(9) Radar Navigation

Radar Navigation(Ground-Based)

 

레이더는 RF 에너지 파동을 특정 방향으로 전송함으로써 작동한다. 물체로부터의 반향은 정확하게 측정된다. 이를 통해 파동과 그 반향이 이동한 거리가 결정된다. 목표물까지의 거리 및 방위는 즉시 확인될 수 있는 방식으로 레이더 화면에 표시된다. 레이더 송신기는 공역을 향해 매우 높은 전력을 전달할 수 있어야 한다. 관련된 레이더 수신기는 매우 작은 반향 신호도 감지할 수 있어야 한다.

 

레이더 화면은 관제사에게 지도와 같은 표시를 제공한다. 여기에는 레이더 시설의 탐지 범위 내에 있는 항공기의 모든 레이더 반향이 나타난다. 전자적으로 생성된 range marks와 azimuth-indicating device를 통해 관제사는 레이더 시설에 대한 각 레이더 표적을 찾을 수 있다(혹은 하나의 레이더 표적에 대한 다른 레이더 표적을 찾을 수도 있음)

 

또 다른 장치인 video-mapping unit은 실제 항로, 혹은 공항 지도를 생성하여 레이더 화면 장비에 표시한다. 이 기능을 사용하면 항공 교통 관제사는 항공기 표적을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 활주로, 항법 보조 장치, 그리고 위험한 지상 장애물과 관련된 항공기 표적을 확인할 수 있다. 따라서 레이더는 NAVAID가 될 뿐만 아니라 가장 중요한 교통 분리 수단이 된다.

 

12개 이상의 표적을 표시하는 화면에서 primary surveillance radar system은 하나의 특정 레이더 표적을 식별할 수 없다. 또한 이는 상당한 거리에 놓인 작은 표적을 확인하는데 어려움을 겪을 수 있다(특히 레이더 지역과 항공기 사이에 소나기, 혹은 뇌우가 있는 경우). 이 문제는 항공기 트랜스폰더를 사용하는 ATCRBS(Air Traffic Control Radar Beacon System)로 해결된다. 이는 때때로 secondary surveillance radar(SSR)라 불린다. 지상 장비는 beacon antenna가 장착된 interrogating unit이다. 이 덕분에 interrogating unit은 surveillance antenna와 함께 회전한다. interrogating unit은 항공기 트랜스폰더를 작동하는 coded pulse sequence를 전송한다. 트랜스폰더는 사전에 선택한 coded sequence를 지상 장비로 다시 전송함으로써 coded sequence에 응답한다. 이는 강력한 return signal과 정확한 항공기 식별부호, 그리고 기타 특수 정보(예를 들어 항공기 고도)를 제공한다.

 

Functions of Radar Navigation

 

ATC가 사용하는 레이더 시스템은 ARSR(air route surveillance radar), ASR(airport surveillance radar), 그리고 PAR(precision approach radar), 그리고 ASDE(airport surface detection equipment) 등이다. surveillance radar는 360도 방위각을 스캔한 다음 tower, 혹은 center의 레이더 화면에 표적 정보를 표시한다. 이러한 정보는 독립적으로, 혹은 항공 교통을 제어하는 다른 항법 보조 장치와 함께 사용된다.

 

ARSR은 주로 넓은 지역을 커버하기 위한 장거리 레이더 시스템이다. 이는 terminal area 사이의 en route 항공기를 나타낸다. 항공기가 ARSR 범위 내에 있을 때 ARTCC(air route traffic control center) 관제사는 레이더 서비스를 제공할 수 있다. 경우에 따라 ARTCC는 ARSR을 통해 terminal 레이더 서비스를 제공할 수 있다. 이는 radar approach control에서 제공하는 것과 유사하지만 일반적으로 더 제한적이다.

 

ASR은 공항 주변에서 비교적 짧은 범위를 제공하기 위해 설계되었다. 이는 정확한 항공기 위치 확인을 통해 terminal area 항적을 신속하게 처리하기 위한 수단으로 사용된다. surveillance radar approach procedure가 승인된 공항에서는 비정밀 접근을 이용할 수 있다. ASR은 final approach course를 향한 radar vectors를 제공한다. 그리고 접근 도중에는 조종사에게 방위각 정보를 제공한다. 조종사는 활주로로부터의 거리, MDA, 하강 시작 시기, 그리고 MDA에 도달한 시기를 조언 받는다. final에서 recommended altitudes를 요청할 경우 이는 매 1마일마다 제공된다.

 

PAR은 거리, 방위, 그리고 고도 정보를 표시하는 착륙 보조 수단으로 설계되었다. 이는 항공기 순서 및 간격을 위한 보조 수단이 아니다. PAR 장비는 primary landing aid로 사용되거나, 혹은 다른 유형의 접근을 모니터링 하는데 사용될 수 있다. 두 개의 안테나가 PAR에 사용된다: 하나는 수직 평면을, 다른 하나는 수평 평면을 스캔. PAR의 거리는 10마일, 방위각은 20도, 높이는 7도로 제한되므로 final approach area만이 커버된다. 관제사의 스코프는 두 부분으로 나뉜다. 위쪽 절반은 고도 및 거리 정보를 나타내며 아래쪽 절반은 방위각 및 거리 정보를 나타낸다.

 

PAR은 조종사에게 고도 및 방위각에 대한 정확한 항법 안내를 제공하는 시스템이다. 조종사들에게 heading이 주어지는데, 이는 착륙 활주로로부터 연장된 중심선에 맞춰 항공기를 유지하기 위함이다. 조종사들은 glidepath 교차가 발생하기 대략 10 ~ 30초 전에, 그리고 하강을 시작할 때를 예상하도록 지시받는다. 조종사가 요청할 경우 게재된 DH(decision height)가 제공된다. 만약 항공기가 glidepath의 위/아래로 벗어나는 것이 확인될 경우 조종사에게 “slightly”, 혹은 “well”이라는 용어를 통해 상대적인 편차의 양을 제공한다. 조종사는 항공기의 하강/상승률을 조절하여 glidepath로 되돌아가야 한다. 또한 trend information이 항공기 고도와 관련하여 발부된다. 이는 “rapidly” 및 “slowly”라는 용어를 통해 수정될 수 있다(예를 들어 “well above glidepath, coming down rapidly”).

 

touchdown으로부터의 거리가 최소 매 1마일마다 주어진다. 항공기가 방위각 및/혹은 고도에 대한 safety zone 한계를 벗어나는 것이 확인될 경우 관제사는 조종사에게 실패 접근을 수행하라 지시하거나, 혹은 특정한 경로를 비행하라 지시할 것이다(단, 조종사가 runway environment(활주로, 접근등화, 등등)를 확인한 경우 제외). 항공기가 게재된 DA/DH에 도달하기 전까지 방위각 및 고도 항법 안내가 조종사에게 제공된다. 항공기가 landing threshold를 통과하기 전까지 관제사는 advisory course 및 glidepath 정보를 제공한다. 이때 조종사는 활주로 중심선으로부터 벗어나는 것을 조언 받는다. 접근이 완료되면 레이더 서비스가 자동으로 종료된다.

 

Airport Surface Detection Equipment

 

레이더 장비는 공항 표면의 모든 주요 특징들(항공기 및 차량 포함)을 감지하도록, 그리고 관제탑의 레이더 지시기 콘솔에 전체 이미지를 표시하도록 설계되었다. 이는 활주로와 유도로에서의 항공기 및/혹은 차량 움직임을 관제탑 직원이 더욱 확실하게 확인하기 위해 사용된다.

 

Radar Limitations

 

1. 레이더 서비스에는 제한이 있음을 인지하는 것이 매우 중요하다. ATC 제어 하에 있지 않은 항공기, 그리고 레이더에 보이지 않는 항공기에 대해서는 ATC가 traffic advisory를 발부할 수 없다.

 

2. 전파의 특징은 일반적으로 연속적인 직선으로 이동하는 것이다. 단, 전파는 비정상적인 대기 현상(예를 들어 기온 역전)에 의해 “굴곡” 되거나, 밀도가 높은 물체(예를 들어 짙은 구름, 강수, 지상 장애물, 산, 등등)에 의해 반사(혹은 감쇠)되거나, 혹은 높은 지형적 특징에 의해 가려진다.

 

3. primary radar 에너지가 고밀도의 물체에 맞아 반사될 경우 이는 관제사의 스코프에 표시된다. 따라서 같은 거리에 놓인 항공기를 차단한다. 또한 더 먼 거리에 놓인 표적의 표시를 크게 약화시키거나, 혹은 완전히 제거한다.

 

4. 상대적으로 낮은 고도의 항공기가 산에 가려지거나, 혹은 레이더 빔 아래에 있을 경우 확인되지 않는다. 이는 지구의 곡률 때문이다.

 

5. 항공기 반사 표면의 크기는 radar return의 크기를 결정한다. 따라서 primary radar가 small light airplane, 혹은 sleek jet fighter를 확인하는 것은 대형 상업용 제트기, 혹은 군용 폭격기보다 어렵다.

 

6. 미국의 모든 ARTCC 레이더와 많은 ASR은 Mode C에 질문하는 기능, 그리고 관제사에게 고도 정보를 표시하는 기능을 갖추고 있다. 그러나 몇몇 ASR은 Mode C를 표시하는 기능을 갖추고 있지 않다. 이럴 경우 조종사로부터 고도 정보를 얻어야 한다.