본문내용
1. 항법장치
1.1. 전파항법시스템
1.1.1. 자동방향탐지기(ADF)
자동방향탐지기(ADF)는 전자파의 직진성을 이용하여 항공기의 루프 안테나(loop antenna)를 통해 전파를 수신하고 도래 방향을 파악하여 항공기의 기체 축을 기준으로 항공기와 선택한 전파 송신 지상국과의 상대 방위를 찾아내는 장치이다.
지상국으로 이용되는 설비는 ADF용으로 구축한 NDB국(Non-Directional radio Beacon) 또는 일반 중파 방송국이 이용된다. NDB국은 190~1,750kHz 대역의 주파수를 사용하여 항공기의 방향탐지기에 신호를 제공하며, 지상에 설치된 안테나로부터 360도 전방향으로 전파를 송신한다. 진폭변조(AM) 방식을 사용하며, 전파 송신 지상국을 식별하기 위하여 톤 형식의 국제 모스 부호로 알파벳 두 개 또는 세 개 문자를 균일 간격으로 송신한다.
이렇게 송신된 전파가 항공기 루프 안테나와 수평을 이룰 때 수신 전계 강도(field strength)가 최대가 되는 8자형의 안테나 전파 패턴을 이루게 된다. 그러나 만약 서쪽과 동쪽을 루프 안테나가 지향하고 있다면 두 방향 중 어느 방향이 송신 방향인지 알 수 없게 된다. 이 때 무지향성의 특성을 가진 센스 안테나의 패턴을 합성하게 되면 심방형의 새로운 안테나 패턴이 구성되어 최대 감도와 최소 감도 방향을 구분할 수 있게 된다. 이 경우 조종석 내의 ADF 지시기는 이 최소 감도 방향과의 상대 방위를 표시하게 된다.
또한 ADF는 코일 형태의 고니오미터(goniometer)에 내장된 회전자의 회전을 통해 360도 전방향을 탐지할 수 있으며, ADF 호밍, 지상국과의 거리계산, 항로추적 등의 부가적인 기능에도 활용될 수 있다.
그러나 ADF 시스템은 몇 가지 오차 요인을 가지고 있다. 먼저 야간의 전리층 반사율 차이, 해상과 육상에서의 전파 전달 속도 차이, 복잡한 지형에 따른 전달 속도 차이 등으로 인한 오차가 발생한다. 또한 NDB국과 항공기 안테나의 위치, 형상 등의 차이로 인한 2주기 오차도 발생할 수 있다.
이처럼 ADF 시스템은 전자파의 직진성과 방향 정보를 활용하여 항공기의 위치와 방위를 파악할 수 있는 중요한 장치이지만, 다양한 오차 요인으로 인해 정확도와 신뢰성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 보다 정밀하고 안전한 항법을 위해 VOR, DME, TACAN 등 다른 전파항법장치들이 개발되어 활용되고 있다.
1.1.2. 초단파 전방향 무선표지(VOR)
초단파 전방향 무선표지(VOR)는 NDB와 같이 LF(장파)나 MF(중파)를 사용하는 단점을 보완하고 VHF 대역의 전파의 특성인 가시거리 직진성을 이용한 단거리용 항법 시설로 개발되어 여타 다른 전파 항법시설보다 정밀성과 안전성이 우수하여 단거리용 주항법 시설로 지정되어 전 세계적으로 널리 이용되고 있다.
VOR 신호는 전방향 동일 위상을 갖는 30Hz로 주파수 변조된 기준 위상 신호와 방위각이 시계 방향으로 변화면서 위상도 한 주기씩 늦어지는 30Hz, AM 가변 위상 신호를 송신하고 항공기에서는 이 두 신호의 위상차를 측정하여 자북을 기준으로 방위를 나타내는 방식이다.
VOR의 특성은 108.00 ~ 117.975MHz 대역의 주파수를 이용하여 VOR 지상국을 기준으로 항공기에서 본 VOR 국방위(Bearing) 정보를 제공하는 전파 항법시스템이라는 점이다. 또한 표준 식별부호 송신, 호밍, 항로추적, 지상국까지의 거리계산 등 ADF와 유사한 기능을 더욱 정밀하게 수행할 수 있고, 1970년대에 들어와서는 설비 기준의 표준이 되는 표준 VOR외에 CVOR과 반대로 기준 위상 신호를 송신하는 안테나 주변에 50여개의 가변위상 신호를 송신하는 애드콕 안테나를 방사형으로 배치하고 도플러 효과를 응용하여 주변 지형의 영향에 덜 영향을 받는 도플러 VOR(DVOR)이 이용되는 등, VOR은 단거리 국제 표준 항법으로 지속적으로 발전되고있다.
1.1.3. 거리측정장치(DME)
거리측정장치(DME)는 UHF 전파 대역인 960~1,215MHz를 사용하며, 전파 속도의 균일성 및 UHF 전파의 직진성을 이용하여 항공기의 질문기와 지상국의 응답기 사이의 펄스 신호의 왕복 소요 시간을 계산하여 경사 거리(slant range)로 나타내는 거리 측정 방식이다.
DME는 VOR과 병설하여 방위 정보와 거리 정보를 동시에 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 즉, VOR 지상국 안테나 중앙에 DME 안테나를 설치하여 민간·군이 함께 사용할 수 있도록 구성된 VOR/TAC을 주로 권장하고 있다. 이를 통해 항공기는 단 하나의 지상국에서 방위와 거리 정보를 동시에 얻을 수 있게 된다.
DME의 작동 원리는 다음과 같다. 항공기에 탑재된 질문기(Interrogator)가 지상국의 응답기(Transponder)에 펄스 신호를 보내면, 지상국의 응답기가 이 신호를 수신하고 일정 시간이 지난 후 다시 펄스 신호를 보낸다. 이때 항공기의 질문기는 송신 시간과 수신 시간의 차이를 측정하여 항공기와 지상국 간의 경사거리를 계산할 수 있다. 이 경사거리는 항공기의 정확한 위치를 나타내는 중요한 정보가 된다.
DME는 전파 속도가 균일하고 직진성이 강한 UHF 대역을 사용하기 때문에 정확도가 높은 편이다. 또한 VOR과 병설되어 사용됨으로써 방위와 거리 정보를 동시에 얻을 수 있어 항공기의 위치 파악이 용이하다는 장점이 있다. 그러나 DME 역시 일부 단점이 존재하는데, 지상국 장애물에 의한 전파 반사 문제, 고도에 따른 오차, 비행 중 가속·감속 시 발생하는 오차 등이 그것이다.
전반적으로 DME는 항공기의 위치 파악에 필수적인 장치로, VOR과의 병설 사용을 통해 방위와 거리 정보를 동시에 제공함으로써 항공기 운항의 안전성과 정확성을 크게 향상시키고 있다.
1.1.4. 전술항법장치(TACAN)
전술항법장치(TACAN)는 UHF(Ultra High Frequency)대역(962~1,213MHz)의 펄스 전파를 이용하며, 방위와 거리 정보를 동시에 얻을 수 있는 장비로 주로 군용 항공기에 의해 이용되고 있다.
TACAN 시스템은 DME와 동일한 거리 측정 원리와 방법을 사용한다. 즉, 질문과 응답으로 구성된 신호, 주파수, 채널 등이 DME와 동일하다. 그러나 방위각을 얻는 방식은 VOR과 다르다. TACAN 지상국은 방위정보를 제공하기 위해 특별한 안테나를 사용한다.
TACAN 지상국의 안테나는 중앙에 무지향성의 전파를 발사하는 소자와 이 주위에 두 개의 실린더가 회전하는 구조를 갖고 있다. 내부 실린더에는 한 개의 반사기가 부착되어 있고, 외부 실린더에는 아홉 개의 실린더가 부착되어 빠르게 회전한다. 이를 통해 심방형(cardioid) 전파 방사 패턴을 만들고, 이는 다시 외부 실린더를 통해 40도 간격을 갖는 지향성 방사 패턴을 갖게 된다. 이러한 구조...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12