(9) Radar Navigation

Radar Navigation(Ground-Based)

 

레이더는 특정 방향으로 RF 에너지 펄스를 송신하는 방식으로 작동한다. 해당 펄스의 반향이 타겟으로부터 돌아오는 시간을 정확하게 측정한다. 이를 통해 펄스와 그 반향이 이동한 거리가 결정되며 레이더 화면에 타겟까지의 거리 및 방위가 즉시 확인될 수 있게 표시된다. 레이더 송신기는 공역을 향해 매우 높은 출력을 전달할 수 있어야 하고 레이더 수신기는 매우 작은 반향 신호도 감지할 수 있어야 한다.

 

레이더 화면은 탐지 범위 내에 있는 항공기들의 모든 레이더 반향을 지도처럼 표시해서 관제사에게 제공한다. 전자적으로 생성된 range marks와 azimuth-indicating device를 통해 관제사는 레이더 시설에 대한 각 레이더 타겟의 위치를 찾거나 하나의 레이더 타겟에 대한 다른 레이더 타겟의 위치를 찾을 수도 있다.

 

또 다른 장치인 video-mapping unit은 실제 항로나 공항 지도를 생성해서 레이더 화면 장비에 표시한다. 이 기능을 통해 관제사는 해당 지역의 활주로, 항법 보조 장치, 그리고 지상 장애물과 관련해서 레이더 타겟을 확인할 수 있다. 따라서 레이더는 항적 분리를 위한 가장 중요한 수단이자 NAVAID이다.

 

수십 개 이상의 타겟이 표시되는 화면에서 primary surveillance radar system은 하나의 특정 레이더 타겟을 식별할 수 없으며 상당한 거리에 놓인 작은 타겟을 확인하는데 어려움을 겪을 수 있다(특히 레이더와 항공기 사이에 소나기나 뇌우가 존재하는 경우). 이 문제는 항공기의 트랜스폰더를 사용하는 ATCRBS(Air Traffic Control Radar Beacon System)로 해결된다. ATCRBS는 secondary surveillance radar(SSR)라고도 불린다. interrogating unit은 beacon antenna를 갖추고 있어서 surveillance antenna와 함께 회전한다. interrogating unit은 coded pulse sequence를 송신하며 이 펄스가 항공기 트랜스폰더를 작동시킨다. 트랜스폰더는 미리 설정해둔 coded sequence를 지상 장비로 다시 전송해서 coded sequence에 응답하며 이를 통해 강력한 반사 신호와 기타 특수 정보(예를 들어 항공기 고도)를 제공한다.

 

Functions of Radar Navigation

 

ATC가 사용하는 레이더 시스템에는 ARSR(air route surveillance radar), ASR(airport surveillance radar), PAR(precision approach radar), 그리고 ASDE(airport surface detection equipment)가 있다. surveillance radar는 360도 방위각을 스캔한 다음 tower나 center의 레이더 화면에 타켓 정보를 표시한다. 이러한 정보는 항공 교통 관제에 독립적으로 사용되거나 다른 항법 보조 장치와 함께 사용된다.

 

ARSR은 주로 넓은 지역을 커버하기 위한, 그리고 항로를 비행하는 항공기를 나타내기 위한 장거리 레이더 시스템이다. 항공기가 ARSR 범위 내에 있으면 ARTCC(air route traffic control center) 관제사가 레이더 서비스를 제공할 수 있다. 경우에 따라 ARTCC는 ARSR을 통해 terminal radar services를 제공할 수 있다. 이 서비스는 radar approach control에서 제공하는 것과 유사하지만 일반적으로 더 제한적이다.

 

ASR은 공항 주변에서 비교적 짧은 범위를 커버하도록, 그리고 레이더로 항공기 위치를 정확하게 확인해서 terminal area 항적들을 신속하게 처리할 수 있도록 설계되었다. surveillance radar approach procedure가 승인된 공항에서는 비정밀 접근을 이용할 수 있다. ASR은 조종사에게 final approach course로 향하는 radar vectors를 제공하며 접근 도중에는 방위각 정보를 제공한다. 조종사는 활주로까지 남은 거리, MDA, 하강 시작 시기, 그리고 MDA에 도달한 시기를 조언 받는다. 만약 recommended altitudes를 요청하면 관제사가 final에서 1마일마다 권장 고도를 제공한다.

 

PAR은 항공기 순서 및 간격을 위한 보조 수단이 아니라 거리 · 방위 · 고도 정보를 표시하는 착륙 보조 수단이다. PAR 장비는 기본적인 착륙 보조 수단으로 사용되거나 다른 유형의 접근을 모니터링 하는데 사용될 수 있다. 두 개의 안테나가 PAR에 사용된다: 하나는 수직 평면을 스캔하고 다른 하나는 수평 평면을 스캔한다. PAR은 거리 10마일, 방위각 20도, 높이 7도로 제한되므로 final approach area만 커버된다. 관제사의 스코프는 두 부분으로 나뉜다. 위쪽 절반은 고도 및 거리 정보를 표시하고 아래쪽 절반은 방위각 및 거리 정보를 표시한다.

(출처: Skybrary)

PAR은 조종사에게 고도와 방위각에 대한 정확한 항법 안내를 제공하는 시스템이다. 조종사가 착륙 활주로의 연장선에 항공기를 정렬 및 유지할 수 있도록 heading이 제공된다. 조종사는 glidepath가 교차되기 대략 10 ~ 30초 전에 이를 예상하도록 조언을 받으며 언제 하강을 시작해야 하는지도 조언 받는다. DH(decision height)는 조종사가 요청하는 경우에만 제공된다. 만약 항공기가 glidepath의 위/아래로 벗어나는 것이 확인되면 관제사는 “slightly”나 “well”이라는 용어를 통해 상대적인 편차의 양을 제공하며 조종사는 항공기의 하강/상승률을 조절해서 glidepath로 되돌아가야 한다. 항공기 고도와 관련해서 추세 정보도 발부되며 이는 “rapidly”와 “slowly”라는 용어를 통해 수식될 수 있다(예를 들어 “well above glidepath, coming down rapidly”).

 

touchdown까지 남은 거리가 최소 1마일마다 한 번씩 제공된다. 항공기가 방위각 및/혹은 고도에 대한 안전 구역 한계를 벗어나는 것이 확인되면 관제사는 조종사에게 실패 접근이나 특정 경로를 비행하라 지시할 것이다(단, 조종사가 runway environment[활주로, 접근등화, 등등]를 확인한 경우 제외). 항공기가 DA/DH에 도달하기 전까지는 방위각과 고도에 대한 항법 안내가 제공된다. 항공기가 landing threshold를 통과하기 전까지는 관제사가 advisory course/glidepath 정보를 제공하며 이때 조종사는 활주로 중심선으로부터 조금이라도 벗어나도 조언을 받는다. 접근이 완료되면 레이더 서비스가 자동으로 종료된다.

 

Airport Surface Detection Equipment

 

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

 

Radar Limitations

 

1. 레이더 서비스에는 한계가 있다는 것을, 그리고 ATC가 본인의 관제 하에 있지 않고 레이더에 보이지 않는 항공기에 대해서는 traffic advisory를 발부하지 못할 수도 있다는 것을 인지해야 한다.

 

2. 전파는 비정상적인 대기 현상(예를 들어 기온 역전)에 의해 “굴절” 되거나, 밀도가 높은 물체(예를 들어 짙은 구름, 강수, 지상 장애물, 산, 등등)에 의해 반사(혹은 감쇠)되거나, 높은 지형적 특징에 의해 가려지지 않는 한 보통 연속적인 직선으로 움직인다.

 

3. primary radar energy가 밀도가 높은 물체에 맞아 반사되면 이 물체가 관제사의 스코프에 표시된다. 그 결과로 같은 거리에 놓인 항공기는 가려지고 더 먼 거리에 놓인 타겟의 표시는 크게 약해지거나 완전히 사라진다.

 

4. 비교적 고도가 낮은 항공기가 산에 가려지거나 레이더 빔 아래에 있으면 레이더에 확인되지 않는다.

 

5. 항공기의 반사 표면 크기가 레이더 회신 신호의 크기를 결정한다. 따라서 primary radar가 소형 비행기나 날렵한 전투기를 확인하는 것은 대형 상업용 제트기나 군용 폭격기를 확인하는 것보다 어렵다.

 

6. 미국의 모든 ARTCC 레이더와 많은 ASR은 Mode C에 질문하는 기능을, 그리고 적절한 장비를 갖춘 항공기의 고도 정보를 표시하는 기능을 갖추고 있다. 허나 몇몇 ASR은 Mode C를 표시하는 기능을 갖추고 있지 않으며 이 경우에는 조종사로부터 고도 정보를 얻어야 한다.