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산업동향(기술동향)
차세대 항행시스템 (CNS/ATM) 기술 동향 분석
전향식* 김동민* 염찬홍**
1)
Analysis of CNS/ATM Technology Trend
Jun Hyang-Sig* , Kim Dong-Min* , Yeom Chan-Hong**
ABSTRACT
To accommodate the increasing air traffic and increase safety and efficiency of aviation operation, ICAO (International Civil Aviation Organization) recommended the development and implement of a new CNS/ATM system which is based on GNSS technologies and data link communication. The system is composed of Communication, Navigation, Surveillance and Air Traffic Management. ICAO approved the Global Air Navigation Plan for CNS/ATM systems. The world aviation leader countries launched CNS/ATM Research and Development program to enable the Global Plan and support the transition of air traffic infrastructure. In this paper, to establish the direction and measures of domestic technology development, CNS/ATM technology trend is analyzed.
초 록
국제민간항공기구 ( ICAO )는 증가하는 항공교통량을 수용하고 안전성과 효율성을 증대시키기 위하여 위성항법과 데이터 통신 기술이 접목된 차세대항행시스템의 개발과 구축을 권고하였다. 차세대 항행시스템 은 항공통신, 항공항법, 항공감시 및 항공교통관리로 구성되어 있다. ICAO는 차세대 항행시스템을 위한 국제 항행 계획을 수립하였고, 세계 항공선진국은 이 계획을 충족하고 항공교통 인프라의 전환을 위하여 CNS/ATM 연구개발을 추진하고 있다. 본 논문에서는 국내기술개발의 방향과 방안 수립을 위하여 차세대 항행시스템의 국내․외 기술동향을 분석하였다.
Key Words : CNS/ATM (차세대 항행시스템), GNSS Augmentation System (위성항법보강시스템)
* 전향식, 한국항공우주연구원 항공연구본부 항행제어실 차세대항행팀 [email protected]
* 김동민, 한국항공우주연구원 항공연구본부 항행제어실 차세대항행팀 [email protected]
** 염찬홍, 한국항공우주연구원 항공연구본부 항행제어실 [email protected]
1. 서론
국제민간항공기구 (ICAO, International Civil Aviation Organization)는 폭발적인 항공교통량의 증가를 수용하고 항공 운항의 안정성과 효율성을 증 가시키고자 1983년부터 FANS (Future Air Navigation System)라는 특별 위원회를 구성하여 관련 연구를 수행하였다. FANS는 이 연구결과를 기 반으로 기존 지상기반의 항행시스템의 문제를 극복 하고, 경제적이고 효율적이며 안전한 새로운 개념의 항 행시스템을 제안하였다. 1991년 9월 캐나다 몬트리올 에서 개최된 제 10차 ICAO 항행회의 (Air Navigation Conference)에서는 FANS 위원회가 제안한 위성항 법기술과 데이터링크 통신기술 기반의 새로운 개념의 차세 대항행시스템 (CNS/ATM, Communication, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management)을 승인하고, 회 원국이 새로운 항행시스템의 개발과 구축 및 이행 계 획 수립을 권고하였다. 또한, 전 세계적으로 차세대 항행시스템의 개발과 구축을 위하여 1998년도에 ICAO 회의에서 개정된 전 세계 항공항법계획 (Global Air Navigation Plan for CNS/ATM)을 공표하였다 [1][2]. 그림 1은 세계 항공교통량 성장 예측 자료 이고, 그림 2는 GDP와 민간 여객 운송량 성장률 변 화를 보여주고 있다.
자료: 참고 문헌[3]
그림 1. 세계 항공교통량 성장 예측(2005-2025)
CNS/ATM 개발과 구축은 기술적인 도전과 국가 별 이해관계로 ICAO가 최초 권고한 일정보다 지연 되고 있으나, ICAO의 권고에 따라 세계 각 국들은 관련 기술개발, 시험평가 및 시범운영을 진행하고 있 으며, 국내에서도 국토해양부가 국제사회의 요구에
부응하고 동북아 허브 공항 구축의 일환으로 차세대 항행시스템의 기술개발을 국가 연구개발 사업으로 추진하고 있다[3].
자료: 참고문헌[3]
그림 2. GDP와 민간 여객 운송량 성장률 변화
국내에서는 당초 Global Air Navigation Plan (ICAO Doc 9750)에 의거하여 2005년 12월 차세대 항행안전시설 종합발전계획과 국가 위성항법시스템 기본 발전계획을 수립하여 시행하고 있으나, 국내․외 적으로 차세대항행시스템의 기술개발 환경변화에 따 라 2009년 기본계획을 수정 및 보완하였다. 국내 기 술개발은 국토해양부 항공선진화 사업을 통하여 기 반기술을 획득하는 성과를 이루고 있으나 연구개발 역사와 연구개발 인프라의 부족으로 괄목한 성과를 성취하지 못하고 있다. 기존 항행시스템은 해외 도입 으로 구축되어 해외 의존도가 높고 유지관리에 여러 가지 애로를 초래하고 있다. 새로운 패러다임으로 국 제기술표준이 변경되는 시점에, 국내 기술 환경의 강 점을 활용하여 차세대 항행시스템 기술을 국내에서 개발한다면 국내 항공교통과 운항 사업에 기여하고 해외 의존도를 낮추며 국제 위상 향상과 해외 진출을 꾀할 수 있다는 목소리가 강화되고 있다. 이에 본 연 구는 국내에서 체계적이고 효율적인 연구개발 방안 을 제시하고자 차세대 항행시스템의 국내․외 기술 동 향을 조사하고 분석하였다.
2. 차세대 항행시스템
2.1 개요
차세대 항행시스템(CNS/ATM)은 전 세계 언제
어디서나 어떤 기상상황에서도 정확한 항공정보를 제공하는 새로운 개념의 항행시스템이다. 기존 지상 기반의 항행시스템보다 안전성 강화, 공역과 공항의 항공수용 능력 확대, 지연시간 감소 및 운영비용 절 감 등의 효과가 있어 공항운영자와 항공사의 효율성 과 경제성은 물론 승객의 편익을 개선한다. 차세대 항행시스템은 항공통신, 항공항법, 항공감시 및 항공 교통관리로 구성되어 있다[1][2]. 그림 3은 차세대 항행시스템 개념도이다.
자료: 참고문헌[3]
그림 3. 차세대 항행시스템 개념도
2.2 항공통신시스템
항공통신시스템은 정보 소통의 효율성 및 자동 화를 제고하기 위하여 기존 음성통신을 대체하는 데이터통신 기술을 도입하여 모든 통신 사용자들 에게 신속하고 정확한 정보 교환을 가능하게 한 다. 국제민간항공기구는 다음과 같이 항공용 데 이터 링크를 국제기술표준으로 채택하거나 준비 중에 있다[3].
y VHF 디지털 데이터링크 (VDL)
y 인공위성 기반 항공이동통신서비스(AMSS) y UAT (Universal Access Transceiver) y SSR Mode S with Extended Squitter y HF 데이터 링크 (HFDL)
그림 4는 기지간 데이터링크 및 항공통신망에 대한 개념도를 보여 주고 있다.
자료: 참고문헌[3][12]
그림 4. 기지간 데이터링크 및 항공통신망 개념도
데이터링크 기술을 활용한 항공용 애플리케이 션에는 다음과 같은 것들이 있다.
y CPDLC : 조종사와 관제사간의 데이터통신 애플리케이션
y ADS : 자동종속감시 애플리케이션[ ADS-A(-C), ADS-B]
y FIS : 비행정보 서비스 y TIS : 항공교통정보 서비스
y 유도 및 충돌방지를 위한 공항지상 사용자용 A-SMGCS
y 위성항법보강시스템을 위한 보정정보 방송 서비스
2.3 항공항법시스템
항 공항법시스템은 기존시스템의 한계를 극복하 고 비행 전 단계의 성능 요구조건인 정확도 (Accuracy), 무결성 (Integrity), 가용성 (Availability) 및 연속성 (Continuity)을 만족하도록 위성항법시스템을 보 강 (Augmentation)한 위성항법보강시스템으로 어 떤 기상상황에서도 고 신뢰성 항법 서비스와 정 확한 4차원 정보 (위치 및 시각)를 제공하여 경 제적이고 안전한 비행을 할 수 있도록 한다. 표 1은 위성항법보강시스템의 성능요구조건을 정리 한 것이다. 위성항법보강시스템은 보정정보 생성 방법과 서비스 영역에 따라 ABAS (Airborne Based Augmentation System), SBAS (Satellite
Based Augmentation System) 및 GBAS (Ground Based Augmentation System)로 구분되고 시스템 의 성능에 따라 서비스 한계가 결정된다. ABAS는 요구 성능을 만족할 수 있도록 항공기에 탑재된 장비로부터 받은 정보와 위성항법시스템으로부터 획득한 정보를 통합하고 보강한 시스템으로 고장 을 검출하고 제거하는 무결성 감시 기능을 가져야한다.
위성항법시스템 정보만 이용하는 RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring)과 추가적으로 탑 재장비의 센서 (관성항법장치, 고도계기압계)를 이용 하는 AAIM (Aircraft Autonomous Integrity Monitoring)으로 분류된다[1].
표 1. 공간상 신호(Signal-in-Space) 성능요구조건[1]
Typical operationAccuracy
Integrity
Continuity Availability Pr(HMI) Time-to
-alert
Alert Limit
En-route H:3.7km
V: N/A 1×10-7/h 5min H:3.7km V:N/A
1×10-4/h to 1×10-8/h
0.99 to 0.99999
TerminalH:0.74km
V: N/A 1×10-7/h 15sec H:1.85km V:N/A
1×10-4/h to 1×10-8/h
0.99 to 0.99999
NPA H:220m
V:N/A 1×10-7/h 10sec H:556m V:N/A
1×10-4/h to 1×10-8/h
0.99 to 0.99999
APV-I H:220m V:20m
2×10-7
/approach 10sec H:556m V:50m
8×10-6/
15 sec 0.99 to
0.99999
APV-II H:16.0m V:8m
2×10-7
/approach 6sec H:40m V:20m
8×10-6/
15 sec 0.99 to
0.99999
CAT-I H:16.0m V:4～6m
2×10-7
/approach 6sec H:40m V:10-15m
8×10-6/
15 sec 0.99 to
0.99999
CAT-II H:6.9m V:2.0m
2×10-9
/approach 2sec H:17.4m V:5.3m
4×10-6/
15 sec 0.99 to
0.99999
CAT-III H:6.1m V:2.0m
2×10-9
/approach1～2sec H:15.5m V:5.3m
2×10-6/
15 sec 0.99 to
0.99999
SBAS는 사용자의 위치 정확도와 신뢰성을 강 화하도록 보정정보를 광역에 제공하는 시스템으 로 지상시스템, 정지궤도의 SBAS 위성 및 SBAS 용 수신기로 구성된다. SBAS의 지상국들은 정밀 하게 측지된 위치에 설치된 위성항법 안테나를 가지고 GNSS 신호를 수신한다. 지상국에서 수집 된 GNSS 정보를 중앙처리시스템으로 전송하여 보강정보를 생성하고, 생성된 보정정보를 정지궤 도 위성인 SBAS 위성에 전송한다. 위성은 이것 을 다시 사용자에게 제공한다. 그림 5는 SBAS의
한 종류인 미국 WAAS의 개념도이다[1][4].
자료: 참고문헌[5]
그림 5. 미국 SBAS (WAAS) 개념도
GBAS는 공항근처 (반경 약 50km)에서 보정정 보와 무결성 파라미터를 제공하여 CAT-I, CAT-II 및 CAT-III 비행단계에서 신뢰성 있고 정확한 위치를 결정할 수 있도록 항법정보를 제 공하는 시스템이다. GBAS의 개념도는 그림 6과 같다. DGNSS 원리를 응용하여 지상국들에서 생 성한 의사거리 보정정보와 제공되는 정보의 신뢰 성 판단을 위하여 무결성 파라미터를 VHF 데이 터 링크로 사용자에게 전달한다. GBAS는 기존시 스템과 비교하여 정확도가 향상되어 비행분리간 격의 축소로 비행공력에 항공기 수용능력의 확대 가 가능하다. 또한, ILS (계기 착륙 시스템, Instrument Landing System)가 수행 할 수 없는 활주로에 대하여 곡선 접근이 가능하고, ILS는 각 활주로마다 양방향으로 설치되어야 하지만 GBAS 는 한 공항에 하나만 설치 운영하는 경우에도 모 든 요구 성능을 만족시킬 수 있다[1][6].
자료: 참고문헌[5]
그림 6. 미국 GBAS(LAAS) 개념도
2.4 항공감시 및 항공교통관리시스템
항공관제의 수단으로 오래 전부터 사용되어 온 음성 보고와 레이더에 의존한 독립감시체계를 탈 피하여 보다 협력적인 감시 기술 적용을 모색하 여 안전한 분리 (Separation)를 보장하는 신규 감 시기술의 도입이 가속화되고 있다. 기존의 SSR (Secondary Surveillance Radar)은 터미널 지역 과 교통밀도가 높은 내륙 공역에서 Mode S의 도 입과 함께 계속 사용되고 있다. 보다 획기적인 발 전은 ADS (Automatic Dependent Surveillance) 기술의 도입으로 이루어 질 것이다. ADS-B는 통 달 범위에 있어 SSR을 보완할 기술적 가능성이 있으며, 관제사의 감시 능력을 향상시킬 뿐 아니 라 조종사도 탑재장비인 CDTI (Cockpit Display of Traffic Information)를 통해 주변상황인식 (Situational Awareness) 능력을 개선할 수 있다.
항로, 터미널 공역, 접근절차 등 모든 공역에서 RNAV (Area Navigation)와 RNP (Required Navigation Performance) 루트의 사용이 보편화 될 것으로 전망되므로 소음, 지형 문제 등 항공 교통 환경문제를 해결하고 운항 경제성을 제고하 며 공역을 최적화하며 수용능력을 증대 시킬 수 있다. 향후 ADS-B의 도입은 Free-Flight를 가 능하게 하고 관제사의 업무량을 감소시킬 것으로 기대한다. 그림 7은 PBN 운영개념 하에서 전 비 행단계를 설명한 것이다[3].
자료: 참고문헌[7]
그림 7. 미국의 PBN 개념도
3. 국내외기술 동향 분석
3.1 국외 기술 동향
1980년대와 1990년대에 항공운송사업이 급속 하게 발전하여 여객과 화물 운송이 매년 5.0%와 7.6%씩 증가하였다. 1983년에 국제 민간항공 사업의 꾸준한 발전, 교통량 증가, 새로운 기 술 등장에 따라 국제민간항공기구(ICAO)는 민 간항공분야의 요구를 수용하기 위하여 특별위원회 인 FANS (Future Air Navigation Systems)을 구성하여 미래 시스템을 연구하도록 하였다.
이 위원회는 기존 시스템의 한계를 극복하고 효율성을 증가시키는 더 경제적인 시스템에 대 한 연구를 수행하여 위성항법기술과 새로운 IT 기술을 접목한 미래 시스템을 제안하여 민간항 공분야의 요구를 반영하도록 했다. 그러나 각 요소 간의 밀접한 연관성 (interrelationship)과 상호 의 존성 (interdependence) 때문에 종합적인 접근 (multidisciplinary approach)의 필요성을 인식 하여 새 로 운 개 념 과 전 반 적 인 조 율 , 관 찰 및 이 행 계 획 을 국 제 기 준 에 서 수 립 할 수 있 는 새 로 운 위 원 회 를 제 안 했 다 . 1989년 에 ICAO 는 이 제안에 따라 FANS Phase II을 구성하여 관련 연구를 수행하게 했다. 이 위원회는 고려한 기술들이 이용 가능하며 이 기술들이 많은 이익 을 줄 것으로 확신했다. 위성항법기술과 IT 기술이 접목된 새로운 개념의 항행시스템 (CNS/ATM)은 통신, 항법, 감시 및 항공교통관리로 구성되어 모 든 항행 요구조건을 충족한다. 1991년 10차 항행 회의(Air Navigation Conference)에서 ICAO는 차세대 항행시스템을 승인하고 전 세계가 새로운 시스템의 이행계획 수립과 구축을 권고하였 다.[2]
항공교통산업은 세계경제에서 가장 빠르게 성 장하는 사업이고 경제활동에 중요한 역할을 담당 하고 있다. 항공에서 필수적인 주요 요소는 국제 적, 지역적, 국가적 영역에서 안전, 효율, 환경 부 분을 보장해야 한다. 상기와 같은 요구 조건을 만족하도록 ICAO는 CNS/ATM 전환 이행계획 (Global Coordinated Plan for Transition to
ICAO CNS/ATM, ICAO Doc 9750)을 수립하고 1998년에 개정판을 출간하였다. 2002년에는 CNS/ATM의 구축을 위한 전략적인 안내서로 개 정하여 “Global Air Navigation Plan for CNS/ATM Systems”를 수립하고, 2007년에서는 동 계획을 개정 보완한 “Global Air Navigation Plan"을 공포하였다. ICAO는 상기 계획으로 위 성항법기술과 IT기술 기반의 새로운 시스템이 비 행안전과 운항효율성 증진, 항공기 수용량 증대, 전천후 운항여건 제공, 소음/배출가스 감소 등의 효과가 있고, 전 세계적으로 항행시설 통합에 따 른 유지비용 감축과 자본비용 절감 등의 효과와 함께 항공사와 공항운영자의 운영 효율성과 경제 성은 물론 승객 편익도 크게 개선될 것으로 기대 하고 있다[12].
세계 각국은 국제민간항공기구가 권고한 차세 대 항행시스템의 개발과 구축을 단계적으로 수행 하고 있다. 특히, 미국과 유럽 진영으로 대표되는 항공선진국이 차세대 항행시스템의 기술과 시장 선점을 위하여 가장 적극적으로 개발을 추진 중 이다.
3.1.1 항공통신 기술 동향
ARINC와 SITA가 ACARS (Aircraft Communication Addressing & Reporting System) 기반의 세계 항공 통신망 구축을 통하여 항공 운항 관리 통신 (AOC, Aeronautical Operational Communications) 서비 스의 주도권을 잡고 있으며, 1990년대 초에 대부 분의 항공사들은 항공기와 항공사 중앙관리시스 템 사이의 AOC 메시지 전송을 위한 ACARS 데 이터링크 항공장비를 항공기에 장착하였다 [3][13].
VDL Mode 2는 미 FAA와 유럽 Eurocontrol 의 주도로 메이저 항공사와 통신 서비스업체가 기존 ACARS 보조 및 대체 그리고 항공교통관제 (ATC, Air Traffic Control) 통신용으로 활용하 기 위해 관련 연구 활동을 활발히 추진 중이다.
미국의 경우에는 2002년 1월부터 마이애미 지역 에서 VDL Mode 2를 사용한 FAA CPDLC (Controller-Pilot Data Link Communications) 프로젝트를 진행하여 VDL Mode 2 기반의
CPDLC 기술의 효율성을 확인하였고, Rockwell collins사, Teledyne사, Harris사, Honeywell사 등에서 개발한 장비를 항공기에 장착하여 시험 및 사용 중이다. 또한, UAT는 Capstone 프로 젝트에 따라 알래스카 지역 및 동부 일부지역에 서 시범 운용이 진행 중이다. 유럽의 경우에는 Eurocontrol 주관으로 Link 2000+ 프로그램 (‘00〜’07년)을 진행하여 ATM을 위한 공대지 데 이터링크 (VDL Mode 2) 서비스 구현을 시험 중 이며, 향후 VDL Mode 2를 이용한 CPDLC 서비 스 의무화를 추진 중이다. 일본의 경우, 2003년 9월부터 VDL Mode 2를 사용한 AOA 서비스를 시작하였으며, AVICOM용으로 10개의 VDL Mode 2 장비를 설치하여, 2003년 12월 말부터 3대 민간 항공기를 통하여 시험 서비스를 제공하 고 있다. 그림 8은 FAA의 CPDLC 구조도이다 [3][13].
자료: 참고문헌[5]
그림 8. FAA CPDLC 구조도
3.1.2 항공항법 기술 동향
미국은 FAA 주도로 SBAS (위성항법 광역보 강시스템)를 WAAS (Wide Area Augmentation System)로 명명하여 개발하여 시범 운영 중이며, 유럽은 미국 WAAS에 대응하는 위성항법 보강시스 템인 EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) 개발 및 구축을 진행 중이다.
일본은 미국과 협력하여 동남북 아시아를 커버하 는 위성항법 광역보강시스템인 MSAS (MTSAT Satellite Based Augmentation System)를 개발 중이며 MTSAT (Multi-functional Transport Satellite) 1호기가 2005년 2월에 성공적으로 발
사됨으로써 본격적인 시스템 구축에 돌입하였고, 인도는 GAGAN (GPS and GEO Augmented Navigation)으로 명명한 위성항법 광역보강시스 템을 국가 연구기관인 ISRO가 중심이 되어 개발 중이다. 호주는 GRAS (Ground Based Regional Augmentation System)의 국제표준 제정을 주도 하여 위성항법 광역보강시스템의 한 형태로 국제 기술표준에 채택되도록 하였다[3]. 그림 9는 미 국의 FAA가 위성항법보강시스템을 이용하여 전 비행단계에 항법 서비스하려고하는 방안이다.
자료: 참고문헌[5][7]
그림 9. FAA 항공항법 전망도
미국의 GBAS 연구개발은 FAA와 Honeywell 사 주관으로 1990년대부터 LAAS (Local Area Augmentation System)로 명명하여 CAT-I급 시스 템을 약 20년간 단계적으로 SCAT-I, Beta-LAAS, Non-Fed LAAS, SLS-4000을 개발하고 기술검 증과 인증을 추진하고 있다. 2009년에는 GBAS CAT-I (SLS-4000)에 대해 제작사인 Honeywell 사와 호주의 AsA (Air Service Australia)사와 협력하여 검증시험을 완료하여 상용화의 단계인 System Approval을 FAA로부터 획득하였고 [14], 2010년에는 미국 Memphis와 Newark 공 항에서 Facility/Service Approval을 수행하고 있다. 또한, FAA는 NextGen 구축의 일환으로 CAT-I GBAS를 항공교통량이 많은 공항에 적용 할 계획이다. FAA는 GBAS 개발 경험 바탕으로 JPALS (Joint Precision Approach and Landing System) 개발을 수행하기 위하여 미 국방성과 협력을 추진 중이고, CAT-II/III GBAS의 국제기
술표준 개발을 위해 기술적인 개발 위험을 감소 시키고, 요구사항을 검증하기 위한 CAT-II/III GBAS 시제품을 개발하고 있다. GNSS의 국제적 인 환경변화에 따라 장기적인 GBAS의 기술개발 을 위해 단일 주파수(L1)뿐 만 아니라 이중 주파 수(L1, L5) 적용에 대한 연구도 수행하고 있다 [7]. 그림 10은 CAT-II/III GBAS의 국제 개발 계획이다.
자료: 참고문헌[7]
그림 10. CAT-II/III 국제 로드맵
프랑스는 Thales사가 GBAS 개발을 주도하고 있으며, 개발된 장비를 Toulouse, Palermo, Braunschweig 공항에 설치하여 Airbus와 협력하 여 성능을 검증하고 있고, SEASR 프로그램에 참 여하여 GBAS 적용에 대한 연구를 수행하고 있다.
호주는 Honeywell사 장비(SLS-3000, SLS-4000) 를 자국의 Sydney 공항에 설치하여 Qantas 항공 사의 Boeing 737-800을 이용하여 GLS ( GNSS Landing System) 능력과 이온층과 대류층 위협 에 대한 성능 검증을 수행하고 있고, CAT-II/III GBAS의 연구개발도 활발하게 진행하고 있다. 독 일은 CAT-I GBAS에 대한 안전성 평가와 절차 등을 연구하고 있으며, 스페인은 Aena가 주관하 여 Honeywell 장비와 Thales 장비를 Malaga 공항에 설치하여 장비간의 호환성, GNSS 신호 분석, 접근 절차 등을 연구하고 있다. 일본은 ENRI, NEC와 JCAB가 협력하여 CAT-I GBAS 시제품을 개발하여 Kansai 공항에 설치하여 시 설 검증과 일본 환경 하에서 심각한 이온층 조건
에서 극복 방안을 연구하고 있다. 이와 같이 CAT-I GBAS는 장비 제작사, 공항 운영사, 항공사, 탑재장비 제작사, 연구기관, 정부기관 및 ICAO가 긴밀한 협력을 통하여 장비 개발과 인증을 수행하여 거 의 상용화 단계에 있으며, GBAS에서 가장 심각 한 문제가 될 것으로 예상되는 전리층 폭풍에 대 한 연구와 개발된 장비에 대하여 자국의 환경 조 건에서 적합성 시험을 수행하고 있다[15]. 그림 11은 GBAS 적합성 시험을 위해 GBAS 지상시 스템을 공항에 구축한 예이다.
자료: 참고문헌[15]
그림 11. 스페인 GBAS 적합성 시험 현황
CAT-II/III GBAS는 ICAO 주관 하에 미국과 유럽이 주도적으로 국제기술표준화 작업을 수행 하고 있다. CAT-II/III의 경우는 CAT-I보다 요 구조건이 더 강화되고 그 요구조건을 만족하기 위하여 지상의 역할을 탑재 장비로 일부 이관하 는 방향으로 진행되고 있다. 그리고 ILS 기술표 준규약에서 CAT-I/II/III로 정의한 비행단계를 GAST A, B, C, D로 변경하여 GLS에 더 유연하 게 대처하고자 한다[16][17].
현재 GNSS 위성군은 미국의 GPS만이 정상적 으로 운영되고 있으나, 유럽 연합이 2013년을 서 비스 목표로 Galileo라는 위성항법시스템을 연구 개발하고 있고, 중국은 Beidou/Compass라는 독 자 위성항법 시스템을 자체적으로 구축하기 위하 여 지속적으로 위성을 발사하고 있다. 또한 러시 아는 경제적인 문제로 GLONASS를 정상적으로 운영하지 못하였으나, 최근에 인도와 협력하여 GLONASS 현대화 작업을 추진 중이며, 미국도
성능이 강화되고 민간용 L5 항법 탑재체가 탑재 된 위성을 이용하여 GPS 현대화 작업을 수행하 고 있다. 일본은 도심지 중심에 위성항법 서비스 개선을 위하여 QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) 프로그램을 추진하고 있다[18][19]. 이 와 같은 GNSS 환경변화는 GPS에서 대한 의존 도를 감소시키고, 다양한 위성군과 사용 주파수 증가가 전망되어, 현재까지 위성항법보강시스템 이 해결하기 어려운 기술적인 문제 해결과 성능 향상에 획기적인 기여를 할 것으로 기대된다.
3.1.3 항공감시 및 항공교통관리 기술 동향 미국은 1926년 항공교통에 관한 규정을 제정 하여 운항관리에 적용한 이후, 1952년 레이더를 도입한 관제체제를 구축하기 시작하여 자동 레이더 관제 장비 (ARTS : Automated Radar Terminal System)의 지속적 기술개발을 통해 관제 안전성 및 편의성 향상을 추구하였다. 최근 미 FAA와 교통성은 항공기에 점진적인 ADS-B 장착을 요 구할 것이라는 입법 예고고시 (NPRM: Notice of Proposed Rule Making)를 하였고, ADS-B용 데이터링크로는 1090ES와 UAT를 사용할 것임 을 공표하였다. 그리고 차세대 ATM (Air Traffic Management) 혹은 관제의사결정에 직접적 도구로 활용하는 개량된 자동화 개념으로의 발전 및 Free Flight를 위한 연구개발 노력을 가속화 중이다[3].
2025년까지 미국의 항공 교통량이 현재의 2〜
3배 수준으로 증가할 것으로 예상되어 항공교통 인프라 전반의 이행 전략 및 실행계획(기획, 운영 개념, 사업구조, 연구개발 및 구축 계획 등)을 위하 여 2003년에 미 의회가 "VISION 100 Century of Aviation Reauthorization Act (P.L. 108-176)"
을 제정하여 NASA, FAA, DOT 등으로 구성된 범부처 연합 조직인 JPDO (Joint Planning and Development Office)가 구성되었다. JPDO는 항 공교통의 혁신을 위해 민관기술의 역량을 결집하여 2025년을 목표로 NextGen (Next Generation Air Transportation System) 프로그램을 추진하고 있고, 현 재 운영개념 (Concept of operation), 통합 작업 계 획 (Integrated Work Plan), 사업 구조 (Enterprise Architecture)에 대한 초안을 개발 완료하고 관련
R&D, 구축사업 등을 NextGen 전략과 연동할 수 있 는 방안을 연구 중이다[8][9][20]. 그림 12는 NextGen 목표를 도시화한 것이다.
자료: 참고문헌[20]
그림 12. NextGen 목표
유럽은 유럽 전 공역을 기술적, 경제적, 법제 적 관점에서 단일 공역 (SES: Single European Sky)으로 통합시키는 것을 목표로 한 ATM 현대 화 프로그램인 SESAR (Single European Sky ATM Research Program)을 추진하고 있다. 현 재는 개발 시스템의 개념 정립 단계에 있고, 2020년까지 단계적으로 성능에 따른 개발 목표 를 설정할 계획이다. SESAR의 ATM 운영 개념 은 공역 기반 환경에서 4D Trajectory 기반 환 경으로의 패러다임 변화를 추구하는 것이다.
2007년에는 가능한 항공기 운영자가 선호하는 최 적의 라우팅을 허가하고 사용자의 사업목표를 우 선하는 Business Trajectory 운영 개념을 발표하 였고, 2009년에는 European ATM 마스터플랜을 수립하였다. SESAR는 여러 면에서 NextGen과 유사하지만 유럽의 독자적인 프로그램이고, 유럽 항공 이해 당사자들(민간 및 군사, 입법부, 산업 계, 사업자 및 사용자)이 범 유럽 프로그램의 제 정, 계획 및 구축을 위해 참여하고 있다[21]. 그 림 13은 SESAR 마스트 플랜이다.
자료: 참고문헌[10]
그림 13. SESAR 마스트 플랜
3.2 국내 기술 동향
국내에서는 대부분 해외 장비를 도입하여 구축 하고, 그 시스템에 대한 효율적인 운영 및 관리 에 역점을 두었으나, 높은 해외 의존도로 인하여 외화 유출과 유지관리의 어려움에 직면하면서 정 부와 유관기관을 중심으로 차세대 항행시스템 (CNS/ATM)에 관한 기술 개발에 관심이 증대되 었다. 그러나 비연속적인 저 연구개발 예산으로 체계적이고 본격적인 연구로 이어지지 못하고 단 편적이고 학술적인 연구만 진행되었다.
동북아 경제 중심 및 물류 중심 국가로 도약하 고, ICAO가 권고하는 국제표준규약에 부합하는 차세대 항행시스템을 국내 공항에 구축하기 위하여 국토해양부는 Global Air Navigation Plan(ICAO Doc 9750)에 의거 2005년에 차세대 항행안전시 설 종합발전계획과 국가 위성항법시스템 기본발 전계획을 각각 수립하였고, 2009년에는 변화된 환경에 대응하기 위하여 2005년에 수립된 기본 계획을 수정 보완한 기본계획을 개정하였다. 국 내 차세대항행시스템 연구개발의 본격적인 추진 은 국토해양부가 항공선진화의 일환으로 연구개 발 사업을 착수하면서 시작되었다. 2008년에는 체계적인 연구개발의 기반을 마련하기 위하여 차 세대 항행안전시스템 연구개발 로드맵을 수립하 여 연차적으로 추진 중이다[3][22]. 그림 14는 국토해양부 선진화사업의 차세대항행안전기술개 발 로드맵이다.
자료: 참고문헌[3]
그림 14. 차세대항행안전기술개발 로드맵
항공선진화 사업의 출범으로 충분하지 않지만 연속적인 연구개발 예산 확보가 가능하게 되어 지속적인 연구개발에 기여하였고, 연구 성과물이 도출되기 시작하였다[13][23][24]. 그림 15는 항공선진화 사업으로 수행된 통신과제의 연구개 발 성과물이다.
자료: 참고문헌[13]
그림 15. 국내 연구개발 성과물
4. 결론
국내 연구개발은 차세대 항행시스템이 공공재 성격의 항공교통 인프라임에도 불구하고 일반 산 업과 동일하게 평가되어 조기 실용화와 상용화 요구, 부족한 연구 인프라(전문 기술능력, 인력, 재원), 연구개발의 주도세력의 부재 및 항행분야 의 국내 산업계의 비 활성화 등으로 충분한 결실 을 도출하지 못하고 있다. 차세대항행시스템 기 술은 기술개발과 국제기술표준화 단계이므로 진
입장벽이 낮고, 세계적으로 경쟁력이 입증된 국 내 IT 기술을 잘 활용한다면 과거 해외 기술선진 국이 선점하고 있는 항행분야의 시장 개척과 국 내 공항에 국내기술로 개발된 장비를 구축할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 국내 기술개발의 성과를 극대화하기 위한 방안과 계획 수립을 위하여 차세대 항행시 스템 기술 개발에 대한 국외 기술 동향과 국내 기술개발의 현주소를 분석하였다. 본 연구의 결 과가 효과적이고 체계적인 국내 연구 개발 방안 및 전략 수립과 연구개발에 기여할 것으로 기대 한다.
후 기
본 논문은 한국항공우주연구원에서 지원한 “차 세대 항행기술 연구개발 추진전략 수립 연구”과 제의 일환으로 수행된 연구결과의 일부이며, 연 구비 지원에 감사드립니다.
참고문헌
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July 2006.
2. ICAO, “Global Air Navigation Plan for CNS/ATM Systems (Doc 9750 AA/963), Second Edition,” 2002.
3. 국토해양부, “ 차세대 항행안전기술 연구개발 로드맵 수립, 최종 보고서” 2008
4. RTCA, "Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment,"
Do-229C, November 2001 5. FAA Web site http://www.faa.gov/
6. RTCA, “Minimum Aviation System Performance Standards for the Local Area Augmentation System (LAAS),” DO-245A, December 2004.
7. FAA, "U.S.GBAS Update," 9th International GBAS Working Group Meeting, November 2009
8. FAA, "FAA's NextGen Implementation Plan,"
March 2010
9. Joint Planning and Development Office "Concept of Operations for the Next Generation Air Transportation System," June 2007
10. Eurocontrol, "European Air Traffic Management Mastrer Plan," March 2009
11. Eurocontrol, "SESAR Master Plan," April 2008
12. ICAO, “Global Air Navigation Plan (Doc 9750 AA/963), Third Edition,” 2007.
13. 국토해양부, “ 차세대 항공 데이터통신시스템(VHF Data Link) 개발, 최종 보고서” 2009
14. News, “FAA Approves 1st U.S. Ground Based Augmentation System,” 2009
15. International GBAS Working Group, “Thales GBAS Activities & Products, GBAS CAT-I Activities in Australia, DFS GBAS Activities, Aena GBAS Activities, Future Plan and GNSS in Japan" Nov. 2009.
16. International GBAS Working Group, “GBAS CAT II/III European Activities through SESAR, FAA CAT III Planning and Requirement Development, Airbus GBAS CAT-II/III Airworthiness Activities, Concept for GBAS to Support CAT II/III" Nov.
2009.
17. Navigation System Panel(NSP) Working Group 1 meetings, “Conceptual Framework for the Proposal for BAS to Support CAT III Operations" Nov. 2009 18. InsideGNSS Web site, http://www.insidegnss.con/
19. GPS World Web site, http://www.gpsworld.com/
20. Joint Planning and Development Office Web Site, http://www.jpdo.gov/
21. EUROCONTROL Web site, http://www.eurocontrol.int/
22. 한국건설교통기술평가원 Web site,
http://www.kicttep.re.kr/app/main/main.jsp/
23. 건설교통부, "항공용 위성항법시스템 기반기술 개발 (III), 3차년도 보고서" 2007.
24. 국토해양부, “항공관제용 통합 정보처리 시스템 개발 (III) 2차년도 보고서”, 2009
