른 화면들로 제공될 수 있다. 또한 음성 알림이 단독적으로 사용되거나, 혹은 visual display와 결합되어 사용될 수 있다. 그림 4-5-7, Traffic Information Service(TIS), Avionic Block Diagram은 Traffic Alert and Collision Avoidance System(TCAS. 이는 미국 내 대부분의 passenger air carrier/commuter aircraft에 설치됨)와 유사한 기호를 사용하는 TIS display의 예시를 보여준다. 중앙의 작은 기호는 client aircraft를 나타낸다. 그리고 화면은 12시 방향을 맨 위쪽으로 하여 “track up”으로 맞춰진다. range rings는 2NM과 5NM을 나타낸다. 각 intruder는 client aircraft로부터의 대략적인 상대 방위 및 상대 거리에 위치한 기호로 표시된다. 중앙 근처의 원 모양 기호는 “alert” intruder를 나타내고 다이아몬드 모양 기호는 “proximate” intruder를 나타낸다.

 

6. 그림 4-5-7, Traffic Information Service(TIS), Avionics Block Diagram의 오른쪽 아래에 있는 삽화는 TIS data block display를 나타낸다. data block에는 다음 정보가 포함되어 있다:

 

(a) 대략 4시 방향 3마일에 위치한 intruder는 “proximate” aircraft이다. 이는 현재 client aircraft에 대한 collision threat가 아니다. 예시에 사용된 다이아몬드 기호가 이를 나타낸다.

 

(b) intruder의 ground track이 client aircraft로부터 오른쪽으로 벗어난다. 작은 화살표가 이를 나타낸다.

 

(c) intruder는 client aircraft보다 700ft 아래에 있다. 기호 아래에 위치한 “-07”이 이를 나타낸다.

 

(d) intruder가 500fpm을 초과하여 하강하고 있다. “-07” 옆에 있는 downward arrow가 이를 나타낸다. altitude 태그가 있으나 이러한 화살표는 없다면 intruder는 수평을 유지함을, 혹은 500fpm 이하로 상승/하강함을 나타낸다.

 

NOTE-

만약 intruder에 altitude encoder(Mode C)가 없다면 altitude 태그와 altitude trend 태그가 생략될 것이다.

 

d. Limitations.

 

1. TIS는 충돌 회피 시스템으로 사용되기 위한 것이 아니며 다른 항적을 “see and avoid”하는 조종사의 책임을 줄이지 않는다(Paragraph 5-5-8, See and Avoid 참조). IMC 도중, 혹은 intruder aircraft의 육안 확인이 되지 않는 그 외의 상황 도중 회피 기동을 위해 TIS를 사용해서는 안 된다. TIS는 VMC 도중 다른 항적의 육안 확인을 돕기 위한 것이다. TIS intruder display나 TIS alert는 회피 기동을 제공하지도 인가하지도 않는다.

 

2. TIS는 항적의 육안 확인에 유용한 보조 수단이다. 허나 이를 올바르게 사용하기 위해 충분히 이해해야 하는 몇 가지 시스템 한계가 있다. 이러한 한계들 중 많은 것이 secondary radar surveillance에 내재한다. 즉, TIS가 제공하는 정보는 ATC가 제공하는 정보보다 나을 것이 없다. 그 외의 한계 및 변수는 TIS predictive algorithm과 연관되어 있다.

 

(a) Intruder Display Limitations. TIS는 트랜스폰더가 설치된 항공기만을 나타낸다. TIS는 Mode S radar의 감시에 의존한다. 이러한 레이더는 paragraph 4-5-2에서 설명한 ATCRBS와 유사한 “secondary surveillance” radar이다.

 

(b) TIS Client Altitude Reporting Requirement. TIS client aircraft가 TIS를 수신하기 위해선 altitude reporting이 필요하다. altitude encoder가 작동하지 않거나 비활성화 된 경우 TIS request가 지상 시스템으로부터 처리되지 않으므로 TIS를 이용할 수 없다. 따라서 TIS는 Proximity Coverage Volume을 결정하기 위해 altitude reporting을 필요로 한다(그림 4-5-5 참조). TIS 사용자는 altitude encoder의 오작동을 경계해야 한다. 왜냐하면 TIS는 client altitude reporting의 정확도 여부를 확인하는 매커니즘을 갖추지 않기 때문이다. 이러한 기능이 고장 날 경우 잘못된, 그리고 예측 불가능한 TIS 작동이 발생할 것이다. 이러한 고장이 의심될 경우 ATC를 통해 altitude reporting을 확인하는 것이 좋다.

 

(c) Intruder Altitude Reporting. altitude reporting 기능이 없는 intruder는 altitude tag 없이 표시된다. nonaltitude reporting intruders는 TIS client와 같은 고도에 있는 것으로 가정된다. 이는 alert 계산을 위해서이다. 덕분에 조종사는 레이더 범위 내 모든 항적에 대해 경보를 받도록 보장된다. 허나 실제 고도 차이는 상당할 수 있다. 따라서 이 경우에는 육안 확인이 어려울 수 있다.

 

(d) Coverage Limitations. TIS는 ground-based, secondary surveillance radar로부터 제공된다. 때문에 TIS는 해당 레이더의 모든 한계를 적용받는다. 항공기가 레이더에 탐지되지 않았다면 그 항공기는 TIS에 표시될 수 없다. 이러한 한계의 예시는 다음과 같다:

 

(1) TIS는 일반적으로 그림 4-5-6, Terminal Mode S Radar Sites에 표시된 레이더로부터 55NM 이내에 제공된다. 이러한 최대 거리는 radar site마다 다를 수 있으며 항상 “가시선”의 제한을 받는다. 즉, 레이더 신호와 데이터 링크 신호는 장애물, 지형, 그리고 지구의 곡률에 의해 차단된다.

 

(2) 저고도에서는 TIS를 사용할 수 없을 것이다(특히 산악 지역). 또한 특정 지역에서 레이더 범위의 “floor” 근처를 비행할 경우 TIS는 client aircraft 아래의 intruder를 탐지하지 못할 수도 있다.

 

(3) radar site 직상공을 비행할 경우 TIS가 일시적으로 중단된다(단, 서비스를 제공하는 인접 radar site가 있는 경우 제외). 지상 레이더는 VOR이나 NDB와 유사하여 zenith cone(때때로 cone of confusion이나 cone of silence라 불림)을 가진다. 이는 station 직상공의 area of ambiguity로 bearing 정보를 신뢰할 수 없는 영역이다. TIS의 zenith cone은 34도이다: 레이더 수평선으로부터 34도 이상에 위치한 항공기는 TIS 수신을 상실할 것이다. 다수의 레이더가 있는 지역의 경우 항공기는 서비스를 상실하지 않을 수 있다. 왜냐하면 인접한 레이더가 TIS를 제공할 것이기 때문이다. 만약 TIS-capable radar를 사용할 수 없다면 “Good-bye” 메시지가 수신된다. 그리고 TIS 범위 내로 되돌아가기 전까지는 TIS가 종료된다.

 

(e) Intermittent Operations. 선회, 혹은 다른 기동 도중 TIS가 때때로 중단될 수 있다(특히 트랜스폰더 시스템이 antenna diversity(항공기의 상단과 하단에 안테나가 장착)를 포함하지 않는 경우). 위의 (d)와 같이 TIS는 항공기와 Mode S 레이더 사이의 양방향 “가시선” 통신에 의존한다. client aircraft의 구조물이 트랜스폰더 안테나(보통 항공기 하단에 위치)와 지상 레이더 안테나 사이에 놓일 때마다 신호가 일시적으로 중단될 수 있다.

 

(f) TIS Predictive Algorithm. TIS는 업링크가 발생한 스캔 이전의 스캔 정보를 받는다. 따라서 감시 정보는 대략 5초가 경과한 것이다. intruder의 실시간 위치를 표시하기 위해 TIS는 tracking software의 “predictive algorithm”을 사용한다. 이러한 알고리즘은 intruders의 예상 위치를 추정하기 위해 track history data를 사용한다. 때때로 항공기 기동으로 인해 TIS display에 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류는 주로 relative bearing에 영향을 미친다. 즉, intruder의 거리 및 고도는 비교적 정확하게 유지되므로 “see and avoid”를 하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 오류의 일반적인 예는 다음과 같다:

 

(1) client aircraft나 intruder aircraft가 과도하게, 혹은 갑작스럽게 기동할 경우 기동을 수행한 항공기가 안정되기 전까지는 tracking algorithm이 잘못된 수평 위치를 보고한다.

 

(2) 빠르게 다가오는 intruder가 client를 얕은 각도로 교차하는 경로에 있는 경우(추월 상황, 혹은 정면충돌 상황), 그리고 두 항공기 중 하나가 1/4NM 이내에서 갑자기 경로를 변경할 경우 TIS는 intruder를 실제 방향의 반대편에 표시한다.

 

이러한 현상은 비교적 드물다. 경로가 안정된 후 이는 몇 번의 레이더 스캔을 통해 수정된다.

 

(g) Heading/Course Reference. 모든 TIS 장치가 heading reference information을 가지지는 않는다. 이것을 갖춘 경우 course reference가 Mode S radar에 의해 제공된다. 레이더는 client aircraft의 ground track 정보를 결정하긴 하지만 heading을 나타내지는 않는다. 이러한 장치에서는 모든 intruder의 bearing information이 ground track을 기준으로 하며 바람 수정을 적용하지는 않는다. 경로가 변경된 항공기의 경로를 결정하기 위해선 ground-based radar가 몇 번의 스캔을 수행해야 하므로 intruder aircraft bearing에 지연이 발생할 것이다. 위의 (f)에서와 마찬가지로 intruder의 거리와 고도는 여전히 사용할 수 있다.

 

(h) Closely-Spaced Intruder Errors. Mode S sensor로부터 30NM 너머인 경우 TIS client의 3/8NM 내에 있는 모든 intruder는 client aircraft와 동일한 위치에 나타난다. 이러한 기능이 없으면 TIS는 조종사를 혼란스럽게 하는 방식으로 intruder를 표시할 수 있다(예를 들어 client의 우측에 있는 closely-spaced intruder가 TIS display에서는 좌측에 표시될 수 있음). 레이더로부터 멀 경우 TIS는 client와 근접한 intruder aircraft의 상대 방위/상대 거리 정보를 정확하게 결정할 수 없다.

 

TIS는 감시 정보를 위해 ground-based, rotating radar를 사용하므로 TIS 정보의 정확도는 센서(레이더)와의 거리에 따라 달라진다. 이는 ground-based navigational aids(예를 들어 VOR)에서 경험하는 것과 거의 같은 현상이다. 레이더로부터의 거리가 늘어날수록 감시의 정확도는 떨어진다. TIS는 Mode S 레이더로부터의 거리를 조종사에게 알리지 않으므로 client aircraft와 같은 위치에 나타난 intruder는 어느 방향으로든 최대 3/8NM 떨어져 있을 수 있다 추정해야 한다. alert 발생 시 레이더로부터의 거리에 상관없이 외부 육안 스캔, intruder 확인, 그리고 외부 참조를 기반으로 하는 항적 회피가 이루어져야 한다.

 

e. Reports of TIS Malfunctions.

 

1. TIS 사용자는 TIS의 바람직하지 못한 성능에 대해 보고함으로써 장치의 오작동을 수정하는데 도움을 줄 수 있다. 보고자는 관찰 시간, 위치, 항공기의 형식 및 식별부호를 명시한 다음 TIS의 상태를 설명해야 한다. transponder processor의 형식, 그리고 사용 중인 소프트웨어를 명시하는 것 또한 유용한 정보가 될 수 있다. TIS 성능은 ATC가 아닌 정비직원에 의해 모니터링 되므로 가장 가까운 FSS(Flight Service Station) 시설에 무선이나 전화로 보고하는 것이 좋다.

 

NOTE-

TIS는 그림 4-5-6에 묘사된 terminal Mode S radar sites에서만 작동한다. TIS는 TIS-B(Traffic Information Service-Broadcast)와 어떤 면에서는 유사하긴 하나 관련은 없다.