025 - 항법기술의 발달03 - 흰수리(KUH-1CG)헬기 위치 고정(Position Fixing) 방식 및 우선순위

2016년 해경자체 훈련을 목적으로 인천에서 AW139, S-92 두대가 부산항공대로 항법비행을 하던 중 GPS교란으로 인해 항법장비의 미작동으로
AW139(참고로 해경 보유 139 항공기는 GPS단독 항법만 가능)는 조치원에 시계비행으로 착륙하였고, EGI(IGI) 시스템을 사용하던 S-92는
INS 시스템으로 전환되었지만 부산까지 무리 없이 복귀하였던 사례가 있었습니다.

요즘 GPS교란은 GPS가 미작동하게 교란이 되지 않고 오히려 위치정보가 다른 곳으로 나타나는 등의 현상도 발생한다고 합니다.
여기에서는 흰수리에서 운용하고 있는 항법장비의 위치 고정 방식의 우선순위에 대해 다루어 보고자 합니다.

흰수리(KUH-1CG) 항공기의 비행관리시스템(FMS)은 사용 가능한 센서 데이터에 따라
GPS/INS 융합항법, DME/DME, INS 단독항법, 추측 항법(DR) 순으로 우선순위를 가지고 작동합니다.

* 관련 근거:
비행교범(FLM) 7.16.12: "위치고정 모드 우선순위는 GPS → DME-DME → INS → DR(Dead Reckoning) 순이다."
비행교범(FLM) 7.16.12: "모든 센서가 활성화되어 이용 가능한 경우 GPS1/GPS2 가 우선순위를 가지며, 사용 가능한 경우 SBAS가 사용된다."

1. GPS/INS 융합항법 (Hybrid Navigation)
흰수리의 가장 기본이 되는 정밀 항법 방식입니다.
작동 원리: 관성항법장치(INS)가 위성항법장치(GPS)로부터 수신된 정보를 자신의 관성 데이터와 융합하여 "정밀 항법해(Hybrid Solution)"를 생성합니다
장점: GPS의 실시간 위치 정보와 INS의 정밀한 가속도 및 자세 정보를 결합하여 항공기 위치, 속도, 자세(롤, 피치, 요), 자북/진북 기수 등을 매우 정확하게 산출합니다
우선순위: 시스템 내에서 가장 높은 우선순위를 가지며, 사용 가능한 경우 SBAS(위성기반 보정시스템) 정보까지 활용하여 정밀도를 높입니다.

* 관련 근거:
계통설명교범(SDS) 34-45-00: "INS는 GPS 정보를 INS 정보와 융합하여, 정밀항법해를 생성한다."
비행교범(FLM) 7.15.1.2: "관성 항법장치(INS)는 MC로부터 항법 센서 정보를 수신하며 MC에 하이브리드 솔루션을 제공한다."

2. DME/DME 항법 - GPS 상실 시 우선 복귀 모드
많은 경우 INS 보정용으로 오해받으나, 실제로는 GPS 상실 시 INS 단독 항법보다 우선하여 사용되는 독립적인 위치고정 방식입니다.
* 작동 방식: 최대 6개의 지상 DME 스테이션으로부터 수신된 거리 정보를 기하학적 형상(Geometry)에 기반하여 계산하여 항공기 위치를 결정합니다.
* 우선순위: 시스템은 GPS 신호를 사용할 수 없게 되면 즉시 INS로 내려가지 않고, 가용한 경우 DME/DME 항법을 통해 위치 정보를 유지하려 시도합니다.
                  이때 위치 정확도는 HDOP 값으로 표시되며, 1.0보다 작을수록 우수함을 의미합니다

* 관련 근거:
비행교범(FLM) 7.16: "DME/DME 항공기 위치를 결정하기 위해 최대 6개의 다른 NAVAID DME에서 거리를 사용한다."
비행교범(FLM) 7.16: "형상의 품질 값이 HDOP 영역에 숫자로 표시된다. 숫자가 작을수록 위치 계산의 정확도가 높아지며, 1.0보다 작은 값이 우수하다."
시스템 로직: GPS 상실 시 INS 단독 항법으로 바로 내려가지 않고 DME/DME를 거치는 우선순위 로직에 따라 독립 모드로 운용됨.

3. INS 단독항법 (INS-only Navigation)
GPS 신호를 사용할 수 없는 상황에서 INS 데이터만을 이용해 항법을 유지하는 방식입니다.
작동 조건: INS가 단독으로 위치를 고정하기 위해서는 비행 중 적어도 한 번 이상 GPS에 의해 초기화된 상태여야 합니다.
제공 정보: GPS 보정이 없더라도 INS 내부의 링레이저자이로(RLG)와 가속도계를 통해 항공기의 위치, 속도, 자세 및 헤딩 정보를 임무컴퓨터(MC)로 계속 전송합니다.
우선순위: GPS 및 DME/DME 항법을 모두 사용할 수 없을 때 자동으로 이 모드로 전환됩니다.

* 관련 근거:
비행교범(FLM) 7.16: "NOTE: INS를 초기화하려면 GPS가 필요하다. 따라서 적어도 한 번 이상 GPS를 사용할 수 없으면 INS는 사용할 수 없다."
계통설명교범(SDS) 34-45-01: "INS는 링레이저자이로(RLG)와 가속도계로 이루어진 관성센서조립체부와... 항법컴퓨터 등으로 구성되어 있다."

4. 추측 항법 (Dead Reckoning, DR)
위치 고정을 위한 모든 센서 데이터를 상실했을 때 진입하는 최종 복귀 모드입니다.
작동 원리: 마지막으로 확인된 항공기 위치를 기준으로, AHRS와 ADC(대기자료컴퓨터)의 정보를 모두 활용하여
헤딩(Heading)과 대기 속도(Airspeed) 정보를 계산하여 현재의 예상 위치를 추정합니다.
한계점: 위성 데이터나 관성 보정치가 없기 때문에 시간이 지날수록 오차가 누적되며, 특히 풍향이나 풍속 변화에 따라 정확성이 급격히 떨어집니다.
시현 특성: 시스템은 DR 모드 데이터가 신뢰할 수 없음을 조종사에게 알리기 위해 모든 항법 데이터를 황색(Yellow)으로 시현합니다.
                 또한, CDI 하단과 HSI 항공기 심벌 상단에 황색으로 'DR' 메시지가 표시되며 지형인식 경보장치(HTAWS) 기능은 해제됩니다.

* 관련 근거:
    * 비행교범(FLM) 7.15.4.9: "모드(DR)는... 지속적으로 최신화되는 대기 속도 및 제목(Heading) 데이터와 함께 최종 위치를 이용하여 항공기의 현재 예상 위치를 계산한다."
    * 비행교범(FLM) 7.16.12: "모드(DR)에서는 시스템이 제공한 예측 항법 데이터를 점점 신뢰할 수 없다. 따라서 항법의 유일한 수단으로 사용되어서는 안 된다."
    * 비행교범(FLM) 7.16.12: "DR 모드에 있는 동안 HTAWS는 해제된다."
    * 비행교범(FLM) 7.16.12: "모드(DR)는 CDI 항공기 심벌 아래와... HSI 이동지도(Navigation Map)의 항공기 심벌 상단에 황색의 DR로 시현된다."

요약 : 흰수리의 위치고정 체계는 GPS/INS 융합을 기본으로 하되, 위성 신호가 끊기면 DME/DME를 독립적인 위치고정 수단으로 활용하고,
          이마저 불가능할 경우 INS 단독, 마지막으로 AHRS와 ADC를 조합한 DR 모드 순으로 작동하여 항법의 연속성을 보장합니다.
          조종사는 특히 DR 모드 진입 시 시현되는 정보가 부정확할 수 있음을 인지하고 다른 항법 수단을 병행하여 위치를 확인해야 합니다.