kkckc의 일상

Operations for Urban Air Mobility (UAM) (ConOps 1.0)
https://nari.arc.nasa.gov/sites/default/files/attachments/UAM_ConOps_v1.0.pdf

번역 초안 자료입니다

감사합니다.

1. PBN 알람 관련 확인 사항

요약: PBN의 RNAV는 장비 탑재(RNP: Required Navigation Performance) 및 운영 환경(내륙 or 대양 or 터미널 공역 등)에 따라서 달라진다, 또한 이에 따라 Alerting도 달라진다.

 PBN 개념에서 ICAO는 아래 그림과 같은 체계를 제시하고 있다. 즉, RNAV 체제 에서는 대양 항로나 원거리 대륙 항로에 RNAV 10을 적용하고, 내륙의 항로에는 공역 상황에 따라 RNAV 5나 RNAV 2, RNAV 1을 적용하며, 터미널 공역에는 RNAV 2, RNAV 1을 적용한다. 항공기에 탑재된 경보 장비나 감시 장비를 요구 하는 RNP 체제에서는 대양항로에 RNP 4, 내륙 항로에 RNP 2 터미널 공역에는 RNP 1, RNP APCH, RNP AR APCH를 적용한다. 항공기의 접근 단계에서 수직 정보가 제공되지 않는 경우는 RNP APCH-LANV를 사용하고, 수직정보가 제공되는 경우는 RNP APCH-LNAV/VNAV를 이용한다.

항법 요건(Navigation Specification)의 체계

2. PBN 신 ICO 비행계획서 관련 확인 사항

요약: 신 ICAO Plan에 따라 레이더 화면 및 비행스트립 (E-Strip / Paper Strip)에는 항공기별 항행 조건이 표기되어야 한다.

가. PBN과 항공교통관제 (Air Traffic Control)

1) 비행계획서(Flight Plan): 변경 내용들

가) 현재의 비행계획서에서 RNAV, RNP 항로를 운항하는 항공기는 Item 10에 R을 기입하고 Item18에 NAV/RNAV1 또는 NAV/RNP4이런 형식으로기입한다.

○ RNAV 5의 경우 : NAV/RNAV5

○ RNAV 1/ RNAV 5의 경우 : NAV/RNAV1 RNAV5

○ RNP 4의 경우 : NAV/RNP4

○ RNP 4/ RNAV 5의 경우 : NAV/RNAV5 RNP4

2) 2012년부터 변경되는 ICAO Flight Plan

가) Item 10에 R을 기입하고 Item 18에 PBN/A1B1S2 같이 항법 스펙 코드를 기입한다.

나) 코드는 최대 8개까지 즉 16자까지 기입할 수 있다.

다) 비행계획서는 기존에는 1일전에 제출하였으나 출발 5일전까지 제출할 수 있다.

라) ATS전문 10번 필드형식 사선이후 성능란의 200문자로 확장

마) ATS전문 10번 필드형식에 새로운 2문자 코드 신설

바) ATS전문 15번 필드형식에 웨이포인트(Waypoint)를 적용하기 위해 최대 2문자에서 5문자로 확장

사) PBN 이행 성능여부, Date of Flight(DOF)를 포함하여 중요한 부가적인 정보는 18번 필드형식에 추가

[그림 1] 비행계획서 변경 예시

3) 비행진행기록쪽지(Strip) (일본의 예)

가) 비행계획서에 포함된 항공기별 항행요건은 다음 그림처럼 표기가 가능하다.

○ RNAV 1 = R1, RNAV 5 = R5, RNP4 = P, RNP10 = A

○ RNAV1 + RNAV5 = R15

○ RNAV1 + RNP4 = R1P, RNAV1 + RNP10 = R1A

○ RNAV5 + RNP4 = R5P, RNAV5 + RNP10 = R5A

○ RNAV1 + RNAV5 + RNP4 = RP5

○ RNAV1 + RNAV5 + RNP10 = RA

4) 레이더 화면

가) 비행계획서에 포함된 항공기별 항행요건은 레이더화면의 Data Block에 우측과 같이 현시된다. 이는 관제사가 사전에 항공기의 항행요건을 인지하여 적정 비행로로 비행허가를 발부하기 위함이다.

[참고자료]

아태지역 PBN 로드맵 주요 일정 [PBN_16.pdf]

출저: 국토해양부 PBN 교육자료

1) PSR/SSR과 Mode A/C

일반적인 PSR(Primary Surveillance Radar)는 커다란 안테나가 빙글빙글 돌면서, 전파를 쏘고 반사파를 받아서, 화면에다가 표시해주는 역할을 하지요. (그림에서 아래 커다란 반원형 부분) [1]

Air Route Surveillance Radar primary & secondary radar system

PSR을 사용하여 비행기의 위치를 표시할 경우 그림은 다음과 같게 나옵니다. PSR데이터를 통해 시스템은 비행기의 위치가 점으로 표시하게 됩니다.

이 정보는 항공기의 대략적인 X, Y 축의 위치만을 알려주게 됩니다. 그러나, 이러한 대략적인 정보 만으로는 관제에 필요한 정보가 제한됩니다. 왜냐면 비행기의 종류나 고도 또한 관제의 중요한 요소이기 때문입니다. 이러한 목적으로 SSR(Secondary Surveillance Radar) 시스템이 제안됩니다. (또는 ATCRB(Air Traffic Control Radar Beacon System)라고도 부릅니다.) SSR은 “이 신호를 받는 비행기들은 자신에 대한 정보를 주세요” 라고 Broadcast로 질문을 던집니다. 그러면, Mode A/C가 장착된 항공기에서는 이에 대해서 (1) 자신의 종류 (Mode A) 및 (2) 고도 (Mode C)를 Broadcast로 응답하게 됩니다. (위의 안테나 그림에서 아래 타원형 안테나 위에 긴 막대기가 SSR 레이더입니다.)

 전문적인 정의로는 SSR은 지상설비인 Interrogator 부터 질문 신호를 발사하면, 항공기의 Transponder가 질문신호에 대응하는 응답신호를 지상설비로 반송하는 시스템을 의미합니다. SSR System은 지상국으로부터 1030 MHz의 질문에 대하여 Transponder가 일제히 1090 MHz로 응답합니다.

 SSR Transponder에서는 일괄질문(All Call)에 대하여 Mode “A”(식별코드)/“C”(고도정보) 응답을 보내어 지상관제사는 항공기의 방위, 거리, 식별코드 및 고도를 알 수 있게 되어 항공기를 쉽게 구별할 수 있게 합니다. (일반적 식별 코드에 대해서는 Transponder Code에 대한 [2]의 자료를 참고하세요)

 2) Mode S

 모든 시스템이 그렇듯, 세월이 지나면서 Mode A/C에 대한 제약이 발생합니다. 첫 번째 제약 사항은 모든 전파가 Broadcast로 통신되다 보니, 신호가 많아지는 경우 전파의 간섭이 생겨납니다. 두 번째 제약 사항은 Mode A, C가 전달할 수 있는 것보다 많은 양의 데이터를 통신하고 싶은 경우의 제약성입니다. 하단의 글은 이와 연관한 Mode S의 대략적인 설명입니다.

Mode S는 위의 Mode A/C의 개량된 버전으로써, Mode A/C와의 가장 큰 차이점은 Broadcast -> 1:1 통신으로 바뀐 부분입니다. (Monopulse 기술이라고 부릅니다.) Mode S는 기존의 장비를 그대로 활용하면서, 아래와 같은 방법을 통해 mode-s는 항공기와의 1:1 통신을 확보합니다.

(1) 레이더에서 all call로 전파 발생시키면, mode a/c 장착 항공기는 응답, mode s 항공기는 미 응답

(2) 레이더에서 all call + mode s를 발생시키면, 모든 항공기(mode a/c + s) 응답

(3) 위의 결과를 바탕으로 mode s항공기에 대한 식별 및 데이터 전송

 이러한 방법을 통해, Mode S는 기존의 SSR에서 문제로 대두되었던 전파의 간섭 현상을 해결하고, 추가적으로 확장된 항공기 위치, Heading, Speed, 선택된 고도 등 추가정보를 제공할 수 있게 됩니다.

[1] Fundamentals of Air Traffic Control

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Transponder_code#Transponder_codes

* FDP의 기본 기능

기본적으로 FDP의 기본 기능은 비행에 관련된 비행 데이터를 다루는 것을 목적으로 한다.

1960년대의 비행 관제는 수작업으로 작성된 flight progress strips를 중심으로 이루어졌다. 1970년대 이후 FAA는 IBM을 통하여 이 작업을 전산화한다.

 1980년대 중반 이후 FAA는 ARTS(Automated Radar Terminal System)를 통해 통합된 관제 시스템을 도입하게 되는데, 이 시스템에 대한 sub-system으로 FDP시스템이 도입된다.

 이러한 시스템은 국내에도 도입되어 사용되고 있는데, 인천 ACC 표준운영 절차에 의한 이 시스템의 정의는 다음과 같다.

 그러나, FDP의 기능에 대해서는 기능에 따라, 정의한 기관에 따라, 정의한 목적에 따라 조금씩 차이가 있다.

* 예를 들어 인천공항공사 ACC 운영 지침에 따른 시스템의 구성 모듈은 13개가 있다.

가. AFTN LINK

FDP는 항공고정통신망(AFTN)과의 링크 기능을 제공한다.

나. CONFORMANCE

이 기능은 항공기가 Flight Plan 경로를 준수하고 있는지에 대한 검증을 실시한다. 이러한 경로 준수에 대해서는 상호연관(correlation) 기능으로 분류하기도 한다. 상호연관이란 시스템 항적과 비행계획이 상호연관(correlation)되는 것을 말하며, 모델링된 항공기의 위치를 기준으로 실제항적이 종적:30분, 횡적:20마일, 수직:10000피트 이내에 있어야 한다. (공항에서 출발하는 경우: 공항으로부터 10분)

다. PLANNING

비행 경로에 대한 Planning

라. TRAJECTORY

이 기능은 Flight Plan에 따른 항공기의 궤도(trajectory)를 관리하는 기능이다.

마. RDP INTERPOLATION

비행계획을 이용하여 레이더 전시면 상에 항공기의 위치를 가상으로 표시해주는 기능을 말하며, RDP로부터 항적의 위치가 보고되지 않은 1 frame 후 coast가 실행되고 이후 4 프레임이 지나도록(설정가능) 레이더 자료가 더 이상 수신되지 않고 있는 경우에 실행된다. [1]

바. (Flight Data) POSTING

비행 계획의 출력

사. COORDINATION

조정 기능

아. SUPERVISOR

관리자 기능

자. FLOW MANAGEMENT

경로 관리 기능

차. A&M

Aeronautical & Meteorological, 공항, 항행안전시설, 공항예보, 항공기상 정시관측 자료

카. LATC (LOCAL ATC EXTERNAL INTERFACE MANAGEMENT)

외부 자료와의 연계 인터페이스

타. FDTs (Flight Data Terminals)

비행자료단말기 FDT는 15인치의 디스플레이 화면과 영문자, 숫자로 구성된 타이프 형태의 키보드 및 기능, 커서 제어키로 구성되어 있다. 모든 자료의 입력, 출력은 프로그램으로 지정된 두 개의 지정문자 또는 문자, 숫자로서 해당 양식을 추출하여 각 입력란(Field)에 써넣는다. 화면에 디스플레이 되는 내용은 다음과 같다. - 관제사가 요구하는 각종 수동 입, 출력 양식 - 컴퓨터에 송신한 메시지에 오류가 있을 때 나타나는 오류내용 - 관제사가 요구한 자료 - 도착 지연 VFR 항공기의 비행자료 - 비행 계획서 수용 능력 근접/도달, 경고 및 컴퓨터 운영경고 - 컴퓨터의 고장 자료(운영 모드, 년, 월, 일, 시 등) [3]

파. TSIM (TERMINAL SERVER INTERFACE MANAGEMENT)

공항 터미널 서버와의 통신 기능을 제공한다.

* 항공관제 시스템 구축에 대한 ART 세미나 자료에서 발췌한 내용을 중심으로 기능을 나눈 기능명세는 다음과 같다. [4]

기능에 대한 세분화된 구성은 다음과 같다. [5]

[1] 인천 ACC 표준운영절차

[2] ATC Centres Accommodating ACARS to ATN

[3] 한국공항공사 항공지식 항공용어풀이

[4] 항로관제시스템, 5차 세미나 자료

[5] 시스템 구성 2차 세미나 자료

UTM (Unmanned Aerial Systems Traffic Management) 은 미연방 항공청(FAA) 지원으로NASA가 연구 개발중인 클라우드기반 무인항공기 관제 시스템입니다.

▷ 2015년 8월 ~ 2019년 3월 연구 진행, 125개 이상 대학, 기업 공동 연구
- Google, Amazon, Verizon, Stanford 대학 등 주요 기업, 대학 참여

▷ 단계별 연구가 진행 중이며 연구결과는 2019년 FAA로 이관하여 계속 진행 예정
- 1단계 (2015년): 선행 기술 연구 및 농어촌 중심 테스트 (Traffic 낮은 지역)
- 2단계 (2016년): 가변적 공역 할당, 충돌 방지 기능, 중소 도시 필드 테스트 (Traffic 중간 지역)
-3단계 (2018년): 드론 실시간 추적 및 모니터링, 간, 웹 포탈 개방 (다양한 생태계 영입), 민간에 제한적 사용 (Traffic 높은 지역)
-4단계 (2019년): 자동화 고도화, 안정화, 대도시 필드 테스트 (Traffic 고밀도 지역)

○ 연구 개발 배경

1) 현황: 미국의 경우 상업용도의 저고도 무인기 운용 필요성이 급증하고 있으나, 제도적인 한계

2) 해결 방안

▷ 무인기에 대한 관제 시스템 개발

▷ 공역 디자인, Geo-Fencing, 바람/기상 통합, 분리, 위험/우발사태 관리 기능 제공

3) 주요 과업

▷ 무인기 관제 시스템 설계 및 개발

▷ FAA 및 협력업체 간의 협업 및 테스트

4) 목표
▷ 저고도 무인기의 안전한 운영

5) 협력 업체 구성

▷ 국가 및 국제적으로 관심 있는 서비스 제공자, 무인기 제조사, IT업체, FAA 등

6) 목표 시스템

▷ 클라우드 기반의 무인기 관제 프로토타입 시스템

○ UTM 시스템 목적

• 단기 목표: 빠른 시간 내에 드론 및 저고도 항공기의 안전 확보 (5년 이내)
• 장기 목표: 자동화를 통한 수용성 확장, 안전성, 효과성, 사용성 증대 (10~15년 예상)

○ UTM 활용 가능 분야

○ 드론 관제 시스템 기능

• 저고도 공역 관리 및 운용
  ▷ 고정형/가변형 구역 배정 (Geofences), 공역 관리 (Performance-based), 지리적 필요에 따른 응용 (산불 진화 등)

• 바람 및 날씨 예보 통합
• 항공기 교통 관리 (Congestion Management)

• 무인기 간 분리: 공역 관리, 항공기 위치 추적, 관제센터 및 항공기간 데이터 통신(V2V, V2UTM)
• 비상 상황 관리: 재난 상황에서의 시스템 활용

○ 드론 관제 시스템 Design Concept

○ 시스템 구성도

○ 시스템 운영 절차

  [참고] Geo-fence Monitoring 개념

주) 슬라이스, 이미지 등은 NASA 소개 자료에서 발췌하였습니다. (https://utm.arc.nasa.gov/)