023 - GPWS, EGPWS, TAWS, HTAWS

한 5년 전쯤 어떤 항공대 항공기 입찰 평가 관련 출장지에서 지형충돌경보시스템에 관련한 내용에 대해 얘기를 하다가 "헬기는 TAWS를 장착해야 한다."라는 어떤 기장님의 말이 떠올라 관련 주제를 다루게 되었다.
아래에서는 TAWS의 변천에 대해 알아보고 고정익, 회전익에 특화시킨 부분에 대해서도 알 수 있으며, 여기서 언급하진 않았지만 EGPWS시스템 내에서도 HTAWS 개념에 맞춰서 헬기에 맞는 시스템의 옵션을 넣고 있는 추세이므로
헬기에는 HTAWS라는 막연한 개념보다 어떤 점이 회전익 항공기에 더 유익한지 알 수 있는 계기가 되기를 바란다.

1. GPWS (Ground Proximity Warning System)
  1) 개발 배경
      * 1960~70년대 CFIT(Controlled Flight Into Terrain) 사고가 빈번하게 발생
      *  특히 1972년 Eastern Air Lines 401편 등 여러 대형 사고가 촉발 요인이 됨
      *  1974년 FAA에서 일정 규모 이상의 항공기에 GPWS 장착을 의무화
  2) 기술 개념
      *  현재 센서 값만 이용하는 반응형 시스템
      *  주요 입력:
         - 레이더고도(RA)
         -  기압고도
         -  수직속도(하강률)
         -  기어/플랩 상태
         -  IAS
      * 전방예측 기능 없음
      *  아래 6개 모드(GPWS Mode 1~6)를 제공

모드번호	감지 상황	경보 메시지 / 경고 조건	설 명
Mode 1	과도한 하강률 (Excessive Descent Rate)	“Sink Rate”, “Pull Up”	레이더고도 대비 하강율이 과도할 때 발생. CFIT의 가장 기초적 보호 기능
Mode 2	지면 접근률 과다 (Excessive Closure to Terrain)	“Terrain, Pull Up”	항공기가 지형에 빠르게 접근할 때. 조기 경보는 없음(기존 GPWS 한계)
Mode 3	이륙 또는 착륙 중 고도 손실 (Altitude Loss After Takeoff or Go-around)	“Don’t Sink”	이륙 직후 또는 복행 중 상승 후 다시 하강 시. 추력 미설정·절차 오류 경고.
Mode 4	지형 대비 안전고도 미확보 (Inadequate Terrain Clearance)	“Too Low Terrain”, “Too Low Gear/Flaps”	기어·플랩 전개 상태와 고도를 비교. 착륙구성 미비 상태로 낮게 비행 시 발생.
Mode 5	글라이드슬로프 편차 (Glide Slope Deviation)	“Glide Slope”	ILS 접근 중 기준 편차를 과도하게 벗어났을 때. 조종사에게 접근 자세 재조정 요구.
Mode 6	음성 알림 및 보조 경고 (VA/VRA, Bank Angle, Altitude Call-outs)	“Bank Angle”, “Minimums”, “Altitude Call-out” 등	급기동, 뱅크 앵글 과도, 고도 호출 등 조종사 인식 향상 목적의 정보성 경고

Mode 7은 GPWS가 아니라 EGPWS(=TAWS Class A)의 예측모드임
 
2. EGPWS (Enhanced GPWS) = TAWS Class A 대표 시스템
  1) 등장 배경
      *  GPWS의 가장 큰 한계 : 전방 예측 불가 → 언덕/능선 뒤 지형을 인지 불가
      *  이 문제 해결을 위해 1990년대 Honeywell이 개발
  2) 기술 개념
      *  GPWS + GPS 위치 + 지형·장애물 DB 결합
      *  디스플레이에 지형 색상 표시(Red/Yellow/Green)
      *  전방예측(FLTA, Forward-Looking Terrain Avoidance) 제공
  3) 모드 확장
      *  기존 Mode 1~6 그대로 포함 + Mode 7 추가(FLTA / PDA)
     ※ FLTA(Forward-Looking Terrain Avoidance) : 경로 전방에 지형 충돌 예상 시 경고
     ※ PDA(Premature Descent Alert): 접근 중 정상 프로파일보다 낮을 때 경고

구 분	GPWS Mode 1–6	EGPWS Mode 7
데이터 기반	레이더고도·하강률·기어/플랩 상태	GPS 위치 + 지형 DB
감지방식	반응형 (현재 상황 기반)	예측형 (미래 경로 기반)
경고범위	수직 하강·기어상태·슬로프 편차 등	전방 지형 및 장애물 충돌 예측
시각 표시	음성·경고등 중심	MFD 컬러 지형 지도 표시
대표 경보	“Sink Rate”, “Pull Up”, “Too Low Gear” 등	“Caution Terrain”, “Terrain, Pull Up”

3. TAWS (Terrain Awareness and Warning System)
  1) 용어 개념
      *  TAWS는 규제·성능 기준에서의 상위 개념
      *  GPWS 포함
      *  EGPWS 포함
      *  TAWS Class A/B/C로 구분
  2) FAA TSO-C151b 기준(핵심)

구 분	기능 수준	특 징
Class A	최고 성능	FLTA + PDA + 디스플레이 + GPWS 1~6 + Mode 7 포함
Class B	중간 성능	GPWS 기반 + PDA 포함, 디스플레이는 선택사항
Class C	간이형	소형 GA 항공기용, 규제 의무 없음

 
4. HTAWS (Helicopter TAWS)
  1) 등장 배경
      *  헬기는 저고도·저속 운용 → 고정익 TAWS로는 보호 불충분
      *  산악, 도심, 구조 임무에 특화된 알고리즘 필요
  2) 핵심 기능
      *  고해상도 지형(5~30m), 장애물(송전선·타워·건물) DB 포함
      *  저속/선회/기동 반경 기반 경고
      *  전방 장애물 경보(OPW) 강화
      *  임시 헬리패드/비정규 착륙장 인식
  3) 적용 기준
      * FAA TSO-C194 : HTAWS 기준
      * RTCA DO-309/DO-309A : 성능 기준
      * ICAO Annex 6 Part III (헬리콥터)
  4) 비교 요약

구 분	TAWS	HTAWS
목 적	고정익의 CFIT 방지	회전익의 저고도 CFIT 및 장애물 충돌 방지
탐지범위	광범위, 중고고도 중심	근거리, 저고도 중심
DB구성	지형 중심	지형 + 장애물 + 헬리패드 정보
경보 알고리즘	하강률/기어상태 기반	회전익 속도·기울기·기동 반경 기반
규격근거	FAA TSO-C151b, ICAO Annex 6	FAA TSO-C194, RTCA DO-309
주 운용기종	고정익 항공기 (주로 여객기·비즈니스기)	회전익 항공기 (헬리콥터 전용)
기반 표준	FAA TSO-C151b (TAWS Class A/B)	FAA TSO-C194 (HTAWS)
설계 목적	고속·고고도 비행 중 CFIT 방지	저속·저고도 비행 중 CFIT 방지
탐지 방식	GPS 위치 + 지형 DB + GPWS 기능 결합	GPS 위치 + 고해상도 지형/장애물 DB + 저고도용 알고리즘
경고 형식	지형 충돌 경고, 활주로 접근 경고 등	전방 장애물 경고, 지형·인공 구조물 회피 경보 포함
지형 데이터 요구 해상도	상대적으로 낮음 (수백 m 단위)	고해상도 필요 (5~30m 단위)
장애물 처리	지형 중심	지형 + 송전선, 타워, 건물 등 세부 장애물 포함
경고 알고리즘	하강률·기어·플랩 상태 기반	비행 경로, 상승/하강률, 회전반경 등 헬기 전용 파라미터 기반
Forward Looking Terrain Avoidance (FLTA)	있음	있음 (저속·저고도용 수정 버전)
Premature Descent Alert (PDA)	있음	있음 (헬기용 고도 프로파일 적용)
Obstacle Proximity Warning (OPW)	제한적	필수적 (송전선·탑 포함)
Visual Terrain Display	있음 (2D 컬러 지형 표시)	있음 (고해상도 3D/2D 지형·장애물 표시)
Airport/Helipad 인식	활주로 중심	헬리패드 및 임시 착륙장 포함
Operational Modes	GPWS Mode 1~7 중심	HTAWS Mode 1~7 변형 + 저고도 전용 모드
구 분	TAWS	HTAWS
경고 거리 기준	수 해리 단위(고속 기준)	수백 m 단위(저속 기준)
경고 시간 여유	약 20~40초 전	약 5~15초 전
지형 인식 범위	전방 수 km	전방 수백 m 및 측방 포함
데이터 주기	1Hz(초당 1회) 수준	5Hz(초당 5회 이상, 저속 환경 대응)
적용 규정	14 CFR Part 23/25 (고정익)	14 CFR Part 27/29 (회전익)
FAA 의무화 대상	6인 이상 수송 여객기 등	상용운송(Part 135) 헬리콥터
성능시험 문서	RTCA DO-161A, DO-309 참조	RTCA DO-309, DO-309A
인증 표준	TSO-C151b	TSO-C194

TAWS는 고정익용 “넓은 범위의 예측형 지형경보 시스템”,
HTAWS는 저속·저고도 비행에 특화된 “근거리 장애물 회피 시스템”으로,
두 시스템은 목적은 같지만 탐지 거리·DB 구성·경보 알고리즘·규제 기준이 다름
 
5. 발전 단계 요약
  1) 1세대: GPWS
      *  RA 기반 반응형 경고
      *  Mode 1~6
  2) 2세대: EGPWS
      *  GPS + Terrain DB + Display
      *  Mode 7(예측) 추가
  3) 3세대: TAWS(Class A/B/C)
      *  규제·표준 기반 개념
      *  EGPWS는 Class A 대표 형태
  4) 4세대: HTAWS
      *  회전익 전용 고해상도 지형/장애물 예측 시스템
 

◈ 관련근거
* ICAO Annex 6 - Part I, 6.15 (TAWS 요구사항)
* ICAO Annex 6 - Part III, 6.15 (Helicopter TAWS)
* FAR 121.360 - GPWS 장착 의무
* FAA TSO-C92 - GPWS 장비 표준
* FAA TSO-C151b - TAWS(Class A/B/C) 표준
* FAA AC 23-18 - TAWS 설치 기준
* FAA AC 25-23 - TAWS 시스템 기준
* 14 CFR 91.223 - 6~9인승 터빈 항공기 TAWS 요구
* FAA TSO-C194 - HTAWS 표준
* RTCA DO-161A
* RTCA DO-309/309A (HTAWS 성능기준)
 
※ ICAO Annex 6
    * PART1 : 국제 상업용 항공운송(여객·화물)의 운항 기준
    * PART2 : 국제 일반항공(GA) 운항 기준
    * PART3 : 국제 운항을 수행하는 헬리콥터에 대한 운항 기준
※ FAR(Federal Aviation Regulations)은 미국 연방정부가 항공 분야 전반에 대해 제정한 법적 규정(연방법 규칙)
※ TSO(Technical Standard Order) : FAA가 항공기 부품·장비에 대해 최소 성능 기준
     (MPS: Minimum Performance Standards)을 규정해 놓은 공식 인증 규격
※ RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics) : 미국 비영리 기술 표준화 기관으로,
     항공기 전자·항행 시스템의 성능기준(MOPS, Minimum Operational Performance Standards)을 제정