지난 몇 년 동안 평행 활주로들간의 간격을 줄일 수 있는 새로운 기술이 공항에 설치되었다. 이 시스템을 PRM이라 부르며이는 최신 레이더, 고화질 화면, 그리고 PRM 관제사로 구성된다. [그림 2-14]
PRM Radar
PRM은 MSSR(Monopulse Secondary Surveillance Radar) 사용한다. MSSR은 전자 주사 안테나를 사용한다. PRM은 스캔 속도에 제한이 없기 때문에 기존의 시스템보다 빠른 업데이트 속도를 제공할 수 있다. 따라서 항적에 대한 정확도, 해상도, 그리고 예상 경로가 더 훌륭하다. 이 시스템은 거리 30마일 및 고도15,000ft 이내의 공역에서 SSR을 장비한 항공기를 탐색, 추적, 처리, 그리고 표시하도록 설계되었다. 관제사로 하여금 시정 조치를 취하도록 경고하기 위해 시각 경보와 청각 경보가 생성된다.
PRM Benefits
보통 PRM은 중심선이 3,000 ~4,300ft 이하로 분리된 dual approaches에서 사용된다. [그림 2-15] 두 개의 final approach course를 분리하는 영역을 NTZ(No Transgression Zone)이라 부른다. 이 영역은 두 명의 관제사(각 접근마다 하나씩)에 의해 감시된다. 시스템 소프트웨어는 PRM 관제사에게 항공기 식별부호, 위치, 속도, 예상 위치, 그리고 시각 및 청각 경보를 제공한다.
조종사가 사전 준비를 해두고, 필요한 주파수를 최대한 많이 적어두고, 계획대로 비행이 완료될 수 없는 경우를 위한 대안을 염두에 두면 IFR 시스템을 유연하게 대처할 수 있다. 조종사는 특정 비행경로를 따라 이용할 수 있는 모든 시설과 서비스를 숙지해야 한다. [그림 2-16] 항상 가장 가까이에 존재하는 VFR conditions를 확인해야 하며 상황이 악화되면 해당 방향으로 향할 수 있도록 준비해둔다.
보통 IFR 비행은 다음과 같은 순서로 ATC 시설과 서비스를 사용한다(단, 관제탑이 운영되는 공항을 입출항하는 경우):
1. FSS: 출항 공항, 목적지 공항, 교체비행장, 그리고 항로의 기상 브리핑을 받는다. 그런 다음 1-800-WX-BRIEF에 전화하여 비행 계획서를 제출한다.
2. ATIS: 비행 전 점검을 완료한 후 현재의 상황과 사용 중인 접근을 확인한다.
3. Clearance Delivery: 지상 활주를 수행하기 전에 departure clearance를 받는다.
4. Ground Control: IFR 비행임을 알린 다음 taxi instructions를 받는다.
7. ARTCC: departure 관제사의 공역을 떠난 후 항공기는 Center로 이양된다. Center는 항로의 항공기들을 조정한다. 조종사는 여러 ARTCC 시설과 교신할 수 있다.
8. EFAS/HIWAS(Hazardous Inflight Weather Advisory Service): inflight weather 정보를 얻기 위해 주파수를 변경하기 전에 ATC와 조율한다.
9. ATIS: ATIS 정보를 얻기 위해 주파수를 변경하기 전에 ATC와 조율한다.
10. Approach Control: Center가 approach control로 관제를 이양한다. 여기서 조종사가 추가적인 정보와 clearance를 받는다.
11. Tower: 접근 허가가 발부되면 조종사는 tower에 교신하라는 지시를 받는다. 착륙 시 tower 관제사가 비행 계획서를 취소한다.
보통 IFR 비행은 다음과 같은 순서로 ATC 시설과 서비스를 사용한다(단, 관제탑이 운영되지 않는 공항을 입출항하는 경우):
1. FSS: 출항 공항, 목적지 공항, 교체비행장, 그리고 항로의 기상 브리핑을 받는다. 그런 다음 1-800-WX-BRIEF에 전화하여 비행 계획서를 제출한다. 소형 공항의 경우 Center에서 출발 위치와 도착 위치를 파악할 수 있도록 만들기 위하여 위도/경도 정보를 제공하라.
2. FSS나UNICOM: ARTCC와 협의되었다면 UNICOM 주파수로 ATC clearance를 신청 및 수신할 수 있다. 그렇지 않은 경우 FSS에 전화로 신청한다. ATC clearance를 신청하기 전에 모든 비행 전 준비가 완료되었는지 확인한다. clearance에는 clearance void time이 포함된다. 조종사는 void time 이전에 반드시 출항해야 한다.
3. ARTCC: 이륙 후 Center와 교신한다. 비행 도중 조종사는 여러 ARTCC 시설과 교신할 수 있다.
4. EFAS/HIWAS: inflight weather 정보를 얻기 위해 주파수를 변경하기 전에 ATC와 조율한다.
5. Approach Control: Center가 approach control로 관제를 이양한다. 여기서 조종사가 추가적인 정보와 clearance를 받는다. VMC 하에 착륙할 수 있다면 조종사는 착륙 전에 IFR clearance를 취소할 수 있다.
이 장에서는 항법 장비에 적용할 수 있는 기본 라디오 원리, 그리고 계기 비행 도중 이러한 시스템을 사용하는 방법에 대한 운영 지식을 제공한다. 이러한 정보는 모든 계기 절차들(SID, DP, holding pattern, 그리고 approach)에 대한 체계를 제공한다. 왜냐하면 각각의 기동들은 주로 항법 시스템을 사용하는 정교한 자세 계기 비행, 그리고 정교한 tracking으로 구성되기 때문이다.
전파는 주파수의 특성을 가진 전자파이다. 파동은 많은 힘을 잃지 않고도 공간(대기 안팎)을 통해 먼 거리를 이동한다. 안테나는 전류를 전파로 변환한다. 이로 인해 전파는 공간을 통해 수신 안테나까지 이동할 수 있다. 수신 안테나는 수신기가 사용할 수 있도록 전파를 다시 전류로 변환한다.
How Radio Waves Propagate
전파에 대한 전도성이나 저항력은 모든 물질에 대해 다양하다. 지구 자체는 전파에 대한 가장 큰 저항 장치 역할을 한다. 지면 근처를 이동하는 복사 에너지는 지면에 전압을 유도한다. 지면이 파장으로부터 에너지를 빼내기 때문이다. 이로 인해 안테나로부터의 거리가 커질수록 파동의 강도가 감소된다. 나무, 건물, 그리고 광물은 그 강도에 다양한 정도로 영향을 미친다. 대기 상층부의 복사 에너지도 마찬가지로 영향을 받는다. 왜냐하면 복사 에너지가 공기, 물, 그리고 먼지 분자에 의해 흡수되기 때문이다. 전파의 특성은 신호 주파수, 그리고 장비의 설계∙용도∙한계에 따라 달라진다.
Ground Wave
ground wave는 지구의 표면을 가로질러 이동한다. ground wave의 경로는 지구 표면과 전리층(이는 ground wave가 우주로 나가는 것을 막음)으로 둘러싸인 터널 안에 있다고 상상하면 된다. 일반적으로 주파수가 낮을수록 신호가 더 멀리 이동한다.
ground wave는 항법 목적으로 사용할 수 있다. 왜냐하면 ground wave는 항상 같은 경로를 따라 안정적이게, 그리고 예측 가능하게 이동하며 너무 많은 외부 요인의 영향을 받지 않기 때문이다. ground wave 주파수의 범위는 대략 100Hz부터 약 1,000kHz(1MHz)이다. 비록 이를 초과하는 ground wave가 있기는 하지만(최대 30MHz까지) 이러한 높은 주파수의 ground wave는 매우 짧은 거리에서 에너지를 잃는다.
Sky Wave
1~30MHz의 주파수를 가진 sky wave는 장거리에 유용하다. 왜냐하면 이러한 주파수는 전리층에 의해 굴절되어 신호가 높은 하늘로부터 지구로 보내져 먼 거리까지 수신되기 때문이다. [그림 9-1] 항공기의 HF(high frequency) 라디오는 50~100와트의 전력만을 사용하여 바다를 건너 메시지를 전송할 수 있다. sky wave를 생성하는 주파수는 항법에 사용되지 않는다. 왜냐하면 송신기에서 수신기까지의 신호 경로가 매우 가변적이기 때문이다. 파장은 전리층에서 굴절되는데 전리층은 항상 변화한다. 왜냐하면 태양 복사가 전리층에 도달하는 양이 달라지기 때문이다(밤/낮 및 계절의 변화, 흑점 활동, 등등). 따라서 sky wave는 항법 목적에 대해서는 신뢰할 수 없다.
sky wave(HF)는 항공 교신 목적을 위해선 약 80에서 90% 신뢰할 수 있다. HF는 더욱 신뢰할 수 있는 위성 통신으로 점점 대체되고 있다.
Space Wave
전리층을 통과할 수 있는 경우 15MHz 이상의 전파(최대 몇몇 GHz까지)는 space wave로 간주된다. 대부분의 항법 시스템은 신호가 space wave로 전파되는 상태에서 작동한다. 100MHz를 초과하는 주파수에는 ground wave나 sky wave가 거의 없다. space wave의 항법 신호는 전리층에 도달하기 전에 사용된다(단, GPS 제외). 따라서 전리층으로 인한 전파 오류의 영향이 미미하다. 전리층 통과로 인한 GPS 오류는 상당하기 때문에 GPS receiver system에 의해 수정된다.
space wave에는 단단한 물체에 반사되는 또 다른 특징이 있다. 따라서 송신기와 수신기 사이에 물체가 있다면 전파가 차단될 수 있다. VOR(very high omnidirectional range) 시스템에서 발생하는 site/terrain error, 그리고 propeller/rotor modulation error는 이러한 반사에 의해 발생한다. ILS course 왜곡 또한 이러한 현상의 결과이다. 이 때문에 ILS critical areas의 구축이 필요하게 되었다.
일반적으로 space waves는 “가시선”을 수신할 수 있다. 그러나 이 파장의 낮은 주파수는 가시선 바깥에서 약간 “굴절”한다. 108에서 118MHz의 VOR 신호는 962에서 1213MHz의 DME(distance measuring equipment)보다 낮은 주파수이다. 따라서 항공기가 VOR/DME station의 “가시선 바깥”을 비행할 경우 보통 DME가 먼저 기능을 정지한다.
Disturbances to Radio Wave Reception
정전기는 전파를 왜곡시켜서 통신 및 항법 신호의 정상적인 수신을 방해한다. 저주파 공중 장비(예를 들어 ADF-automatic direction finder, LORAN – LOng RAnge Navigation)들은 특히 정전기 교란의 대상이 된다. VHF(very high frequency)와 UHF(ultra-high frequency) 주파수들을 사용하면 방전 잡음의 영향을 피할 수 있다. 항법, 혹은 교신 무선 주파수에서 들리는 통신 소음은 항법 계기화면과의 간섭에 대한 경고일 수 있다. 강수 공전(P-static)으로 인해 발생하는 문제들 중 일부는 다음과 같다:
NDB는 지상의 무선 송신기이다. 이는 무선 에너지를 모든 방향으로 전송한다. ADF는 NDB로 향하는 항공기 방위를 결정한다. [그림 9-2] ADF 지시침은 NDB 지상국을 가리키며 이를 통해 송신국으로 향하는 RB(relative bearing)을 결정할 수 있다. RB이란 항공기의 heading과 bearing이 취해지는 방향 사이의 각도를 시계 방향으로 측정한 값이다. 항공기의 MH(magnetic heading)이란 항공기가 자북에 대해 가리키는 방향이다. MB(magnetic bearing)이란 자북을 기준으로 무선 송신국을 향하여 측정된 방향이다.
(출처: PHAK)
NDB Components
지상 장비인 NDB는 190 ~ 535 kHz 주파수 범위에서 전송을 수행한다. 대부분의 ADF는 AM broadcast band(550 ~ 1650 kHz)로 조정될 수 있다. 허나 이러한 주파수에서는 기지국이 연속적으로 자신을 식별하지 못하며 해당 주파수는 상공파 전파(skywave propagation)에 훨씬 더 취약하기 때문에 항법에 승인되지 않는다. NDB 기지국에서는 음송 송신이 가능하며 종종 AWOS(Automated Weather Observing System)을 전송하기 위해 사용된다. 항공기는 NDB의 운영 범위 내에 있어야 한다. 이 범위는 송신국의 전력 출력에 따라 달라진다. ADF의 지시를 따르기 전에 모스코드 식별부호를 듣고 송신국을 식별한다. NDB 송신국은 보통 두 개의 문자나 영숫자로 구성된다.
ADF Components
공중 장비는 두 개의 안테나, 수신기, 그리고 지시계기로 구성된다. “sense” antenna(무지향성)는 모든 방향에서 거의 동일한 효율로 신호를 수신한다. 반면 “loop” antenna는 두 방향(양방향성)에서 신호를 더 잘 수신한다. loop antenna와 sense antenna의 입력이 ADF 라디오에서 함께 처리될 경우 한 방향을 제외한 모든 방향에서 무선 신호를 잘 수신할 수 있으므로 모든 방향의 모호성을 해결할 수 있다. 지시계기는 네 가지 중 하나가 될 수 있다: fixed-card ADF, rotatable compass-card ADF, 혹은 one needle/dual needle RMI(radio magnetic indicator). fixed-card ADF(RBI - relative bearing indicator라고로 함)는 항상 계기 상단에 0을 지시하며 지시침은 지상국을 향한 RB를 표시한다. 그림 9-3은 RB 135도를 나타낸다. MH이 45도인 경우 기지국을 향한 MB는 180도이다. (MH + RB = MB)
(출처: Aeronautics-Guide)
movable-card ADF는 조종사로 하여금 계기 상단에 항공기 현재 heading을 입력할 수 있게 해준다. 지시침의 머리는 지시국으로 향하는 MB를, 그리고 지시침의 꼬리는 지시국으로부터의 MB를 지시한다. 그림 9-4는 45도의 heading을, 180도의 MB to the station을, 그리고 360도의 MB from the station을 나타낸다.
RMI는 자동으로 azimuth card를 회전시켜서 항공기 heading을 나타낸다는 점에서 movable-card ADF와 다르다. RMI에는 ADF나 VOR 수신기의 항법 정보를 표시할 수 있는 두 개의 지시침이 있다. 지시침이 ADF에 의해 작동할 경우 지시침의 머리는 MB To the station을 지시한다. 지시침의 꼬리는 기지국으로부터의 FROM 방위를 나타낸다. RMI 지시침이 VOR 수신기에 의해 작동할 경우 지시침은 항공기가 VOR 기지국을 기준으로 어디에 있는지를 나타낸다. 지시침은 To the station 방위를 azimuth card에 나타낸다. 지시침의 꼬리는 항공기가 현재 비행중이거나 교차중인 VOR radial을 나타낸다. 그림 9-5는 360도의 heading을, 005도의 MB to the station을, 그리고 185도의 MB from the station을 나타낸다.
Function of ADF
ADF를 통해 위치를 확인하고, inbound/outbound를 track하고, bearing을 교차할 수 있다. 이러한 절차는 체공과 비정밀 계기 접근을 수행하는데 사용된다.
Orientation
ADF 지시침은 항공기의 heading이나 위치에 관계없이 To the station을 가리킨다. 따라서 RB는 항공기 기수와 기지국 사이의 각도를 시계방향으로 측정한 것이다. 항공기의 세로축을 ADF dial이라 상상한 다음 기수/꼬리와 왼쪽/오른쪽 지시침 지시를 생각해본다. 지시침이 0도를 가리키고 있을 때 항공기의 기수는 기지국을 가리킨다. 지시침이 210도를 가리킬 때 기지국은 꼬리로부터 30도 왼쪽에 있다. 지시침이 90도를 가리킬 때 기지국은 우측 wingtip에 있다. RB만으로는 항공기 위치를 알 수 없다. 기지국으로부터의 to/from을 결정하기 위해선 RB를 항공기 heading과 연관 지어야 한다.
Station Passage
기지국에 가까이 있으면 특정 track으로부터 살짝만 벗어나도 지시침이 크게 편향된다. 따라서 최대한 빨리 정확한 편류 수정 각도를 설정하는 것이 중요하다. 지시침이 course로부터 벗어나는 것을 확인하였다면 즉시 미세한 heading 수정(5도 이하)을 만든다. 이는 지시침이 점점 wingtip position을 향해 회전하거나 불규칙한 왼쪽/오른쪽 진동이 나타낸다면 항공기는 기지국을 abeam 한 것이다. 이때 마지막으로 사용한 heading을 계속 유지한다. 그리고 지시침이 wingtip position이나 180도 근처에 놓이기까지 걸리는 시간을 측정한다. 기지국에 근접하였다는 첫 번째 징후로부터 기지국 통과가 확실해질 때까지 걸리는 시간은 고도에 따라 달라진다(낮은 고도에서는 몇 초가 걸리며 높은 고도에서는 3분까지 걸린다).
Homing
ADF는 기지국을 “home” 하는데 사용될 수 있다. homing이란 지시침이 0도 RB를 가리키도록 유지하는데 필요한 heading으로 항공기를 비행하는 것이다. 기지국으로 home 하려면 먼저 기지국을 동조하고, 모스 코드 신호를 식별하고, ADF 지시침이 0도 RB를 가리키도록 항공기를 기동한다. 항공기 선회 시 heading indicator를 사용해야 한다. 선회가 완료되면 ADF 지시침을 확인한 다음 필요에 따라 미세한 수정을 만든다.
그림 9-6은 50도의 MH과 310도의 RB에서 시작되는 homing을 나타낸다. 0도의 RB를 만들어내기 위해선 50도의 좌선회가 필요하다. 좌선회를 하여 360도에서 roll out을 한다. 그리고 ADF 지시침을 0으로 만들기 위한 미세한 heading 수정을 수행한다.
만약 바람이 없다면 항공기는 지상의 직진 경로를 따라 기지국으로 home 한다. 만약 측풍이 있다면 항공기는 직진 경로의 풍하쪽에서 곡선 경로를 따라 기지국으로 향한다.
Tracking
tracking은 측풍에 관계없이 특정 경로가 유지되는 heading을 사용한다. 기지국을 to/from 하는 일정한 MB를 유지하기 위해선 heading indicator와 ADF 지시침의 해석이 필요하다.
track inbound를 위해 0도 RB가 만들어지는 heading으로 선회한다. 지시침의 편차를 통해 off-course drift가 지시되기 전까지는 이 heading을 유지한다. 지시침이 왼쪽으로 움직이면 좌측에서 바람이 불어온다는 뜻이고 지시침이 오른쪽으로 움직인다는 것은 우측에서 바람이 불어온다는 뜻이다. 일정한 heading을 유지한 상태에서 방위가 급격하게 변화한다면 강한 측풍이 존재하거나 기지국에 가까워진 것이다. 지시침의 값이 확실히 변했다면(2도에서 5도) initial MB를 교차하기 위해 지시침이 편향된 방향으로 선회한다. 교차를 위한 각도는 편류의 값보다 커야한다. 그렇지 않으면 항공기를 밀어내는 바람으로 인하여 항공기가 천천히 편류한다. 교차를 위한 각도가 과하면 기지국으로 향하는 경로가 고리 모양처럼 되어 직진 경로에 비해 거리가 크게 증가한다. 교차 각도는 편류의 속도, 항공기의 속도, 그리고 기지국과의 근접도에 따라 달라진다. 교차를 위한 각도를 구할 때 보통 RB의 두 배를 적용한다.
예를 들어 현재 heading이 course와 같은 상황에서 지시침이 10도 좌측을 지시한다면 좌측으로 20도 선회한다(initial RB의 두배). [그림 9-7] 이는 RB를 교차하기 위한 각도이다. 지시침이 반대 방향으로 20도 편향되기 전까지는 이 heading을 유지한다. 즉, 지시침이 편향된 양이 곧 교차 각도인 것이다(이 경우엔 20도). overshoot을 방지하기 위해 track 교차 도중 lead를 적용한다. 그리고 inbound course를 향해 10도 선회한다. 이제 항공기는 10도의 좌측 수정 각도를 가진 상태로 inbound를 수행한다. RB와 WCA(wind correction angle)이 동일한 각도를 유지하면 항공기는 이 track을 유지한다.
NOTE: [그림 9-7] 기지국과 가장 가까운 항공기의 WCA는 좌측 10도이며 RB는 오른쪽 10도이다. 이 값이 변화하지 않으면 항공기는 기지국으로 곧장 향한다. 만약 off-course가 표시되었다면 initial interception heading으로 다시 선회한다. 원하는 경로가 다시 교차되었다면 inbound course를 향해 5도 선회한다. 이 결과로 항공기는 15도의 편류 수정을 적용하게 된다. 만약 초기의 10도 편류 수정이 과했다면 지시침이 오른쪽으로 움직일 것이다. 이 경우에는 desired course와 평행하도록 선회한 다음 바람이 항공기를 편류하도록 만든다. 지시침이 다시 0에 도달하였다면 더 적은 바람 수정 각도를 적용한다.
outbound track의 경우에도 동일한 원칙이 적용된다. 지시침이 왼쪽으로 움직이면 좌측에서 바람이 불어온다는 뜻이고 지시침이 오른쪽으로 움직이면 우측에서 바람이 불어온다는 뜻이다. 바람 수정은 지시침이 편향된 쪽으로 이루어진다. 유일하게 다른 점은 WCA를 설정하기 위해 선회할 때 지시침이 반대 방향으로 편향된다는 것이다. inbound tracking의 경우 WCA를 설정하기 위해 선회할 때 지시침의 편향이 감소한다. 반대로 outbound tracking의 경우 WCA를 설정하기 위해 선회할 때 지시침의 편향이 증가한다. 그림 9-8의 course interception and outbound tracking 예시를 참고하라.
Intercepting Bearings
특정한 inbound MB이나 outbound MB를 교차하기 위해 ADF orientation and tracking 절차를 사용할 수 있다. 355의 inbound bearing을 교차하기 위해 다음 단계를 사용할 수 있다. [그림 9-9]
1. 원하는 inbound bearing에 평행하도록 비행하여 기지국으로부터의 위치를 결정한다. 이 경우 heading 355로 선회한다. 기지국은 항공기의 오른쪽 전방에 있다.
2. 항공기의 기수로부터 지치침이 편향된 정도를 확인한다. 이 경우 RB는 우측 40도이다. 이 RB의 두 배를 교차 각도(80도)로 사용하는 것이 교차를 위한 rule of thumb이다.
3. 교차 각도만큼 항공기를 선회한다. 따라서 355도의 initial MB에서 80도 만큼 우선회를 수행한다. 즉, magnetic heading 075도로 선회한다(355 + 80 = 75).
4. 지시침이 0에서 “좌측”으로 80도 편향되기 전까지 이 heading(75도)을 유지한다(bearing이 변화하는 속도에 따라 적절한 lead를 적용한다).
5. 좌측으로 80도 선회한 후에 RB는 0을 가리켜야 한다. 또한 MB는 355도를 나타내야 한다. 이는 원하는 경로에 대한 교차가 제대로 이루어졌음을 나타낸다.
NOTE: 항공기의 위치가 기지국이나 WP(waypoint)에 가까워질수록 ADF 지시침의 움직임이 빨라진다.
outbound MB를 교차하는 방법은 inbound를 교차하는 방법과 동일하게 수행될 수 있다(단, 지시침의 위치를 180도 지점으로 바꿔야 함).
Operational Errors of ADF
ADF와 관련된 일반적인 실수가 아래에 나열되어 있다. 실수들은 다음과 같다:
1. heading indicator를 나침반과 동일하게 설정하지 못함. 이를 수행하지 않고 ADF approach를 비행하면 지형과 충돌할 수 있다(CFIT).
2. 부적절한 주파수 동조 및 식별. 많은 조종사들이 잘못된 기지국을 향하여 homing이나 tracking을 수행하는 실수를 저질렀다.
4. tracking 대신 homing 의존. 이는 ADF를 heading indicator와 연관시키지 않고 ADF만을 의존할 때 발생한다.
5. orientation and tracking을 위한 올바른 단계를 따르지 않아 위치 확인이 올바르지 못함.
6. 부정절한 교차 각도. 이는 위치 확인을 급하게 수행할 때 발생할 가능성이 매우 높다.
7. 미리 선정해둔 MB를 overshoot/undershoot함. 이는 보통 course를 교차하기 위한 각도를 잊어버렸을 때 발생한다.
8. 선정해둔 heading을 유지하지 못함. 모든 heading 변화는 ADF 지시침의 변화를 동반한다. 모든 계기를 판독하기 전에 계기들을 통틀어서 확인해야 한다.
9. ADF의 한계, 그리고 ADF에 영향을 미치는 요인들을 이해하지 못함.
10. 기지국에 가까워졌을 때 track을 과도하게 수정하여 ADF 지시침을 chase함. 이는 기지국에 접근하였다는 것을 이해하지 못하거나 인지하지 못했을 때 발생한다.
Very High Frequency Omnidirectional Range(VOR)
VOR은 민간 항공기가 사용하는 주요 항법 보조시설이다. VOR 지상국은 자북을 기준으로 하며 항공기에 방위각 정보(VOR 기지국으로부터의 360도 방향의 TO/FROM course)를 제공한다. VOR과 함께 DME가 설치되면 이를 VOR/DME라 부르며 방위각 정보와 거리 정보를 모두 제공한다. 만약 군사용 TACAN(tactical air navigation) 장비가 VOR과 함께 설치되면 이를 VORTAC이라 부르며 마찬가지로 방위각 정보와 거리 정보를 모두 제공한다.
기지국으로부터 뻗어나가는 경로를 radial이라 부른다. 항공기가 수신하는 VOR 정보는 항공기 자세나 heading의 영향을 받지 않는다. [그림 9-10] 항공기는 언제든 하나의 특정 radial에 위치할 수 있다. 예를 들어 aircraft A(heading 180)는 360 radial을 inbound 하고 있으며 기지국을 통과한 후에는 A1지점에서 180 radial을 outbound 하고 있다. aircraft B는 225 radial을 교차하고 있다. 이처럼 항공기는 기지국의 어느 지점에서든 특정 VOR radial의 어딘가에 위치할 수 있다. 또한 RMI의 VOR 지시침은 항상 VOR 기지국으로 향하는 경로를 가리키며 반대로 ADF 지시침은 항공기로부터의 RB를 통해 기지국을 가리킨다. position A에서 ADF 지시침은 바로 앞을 가리킬 것이고, A1에서는 항공기의 180도 지점(꼬리)을 가리킬 것이며, B에서는 항공기의 우측을 가리킬 것이다.
VOR 수신기는 기지국으로부터의 TO/FROM bearing을 나타낼 정보를 측정 및 표시한다. VOR에 의해 전송되는 항법 신호 외에도 모스 코드 신호가 동시에 전송된다. 이는 시설의 식별을 위함이다. 또한 교신, 그리고 기상 및 그 외의 정보 전달을 위해 음성 송신이 가능하다.
VOR은 운영 용도에 따라 분류된다. 표준 VOR시설은 약 200와트의 출력을 가진다. 그리고 항공기 고도, 시설의 등급, 시설의 위치, 지형 조건, 그리고 그 외의 요인들에 따라 최대 사용 가능 범위를 갖는다. 특정한 고도 및 거리 한계 이상에서는 다른 VOR 시설과의 신호 간섭, 그리고 신호의 약화로 인해 이를 신뢰할 수 없게 만든다. 정상적인 minimum IFR altitude에서의 VOR 범위는 일반적으로 최소 40마일이다. VOR 서비스 범위의 일부에서 정확도 문제가 있는 경우 NOTAM 및 A/FD의 NAVAID 명칭 아래에 나열된다.
VOR Components
VOR 지상 기지국은 자동 모니터링 시스템을 갖추고 있다. [그림 9-11] 모니터는 결함이 발생한 장비를 끄고 standby transmitter를 작동시킨다. 일반적으로 지상국으로부터의 신호 정확도는 1도 이내이다.
VOR 시설은 모스 코드, 혹은 음성을 통해 청각적으로 식별된다. VOR은 항법 신호와의 간섭이 없는 상태에서 지대공 교신에 사용할 수 있다. VOR 시설은 108.0 ~ 117.95 MHz 주파수 대역 내에서 작동한다. 108.0 ~ 112.0 MHz 사이의 주파수에서는 소수점 첫째자리가 짝수가 되도록 할당한다. 이는 소수점 첫째자리를 홀수로 사용하는 ILS localizer 주파수와의 충돌을 방지하기 위함이다.
공중 장비에는 안테나, 수신기, 그리고 지시계기를 포함한다. 수신기는 108 ~ 117.95 MHz의 주파수를 선택할 수 있는 frequency knob를 가지고 있다. ON/OFF/volume control은 항법 수신기를 켜며 오디오의 볼륨을 조절한다. 볼륨은 수신기의 작동에 영향을 미치지 않는다. 항법을 위해 계기에 의존하기 전에 기지국의 식별자를 들어야 한다.
VOR indicator는 그림 9-12에 표시된 필수 구성요소들을 가진다.
Omnibearing Selector
course가 course index에 정렬되기 전까지, 혹은 course window에 나타나기 전까지 OBS를 돌려서 원하는 course를 선택한다.
Course Deviation Indicator(CDI)
CDI는 계기판, 그리고 계기판을 가로질러 가로로 이동하는 지시침으로 구성된다. 조종사가 선택한 radial이나 해당 radial의 역수에 항공기가 위치하면 지시침이 중앙에 놓인다. CDI가 중앙으로부터 full needle deflection이 된 경우 이는 해당 경로로부터 항공기가 12도 이상 벗어난 것을 나타낸다. 중심 원의 가장자리는 경로로부터 2도를 벗어난 것을 나타내며 각 dot은 2도를 나타낸다.
(ATP: full scale deflection은 scale의 마지막 dot인 다섯 번째 dot이다. 따라서 CDI의 full scale deflection은 10도이다. scale을 벗어나면 다섯 번째 dot이 초과된다. 이 경우 항공기는 course로부터 12도 이상 벗어난 것이다.)
(ATP: 예를 들어 60마일 지점에서 full scale deflection이 된 경우 항공기는 course로부터 10마일 떨어져 있다. ※ 60:1 법칙 활용.)
TO/FROM Indicator
TO/FROM indicator는 특정 경로가 교차 및 비행되었을 때 항공기가 기지국을 향하여 TO 하는지, 혹은 기지국으로부터 FROM하는지를 나타낸다. 이는 현재 항공기가 기지국을 향해 to 하고 있는지 from 하고 있는지를 나타내지는 않는다.
Flags or Other Signal Strength Indicators
사용 가능한 신호인지 신뢰할 수 없는 신호인지를 나타내는 장치로 “OFF” flag가 사용될 수 있다. 신호의 강도가 충분하면 Off flag는 사라진다. 반대로 신호의 강도가 불충분하면 TO/FROM window에 OFF가 표시되거나 공백 상태가 된다.
이러한 계기로 HSI(horizontal situation indicator)가 사용될 수도 있다. HSI는 heading indicator와 CDI를 결합한다. [그림 9-13] VOR/Localizer(LOC)의 항법 정보와 항공기의 heading 정보를 결합하면 항공기의 위치와 방향을 시각적으로 파악할 수 있다. 이는 조종사의 업무량을 감소시킨다(특히 course 교차도중, back-course approach 비행도중, 혹은 holding pattern entry 도중). 이러한 계기의 작동 특성은 Chapter 5, Flight Instruments를 참조하라. [그림 9-14]
Function of VOR
Orientation
VOR은 항공기의 heading을 고려하지 않는다. 이는 기지국으로부터의 항공기 방향만을 가리킨다. VOR 수신기를 적절한 지상 기지국의 주파수로 설정한 다음 오디오 볼륨을 높이고 기지국의 신호를 식별한다. 그런 다음 OBS를 돌려 CDI 지시침이 중앙에 오게 하고 index 값을 확인한다.
그림 9-12에서는 360° TO가 course이다. 반면 그림 9-15에서는 180° TO가 course이다. 후자의 경우 항공기는 360° radial의 어느 지점에 위치하고 있음을 나타낸다. 항공기가 기지국을 통과하거나 기지국 근처에 있으면 CDI가 좌우로 벗어나기 시작한다. 이러한 zone of confusion은 안테나의 방사 패턴 때문에, 그리고 이로 인하여 reference signal과 variable signal이 매우 작고 지속적으로 변화하기 때문에 발생한다.
그림 9-15의 CDI는 180°를 지시한다. 이는 항공기가 기지국으로부터 180° radial이나 360° radial에 있음을 의미한다. TO/FROM indicator는 이 모호성을 해결한다. TO indicator가 표시되는 경우 이는 180° TO the station을 의미한다. FROM 지시는 기지국으로부터 현재 항공기가 위치한 radial을 나타낸다. CDI가 중앙으로부터 이동할 경우 이는 항공기가 180/360° radial로부터 편류하고 있음을 나타낸다. 만약 이러한 움직임이 빠르거나 왔다 갔다 한다면 이는 기지국 통과가 임박하였음을 나타낸다. 기지국으로부터의 항공기 위치를 결정하기 위해선 계기에 FROM이 표시되도록, 그리고 CDI 지시침이 중앙에 오도록 OBS를 돌려야 한다. index는 항공기가 위치한 VOR radial을 나타낸다. 기지국으로 향하는 inbound course는 radial의 역수이다.
의도한 course의 역수로 VOR을 설정하면 CDI가 reverse sensing을 나타낸다. 이때 지시침의 편향을 수정하기 위해선 지시침으로부터 반대쪽으로 향해야 한다. 이러한 reverse sensing을 방지하려면 의도하는 course가 VOR과 일치되도록 설정되어야 한다.
조종사는 하나의 NAVAID를 통해 radial 상 항공기 위치를 결정할 수 있다. 이 radial 상 항공기의 위치를 정확하게 찾기 위해서는 두 번째 NAVAID가 필요하다.
Tracking TO and FROM the station
기지국을 track 하기 위해선 TO가 표시될 때까지, 그리고 CDI가 중앙에 올 때까지 OBS를 돌려야 한다. 그리고 index에 표시된 course를 비행한다. 만약 CDI가 중앙에서 왼쪽으로 이동하면 좌측으로 course를 수정한다. 처음에는 20도 수정으로 시작한다.
index에 표시된 course를 비행할 때 지시침이 좌측으로 편향될 경우 이는 좌측풍이 있음을 나타낸다. 수정을 통해 지시침이 다시 중앙으로 돌아왔다면 수정 양을 반으로 줄인다. 만약 CDI가 왼쪽이나 오른쪽으로 움직인다면 이전보다는 훨씬 천천히 움직일 것이며 이번에는 더 작은 heading 수정이 만들어질 수 있다.
CDI를 중앙에 유지하면 항공기가 기지국으로 향한다. 기지국을 track 하고자 한다면 index의 OBS를 변경하지 않는다. 기지국을 home 하고자 한다면 CDI needle이 중앙에 오도록 주기적으로 돌려준다. 이때 index의 새로운 course를 항공기 heading으로 사용한다. homing은 ADF homing과 마찬가지로 빙 돌아가는 경로를 따른다.
기지국으로부터 FROM track을 수행하기 위해선 먼저 CDI 지시침이 중앙에 오도록, 그리고 FROM 지시가 나타나도록 OBS를 돌린다. 그리고 기지국에 대한, 그리고 특정 outbound track에 대한 항공기 위치를 확인한다. 기지국 상공을 통과하거나 intercept heading을 설정하여 해당 track을 교차한다. 특정 radial의 magnetic course를 index에 입력한 다음 CDI가 중앙에 올 때까지 intercept heading을 유지한다. 그런 다음 특정 radial을 outbound하기 위한 tracking 절차를 수행한다.
Course Interception
만약 원하는 course를 아직 비행하지 못하고 있다면 먼저 VOR 기지국으로부터의 항공기 위치를 결정한 다음에 intercept heading을 설정한다. 다음 절차를 통해 특정 course(inbound 및 outbound)를 교차할 수 있다. [그림 9-16]
1. 교차할 radial과 항공기가 위치한 radial 사이의 차이를 결정한다(205도 – 160도 = 045도).
2. 교차 각도를 결정하기 위해 그 차이를 2배로 한다. 이 값은 20도 이상 90도 이하여야 한다(45도 x 2 = 090도). 295도(205도 + 090도)의 heading이 course 교차에 사용된다.
3. 원하는 radial이나 inbound course를 향해 OBS를 돌린다.
4. intercept heading으로 선회한다.
5. CDI가 중앙에 올 때까지 이 heading을 유지한다. (course 중심선에 가까워지는 속도를 판단하여 선회로부터 lead를 잡는다. 이는 course의 overshoot을 방지한다.)
6. 특정 course에 해당하는 MH으로 선회한 다음 inbound/outbound tracking 절차를 따른다.
VOR Operational Errors
일반적인 조종사 실수들은 다음과 같다:
1. 기지국의 동조 및 식별이 부주의함.
2. 수신기의 정확도/민감도를 확인하지 못함.
3. 잘못된 방향으로 선회함. 이러한 실수는 본인의 위치를 시각화하기 전까지 일반적으로 발생한다.
4. ambiguity(TO/FROM) indicator를 확인하지 못함. 특히 course reversals 도중 이를 확인하지 못하면 reverse sensing으로 이어져서 잘못된 방향으로 수정을 적용하게 된다.
5. course 교차 도중 radial을 overshoot 하거나 undershoot 함.
6. tracking 도중 과도한 수정을 적용함(특히 기지국에 가까울 때).
7. 기지국을 통과하였다 잘못 해석함. ON/OFF flag를 갖추지 아니한 VOR 수신기로 음성 송신을 수행하면 ambiguity meter에서 TO/FROM 변화가 발생할 수 있다(마치 기지국을 통과할 때처럼). 결정을 내리기 전에 모든 수신기들(TO/FROM, CDI, 그리고 OBS)을 확인한다. 음성 송신 도중에는 VOR이 표시하는 정보를 사용하지 않는다.
8. CDI를 chase하여 tracking 대신 homing을 수행함. heading 조작이 부주의하거나 바람 수정이 이루어지지 못하면 이러한 실수가 발생한다.
VOR Accuracy
VOR의 유효성은 지상 장비와 공중 장비의 올바른 사용 및 조정에 달려 있다.
VOR course의 정확도는 보통 ±1도이다. 일부 VOR에서는 약간의 course roughness가 발생할 수도 있으며 이는 course needle이나 flag alarm을 통해 확인된다. 산악 지형에 위치한 일부 기지국에서 조종사는 때때로 course needle이 순간적으로 진동하는 것을 확인할 수 있다(마치 기지국에 근접할 때 표시되는 진동과 유사함). 익숙하지 않은 경로를 비행하는 조종사들은 이러한 진동에 주의를 기울여야 한다(특히 TO/FROM indicator를 통해 기지국 통과를 판단하는 경우).
특정 프로펠러 rpm은 VOR CDI를 ±6도까지 변동할 수 있게 만든다. RPM을 약간 변경하면 이러한 roughness가 완화된다. 조종사는 VOR 기지국이나 항공기 장비가 만족스럽지 못하다고 보고하기 전에 이 현상을 확인해야 한다.
VOR Receiver Accuracy Check
OBS를 돌려서 CDI를 이동시킬 때 그 변화율을 확인함으로써 VOR 시스템의 course 민감도를 확인할 수 있다. 선택한 course가 10도나 12도를 초과해서는 안 된다. 또한 14 CFR part 91은 IFR 하에 비행하려는 항공기로 하여금 30일 이내에 특정 VOR 정확도 검사를 검사받도록, 그리고 적절한 endorsement를 받도록 규정한다. 이러한 요구 사항을 준수하기 위해, 그리고 시스템의 만족스러운 작동을 보장하기 위해 다음 수단을 사용한다:
1. VOT(VOR test facility)나 radio repair station에서 방사된 테스트 신호.
2. 지상 점검지점.
3. 공중 점검지점.
VOR Test Facility(VOT)
1. FAA VOT는 테스트 신호를 전송한다. 이는 VOT가 위치한 지상에서 VOR 수신기의 작동 상태와 정확도를 확인할 수 있는 편리한 수단을 제공한다. VOT의 위치는 A/FD에 게재된다. 두 가지 식별 방법이 사용된다: 하나는 일련의 dot이고 다른 하나는 연속적인 음조이다. 각각의 테스트 신호 정보는 해당 지역의 FSS(flight service station)에서 확인할 수 있다. VOT를 공중에서 사용하는 것은 허용된다(단, 이는 A/FD나 적절한 supplement에서 특별히 승인하는 지역/고도로 제한됨).
VOT를 사용하려면 VOR 수신기에 VOT 주파수인 108.0 MHz를 동조한다. CDI가 중앙에 있을 때 OBS가 0을 가리킴과 동시에 TO/FROM indication은 FROM을 나타내야 한다(혹은 OBS가 180을 가리킴과 동시에 TO/FROM indication은 TO를 나타내야 함). VOR 수신기가 RMI를 작동시키는 경우에는 모든 OBS 설정에서 180도를 나타낸다.
radio repair station으로부터 방사되는 VOT는 FAA VOT 신호와 동일한 목적을 수행한다. 테스트 방식은 VOT와 거의 동일한 방식으로 수행된다(약간의 차이는 있음).
FCC(Federal Communications Commission)가 일반적으로 승인하는 주파수는 108.0 MHz이다. 단, repair station은 VOR 테스트 신호를 끊임없이 방사할 수 없다. 항공기의 소유자/운영자는 테스트 신호가 전송되도록 repair station과 협의해야 한다. repair station의 대표자는 radial의 정확도와 송신 날짜를 증명하는 기록을 항공기 로그북이나 그 외 영구 기록지에 작성해야 한다.
Certified Checkpoints
공중 점검지점과 지상 점검지점은 특정 radial로 구성되며 이를 공항 표면의 특정한 지점에서, 혹은 공항 근처의 특정 지형지물 상공에서 수신해야 한다. 이러한 점검지점 위치는 A/FD에 게재된다.
지상 점검 도중 오차가 ±4도를 초과한 경우, 혹은 공중 점검 도중 오차가 ±6도를 초과한 경우에는 IFR 비행을 수행해서는 안 된다. VOR 수신기를 점검할 때 제조업체에서 제공하는 correction card 값 이외의 수정을 적용해서는 안 된다.
dual system VOR(안테나를 제외하고는 서로 독립적인 장치들)이 항공기에 설치된 경우에는 하나의 시스템을 다른 시스템과 비교하여 점검될 수 있다. 두 시스템을 동일한 VOR 지상 시설로 동조한 다음 기지국으로 향하는 방위를 확인한다. 두 방위 사이의 최대 허용 편차는 4도이다.
Distance Measuring Equipment (DME)
DME가 VOR과 함께 사용되면 조종사는 항공기의 정확한 지리적 위치를 결정할 수 있다. 이러한 위치 정보에는 기지국으로부터의 항공기 방위와 TO/FROM 거리가 포함된다. 항공기의 DME는 interrogating radio frequency(RF) pulses를 전송하며 지상 시설의 DME 안테나가 해당 신호를 수신한다. 이 신호는 지상 수신기를 작동시키며 질문 항공기에게 응답하게 만든다. 항공기의 DME 장비는 질문 신호를 보낸 시점으로부터 지상국의 응답 신호를 수신하는데 걸린 경과 시간을 측정한다. 이렇게 측정된 시간이 기지국으로부터의 거리(NM)로 변환된다.
일부 DME 수신기는 지상국에 대한 항공기 위치의 변화율을 통해 groundspeed(knots)를 제공한다. 단, 기지국을 일직선으로 to/from tracking 하는 경우에만 groundspeed 값이 정확하다.
DME Components
FAA가 설정한 VOR/DME, VORTAC, ILS/DME, 그리고 LOC/DME 항법 시설들은 frequency pairing에 따라 결합된 구성 요소들로부터 경로 및 거리 정보를 제공한다. DME는 962 ~ 1213 MHZ 사이의 UHF 주파수대에서 작동한다. 자동으로 DME를 선택하는 장비로 특정 VOR/DME, VORTAC, ILS/DME, 그리고 LOC/DME를 선택하면 동일한 소스로부터 방위각 및 거리 정보를 수신할 수 있다. 일부 항공기는 별도의 VOR 수신기와 DME 수신기를 가지고 있으며 각 수신기는 적절한 항법 시설에 맞춰 조정되어야 한다. 공중 장비에는 안테나와 수신기가 포함된다.
DME 수신기로 조종사가 제어할 수 있는 기능은 다음과 같다:
Channel(Frequency) Selector
많은 DME 장비는 이와 연관된 VHF 라디오와 채널링 되거나, 혹은 DME를 채널링 할 VHF 라디오를 선택할 수 있도록 selector switch를 갖는다. 자체적으로 주파수를 선택하는 DME의 경우에는 관련 VOR/DME나 VORTAC의 주파수를 사용한다.
ON/OFF/Volume Switch
DME 식별자는 이와 연관된 VOR 식별자나 LOC 식별자보다 약간 높은 톤으로 들린다. DME 식별자는 VOR 식별자나 LOC 식별자가 3 ~ 4회 들릴 때마다 한 번씩 들린다. 만약 약 30초마다 오직 하나의 식별자만 들린다면 현재 DME는 작동 중이지만 이와 연관된 VOR이나 LOC는 작동하지 않는 것이다.
Mode Switch
mode switch는 거리(DIST나 NM), groundspeed, 그리고 기지국까지의 시간 중 하나를 선택한다. 여기에는 하나 이상의 HOLD 기능이 있을 수 있는데 이는 스위치가 hold position에 놓이기 전에 선택된 기지국으로 DME 채널이 유지되게 해준다. 해당 기능은 ILS와 DME가 병치되어있지 않은, 허나 그 근처에 VOR/DME가 있는 곳에서 유용하다.
Altitude
일부 DME는 경사 오차를 수정한다.
Function of DME
DME는 DME 송신기로부터의 거리를 결정하기 위해 사용된다. 다른 VHF/UHF 항법 보조 장치에 비해 DME는 매우 정확하다. 기지국으로부터 일정한 거리를 비행하기 위해 DME를 사용할 수 있는데 이를 DME arc라 부른다.
DME Arc
DME arc가 포함된 IAP(instrument approach procedure)가 많이 있다. 이러한 arc를 교차 및 유지하기 위한 기법은 DME 정보를 제공하는 모든 시설에서 적용될 수 있다. 이러한 시설은 final approach 안내를 제공하는 시설과 결합될 수도 있고 결합되지 않을 수도 있다.
DME arc의 예로 그림 9-17을 참조하여 다음을 수행하라:
1. OKT의 325 radial을 track inbound함과 동시에 DME 거리를 주기적으로 확인한다.
2. 150 knots 미만의 groundspeeds인 경우 0.5NM의 lead가 적절하다. 10.5마일에서 arc를 향해 선회를 시작한다. groundspeed가 높을수록 이에 비례하여 lead를 더 크게 사용한다.
3. 대략 90도 동안 선회를 계속한다. roll-out heading은 055도이다(단, 무풍 조건인 경우).
4. 선회의 마지막 부분에서 DME를 주의 깊게 관찰한다. 만약 arc를 overshot(1.0NM 이상) 하였다면 원래 계획하였던 roll-out heading보다 더 선회한다. 만약 arc를 undershot 하였다면 roll-out을 일찌감치 시작한다.
outbound 도중에 10 DME를 교차하는 절차는 기본적으로 동일하다. lead point는 9.5NM이다.
바람이 있는 상황에서 DME arc를 비행하는 경우에는 시설에 대한 항공기의 위치를 지속적으로 파악하는 것이 중요하다. 편류 수정 각도는 arc에 걸쳐 지속적으로 변화하기 때문에 바람의 방위를 측정하는 것이 중요하다. 경우에 따라 바람을 이용하여 원하는 경로로 되돌아갈 수 있다. 항공기 속도가 높다면 조종사의 주의가 더욱 필요하다. 왜냐하면 편차가 발생하는 속도, 그리고 이러한 편차가 수정되는 속도가 더 빠르기 때문이다.
항공기가 arc의 약간 안쪽에 있으면 arc를 유지하는 것이 쉬워진다. 왜냐하면 arc가 항공기와 가까워지는 상태이므로 직진 경로를 유지하는 것만으로도 arc가 교차되기 때문이다. 항공기가 arc의 바깥쪽에 있으면 arc가 항공기로부터 멀어지는 상태이므로 더 큰 수정이 필요하다.
VOR CDI를 사용하여 arc를 비행하는 경우에는 arc 교차를 위한 90도 선회가 완료되었을 때 CDI 지시침을 중앙에 오도록 만든다. 항공기의 heading은 계기의 좌측(270도)이나 우측(90도) 근처에 있다. 해당 값은 arc를 비행하는 동안 primary heading 정보를 제공한다. 바람을 수정하기 위해, 그리고 정확한 arc 거리를 유지하기 위해 항공기 heading을 조절한다. CDI가 중앙으로부터 2 ~ 4도 벗어나면 CDI를 다시 중앙에 오게 만들고 새로운 primary heading을 확인한다.
무풍 조건에서 RMI를 사용하는 경우에는 90도나 270도의 RB를 유지함으로써 시설 주위를 정확한 원으로 비행할 수 있다. 실제 연습 도중에는 일련의 짧은 구간들을 비행한다. 그림 9-18의 arc를 유지하기 위해 다음과 같이 진행한다:
1. 항공기가 적절한 DME 거리에 놓여 있으며 RMI bearing pointer를 wingtip(90도나 270도 지점)에 두었다면 일정한 heading을 유지하되 bearing pointer가 wingtip으로부터 5 ~ 10도 아래로 이동하도록 둔다. 이는 DME 거리가 약간 증가하게 만든다.
2. bearing pointer가 wingtip보다 5 ~ 10도 위로 이동하도록 시설을 향해 선회한다. 그리고 bearing pointer가 다시 wingtip 아래로 이동할 때까지 heading을 유지한다. 적절한 arc를 유지하기 위해 이 절차를 반복한다.
3. 만약 측풍으로 인해 항공기가 시설 바깥으로 편류하였다면 bearing pointer가 wingtip 위에 놓일 때까지 선회한다. 만약 측풍으로 인해 항공기가 시설 안쪽으로 편류하였다면 bearing pointer가 wingtip 아래에 놓일 때까지 선회한다.
4. arc로부터 1/2마일의 편차가 발생할 때마다 RB를 10 ~ 20도 변경한다. 예를 들어 항공기가 arc 바깥쪽으로 1/2 ~ 1마일 벗어나 있으며 bearing pointer가 wingtip에 있다면 arc로 돌아가기 위해 시설 쪽으로 20도 선회한다(단, 무풍 조건인 경우).
RMI가 없다면 방향정위가 더 어렵다. 왜냐하면 방위각을 직접 참조할 수 없기 때문이다. 허나 방위각 정보를 위해 OBS와 CDI를, 그리고 arc 거리를 위해 DME를 사용하여 이 절차를 비행할 수 있다.
Intercepting Lead Radials
lead radial은 arc에서 inbound course를 향해 선회를 시작하는 radial이다. 이러한 lead radial은 arc의 반지름, 그리고 groundspeed에 따라 달라진다. 일반적인 범용 항공 항공기의 경우(150노트 이하) lead radial은 5도 미만이다. arc에서 radial을 교차하는 것과 직진 경로에서 radial을 교차하는 것 사이에는 차이가 없다.
RMI를 사용하는 경우에는 arc 비행 도중 bearing의 움직임을 면밀히 살펴야 한다. inbound course를 최대한 빨리 설정한 다음에 대략적인 lead를 결정한다. 그리고 이 지점에 도달하면 선회를 시작한다. RMI가 없는 경우에도 이와 동일한 방법이 사용된다(단, 이 경우에는 OBS와 CDI를 통해서만 방위각 정보를 사용할 수 있다).
DME arc에서 localizer를 교차하는 방법도 이와 유사하다. 하나의 VOR/LOC 수신기를 가진 조종사는 lead radial(그림 9-19의 LR 223나 LR 212)에서 localizer 주파수를 설정해야 한다. 만약 dual VOR/LOC 수신기를 가지고 있다면 하나의 장치는 방위각 정보를 위해 사용되고 다른 하나는 localizer 주파수로 설정될 수 있다. 차트의 lead radial은 7도의 lead를 제공하므로 LOC 지시침이 중앙으로 이동하기 전까지 half-standard rate turn을 사용해야 한다.
DME Errors
DME/DME fix(두 개의 DME 기지국으로부터 발생한 두 개의 DME 라인을 기반으로 하는 위치)는 VOR 및 DME fix보다 더 정확한 항공기 위치를 제공한다.
DME 신호는 가시선이다. 거리 값은 항공기로부터 DME 지상 시설까지의 직선거리이며 일반적으로 경사 거리(slant range distance)라 부른다. 경사 거리는 항공기 안테나로부터 지상국까지의 거리를 의미한다. 반면 GPS 시스템은 WP에서 항공기까지의 수평 거리를 제공한다. 따라서 0.5마일 지점에서 고도 3,000ft에 있을 때 DME는 0.6NM(경사 거리)을 표시하는 반면 GPS는 실제 수평 거리인 0.5 DME를 표시한다. 이러한 오차는 항공기가 시설에 가까워질수록 커진다(특히 DME 수신기가 시설로부터의 높이(NM)를 나타내는 경우). 항공기가 고도 1,000ft 마다 지상 시설로부터 1마일 이상 떨어져 있다면 경사 거리 오차가 무시될 수 있다.
Area Navigation(RNAV)
RNAV 장비에는 VOR/DME, LORAN, GPS, 그리고 INS가 포함된다. RNAV 장비는 항공기의 위치, 실제 track, 그리고 groundspeed를 계산하며 조종사에게 유용한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보에는 특정 track이나 WP에 대한 거리, cross-track error, 그리고 예상 시간이 포함될 수 있다. 또한 RNAV 장비는 IFR 하에 사용될 수 있도록 승인되어야 한다. 어떤 장비가 항공기에 설치되어 있는지, 어떤 운영이 승인되어 있는지, 그리고 장비에 대한 세부 사항이 어떠한지를 확인하기 위해 POH/AFM을 참조해야 한다. 일부 항공기는 두 개 이상의 RNAV 입력을 허용하는 장비를 갖추고 있다. 이는 매우 정확하고 신뢰할 수 있는 항법을 제공한다.
VOR/DME RNAV
VOR RNAV는 컴퓨터를 통해 WP를 생성하기 위하여 VORTAC이나 VOR/DME 정보를 사용한다. 그림 9-22를 보자. A의 값은 VOR/DME를 향해 측정된 DME 거리이다. B(VOR/DME로부터 WP까지의 거리)와 angle 1(VOR/DME에서 WP로 향하는 bearing)은 조종실에서 설정된 값이다. angle 2(VOR/DME에서 항공기로 향하는 bearing)은 VOR 수신기에 의해 측정된다. 컴퓨터는 angle 1과 angle 2를 계속하여 비교한 다음 angle 3과 C를 결정한다. 이는 항공기에서 WP로 향하는 거리(NM)와 magnetic course이다. 해당 정보가 조종실 화면에 안내 정보로서 표시된다.
VOR/DME RNAV Components
RNAV 계기는 제조업체마다 다르긴 하지만 대부분이 CDI와 연결되며 VOR이나 RNAV를 선택하기 위한 switch/knob가 있다. 보통 VOR이 선택되었는지, 혹은 RNAV가 선택되었는지를 알려주는 light/indicator가 있다. [그림 9-23] 화면에는 WP, 주파수, 사용 중인 모드, WP radial/distance, DME 거리, groundspeed, 그리고 기지국까지의 거리가 표시된다.
대부분의 VOR/DME RNAV 시스템에는 다음과 같은 기능이 있다:
1. VOR/DME 기지국의 주파수를 선택하기 위한 OFF/ON/Volume control
2. MODE select switch는 VOR/DME mode를 다음과 같이 선택하기 위해 사용된다:
a. angular course width deviation(standard VOR operation)
b. linear cross-track deviation(±5 NM full scale CDI).
3. RNAV mode. direct to WP를 수행할 경우 linear cross-track deviation은 ±5NM이다.
4. RNAV/APPR (approach mode). full scale CDI deflection 시 linear deviation은 ±1.25NM이다.
5. WP select control. 일부 장치는 두 개 이상의 WP를 저장할 수 있다. 이 버튼을 통해 저장된 WP를 선택할 수 있다.
6. data input controls. 이를 통해 조종사는 WP number, VOR 주파수나 LOC 주파수, 그리고 WP radial/distance를 입력할 수 있다.
VOR/DME mode에서는 기지국을 향해 일직선으로 to/from 하는 경우에만 DME의 groundspeed 값이 정확하다. 그러나 RNAV mode에서는 모든 track에서의 groundspeed 값이 정확하다.
Function of VOR/DME RNAV
VOR/DME RNAV 시스템의 장점은 WP의 위치를 정확히 찾아낼 수 있는 공중 컴퓨터의 기능에서 비롯된다(단, 항공기가 VOR 시설과 DME 시설의 수신 범위 내에 있는 한). 이러한 일련의 WP들이 RNAV 경로를 구성한다. 차트에 게재되지 않은 임의의 RNAV 경로가 IFR 하에 비행될 수 있다(단, ATC에 의해 승인된 경우). RNAV DP와 RNAV STAR는 DP 책자와 STAR 책자에 포함되어 있다.
VOR/DME RNAV 접근 절차 차트 또한 사용될 수 있다. 그림 9-24는 VOR/DME RNAV chart의 일부를 나타낸다. WP identification box는 다음 정보들을 포함한다: WP 이름, 좌표, 주파수, 식별자, 기지국에서 WP까지의 radial, 그리고 기지국의 표고. IAF, FAF, 그리고 MAP에는 라벨이 붙는다.
IFR 하에 경로나 접근을 비행하기 위해선 항공기에 설치된 RNAV 장비가 IFR 운영을 위해 승인되어야 한다.
일부 장치의 경우 VNAV(vertical navigation) mode가 수직 안내도 제공한다. 하강이 시작되는 지점과 하강이 종료되는 지점을 WP로 선택한다. RNAV 장비는 groundspeed를 이용하여 하강률을 계산하며 일부 장비는 이러한 수직 안내 정보를 GS indicator에 표시한다. 이러한 수직 안내 정보는 비정밀 접근의 일부가 아니라는 것을 명심하라. 차트에 게재된 비정밀 접근 고도를 반드시 준수해야 한다(단, ATC가 달리 지시한 경우 제외).
RNAV를 사용하여 WP로 비행할 경우 다음 절차를 준수한다 [그림 9-25]:
1. VOR/DME 주파수를 선택한다.
2. RNAV mode를 선택한다.
3. WP를 통과하는 VOR radial을 선택한다(225도).
4. DME와 WP 사이의 거리를 선택한다(12NM).
5. 모든 입력들을 확인한 다음 CDI 지시침이 중앙에 오게 만든다(TO indicator가 나타나야 함).
6. CDI 지시침을 중앙으로 유지하기 위한 heading(바람 수정 적용)을 비행한다.
7. CDI 지시침은 dot 당 1NM의 거리를 나타낸다. DME는 WP로부터의 거리(NM)를 나타낸다. groundspeed는 WP를 향한 속도(knots)를 나타낸다. TTS(time to station)은 WP까지의 시간을 나타낸다.
VOR/DME RNAV Errors
이 시스템의 한계는 수신 범위이다. 게재된 접근들은 이러한 문제에 대한 테스트를 받는다. VOR/DME 시설로부터 멀리 떨어진 공항으로 하강/접근을 수행하는 것이 불가능할 수도 있다. 왜냐하면 접근 도중 항공기가 시설의 수신고도 미만으로 내려갈 수도 있기 때문이다.
GNSS는 시간 및 거리 정보를 포함한 고주파 신호를 제공하는 위성군이다. 수신기는 이러한 신호를 수신한다. [그림 9-26] 서로 다른 위성으로부터 여러 개의 신호를 수신하는 수신기는 이 위성들을 통해 그 위치를 삼각 측량할 수 있다.
오늘날 세 개의 GNSS가 존재한다: 미국의 시스템인 GPS, 러시아의 GLONASS, 그리고 유럽의 시스템인 Galileo.
1. GLONASS는 24개의 위성으로 구성된 네트워크이다. 모든 GLONASS 수신기는 이 위성들을 수신함으로써 자신의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
2. Galileo는 30개의 위성 네트워크가 될 계획이다. 이 위성들은 시간 및 거리 정보를 포함한 고주파 무선 신호를 지속적으로 전송한다. Galileo 수신기는 이러한 신호들을 수신할 수 있다.
3. GPS는 1992년에 24개의 위성으로 연결되었고 오늘날에는 30개의 위성을 사용한다.
Global Positioning System(GPS)
GPS는 위성 기반의 무선 항법 시스템이다. 이는 수신기가 사용하는 신호를 방송함으로써 세계 어느 곳에서나 정확한 위치를 결정한다. 수신기는 여러 위성을 추적한 다음 사용자 위치를 결정하는데 사용된 측정값을 결정한다. [그림 9-27]
미국 국방부(DOD)는 GPS를 우주 기반의 위치, 속도, 그리고 시간 시스템으로 개발 빛 배치하였다. 미국 국방부는 GPS 위성군의 운영을 담당하며 이들의 올바른 작동을 보장하기 위해 위성을 지속적으로 모니터링 한다. GPS 시스템은 지구 중심의 좌표를 결정할 수 있게 해주며 항공기의 위치를 제공한다. 위성 항법 시스템은 날씨의 영향을 받지 않는다. 이는 또한 oceanic airspace 및 특정한 지역에서 주요 항법 수단으로 사용하기 위한 civil requirement를 완전히 충족한다. 올바르게 증명된 GPS 장비는 국내 en route, terminal 운영, 그리고 특정 IAP를 위한 IFR 항법의 보조 수단으로 사용될 수 있다. 항법 값들(예를 들어 WP까지의 거리 및 방위, groundspeed)은 항공기의 현재 위치(위도 및 경도)와 WP의 위치로부터 계산된다. 경로 안내는 지정된 WP 사이의 대권 경로로부터 선형 편차로서 제공된다.
다른 국가에서는 IFR을 위해 GPS가 승인되지 않을 수 있다. 조종사는 GPS를 사용하기 전에 GPS가 해당 국가의 승인을 받았는지 확인해야 한다.
GPS Components
GPS는 세 가지 elements로 구성된다: space, control, user.
space element는 30개 이상의 Navstar 위성으로 구성되어 있다. 이 위성들의 무리를 constellation이라 부른다. space element는 6개의 궤도면에 있는 24개의 NAVSTAR(Navigation System using Timing and Ranging) 위성으로 구성되어 있다. 완벽한 범위를 위해 각 평면의 위성들은 60도의 간격을 두고 있다. 그리고 지구에서 약 11,000마일 떨어진 곳에 위치한다. 지구상의 비행기들은 언제든지 5개의 위성을 볼 수 있도록 배열되어 있다. 현재 궤도에는 최소 31개의 BLOCK II/IIA/IIR 및 IIR-M 위성이 있으며 추가로 대체 위성과 예비 위성이 있다. GPS 위성군은 의사난수 코드 타이밍 신호와 데이터 메시지를 방송한다. 항공기 장비는 위성의 위치 및 상태 데이터를 얻기 위해 이 방송을 처리한다. 각 위성의 정확한 위치를 앎으로써, 그리고 위성의 원자시계와 정확하게 시간을 일치시킴으로써 항공기 수신기/처리 장치는 각 신호가 수신기에 도달하는데 걸리는 시간을 정확하게 측정한다. 이를 통해 항공기 위치를 결정할 수 있다.
control element는 지상 기반 GPS monitoring stations와 control stations의 네트워크로 구성된다. 이는 위성의 위치와 시계의 정확성을 보장한다. 현재 이것은 다섯 개의 monitoring stations, 세 개의 지상 안테나, 그리고 master control station을 가지고 있다.
user element는 항공기에 탑재된 수신기/처리 장치로 구성된다. 이는 사용자에게 위치, 속도, 그리고 정확한 시간을 제공한다. IFR 하에 운영되는 동안 사용되는 GPS 장비는 TSO(Techinical Standard Order) C-129에 명시된 표준을 충족해야 하고, 감항 조건을 만족해야 하고, 해당 IFR운영에 대해 “승인”되어야 하며, 해당 POH/AFM이나 flight manual에 따라 작동되어야 한다.
IFR 하에 작동하는 경우 적절한 운영(예를 들어 en route, terminal, 그리고 instrument approach)을 지원하는 GPS 데이터베이스가 필요하다. 항공기의 GPS 항법 데이터베이스에는 IFR 운영에 대해 GPS 항법이 승인된 지역의 WP가 포함되어 있다. 조종사는 데이터베이스에서 원하는 WP를 선택한다. 또한 조종사는 비행을 위해 사용자 정의의 WP를 추가할 수 있다.
TSO C-115a, VFR(visual flight rules), 그리고 휴대용 GPS 시스템에 따라 승인된 장비는 TSO C-129의 조건을 충족하지 않는다. 또한 IFR 항법, 계기 접근, 혹은 주요 계기 비행 기준으로 승인되지 않는다. IFR 운영 도중 이러한 장치들(TSO C-115a)은 상황 인식에 대한 보조 장치로 간주될 수 있다.
GPS/WAAS IFR 운영 전에 조종사는 적절한 NOTAM 및 항공 정보를 검토해야 한다. 이러한 정보는 FSS(flight service station)에 요청하여 얻을 수 있다. FAA는 조종사에게 WAAS의 상태, 그리고 이용 가능한 서비스 수준에 대해 조언하는 NOTAM을 제공한다.
Function of GPS
GPS는 정확한 기준점 역할을 하는 위성 집단으로부터의 거리 및 삼각측량 개념에 기초한다. 수신기는 mask angle(위성을 사용할 수 있는 수평선 위의 가장 낮은 각도) 위에 있는 최소 4개의 위성 데이터를 사용한다.
항공기 GPS 수신기는 무선 신호의 이동 시간을 사용하여 위성으로부터의 거리를 측정한다. 각 위성은 course/acquisition(CA) code라 불리는 특정 코드를 전송한다. 여기에는 위성의 위치, GPS 시스템 시간, 전송된 데이터의 상태 및 정확성에 대한 정보를 포함한다. 신호가 이동하는 속도(대략 초당 186,000마일)와 정확한 방송 시간을 알면 도착 시간을 통해 신호가 이동한 거리를 계산할 수 있다. 이러한 방법에서 도출된 거리는 의사거리라 불린다. 왜냐하면 이는 거리를 직접 측정하는 것이 아니라 시간에 따라 측정한 것이기 때문이다. 수신기는 위성까지의 거리, 그리고 위성의 정확한 위치를 알아야 한다. 각 위성은 정확한 궤도상 위치 정보를 전송한다. GPS 수신기는 이 정보를 사용하여 위성의 정확한 위치를 설정한다.
GPS 수신기/처리 장치는 위성이 제공하는 의사거리 및 위치 정보를 통해 삼각측량을 하여 위치를 결정한다. GPS 수신기가 3차원 위치(위도, 경도, 그리고 고도)와 시간을 제공하기 위해선 최소 4개의 위성이 필요하다. GPS 수신기는 항공기의 위도/경도, 그리고 수신기에 내장된 데이터베이스를 참조하여 항법 수치(WP를 향한 거리 및 방위, groundspeed, 등등)를 계산한다.
GPS 수신기는 RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)을 통해 GPS 위성군으로부터 수신 받은 신호의 무결성(사용성)을 확인한다. 이는 위성이 오류 정보를 제공하는지의 여부를 확인하기 위함이다. RAIM이 무결성을 감지하기 위해선 최소 5개의 위성, 혹은 4개의 위성과 barometric altimeter baro-aiding이 필요하다. RAIM이 오류 신호를 분리한 다음 이를 navigation solution에서 제거하기 위해선 6개의 위성(혹은 5개의 위성과 baro-aiding)이 필요하다.
일반적으로 RAIM 메시지에서는 두 가지 유형이 있다. 한 유형은 RAIM을 제공할 수 있는 위성이 충분하지 않음을 나타낸다. 다른 한 유형은 RAIM이 현재 비행 단계의 제한치를 초과하는 오류 가능성을 감지했음을 나타낸다. RAIM 기능이 없다면 조종사는 GPS 위치의 정확성에 대한 확신을 갖지 못한다.
IFR 하에서 국내 en route, terminal 운영, 그리고 특정 IAP를 위해 GPS 항법 장비를 사용하는 항공기는 대체 항법 수단을 장비해야 한다. 목적지 공항, 그리고 교체비행장으로 향하는 경로의 모든 지상 기반 시설을 사용하는데 필요한 항전 장비가 설치 및 작동되어야 한다. 이러한 경로에 필요한 지상 기반 시설 또한 모두 운영되어야 한다. GPS 수신기가 무결성 모니터링을 위해 RAIM을 사용하는 경우에는 대체 항법 장비의 모니터링이 필요하지 않다. GPS 장비의 RAIM 기능이 상실된 경우에는 대체 항법 수단을 적극적으로 모니터링 해야 한다. RAIM 기능의 상실이 발생할 것으로 예상될 경우 대체 장비에 의존하거나, 출항을 지연하거나, 혹은 비행을 취소해야 한다.
GPS Substitution
IFR En Route and Terminal Operations
IFR en route 및 terminal 운영에 대해 증명된 GPS 시스템은 미국 NAS 내에서 다음과 같은 작업을 수행할 때 ADF와 DME 수신기를 대체하여 사용할 수 있다.
1. DME fix 상공에서의 항공기 위치를 결정할 경우. 여기에는 24,000ft MSL 이상에서의 en route 운영을 포함한다(단, 항법을 위해 GPS를 사용하는 경우).
2. DME arc를 비행할 경우.
3. NDB/compass locator에서 TO/FROM 조종을 하는 경우.
4. NDB/compass locator 상공에서의 항공기 위치를 결정할 경우.
5. VOR/LOC course를 교차하는 NDB/compass locator 방위로 규정된 fix 상공에서의 항공기 위치를 결정할 경우.
6. NDB/compass locator에서 체공할 경우.
GPS Substitution for ADF or DME
ADF, 혹은 DME 대신 GPS를 사용하는 것은 다음과 같은 제한 사항이 적용된다:
1. 이 장비는 올바른 감항 조건에 따라 설치되어야 한다. 그리고 해당하는 POH/AFM의 규정에 따라 운영되어야 한다.
2. 이러한 작업에 필요한 무결성은 적어도 en route RAIM에 의해 제공되어야 한다.
3. 이러한 작업에 사용할 WP, fixes, intersections, 그리고 facility의 위치는 GPS 데이터베이스에서 검색해야 한다. 데이터베이스가 최신 상태여야 한다. 만약 데이터베이스를 통해 필요한 위치를 검색할 수 없다면 이 운영이 승인되지 않는다.
4. RAIM의 중단이 예상, 혹은 발생한 경우를 위한 절차가 수립되어야 한다. 이를 위해서는 비행이 다른 장비에 의존해야 하거나, 혹은 NDB 및/혹은 DME 수신기가 항공기가 장비되어야 함을 요구할 수 있다. 그렇지 않은 경우 비행경로를 변경하거나, 비행을 지연하거나, 비행을 취소하거나, 혹은 VFR 하에 수행되어야 한다.
5. terminal area에서 GPS course guidance를 tracking 하는 경우라면 CDI를 terminal sensitivity(1NM)로 설정해야 한다.
6. 교체비행장이 필요한 경우 그 공항에는 non-GPS 접근이 존재해야 한다. DME, 혹은 ADF를 필요로 하는 non-GPS 접근의 경우 항공기는 DME, 혹은 ADF 항전 장비를 장착해야 한다.
7. 차트에서 요구하는 ADF 및/혹은 DME 조건들은 GPS 시스템을 통해 충족될 수 있다(단, 주요 계기 접근 항법 요소로 사용하는 경우엔 제외).
NOTE: 다음은 특정 항공기 GPS 시스템을 위한 지침을 제공하지는 않는다. 특정한 시스템 안내를 위해서는 POH/AFM을 참조한다.
To Determine Aircraft Position Over a DME Fix:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. 만약 fix가 GPS 데이터베이스에 포함된 5글자의 이름으로 식별될 경우 그 fix를 active GPS WP로 설정하거나, 혹은 DME fix를 설정하는 시설을 active GPS WP로 설정한다. 시설을 active WP로 사용하는 경우 DME fix를 설정하는데 사용되는 DME 시설만이 이용 가능한 유일한 시설이다. 만약 이 시설이 데이터베이스에 없다면 그 사용이 승인되지 않는다.
3. fix가 GPS 데이터베이스에 포함되지 않는 5글자의 이름으로 식별될 경우, 혹은 fix가 명명되지 않는 경우에는 DME fix를 설정하는 시설을 active GPS WP로 설정하거나, 혹은 다른 명칭의 DME fix를 active GPS WP로 설정한다.
4. 명명된 fix를 active GPS WP로 선택할 경우 GPS 시스템이 active WP를 나타낼 때 그 fix의 상공이다.
5. DME를 제공하는 시설을 active GPS WP로 선택할 경우 active WP로부터의 GPS 거리가 차트의 DME 값과 동일할 때, 그리고 항공기가 적절한 bearing(혹은 course)에 establish 되었을 때 fix의 상공이다.
To Fly a DME Arc:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. 데이터베이스에서 DME arc를 제공하는 시설을 active GPS WP로 설정한다. arc의 기반이 되는 DME 시설만이 이용 가능한 유일한 시설이다. 만약 시설이 항공기 데이터베이스에 없다면 이 운영을 수행할 권한이 없다.
3. DME 값 대신 GPS 거리를 참조하여 arc의 위치를 유지한다.
To Navigate TO or FROM and NDB/compass Locator:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. 데이터베이스에서 NDB/compass locator 시설을 active WP로 선택한다. 만약 차트에 compass locator와 연어를 이루는 fix를 게재한 경우 compass locator 시설 대신 이 fix를 active WP로 사용할 수 있다.
3. active WP로부터 TO/FROM 하는 course를 선택 및 조종한다.
To Determine Aircraft Position Over and NDB/Compass Locator:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. 데이터베이스에서 NDB/compass locator 시설을 선택한다. NDB/compass locator를 사용할 경우 시설이 차트에 나타나 있어야 하며 데이터베이스에 있어야 한다. 만약 시설이 데이터베이스에 없다면 조종사는 이 운영을 위해 시설을 WP로 사용할 권한이 없다.
3. GPS 시스템이 active WP에 도달하였음을 나타낼 때 조종사는 NDB/compass locator의 상공에 있다.
To Determine Aircraft Position Over a Fix Made up of an NDB/Compass Locator Bearing Crossing a VOR/LOC Course:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. NDB/compass locator 방위를 교차하는 fix는 다섯 글자의 명칭으로 식별된다. 조종사는 명명된 fix, 혹은 fix 설정을 위해 교차 방위를 제공하는 NDB/compass locator 시설 중 하나를 선택하여 active GPS WP로 설정할 수 있다. NDB/compass locator를 사용할 경우 그 시설은 차트에 기록되어 있어야하며 데이터베이스에 있어야 한다. 만약 시설이 데이터베이스에 없는 경우 조종사는 이 운영을 위해 그 시설을 WP로 사용할 권한이 없다.
3. 명명된 fix를 active GPS WP로 선택할 경우 GPS 시스템이 조종사에게 WP에 도달하였다 지시할 때 조종사는 fix 상공에 있다.
4. NDB/compass locator 시설을 active GPS WP로 선택할 경우 non-GPS 항법 요소로 규정된 track을 비행할 때 active WP를 향한 GPS 방위가 차트의 NDB/compass locator 방위가 같아지면 조종사는 fix의 상공이다.
To Hold Over an NDB/Compass Locator:
1. 항공기 GPS 시스템의 무결성 모니터링이 제대로 작동하고 있는지, 그리고 만족스러운 무결성을 표시하는지 확인한다.
2. 데이터베이스에서 NDB/compass locator 시설을 active WP로 선택한다. 시설을 active WP로 사용할 경우 차트에 나타난 NDB/compass locator 시설만을 사용할 수 있다. 만약 시설이 데이터베이스에 없다면 그 사용이 승인되지 않는다.
3. POH/AFM에 따라 nonsequencing mode(예: “HOLD” 혹은 “OBS”), 그리고 알맞은 course를 선택한다.
4. POH/AFM에 따라 GPS 시스템을 사용하여 체공을 한다.
IFR Flight Using GPS
비행 전 준비를 통해 GPS가 최신의 데이터베이스로 설치 및 증명되었는지를 확인해야 한다. GPS의 운영은 POH/AFM, 혹은 flight manual supplement에 따라 수행되어야 한다. 비행 승무원은 항공기에 설치된 특정 GPS 장비, 수신기 조작 매뉴얼, 그리고 POH/AFM(혹은 flight manual supplement)를 철저히 숙지해야 한다. ILS 및 VOR과는 달리 그 기본 작동 방법, 수신기의 화면 표시, 그리고 장비의 일부 기능이 크게 다를 수 있다. 이러한 차이 때문에 특정 수신기 및 장치의 작동에 대한 철저한 연구 없이는 다른 브랜드(혹은 심지어 같은 브랜드라 하더라도)를 사용하지 않는다. IFR에서 작동을 시도하기 전에 VFR 조건에서 이를 사용한다면 더욱 익숙해질 수 있다.
GPS를 항법 보조 수단으로 사용할 경우 IFR 비행과 관련된 NOTAM을 확인해야 한다. GPS 위성 정지에 대한 GPS NOTAM이 국내에서, 그리고 국제적으로 발부된다. 조종사는 비행 전 브리핑 도중 FSS에 GPS 항공 정보를 요청함으로써 공항에 대한 GPS RAIM 가용성 정보를 얻을 수 있다. GPS RAIM 항공 정보는 세 가지 시간대로 얻을 수 있다: ETA(estimated time of arrival), ETA 시간 1시간 전에서 1시간 후, 혹은 특정 공항의 24시간. FAA briefers는 ETA 1시간 전에서 1시간 후의 RAIM 정보를 제공한다(단, 조종사가 특정 시간대를 요청한 경우 제외). GPS departure를 비행하는 경우 조종사는 출항 공항에 대한 RAIM 예측 또한 요청해야 한다. 일부 GPS 수신기는 RAIM의 가용성을 예측하는 기능이 있다. 조종사는 또한 비행경로, terminal 운영, 목적지에서의 계기 접근, 그리고 교체비행장에 필요한 지상 기반 항법 시설과 이와 연관된 항공기 장비가 ETA까지 작동하는지 확인해야 한다. 만약 지상 기반 항법 시설과 장비를 이용할 수 없는 경우 비행경로를 변경하거나, 일정을 변경하거나, 비행을 취소하거나, 혹은 VFR 하에 수행해야 한다.
비행을 계획하는 것은 종례의 NAVAID와 유사한 방식으로 수행된다(단, GPS 수신기에서 정보를 프로그래밍하고 검색하는 것은 제외). 제조업체의 지침에 따라 departure WP, DP, route, STAR, desired approach, IAF, 그리고 목적지 공항이 GPS 수신기에 입력된다. 비행 전 점검 도중 추가 정보를 입력할 수 있다(예를 들어 ETA, 연료 계획, 상공 바람, 등등).
GPS 수신기가 켜지면 테스트 및 초기화 프로세스가 시작된다. 수신기가 초기화되면 사용자는 WP를 선택하여 경로를 만들어내고, 데이터를 검증하며, active flight plan을 선택한다. 이 절차는 제조업체에 따른 서로 다른 수신기들마다 크게 다르다. GPS는 수신기 모델간의 표준화를 거의 제공하지 않는 복잡한 시스템이다. 항공기에 탑재된 장비의 운영에 익숙해지는 것은 조종사의 책임이다.
GPS 수신기는 항법 수치들을 제공한다(예를 들어 track, bearing, groundspeed, 그리고 distance). 이는 항공기의 현재 위도/경도에서 다음 WP의 위치까지 계산된다. WP 사이마다 경로 안내가 제공된다. 조종사는 지상에 대한 항공기의 실제 track을 알 수 있다는 장점을 가진다. WP에 대한 track과 bearing이 일치하는 한(이는 정확한 항공기 heading을 선택함으로써 이루어짐) 항공기는 WP를 곧장 향한다.
GPS Instrument Approaches
미국에는 GPS overlay approaches(접근 명칭에 “or GPS"가 있는 접근)와 GPS stand-alone approaches가 혼합되어 있다.
NOTE: 미국 이외 지역에서의 GPS 계기 접근은 해당 국가의 승인을 받아야 한다.
이러한 IAP를 수행하는 동안 지상 기반의 NAVAID가 운영되지 않아도 된다. 또한 이와 관련된 항전 장비가 설치, 작동, 모니터링 될 필요가 없다. 그러나 가능하다면 예비 항법 시스템을 항상 모니터링 하는 것이 권장된다.
조종사는 GPS approach 절차에 대한 기본적인 이해를 가지고 있어야 한다. 그리고 IMC(instrument meteorological conditions)에서 GPS IAP를 수행하기 전에 VMC(visual meteorological conditions)에서 이를 연습하여 완전히 숙달한다. [그림 9-28]
모든 IAP는 제조업체가 제공하는 최신의 GPS 데이터베이스, 혹은 FAA가 승인한 출처를 통해 검색될 수 있어야 한다. 접근 도중 point to point로 비행할 경우 게재된 접근 절차의 준수를 보장하지 않는다. 적절한 RAIM 감도를 이용할 수 없으며 CDI 감도가 0.3NM로 자동 변경되지 않는다. 일부 수신기에서는 CDI 감도를 수동으로 설정하여도 RAIM 감도가 자동으로 변경되지 않는다. 기존의 비정밀 접근 절차들 중 일부는 GPS와 함께 사용될 수 없어서 overlay로 사용될 수 없다.
GPS approach는 GPS 명칭(예를 들어 “GPS RWY 24” 혹은 “RNAV RWY 35”)을 통해 요청 및 승인된다. GPS 수신기 데이터베이스를 통해 원하는 접근, 그리고 적절한 IAF를 선택한다. 조종사는 IAWP(initial approach waypoint), 혹은 feeder fix로부터 full approach를 비행해야 한다(단, 달리 승인받은 경우 제외). intermediate fix에서 무작위로 접근에 진입할 경우 지형 회피가 보장되지 않는다.
접근이 flight plan에 로딩 되면 GPS 수신기는 공항 기준점으로부터 30NM의 직선거리에서 “arm” annunciation을 제공한다. 30NM 거리 내에 있을 경우 approach mode가 “armed” 되어 있어야 한다. 이를 통해 수신기의 en route CDI(±5NM)와 RAIM(±2NM) sensitivity는 terminal(±1NM) sensitivity로 변경된다. IAWP가 30NM 이내인 경우 approach mode가 armed 되었을 때, 그리고 항공기가 30NM 이내에 있을 때 CDI 감도가 변화한다. IAWP가 30NM 바깥인 경우 항공기가 30NM 이내로 들어오기 전까지는 CDI 감도가 변화하지 않는다(설령 approach mode가 armed 되어있다 하더라도). feeder route의 장애물 회피는 GPS 수신기의 CDI 및 RAIM이 공항 기준점으로부터 30NM 이내일 때 terminal CDI 감도인 상태임을 전제로 한다. 따라서 수신기는 30NM annunciation 이전에 armed 되어있어야 한다.
조종사는 체공을 수행할 경우, 그리고 overlay approaches에서 procedure turns를 수행할 경우 GPS 수신기의 정확한 운영에 특히 주의해야 한다. 이러한 절차들은 조종사의 개입을 필요로 할 수 있다. 조종사는 수신기의 WP sequencing을 중단한 다음 기동이 완료되었을 시 automatic GPS navigation sequencing을 재개한다. 동일한 WP가 한 번 이상 연속적으로 비행경로에 나타날 수 있다(예를 들어 IAWP, FAWP – final approach waypoint, MAWP – missed approach waypoint). 비행 중인 segment에 적합한 WP로 수신기가 정렬될 수 있도록 주의를 기울여야 한다(특히 하나 이상의 fly-over WP를 건너뛰는 경우. 예를 들어 procedure turn을 수행하지 않는 경우 IAWP가 아닌 FAWP). 조종사는 WP 순서의 올바른 위치에서 GPS automatic sequencing을 시작하기 위해 하나 이상의 동일한 fly-over WP를 차례로 지나야 할 수 있다.
vectors to final을 수신 받은 경우 대부분의 수신기 조작 설명서는 FAWP 이전에 nonsequencing mode를 설정한 다음 직접 course를 세팅하라 제안한다. 이는 항공기가 final approach course 너머로 vector 될 때 연장된 final approach course를 제공한다. 접근 방식의 게재된 구간에 establish 되기 전까지는 할당받은 고도를 유지해야 한다. FAWP 외부의 WP에서 요구되는 고도, 혹은 step-down fix에서 요구되는 고도를 고려해야 한다. 적절한 위치에서 하강을 시작하기 위해 FAWP까지의 거리를 계산해야 할 수 있다.
approach mode가 armed 된 상태에서 FAWP의 2NM 이내로 들어오면 approach mode가 활성화된다. 이는 RAIM 및 CDI sensitivity를 approach mode로 변경시킨다. FAWP에 도달하기 2NM 전부터 full scale CDI sensitivity가 ±1NM에서 ±0.3NM로 점점 변화한다. 이로 인해 CDI가 중앙에서 멀어지고 설령 적절한 intercept heading임에도 불구하고 항공기가 의도된 경로에서 멀리 이동하고 있다는 느낌을 줄 수 있다. 만약 approach mode에서 cross-track error를 사용할 수 있는 경우 이는 조종사에게 도움이 될 수 있다. 2NM에서 감도 변화가 시작되기 전에 final approach course establish를 유지하고 있다면 CDI 화면을 해석하는데 문제가 발생하지 않는다. vectors를 요청하거나 승인할 경우 항공기는 FAWP 2NM 이내에서 final approach course로 교차되므로 이는 권장되지 않는다.
접근 도중 GPS 수신기의 잘못된 입력은 특히 중요하다. 경우에 따라 잘못된 입력으로 인해 수신기가 approach mode를 그만둘 수 있다. 접근 도중 자동으로 선택된 감도를 재지정하면 approach mode annunciation이 취소된다. FAWP에 도달하기 2NM 전에 approach mode를 armed 해두지 않으면 FAWP에 도달하기 2NM 전에 approach mode가 활성화 되지 않는다. 그리고 장비에 flag가 표시된다. 이러한 상황에서 RAIM 및 CDI의 감도가 줄어들지 않으면 조종사는 MDA(minimum descent altitude)까지 하강하지 않는 대신 MAWP로 비행한 다음 실패 접근을 수행해야 한다. FAWP에 도달하기 전에 approach mode가 활성화 되었는지 확인하기 위하여 approach active annunciator 및/혹은 수신기를 점검해야 한다.
GPS missed approach는 MAWP를 지난 다음 실패 접근 구간으로 수신기를 sequence 하는 조종사 조치를 필요로 한다. 조종사는 항공기에 설치된 특정 GPS 수신기의 활성화 절차를 철저히 숙지해야 한다. 그리고 MAWP 이후 적절한 조치를 수행해야 한다. MAWP 이전에 실패 접근을 활성화하면 CDI 감도가 terminal(±1NM) 감도로 즉시 변경되고 수신기는 계속하여 MAWP로 향한다. 수신기는 MAWP를 지나 sequence가 되지 않는다. MAWP 이전에 선회를 시작해서는 안 된다. 만약 실패 접근이 활성화되지 않았다면 GPS 수신기는 연장된 inbound final approach course, 그리고 MAWP로부터의 ATD(along track distance)를 나타낸다. 이는 MAWP를 통과한 후 직접 실패 접근을 sequence 하기 전까지 이루어진다.
실패 접근의 첫 번째 경로가 다음 WP로 향하는 것이 아니라 course를 비행하는 경우엔 조종사가 course 설정을 위해 추가 조치를 취해야 한다. 필요한 모든 정보를 숙지하는 것이 이 비행 단계에서 특히 중요하다.
Departures and Instrument Departure Procedures(DPs)
차트의 IFR departures와 DP를 수행하려면 GPS 수신기가 terminal(±1NM) CDI sensitivity로 설정되어야 있어야 하며 데이터베이스에 포함된 항법 경로로 설정해야 한다. Terminal RAIM이 수신기에 의해 자동으로 제공되어야 한다. (WP가 첫 번째 목적지로 곧장 이동하는 경우에는 departure를 위한 Terminal RAIM을 이용하지 못할 수 있다) DP의 특정 부분에서는 조종사의 직접적 개입이 필요할 수 있다(특히 radar vector로 이동하는 경우, 혹은 WP를 향한 특정 course를 교차해야 할 경우). 데이터베이스에는 모든 활주로에 대한 transitions, 혹은 departures를 포함하지 않을 수 있다. 또한 일부 GPS 수신기는 데이터베이스에 DP를 포함하지 않는다. 헬기 절차를 사용할 경우에는 70노트 이하로 비행해야한다. 왜냐하면 헬리콥터의 departure procedures와 missed approaches는 20:1 OCS(obstacle clearance surface)를 사용하는데, 이는 고정익의 OCS보다 두 배이기 때문이다. 선회 영역 또한 이 속도를 기준으로 한다. 실패 접근의 첫 번째 경로가 다음 WP로 곧장 이동하는 것이 아니라 course를 비행하야 하는 경우 course 설정을 위한 조종사의 추가 조치가 필요하다. 필요한 모든 정보를 숙지하는 것은 이 비행 단계에서 특히 중요하다.
GPS Errors
일반적으로 30개의 위성이 작동 중이라면 GPS 위성군을 전 세계적으로, 그리고 지속적으로 이용할 수 있다. 24개 미만의 위성이 작동 중일 경우 특정한 지리적 위치에서 GPS 항법 기능을 사용하지 못할 수 있다. 높은 지형으로 둘러싸인 계곡에서, 그리고 항공기의 GPS 안테나가 항공기 구조에 의해 가려질 때마다(예를 들어 항공기 bank 시) 신호 손실이 발생할 수 있다.
특정 수신기, 송수신기, 휴대용 라디오, 그리고 휴대용 수신기는 신호 간섭을 일으킬 수 있다. 일부 VHF 전송은 “harmonic interference”를 유발할 수 있다. 조종사는 수신기의 신호 품질 데이터 페이지를 모니터링 하는 동안 근처의 휴대용 수신기를 재배치하거나, 주파수를 변경하거나, 혹은 간섭을 일으키는 것으로 예상되는 원인을 끔으로서 harmonic interference를 분리시킬 수 있다.
GPS 위치 데이터는 장비 특성, 그리고 다양한 기하학적 요인의 영향을 받을 수 있다. 이로 인해 일반적으로 100ft 미만의 오류를 발생시킨다. 위성의 원자시계 부정확성, 수신기/처리 장치, 단단한 물체에서 반사된 신호(multi-path), ionospheric delay 및 tropospheric delay, 그리고 위성 데이터 전송 오류는 미세한 위치 오류, 혹은 순간적인 GPS 신호 손실을 야기할 수 있다.
System Status
GPS 위성의 상태는 GPS 위성이 전송하는 데이터 메시지의 일부로 방송된다. GPS 상태에 대한 정보는 United States Coast Guard navigation information service: (703) 313-5907, 혹은 인터넷(www.navcen.uscg.gov.)를 통해서도 이용할 수 있다. 또한 위성의 상태는 NOTAM 시스템을 통해서도 확인할 수 있다.
GPS 수신기는 RAIM을 통해 GPS 위성군에서 수신한 신호의 무결성(유용성)을 확인한다. 이는 위성이 오류 정보를 제공하는지를 확인하기 위함이다. 수신기가 RAIM 기능을 수행하려면 항법에 필요한 위성 외에 최소 1개의 위성이 있어야 한다. 따라서 RAIM은 무결성 감지를 위해 최소 5개의 위성, 혹은 4개의 위성 및 barometric altimeter(baro-aiding)을 필요로 한다. RAIM이 오류 신호를 분리한 다음 이를 navigation solution에서 제거하기 위해선 6개의 위성(혹은 5개의 위성과 baro-aiding)이 필요하다.
RAIM 메시지는 수신기마다 다소 다르지만 일반적으로 두 가지 유형이 사용된다. 한 유형은 RAIM을 제공할 수 있는 위성이 충분하지 않음을 나타낸다. 다른 한 유형은 RAIM이 현재 비행 단계의 제한치를 초과하는 오류 가능성을 감지했음을 나타낸다. RAIM 기능이 없다면 조종사는 GPS 위치의 정확성에 대한 확신을 갖지 못한다.
Selective Availability.이는 GPS의 정확도를 의도적으로 저하시키는 방법이다. 이 기능은 정확한 GPS 위치 정보의 적대적 사용을 거절하기 위해 설계되었다. selective availability는 2000년 5월 1일에 중단되었다. 허나 많은 GPS 수신기들은 selective availability가 여전히 활성화되어있다 가정하고 설계되었다. 새로운 수신기들은 ICAO Aneex 10의 성능 수치에 기초하여 중단된 selective availability를 이용할 수 있다. 따라서 새로운 수신기들은 그 성능 이외에서 작동하도록 설계될 필요가 없다.
GPS familiarization
조종사는 IMC에서 GPS approach를 수행하기 전에 VMC에서 이를 연습하여 장비의 모든 요소들(수신기 및 장비)을 완전히 숙달해야 한다. 조종사가 연습해야 할 과제들 중 일부는 다음과 같다:
1. RAIM prediction 기능 활용.
2. flight plan에 DP 기입, terminal CDI sensitivity 설정, 그리고 departure를 위해 RAIM이 사용 가능한지 확인(일부 수신기는 DP나 STAR를 지원하지 않음).
3. 목적지 공항 프로그래밍.
4. overlay approaches를 프로그래밍 및 비행(특히 procedure turns와 arcs).
5. 접근을 선택한 이후 다른 접근으로 변경.
6. “direct” missed approaches를 프로그래밍 및 비행.
7. “routed” missed approaches를 프로그래밍 및 비행.
8. holding pattern에 진입, 비행, 그리고 이탈(특히 overlay approach에서 두 번째 WP가 holding pattern에 있는 경우).
9. holding pattern에서 “route”를 프로그래밍 및 비행.
10. radar vector를 이용하여 intermediate segment로 향하는 접근을 프로그래밍 및 비행.
11. FAWP 이전 및 이후에 RAIM 기능이 상실될 경우 필요한 조치 지시.
12. VOR로부터의 방위 및 거리를 프로그래밍(종종 departure instructions에서 사용됨).
Differential Global Positioning Systems(DGPS)
DGPS는 GNSS의 정확도를 향상시키기 위해 설계되었다. 이는 보정된 위성 위치를 제공하기 위해 변수들의 변화를 측정한다.
동일한 위성들을 수신하는 수신기들은 유사한 오차를 발생시킨다. 지상국의 reference receiver는 자신의 이론적 위치를 정확하게 계산한 다음 이를 항법 위성 신호의 측정값과 비교할 수 있다. 그 차이가 바로 오차이며 이는 reference signal correction을 통해 수정될 수 있다.
이로 인해 위성 시스템의 정확도를 1m로 높일 수 있다. WAAS(Wide Area Augmentation System) 및 LAAS(Local Area Augmentation System)은 DGPS의 예이다.
Wide Area Augmentation System(WAAS)
WAAS는 GPS 신호의 정확성, 무결성, 그리고 가용성을 향상시키기 위해 설계되었다. WAAS는 GPS가 이륙부터 Category I 정밀 접근까지 항법 시스템으로 이용될 수 있도록 한다. ICAO는 SBAS(satellite based augmentation system)에 대한 기준을 정의하였다. 일본과 유럽은 WAAS와 상호 운영될 계획인 시스템들을 구축하고 있다: EGNOS, MSAS. 그 결과 GPS와 유사하지만 더 큰 정확성, 가용성, 그리고 무결성을 갖춘 전 세계적 항법 기능이 제공될 것이다.
WAAS는 wide-area ground reference stations가 WAAS 네트워크에 연결되어 종례의 지상 기반 항법 보조 장비보다 더 넓은 서비스 영역을 다룰 것이다. GPS 위성으로부터의 신호는 이러한 기지국에 의해 모니터링 된다. 이는 위성 시계, 그리고 천문력 보정을 결정하기 위해서이다. 네트워크 내의 각 기지국은 wide-area master station(여기서 보정 정보가 계산됨)으로 데이터를 전달한다. 보정 메시지는 ground uplink를 통해 GEO(geostationary satellite)에 업링크된 다음 GPS와 동일한 주파수를 통해 방송 범위 내의 WAAS 수신기에 방송된다. [그림 9-29]
WAAS는 또한 항공기 수신기에 추가적인 측정값을 제공하여 GPS의 가용성을 향상시킨다. 이는 추가 GPS 위성을 사용함으로써 이루어진다. 실시간 모니터링을 통해 GPS의 무결성이 향상된다. 또한 오차를 줄이기 위해 differential correction을 제공하여 정확도를 향상시킨다. [그림 9-30] 그 결과 GPS/WAAS glidepath를 이용한 접근 절차가 가능할 정도로 성능 개선이 이루어졌다. 현재 FAA는 25개의 wide area ground reference systems, 2개의 master stations, 그리고 4개의 ground uplink stations를 완료하였다.
General Requirements
WAAS 항전 장비는 반드시 TSO-C145A(혹은 stand-alone system의 경우에는 TSO-146A)에 따라 증명되어야 한다. GPS/WAAS 운영은 AFM 및 flight manual supplements에 따라 수행되어야 한다. flight manual supplements는 수신기가 지원하는 접근 절차의 수준을 명시해야 한다.
Instrument Approach Capabilities
WAAS 수신기는 모든 기본 GPS approach 기능을 지원한다. 또한 지상 장비나 barometric aiding과 무관하게 electronic glidepath를 생성하는 추가 기능을 제공한다. 이는 몇 가지 문제들(예를 들어 저온의 영향, 부정확한 altimeter setting, 혹은 local altimeter source가 없음)을 제거한다. 또한 각 공항에 지상국을 설치하는 비용 없이도 접근 절차를 구축할 수 있다. 정밀 접근의 vertical guidance 조건을 제공하기 위한 새로운 종류의 접근 절차들이 개발되었다. 이는 항공 분야에서의 위성 항법 사용을 지원하기 위함이다. APV(Approach with Vertical Guidance)라 불리는 새로운 절차들은 현재 barometric vertical navigation과 함께 비행되는 접근들이다(예를 들어 LNAV/VNAV 절차).
Local Area Augmentation System(LAAS)
LAAS는 운영 중인 공항, 혹은 그 공항의 근처에 위치한 GPS-reference facility를 사용하는 ground-based augmentation system이다. 이 시설에는 reference receiver가 있는데, 이는 GPS 위성의 의사거리와 시간을 측정한 다음 신호를 재전송한다. LAAS를 장비한 공항에 착륙하는 항공기는 Category I 이상의 접근을 수행할 수 있다(단, 항공기가 적절히 장비한 경우). [그림 9-31, 32]
Inertial Navigation System(INS)
INS는 항공기 외부로부터의 입력 없이도 정확하게 항행하는 시스템이다. 이는 완전한 독립형 시스템이다. INS는 조종사에 의해 초기화되며 조종사는 비행 전에 지상에 있는 항공기의 정확한 위치를 시스템에 입력해야 한다. INS는 특정 비행경로를 따르는 WP들로도 프로그래밍 된다.
INS Components
INS는 독립형 항법 시스템으로 간주된다(특히 두 개 이상의 독립 장치가 탑재된 경우). 이 장치는 가속도계(가속도를 측정)와 자이로(방향을 측정)로 구성된다.
IRS(inertial reference system)라 불리는 INS의 후기 버전은 레이저 자이로와 더 효과적인 컴퓨터를 사용한다. 따라서 가속도계를 수평이 되도록,그리고 진북과 정렬되도록 장착하지 않아도 된다. 컴퓨터는 중력 오차와 방향 오차를 수정하는데 필요한 계산을 처리할 수 있다. 따라서 이 새로운 시스템들은 종종 strap down system이라 불린다. 왜냐하면 가속도계와 자이로가 수평 및 진북을 기준으로 구조물에 장착되지 않는 대신 기체에 스트랩다운 되기 때문이다.
(출처: 네이버 지식백과)
INS Errors
INS와 관련된 주요 오차는 시간에 따라 위치 정보 품질이 저하한다는 것이다. INS는 정확한 위치 입력을 통해 위치를 계산하는데이는 가속도계와 자이로의 속도 및 방향 입력에 따라 계속하여 변화한다. 가속도계와 자이로에서는 매우 작은 오차들이 발생하기 때문에 시간이 지남에 따라 이러한 오차들이 누적될 수 있다.
가장 좋은 INS/IRS display는 북대서양을 4 ~ 6시간 비행한 후 0.1 ~ 0.4NM의 오류를 나타낸다. 그러나 작고 저렴한 시스템은 시간 당 1 ~ 2NM의 오류를 나타낸다. 이 정도의 정확성은 GPS에 의해 업데이트 될 수 있는 항법 시스템에 적절하다. GPS와 INS/IRS 장치로 구성된 항법 시스템은 두 시스템의 오차와 약점을 해결한다. GPS는 항상 정확하긴 하지만 주기적으로, 그리고 순간적으로 사용하지 못할 수도 있다. 허나 INS는 지속적으로 업데이트되기 때문에GPS 신호가 손실되는 순간에도 계속 정확하게 작동한다.
※ 다음은 대한항공 항법 교재를 발췌한 내용이다.
5. 관성항법(Inertial Navigation)
지문항법, 추측항법, 그리고 무선항법이 갖고 있는 공통적인 문제점들 중의 하나가,외부의어떤 도움이 없이는 항공기가 자력으로 항로를 찾기 어렵다는 것입니다.이문제를 해결하기 위한 수단으로 개발된 항법이 바로 관성항법입니다.관성항법이란 일종의 자립항법으로Newton의 관성의 법칙을 그 기본으로 합니다.초기 관성항법체계는 군사용 로켓을 위해 개발되었습니다.초기 형태의 관성항법시스템은2차 세계대전 당시 독일의V2로켓에 장착되어 사용되었고,전쟁이 끝난 후 그 활용범위는 로켓에서 항공기와 우주선의 항법 시스템으로 확대되었습니다.관성항법이란항공기가 움직일 때 발생하는 가속도를 가속도계(Accelerometer)를 이용하여 측정하고,그 측정된 가속도를 적분하여 속도와이동거리를 구하고,구해진 정보들을 토대로 항공기의 위치를 파악 비행하는항법을 말합니다.이러한 일련의 계산과정을 통해 임의의 한 점에서 다른 한 점으로의 위치이동을 자력으로 할 수 있는 것입니다.관성항법의 장점은 항공기가 출발 시출발위치를 정확히 입력해 놓으면 외부의 도움 없이 항법이 가능한데 있으나,단점은 비행거리에 비례하여 오차가 누적되고,타 항법 장비들에 비해부피가 크고 무게가 무거우며,가격이 비싸다는 것입니다.
Part 2. 관성항법시스템 General
1. 관성항법시스템의 원리
관성항법시스템은 컴퓨터, 가속도계를 탑재하고 있는 Platform, Gyro 등으로 구성됩니다. 관성항법시스템은 선가속도 (Linear Acceleration)와 각가속도 (Angular Acceleration)를 측정하여 아래 열거된 3가지 변화를 구합니다.
- 위치의 변화 (예: 동쪽으로 이동, 서쪽으로 이동) - Velocity의 변화 (움직이는 속도와 방향) - Orientation의 변화 (3축을 기준으로 한 Rotation)
2. 관성항법시스템 초기화 (Initialization)
관성항법시스템이 작동하기 위해서는 최초의 위치정보를 사람이 직접입력하거나 GPS등으로부터 가져와야 합니다. 이 과정을 Align이라고 합니다.정확한 Align은 항공기가 정지된 상태에서 이루어져야 하며, 지역에 따라차이가 있으나 보통 수분이 소요됩니다. 시스템의 Align이 끝나면 그때부터Motion Sensor들을 통해서 얻어지는 정보를 계산하여 항공기의 새로운 위치,속도, 진행 방향을 구하게 됩니다.관성항법시스템의 장점은 시스템이 한번 Align인 된 후 항공기의 위치,속도, 진행 방향을 구하는데 어떠한 외부 도움도 필요 없다는데 있습니다.그러나 시스템의 가격과 복잡성으로 인해 실질적으로는 제한적인분야에서만 사용되고 있습니다.
3. Gyroscope과 가속도계의 기능
Gyroscope은 각속도 (Angular Velocity)를 측정합니다. 측정된 각속도를 적분하여 현재 항공기의 Orientation을 알 수 있습니다. 예를 하나 들어보겠습니다. 눈을 감고 차에 타고 있다고 상상 해보겠습니다. 눈을 감고 있어도 차가 왼쪽으로 도는지, 오른쪽으로 도는지 또는 언덕을 올라가는지 내려가는지 느낄 수 있습니다. Turn Left, Turn Right, Go up, Go down 이 느낌이 바로 각속도입니다.
가속도계는 선가속도 (Linear Acceleration)를 측정합니다. 가속도계는 시스템의 3축에 각각 장착되어 각 축 방향에서 발생하는 가속도를 측정합니다. 다시 눈을 감고 차에 타고 있다고 상상해 보겠습니다. 선가속도를 측정한다는 것은 차가 좌우 위아래로 움직이고 있는 것을 느끼는 것이 아니라, 차가 가속을 하게 되면 몸이 뒤로 밀리면서 의자에 등이 밀착하게 되고, 속도를 줄이면 몸이 앞으로 기울게 됨을 느끼는 것입니다. 엘리베이터가 위로 올라가면 처음에는 몸이 무거워지면서 몸이 더 무거워짐을 느끼고, 엘리베이터가 아래로 내려가면 처음에는 몸이 가벼워지면서 위로 뜨는 느낌이 납니다. 이러한 느낌이 바로 가속도이며, 이런 가속도를 측정하는 것이 바로 가속도계입니다.
현재의 각속도와 현재의 선가속도를 Tracking하여 시스템의 선가속도를 구할 수 있으며, 구해진 선가속도를 적분하여 velocity를 구하고, 그 Velocity를 다시 적분하여 위치를 구할 수 있습니다. 이는 눈을 감고 차에 있으면서, 차가 좌회전을 한 후 속도를 높이는 것을 느끼는 것과 같은 것입니다.
4.관성항법시스템의Error
시스템이 가속도와 각속도를 측정하는 과정에서 작은 오차가 발생하고, 이 작은 오차는 Velocity와 Position이 구해지는 과정에서 계속 축적됩니다. 새로운 위치는 기존의 위치로부터 구해지기 때문에 이 작은 오차는 최초로 항공기 위치가 압력 된 이후부터 시간에 비례하여 점점 커집니다. 축적되는 오차 때문에 관성항법장비의 위치는 타 항법장비로부터 구해진 정보를 이용하여 지속적으로 수정되어야 합니다. 현재 관성항법시스템은 더 높은 정확도를 제공하는 타 항법시스템의 보조 시스템 수준에서 사용되고 있습니다.타 항법시스템의 가장 좋은 예가GPS입니다. GPS와 같은 타 항법시스템들과 같이 사용됨으로써,안정적인위치 정보제공이 가능해졌으며,타 항법시스템을 사용할 수 없을 경우단기적 대체 항법수단으로 사용될 수 있습니다.
en route와terminal 운영에 대해 승인된 대부분의 항법 시스템들(예를 들어 VOR, NDB, 그리고 GPS)은 IAP를 수행하도록 승인될 수 있다. 미국에서 가장 일반적으로 사용되는 시스템은 ILS, SDF(simplified directional facility), LDA(localizer-type directional aid), 그리고 MLS(microwave landing system)이다. 이러한 시스템들은 다른 항법 시스템과 개별적으로 작동한다. 현재 새로운 시스템들이 개발되고 있다(예를 들어 WAAS와 LAAS). 그 밖의 시스템들은 특수한 용도를 위해 개발되었다.
Instrument Landing System(ILS)
ILS 시스템은 특정 활주로에 대한 경로 안내와 고도 안내를 모두 제공한다. ILS 시스템은 정밀 계기 접근 절차나 정밀 접근을 수행하는데 사용된다. [그림 9-33] 이 시스템은 다음과 같은 구성요소로 이루어진다:
1. 활주로로부터 연장된 중심선을 따라 수평(좌/우) 안내를 제공하는 localizer.
2. 활주로 touchdown point를 향하여 수직(위/아래) 안내(보통 3도 경사각)를 제공하는 glideslope(GS).
3. 접근 경로를 따라 거리 정보를 제공하는 marker beacons.
4. 계기 비행에서 시계 비행으로 전환하는데 도움을 주는 approach lights.
다음 요소들은 시스템의 특정 구성요소는 아니지만 안정성과 유용성을 높이기 위해 통합될 수 있다:
1. compass locator: compass locator는 en route NAVAID에서 ILS 시스템으로의 transition을 제공한다. 또한 이는holding procedures, localizer course tracking, marker beacon 위치 식별, 그리고 ADF approach를 위한 FAF를 지원한다.
2. GS 송신기와 결합된 DME: 접근 절차에 명시된 경우 이는 touchdown까지의 거리 정보를 제공하거나, 혹은 인근 시설과 연관된 거리를 제공한다.
ILS approach는 공항의 장비와 조종사의 경험 수준에 따라 세 가지 유형으로 분류된다. Category I approach는 touchdown으로부터 200ft 이상의 접근 높이를 제공한다. Category II approach는 touchdown으로부터 100ft 이상의 접근 높이를 제공한다. Category III approach는 접근에 대해 더 낮은 minimums를 제공하며 결심 고도가 없다. Category I approach를 수행하기 위해서는 조종사가 계기 한정을 소지해야 하며 항공기에 적절한 장비가 탑재되어야 한다. Category II 및 III approach는 조종사, 지상 장비, 그리고 항공기 장비에 대한 특별한 증명을 필요로 한다.
ILS Components
Ground Components
ILS는 다양한 지상 시설을 사용하며이러한 시설들이 ILS 시스템이나 그 외 접근의 일부로 사용될 수 있다. 예를 들어 compass locator는 NDB approaches에서 사용될 수 있다.
Localizer
localizer(LOC) 지상 안테나는 계기 활주로의 연장선에 위치하며충돌 위험을 방지하기 위해 departure end of the runway에 배치된다. 이 장치는 MM(midle marker)와OM(outer marker)를 향해 course가 만들어지는, 그리고 반대 방향으로도 유사한 course가 만들어지는 특정 패턴을 방사한다. 이는 각각 front course와 back course라 불린다. localizer는 108.1~111.95MHz(소수점 첫째 자리가 홀수인 것만 해당)에서 경로 안내를 제공한다. 이는 안테나로부터 18NM 거리에서, 그리고 안테나 표고로부터 4,500ft 고도에서 활주로 threshold까지 하강경로에 걸쳐 제공된다. [그림 9-34]
localizer course witdh란 course를 따른 임의 지점에서의 full “fly-left”(CDI needle이 좌측으로 fully deflected)와 full “fly-right”(CDI needle이 우측으로 fully deflected) 각변위로 정의된다. 각각의 localizer 시설은 정기적으로 송신되는 세 글자의 지정부호를 통해 청각적으로 식별된다. ILS 식별부호의 앞에는 문자 “I”(∙∙)가 붙는다. 예를 들어 Springfield, Missouri의 ILS localizer는 ISGF 식별자를 전송한다. localizer 주파수는 음성 기능을 포함하고 있으므로 관련 ATC 시설이 접근 및 착륙 지시를 발부할 때 이를 사용할 수 있다.
(ATP: CDI가 중앙으로부터 완전히 왼쪽이나 오른쪽으로 움직이면 full-scale CDI deflection이 발생한다. CDI가 full-scale left에서 full-scale right로 움직일 경우 two full-scale deflections가 발생한다.)
localizer course는 일반적으로 5도로 매우 좁다. 따라서 지시침의 감도가 매우 높다. 이러한 course width을 사용할 때 항공기가 중심선으로부터 왼쪽이나 오른쪽으로 2.5도에 놓이면 full-scale deflection이 표시된다. 이러한 감도는 착륙 활주로에 대한 정확한 방향정위를 허용한다. 4분1의 이하의 scale deflection이 유지되어야 항공기가 활주로와 정렬될 것이다.
Glideslope(GS)
GS는 지상 시설의 방사 패턴을 생성, 수신, 그리고 표시하는 시스템을 말한다. glidepath란 FAF에 접근하는데 사용되는 고도가 GS와 교차하는 지점으로부터 touchdown zone까지 하강하는 경로이다. GS 장비는 approach end of the runway로부터 대략 750~1,250ft 지점에, 그리고 중심선의 한쪽으로부터 400~600ft 지점에 위치한다.
GS 장비가 투영하는 경로는 기본적으로 localizer가 생성하는 경로와 동일하다. GS의 투영 각도는 일반적으로 2.5 ~3.5도로 조정된다. 따라서 이는 활주로 표고로부터 약 200ft에서 MM과 교차하며 약 1,400ft에서는 OM과 교차한다. 일반적인 최대 GS 각도로는 standard minimum obstruction clearance가 달성될 수 없는 경우에는 GS 장비가 approach end of the runway로부터 더 멀리 이동되거나(단, 활주로 길이가 허용하는 경우), 혹은 GS 각도가 최대 4도까지 증가될 수 있다.
GS 송신기는 localizer와는 달리 final approach의 front course로만 신호를 방사한다. 이 시스템은 back course에서 수직 안내를 제공하지 않는다. glide path의 두께는 보통 1.4도이다. touchdown 지점으로부터 10NM 지점에서 이는 약 1,500ft의 수직 거리이며 touchdown 지점에서는 수 피트로 좁혀진다.
Marker Beacons
ILS 시스템에는 보통 두 개의 VHF marker beacon(outer와middle)이 사용된다. [그림 9-35] Category II operation이 증명된 곳에서는 세 번째 beacon(inner)이 사용된다. marker beacon은 ILS back course에 FAF를 나타내기 위해 설치될 수도 있다.
OM은 공항으로부터 4~7마일 지점에 위치한다. 이는 적절한 고도에서 항공기가 glidepath를 교차할 위치를 나타낸다. MM은 landing threshold로부터 대략 3,500ft 지점에 위치한다. 여기서 GS 중심선은 touchdown zone elevation으로부터 약 200ft 상공에 위치한다. IM(만약 설치된 경우)은 MM과 landing threshold 사이에 위치한다. 이는 Category II ILS approach를 수행하는 항공기가 glidepath의 결심 고도에 위치하는 지점을 나타낸다. back-course marker(만약 설치된 경우)는 back-course FAF를 나타낸다.
Compass Locator
compass locator는 출력이 낮은 NDB이다. 이는 ADF 수신기에 의해 수신 및 표시된다. 이것이 ILS front course와 함께 사용될 경우 compass locator 시설이 outer 및/혹은 MM 시설과 결합된다. outer locator의 식별부호는 이와 연관된 LOC 식별자의 첫 두 글자로 구성된다. 예를 들어 Dalls/Love Field(DAL)의 outer locator는 “DA”로 식별된다. DAL의 middle locator는 마지막 두 글자인 “AL”로 식별된다.
Approach Lighting Systems(ALS)
ILS의 정상 접근 및 강하는 두 가지 단계로 나뉜다: 무선 안내만을 사용하는 계기 접근 단계, 그리고 시계 접근 단계(정확성 및 안정성을 위해선 지상의 runway environment를 육안으로 확인하는 것이 중요한 단계). 계기 접근 도중 가장 중요한 시점은 조종사가 착륙을 수행할지, 혹은 실패 접근을 수행할지를 결정하는 때이다(특히 low ceiling/visibility 조건에서). 활주로 시단에 가까워지면 visual glidepath가 각각의 등화들로 나뉜다. 이 시점에서는 runway touchdown zone marker를 참조하여 접근을 계속해야 한다. 안정적 시계 전환을 제공하기 위하여 ALS의 등화들은touchdown으로부터 먼 거리까지 비출 수 있다.
조종사는 즉시 ALS를 육안으로 식별해야 한다. 따라서 접근을 시작하기 전에 ALS의 유형을 아는 것이 중요하다. 계기 비행을 수행하기 전에 목적지 공항의 계기 접근 차트와 A/FD를 통해 등화 시설의 특정 유형을 확인한다. 저시정 조건에서는 활주로로 향하는 방향정위가 어려울 수도 있다.가장 일반적인 ALS 시스템 중 일부가 그림 9-36에 나타나있다.
많은 대형 공항에 high-intensity flasher system(종종 “the rabbit”이라 불림)가 설치되어 있다. 이 점멸등은 approach lights를 따라 순차적으로 깜박이는 일련의 밝은 청백색 빛으로 구성되어 있다. 이는 빛 덩어리가 활주로를 향해 움직이는 효과를 제공한다. “the rabbit”은 보통 1초에 2번 활주로를 향해 움직인다.
REIL(runway end identifier light)은 계기 활주로의 approach end를 빠르고 확실하게 식별하기 위해 설치된다. 이 시스템은 한 쌍의 점멸등으로 구성된다. 이는 활주로 시단의 양 쪽에 가로로 배치되며 접근 구역을 비춘다.
VASI(visual approach slope indicator)는 활주로 접근 도중 시각적 하강 안내 정보를 제공한다. standardVASI는 visual glidepath를 투영하는 light bars로 이루어지며이는 접근 구역 내에서 안전한 장애물 회피를 제공한다. 일반적인 GS 각도는 3도이다. 허나 적절한 장애물 회피를 위해 4.5도까지 높아질 수도 있다. ILS가 제공되는 활주로의 경우에는 VASI 각도가 보통 glideslope 각도와 일치한다. 좌/우 경로에 대한 시각적 안내는 활주로 등화와의 정렬을 통해 얻을 수 있다. standardVASI는 2-, 3-, 4-, 6-, 12-, 혹은 16-개의 등화들로 구성되어 있으며 이들은 downwind light bar와upwind light bar에 정렬된다. long-bodied aircraft에 서비스를 제공하는 일부 공항에는 three-bar VASI가 있다. 이는 특정 활주로에 대해 두 개의 visual glidepath를 제공한다. 첫 번째 glidepath는 표준 VASI가 제공하는 것과 동일하다. 두 번째 glidepath는 첫 번째 glidepath보다 약 25% 높으며이는 long-bodied aircraft를 위해 설계되었다.
VASI의 기본 원리는 적색과 백색의 색깔 차이이다. 각 등화의 상부는 백색 빔을, 그리고 하부는 적색 빔을 투영한다. above the glidepath인 경우에는 두 개의 bars가 흰색으로 보인다. glidepath를 향해 하강하면 upwind bars의 색깔이 흰색에서 분홍색으로, 그리고 분홍색에서 빨간색으로 바뀐다. 적절한 glidepath에 있을 때 항공기는 downwind bars를 overshoot 하고 upwind bars를 undershoot 한다. 그 결과 downwind(더 가까운) bars가 흰색으로, 그리고 upwind bars가 빨간색으로 보인다. glidepath 아래에서는 두 개의 light bars가 빨간색으로 보인다. glidepath를 향해 상승하면 downwind bars의 색깔이 빨간색에서 분홍색으로, 그리고 분홍색에서 흰색으로 바뀐다. glidepath 아래에 있으면 안전한 장애물 간격이 존재하지 않을 수도 있다. standardtwo-bar VASI가 그림 9-37에 나타나있다.
ILS Airborne Components
ILS 시스템을 위한 공중 장비는 localizer, GS, marker beacons, ADF, 그리고 DME를 위한 각각의 수신기들과 표시 계기들을 포함한다.
VOR 수신기는 보통 localizer 수신기 역할을 함께 수행한다. 일부 수신기는 별도의 스위치를 통해 그 기능을 선택할 수 있다. 허나 대부분의 수신기는 108 ~ 111.95MHz 사이의 소수점 첫째자리에 홀수가 선택되었는지를 감지하여 VOR과 LOC를 자동으로 전환한다. 만약 그렇지 않다면 동일한 노브와 스위치를 통해 VOR 주파수와localizer 주파수를 조정할 수 있으며CDI는 VOR radial에서와 마찬가지로 “on course”를 나타낸다.
일부 GS 수신기는 별도로 조정된다. 그러나 GS는 보통 localizer 조정 시 자동으로 적절한 주파수로 동조된다. 108.1 ~ 111.95MHz 대역 사이 40개의 localizer 채널은 각각 해당 GS 주파수와 쌍을 이룬다.
localizer indicator에 GS needle도 포함되어 있다면 이 계기를 보통 cross-pointer indicator라 부른다. 서로 교차한 수평(GS) 지시침과 수직(localizer) 지시침은 5개의 점들을 거쳐 자유롭게 이동하여 localizer course와 glidepath의 위치를 표시한다.
(cross-pointer indicator의 예시)
항공기가 glidepath에 있을 때 지시침은 reference dots에 수평으로 정렬된다. glidepath는 localizer course보다 훨씬 좁기 때문에(full up부터 full down까지 대략 1.4도) on-path로부터의 항공기 편차에 매우 민감하다. GS 교차 시 올바른 하강률이 설정되었다면 매우 작은 수정을 통해 항공기 정렬이 유지될 수 있다.
지시침을 작동시키기에 충분한 전압이 수신되었다면 localizer warning flag와GS warning flag가 계기에서 사라진다. 이러한 flag는 불안정한 신호나 수신기 오작동이 발생할 때 나타난다.
OM은 낮은 음조, 초당 2회의 연속적인 dash(-), 그리고 보라색/파란색 beacon light를 통해 식별된다. MM은 중간 음조, 분 당 95번의 dot/dash(∙-), 그리고 노란색 marker beacon light를 통해 식별된다. IM는 높은 음조, 초당 6회의 연속적인 dot(∙), 그리고 흰색 marker beacon light를 통해 식별된다. BCM(back-course marker)는 높은 음조, 분 당 72 ~75번의 two dot(∙), 그리고 흰색 marker beacon light를 통해 식별된다. 대다수의 marker beacon 수신기는 그 감도를 high나 low로 선택할 수 있다. 낮은 감도는 위치를 가장 뚜렷하게 나타내므로 접근(approach) 도중 사용해야 한다. 높은 감도는 항공기가 marker beacon site에 접근하고 있다는 경고를 일찌감치 제공한다.
(출처: 네이버 "비행사랑" 블로그)
ILS Function
항공기가 localizer 중심선으로부터 왼쪽이나 오른쪽에 있는지를 나타내기 위하여 localizer 지시침이 편향된다. 이는 항공기의 위치나heading과 관련되지 않는다. OBS를 돌린다 하여 localizer 지시침의 작동에 영향을 미치지는 않는다. 허나LOC inbound course가course index에 위치하도록 OBS를 돌리는 것이 유용하다. front course를 inbound 하는 도중, 혹은 back course를 outbound 하는 도중에는 course 지시가 방향성을 유지한다. (그림 9-38의 C, D, 그리고 E를 참조)
back course를 inbound 하는 도중, 혹은 front course를 outbound 하는 도중에는 on-course를 향한 heading 수정이 지시침이 편향된 방향의 반대쪽에서 이루어진다(단, 항공기가 reverse sensing 기능을 갖춘 경우 제외). 이를 보통 “flying away from the needle”이라 부른다. (그림 9-38의 A와 B 참조).접근을 위해 back course 신호를 사용해서는 안 된다(단, 해당 활주로에 대해 back course 접근 절차가 게재되었으며 ATC로부터 그 접근이 승인된 경우 제외).
localizer 중심선에 도달하였다면 CDI가 중심으로부터 벗어나기 전까지 inbound heading을 유지한다. 편류 수정은 작아야 하며 course가 좁아짐에 따라 편류 수정이 비례적으로 감소해야 한다. OM에 도달하기 전에 편류 수정이 정확하게 설정되어야 접근이 완료될 수 있으며이때 heading 수정은 2도를 넘지 않아야 한다.
OM에서 MM으로 하강할 때 조종사의 기술이 가장 많이 필요하다. 이때 조종사는 localizer course를 유지해야 하고, 적절한 하강률을 위해 pitch 자세를 조정해야 하며, 적절한 속도를 위해 출력을 조정해야 한다. 이와 동시에 조종사는 고도계를 확인해야 하며 착륙을 위한 시계 전환이나 복행을 준비해야 한다. CDI/glidepath 지시침의 지시와 localizer/glidepath 중심선으로부터의 항공기 위치 사이의 관계를 알게되면 정확한 계기 해석 및 항공기 제어의 필요성을 이해할 수 있다.
항공기가 glidepath로부터 위나 아래에 있는지를 나타내기 위하여 GS 지시침이 편향된다. 항공기가 glidepath 위에 있으면 지시침이 아래로 편향된다. 항공기가 glidepath 위에 있으면 지시침이 위로 편향된다. [그림 9-39]
ILS Errors
ILS와 그 구성 요소는 아래에 나열된 특정 오류의 영향을 받는다. localizer 신호와 GS 신호는 space waves와 마찬가지로 단단한 물체로부터 반사되는 영향을 받는다.
1. Reflection. 지상의 차량, 그리고 5,000ft(AGL) 이하로 비행하는 다른 항공기는 접근 중인 항공기의 신호를 방해할 수 있다.
2. False glideslope. GS 지상 시설은 올바른 경로뿐만 아니라 더 높은 각도의 경로를 추가적으로 만들어낸다. 이러한 false glideslope은 약 9 ~ 12도에서 발생한다. 일정한 고도로 다양한 false glideslopes를 통과하면 GS needle과 GS warning flag가 오락가락 하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 false glideslopes 중 하나에 설정될 경우 깊은 하강률이 필요하거나, 혹은 GS needle이 반대 방향을 지시한다. 허나 접근 차트에 지정된 고도(glideslope intercept altitude)에서 접근이 수행되면 이러한 false glideslope가 발생하지 않는다.
(출처: The Airbus Safety Magazine, Lining Up with the Correct Glide Slope)
Marker Beacons
marker beacon 송신기는 매우 낮은 출력의 지향성 안테나를 사용하므로 송신기로부터 멀리 떨어진 곳에서는 신호가 수신되지 않는다. 보통 공중 수신기가 꺼져있거나수신기 감도가 잘못 설정되어 있을 때 신호 수신 문제가 발생한다.
일부 marker beacon 수신기는 무게와 비용을 줄이기 위하여 자체 전원 공급 장치가 없도록 설계되었다. 이러한 장치는 다른 라디오의 전원을 사용한다(보통 ADF). 이로 인해 일부 항공기에서 marker beacon 수신기를 작동시키기 위해선 ADF를 켜야 한다(허나 warning placard가 필요하지는 않음). 또 다른 문제의 원인은 “HIGH/LOW/OFF” 스위치일 수 있는데이러한 스위치는 수신기의 감도를 선택할 뿐만 아니라 수신기를 작동키기 때문이다. 보통 “test” 기능은 marker beacon lights의 전구가 작동하는지만 점검한다. 따라서 일부 장치에서는 marker beacon 수신기가 실제로 켜져 있는지를 확인할 실용적 방법이 없다.
Operational Errors
1. ILS 지상 장비의 기본 사항을 이해하지 못함(특히 course 범위의 차이에 대하여). localizer course가 VOR 수신기에서 사용되기 때문에 localizer course와 VOR radial에 대한intercept 및 track 기법이 동일하다 가정하는 경우가 있다. CDI는 localizer course에서 더 민감하고 빠르다.
2. ILS로 전환하는 도중 방향 감각 상실. 이는 계획이 부적절할 때, 그리고 사용 가능한 모든 공중 장비들을 사용하지 않고 하나의 수신기만 의존할 때 발생한다. 하나의 수신기가 고장날 수도 있으므로 이용 가능한 모든 장비들을 사용한다.
3. localizer course에서 방향 정위 상실. 이는 위에서 언급한 첫 번째 오류로 인해 발생한다.
4. 부적절한 localizer 교차 각도. 교차 각도가 크면 보통 overshoot이 발생하며 방향 정위 상실로 이어질 수 있다. 만약 가능하다면 지시침의 움직임이 처음 나타날 때 즉시 localizer course heading으로 선회한다. inbound course에 locator나NDB가 있다면 ADF 수신기가 방향을 결정하는데 도움을 제공한다.
5. CDI와 glidpath 지시침을 chase 함(특히 비행 전에 접근을 충분히 연구하지 않은 경우).
Simplified Directional Facility(SDF)
SDF는 ILS localizer와 유사한 final approach course를 제공한다. SDF course는 활주로와 정렬되어 있을 수도 있고 정렬되어 있지 않을 수도 있다. 그리고 SDF course는 standard ILS localizer보다 더 넓을 수도 있다(즉 덜 정교함). 이용 가능한 off-course 지시는 course 중심선으로부터 양 쪽으로 35도로 제한된다. course 중심선으로부터 35 ~ 90도 사이의 영역에서는 계기 지시를 무시해야 한다.
SDF는 항공기 계기가 만족스럽게 작동할 수 있을 정도로 충분한 신호를 제공해야 한다. 그 범위는SDF 안테나 시스템의 중심으로부터 18NM 거리까지, 중심선으로부터 양쪽 10도 각도로, 그리고 수평면으로부터 7도 각도로 확장된다. final approach course와활주로 중심선이 수렴하는 각도가 30도를 초과해서는 안 된다. 조종사는 이 각도에 유의해야 한다. 왜냐하면 approach course는 안테나로부터 시작되므로 활주로 시단 너머로 계속 접근하면 항공기가 활주로 중심선이 아닌 SDF offset 위치로 이동하기 때문이다.
송신기에서 방출되는 SDF 신호의 경로 폭은 6도나12도로 고정된다. 이는 최대의 비행 품질과 최적의 접근 경로 품질을 제공하기 위함이다. 세 글자의 식별자가 SDF 주파수에서 코드로 전송된다. station 식별자 앞에 문자 “I”(∙∙)가 전송되지 않는다. 예를 들어 레바논 미주리의 SDF 식별자는 LBO이다.
(출처: boldmethod)
Localizer Type Directional Aid(LDA)
LDA는 localizer에 필적하는 유용성과 정확성을 제공하긴 하지만ILS의 일부는 아니다. LDA의 경로 폭은 3 ~6도이므로 SDF보다 더 정밀한 접근 경로를 제공한다. 일부 LDA에는 GS가 장착되어 있다. LDA 경로는 활주로와 정렬되지 않는다. 허나 활주로 중심선과 LDA 경로 사이의 각도가 30도를 초과하지 않는다면 straight-in minimums가 게재될 수 있다. 만약 이 각도가 30도를 초과하면 circling minimums만이 게재된다. LDA 주파수에서 전송되는 코드는 “I”로 시작되는 세 글자의 식별자이다. 예를 들어 캘리포니아 Van Nuys의 LDA 식별자는 I-BUR이다.
(출처: boldmethod)
Microwave Landing System(MLS)
MLS는 정확한 정렬 및 하강을 위한 정밀 항법 안내를 제공한다. 이는 방위각, 고도, 그리고 거리를 제공한다. 수평 안내와 수직 안내는 종례의 course deviation indicators에 표시되거나 조종실 화면에 표시될 수 있다. 거리 정보는 종례의 DME indicators에 표시되거나 이 또한 조종실 화면에 표시될 수 있다. [그림 9-40]
시스템은 다섯 가지 기능(approach azimuth, back azimuth, approach elevation, range, 그리고 data communication)으로 나뉠 수 있으며 이를 azimuth station이 수행한다. azimuth station은 방위각 항법 안내를 제공할 뿐만 아니라 기본 데이터를 전송한다. 이러한 기본 데이터는 착륙 시스템의 운영과 관련된 정보, 그리고 지상 장비의 성능에 대한 자문 정보를 전송한다.
Approach Azimuth Guidance
azimuth station은 5031 ~ 5091MHz 주파수 범위에 있는 200개 채널들 중 하나를 통해 MLS 각도와 데이터를 전송한다. 해당 장비는 보통 stop end of the runway로부터 약 1,000ft 떨어진 지점에 위치한다. 방위각의 범위는 활주로 중심선으로부터 양쪽으로 최소 40도 이상 확장되고, 최소 15도의 각도로 최소 20,000ft 고도까지 연장되며, 최소 20NM까지 이어진다.
MLS 신호의 수신 및 처리를 위해선 별도의 공중 장비가 필요하다. MLS의 data communication 기능은 송신 시스템의 상태와 기타 정보(예를 들어 기상, 활주로 상태 등등)에 대한 청각 정보를 제공할 수 있다. MLS는 M으로 시작하는 4개의 식별자를 모스 부호로 분 당 6번 전송한다. MLS 시스템은 자체적 모니터링을 수행하며 시스템 작동 상태에 대한 지대공 데이터 메시지를 전송한다. 정기 점검이나 비상 점검 도중에는 코드 식별 부호가 전송에서 사라진다. 현재 이 시스템은 거의 설치되어 있지 않다.
RNP는 RNP-certified aircraft가 운항하는 공역의 측면 영역에 대해 규정된 특정 수준의 정확도를 제공하는 항법 시스템이다. 항공 산업의 지속적인 성장으로 인해 공역의 수요가 증가하였다. 따라서 공역을 가장 최대로 사용할 필요성이 강조되었다. 이는 required navigation performance(규정된 공역 내에서 운영하는데 필요한 항법 성능의 정확도를 말함) 개념으로 이어졌다. 또한 현대 항법 시스템의 정확성, 그리고 direct routing 및 track-keeping accuracy의 운영 효율성 향상에 대한 요구사항으로도 이어졌다. RNP는 성능 및 기능 조건들을 모두 포함할 수 있으며 이는 RNP type으로 표시된다. 이러한 기준은 설계자, 제조자, 항전 장비 설치자, 그리고 세계적 운영을 위한 시스템 제공자 및 사용자를 대상으로 한다. MASPS(minimum aviation system performance specification)은 공역 개발에 대한 지침, 그리고 개선된 항법 능력의 이점을 얻는데 필요한 운영 절차를 제공한다. [그림 9-41]
RNP type은 TSE(total system error)를 규정한다. 이는 특정 공역 내에서의 수평 및 수직 제한치이다. TSE는 NSE(navigation system errors), computation errors, display errors, 그리고 FTE(flight technical errors)를 고려한다. TSE는 비행의 어떤 부분에서도 비행시간의 95%에 대해 RNP 값을 초과해서는 안 된다. RNP는 ICAO Manual(Doc 9613)에서 명시된 정확도 기준, 특정 정확도 조건, 그리고 기능 및 성능 기준을 갖추고 있다. 이는 RNAV 시스템이 미래의 항공 교통 관리 조건을 충족할 수 있게 만들기 위함이다. RNP를 위한 기능 기준에 따르면 비행경로가 RNP 수준으로 예측 및 반복 가능해야한다. RNP에 대한 자세한 내용은 다음 장에 수록되어 있다.
RNP라는 용어는 공역, 경로, 그리고 절차(departures, arrivals, 그리고 IAPs)의 설명자로도 적용된다. 이 설명자는 독특한 접근 절차, 혹은 넓은 공역에 적용할 수 있다. RNP는 지정된 공역 내의 항법 성능에 적용된다. RNP는 이용 가능한 인프라(항법 보조 장치)의 성능, 그리고 항공기의 성능을 모두 포함한다.
RNP type은 공역에 대한 항법 조건을 지정하는데 사용된다. ICAO RNP Types는 다음과 같다: RNP-1.0, RNP-4.0, RNP-5.0, 그리고 RNP-10.0. required performance는 항공기의 성능, 그리고 항법 인프라가 제공하는 서비스 수준의 조합으로 얻어진다. 넓은 관점에서 보았을 때 이는 다음과 같다:
Aircraft Capability + Level of Service = Access
이러한 맥락에서 aircraft capability는 감항 증명, 그리고 operational approval elements(항전 장비, 정비, 데이터베이스, 인적 요인, 조종사 절차, 훈련, 그리고 기타 문제를 포함)를 의미한다. level of service는 게재된 경로, 신호의 성능 및 가용성, 그리고 항공 교통 관리를 포함하는 NAS 인프라를 말한다. 이러한 요소들을 종합적으로 고려하였을 때 그 결과 access가 발생한다. access는 이점(공역, 절차, 비행경로, 등등)을 제공한다.
RNP level은 비행경로 중심선으로부터의 실제 거리이다. 이는 항공기 및 장애물 분리를 위해 반드시 유지되어야 한다. 미국은 현재 다음과 같은 세 가지 standard RNP levels를 지원한다(특정 운영을 위해 추가적인 FAA-recognized RNP levels가 사용될 수도 있음):
∙ RNP 0.3 – Approach
∙ RNP 1.0 – Departure, Terminal
∙ RNP 2.0 – En route
RNP 0.3은 비행경로 중심선으로부터 양쪽으로 0.3NM의 거리를 나타낸다. 계기 접근의 final approach segment에 필요한 특정 성능이 바로 RNP 0.3이다. 현재 0.3 RNP level은 RNAV 운영에 사용되는 가장 낮은 level이다. 특별한 절차를 사용하는 특정 항공사는 RNP 0.3보다 낮은 RNP level을 사용하도록 승인된다. 그러나 그 level은 OpsSpecs(operations specifications)에 따라서 사용되어야 한다. 특정 RNP type에 적합한 항공기 장비는 총 비행시간의 95% 이상에서 정확도를 유지해야 한다.
