본문내용
1. 항공 항법 장치
1.1. 전파 항법 시스템
1.1.1. 자동방향탐지기(ADF)
자동방향탐지기(ADF)는 전자파의 직진성을 이용하여 항공기의 루프 안테나를 통해 전파를 수신하고 도래방향을 파악하여 항공기의 기체 축을 기준으로 항공기와 선택한 전파 송신 지상국과의 상대 방위를 찾는 장치이다.
ADF 시스템에서 지상국으로 이용되는 설비는 ADF용으로 구축한 NDB국(Non-Directional radio Beacon) 또는 일반 중파 방송국이다. NDB국은 190~1,750kHz 대역의 주파수를 사용하여 항공기의 방향탐지기에 신호를 제공하며, 지상에 설치된 안테나로부터 360도 전방향으로 전파를 송신한다.
이렇게 송신된 전파가 항공기 루프 안테나와 수평을 이룰 때 수신 전계 강도가 최대가 되는 8자형의 안테나 전파 패턴을 이루게 된다. 그러나 예를 들어 서쪽과 동쪽을 루프 안테나가 지향하고 있다면 두 방향 중 어느 방향이 송신 방향인지 알 수 없게 된다. 이 때 패턴이 무지향성의 특성을 가진 센스 안테나의 패턴을 합성하게 되면 심방형의 새로운 안테나 패턴이 만들어지고, 이로써 최대 감도와 최소 감도 방향이 구별된다. 이 경우 조종석 내의 ADF 지시기는 이 최소 감도 방향과의 상대 방위를 전시한다.
또한 ADF는 기본적인 방위 측정뿐만 아니라 ADF 호밍, 지상국과의 거리계산, 항로추적 등의 부가적인 기능에 활용될 수 있다. 다만 ADF 시스템은 밤낮의 전리층 반사율 차이, 해상과 육상에서의 전파 전달 속도 차이, 복잡한 지형에 따른 전달 속도 차이 등 여러 가지 오차가 발생되는 특징이 있다.
1.1.2. 초단파 전방향 무선표식(VOR)
VOR(VHF Omni-directional Range)은 NDB와 같이 LF(장파)나 MF(중파)를 사용하는 단점을 보완하고 VHF 대역의 전파의 특성인 가시거리(line of sight) 직진성을 이용한 단거리용 항법 시설이다. VOR은 다른 전파 항법시설보다 정밀성과 안전성이 우수하여 단거리용 주항법 시설로 지정되어 전 세계적으로 널리 이용되고 있다.
VOR의 특성은 108.00MHz~117.975MHz 대역의 주파수를 이용하여 VOR 지상국을 기준으로 항공기에서 본 VOR 국의 방위(Bearing) 정보를 제공하는 전파 항법시스템이다. VOR 국은 전방향 동일 위상을 갖는 주파수 변조된 기준 위상 신호(reference phase signal)와 방위각에 따라 위상이 늦어지는 AM 가변 위상 신호(variable phase signal)를 송신하고, 항공기에서는 이 두 신호의 위상차를 측정하여 자북(magnetic north)을 기준으로 방위를 찾아낸다.
VOR 시스템은 가용한 200개의 채널 중 40개는 ILS 용도로 할당되어 실제로는 160개의 채널로 구성되어 있으며, 유효 통달거리는 출력 200W, 수신고도 20,000ft의 경우 약 100nm에 이른다. 방위각 정보의 허용오차는 약 ±2°를 기준으로 하고 있다. 또한, VOR은 표준 식별부호 송신, 호밍, 항로추적, 지상국까지의 거리계산 등 ADF와 유사한 기능을 더욱 정밀하게 수행할 수 있다.
1970년대에 들어와서는 설비 기준의 표준이 되는 표준 VOR 외에 CVOR과 반대로 기준 위상 신호를 송신하는 안테나 주변에 50여개의 가변위상 신호를 송신하고 도플러 효과를 응용해서 주변 지형의 영향에 덜 영향을 받는 도플러 VOR(DVOR)이 이용되는 등 VOR은 단거리 국제 표준 항법으로 지속적으로 발전되었다.
1.1.3. 거리측정장치(DME)
DME(Distance Measuring Equipment)는 UHF 전파 대역인 960MHz ~ 1,215MHz를 사용하는 거리 측정 장치이다. DME는 전파 속도의 균일성 및 UHF 전파의 직진성을 이용하여 항공기의 질문기와 지상국의 응답기 간의 펄스 신호의 왕복 소요 시간을 계산하여 경사 거리(slant range)로 나타내는 거리 측정 방식이다.
DME 지상국은 항공기로부터 질문 신호를 받으면 이에 응답하는 신호를 보내게 된다. 항공기에서는 질문 신호를 보낸 시간과 응답 신호를 받은 시간의 차이를 측정함으로써 항공기와 DME 지상국 사이의 경사 거리를 계산할 수 있다. 이때 전파 속도가 일정하다는 가정하에 소요 시간과 거리 간의 비례관계를 이용하여 거리를 구하게 된다.
DME는 VOR과 병설하여 사용되는 경우가 많으며, 이때 VOR으로부터 방위 정보와 DME로부터 거리 정보를 동시에 얻을 수 있어 보다 정확한 항법 정보를 제공할 수 있다. 이러한 VOR/DME 시스템은 항공기의 현재 위치를 극좌표계로 표시할 수 있어 항법에 유용하게 활용된다.
DME의 주요 특징은 다음과 같다. 첫째, UHF 전파 대역을 사용하여 전파의 직진성이 높고 거리 측정의 정확성이 우수하다. 둘째, 질문-응답 방식으로 작동하여 항공기와 지상국 간의 거리를 직접 측정할 수 있다. 셋째, VOR과 병설 운용되어 방위와 거리 정보를 동시에 제공할 수 있다. 넷째, 군용 전술항법장치인 TACAN과 거리 측정 원리가 동일하다.
이처럼 DME는 항공기의 정확한 위치 파악을 통해 안전한 항행을 보장하는 중요한 전파 항법 시스템이다. 특히 VOR과 함께 사용되어 방위와 거리 정보를 제공함으로써 항공기의 정확한 현재 위치를 파악할 수 있게 한다.
1.1.4. 전술항법(TACAN)
UHF 대역(962 ~ 1,213MHz)의 펄스 전파를 이용하며, 방위와 거리 정보를 동시에 얻을 수 있는 장비로 주로 군용 항공기에 의해 이용되고 있다. 거리 측정 원리와 방법은 DME와 동일하나, 방위각을 얻는 방식은 VOR과 다르다. TACAN 지상국은 방위정보를 제공하기 위해 특별한 안테나를 사용한다. 이 안테나는 중앙에 무지향성의 전파를 발사하는 소자와 이 주위에 두 개의 실린더가 회전하는데, 내부 실린더에는 한 개의 반사기가 부착되어 있고, 외부 실린더에는 아홉 개의 반사기가 부착되어 있어 빠르게 회전함으로써 한 개의 반사기가 달려 있는 내부 실린더를 통해 심방형(cardioid) 전파 방사 패턴을 만들고, 이는 다시 외부 실린더를 통해 40도 간격을 갖는 지향성 방사 패턴 갖게 되어, 보다 정밀한 방위정보를 항공기의 계기에 지시하게 된다. 이러한 TACAN 방식은 단거...
