거리 측정 장비(방사)

Distance measuring equipment (aviation)
일반적인 용도에 대한 자세한 내용은 거리 측정을 참조하십시오.
D-VOR/DME 지상국
DME 트랜스폰더 수용 시설 옆의 DME 안테나

항공에서 거리측정장비(DME)는 960~1215메가헤르츠(MHz)의 주파수 대역에서 전파 지연의 타이밍을 맞춰 항공기와 지상국 사이의 경사 범위(거리)를 측정하는 무선 항법 기술이다.항공기와 지상국 사이의 가시성이 요구된다.질문자(공중 전달자)는 할당된 '채널'을 통해 트랜스폰더 지상국으로 펄스 쌍을 전송하여 교환을 개시한다.채널 할당은 반송파 주파수와 펄스 사이의 간격을 지정한다.알려진 지연 후에 트랜스폰더는 질문 주파수에서 63 MHz로 오프셋된 주파수로 펄스 쌍을 전송하고 지정된 분리를 갖는 방식으로 응답한다.[1]

DME 시스템은 국제 민간 항공 기구([1]ICAO), RTCA,[2] 유럽 연합 항공 안전 기구(EASA)[3] 및 기타 기관에서 정한 표준을 사용하여 전 세계적으로 사용된다.일부 국가는 계기 비행 규칙(IFR)에 따라 운항하는 항공기에 DME 질문기를 장착할 것을 요구하고, 다른 국가에서는 DME 질문기는 특정 운항을 수행하는 경우에만 필요하다.

독립형 DME 트랜스폰더가 허용되지만, 일반적으로 DME 트랜스폰더는 2차원 항법 기능을 항공기에 제공하기 위해 방위 유도 시스템과 쌍으로 구성된다.공통 조합은 단일 지상국에 VOR(전방향 거리) 송신기와 함께 배치된 DME이다.이 경우 VOR와 DME 장비의 주파수는 쌍으로 구성된다.[1]그러한 구성을 통해 항공기는 방위각 각도와 관측소로부터의 거리를 결정할 수 있다.TACAN과 함께 배치된 VORRAC(VOR) 설치는 민간 항공기에 동일한 기능을 제공하지만 군용 항공기에도 2-D 항법 기능을 제공한다.

저전력 DME 트랜스폰더는 일부 계기 착륙 시스템(ILS), ILS 로컬라이저 및 마이크로파 착륙 시스템(MLS) 설치와도 관련이 있다.그러한 상황에서 DME 트랜스폰더 주파수/펄스 간격도 ILS, LOC 또는 MLS 주파수와 쌍으로 구성된다.

ICAO는 DME 전송을 초고주파(UHF)로 특징짓는다.L-밴드(L-band)라는 용어도 쓰인다.[4]

호주에서 개발된 DME는 미국연방과학산업연구기구(CSIRO)의 방사선물리학과장으로 재직하던 중 에드워드 조지 "태피" 보웬의 감독 아래 제임스 "제리" 게런드에[5] 의해 발명되었다.이 시스템의 또 다른 엔지니어링된 버전은 1950년대 초 200 MHz VHF 대역에서 운영되던 Amalgamated Wireless Australasia Limited에 의해 배치되었다.이 호주 국내 버전은 연방 민간 항공부에서 DME(D) (또는 DME Native)로 언급했으며, ICAO에서 채택한 이후 국제 버전은 DME(I)로 언급되었다.

DME는 항공기 및 지상에서 장비의 역할이 역전된다는 점을 제외하면 원칙적으로 2차 레이더 범위 조정 기능과 유사하다.DME는 제2차 세계대전의 신원확인 친구 또는 적(IFF) 시스템에 근거한 전후 개발이었다.호환성을 유지하기 위해 DME는 TACAN의 거리 측정 구성요소와 기능적으로 동일하다.

작전

첫 번째 반복에서 DME가 장착된 비행기는 펄스 쌍을 송수신하여 지상 트랜스폰더와의 거리를 결정하고 표시하기 위해 이 장비를 사용했다.지상국은 일반적으로 VOR 또는 VORTAC와 결합된다.저전력 DME는 ILS 또는 MLS와 결합할 수 있으며, 여기서 터치다운까지 정확한 거리를 제공할 수 있으며, ILS 마커 비콘이 달리 제공하는 것과 유사하다(그리고 많은 경우 후자를 제거할 수 있다).

DME의 새로운 역할은 DME/DME 영역 탐색(RNAV)이다.[6][7]VOR에 비해 일반적으로 우수한 DME 정확도 때문에, 두 개의 DME를 사용한 내비게이션은 VOR/DME로 항해하는 것(방사선/거리 사용)이 불가능한 작동을 허용한다.단, 항공기에 RNAV 기능이 있어야 하며, 일부 운용에는 관성 기준 장치도 필요하다.

경로상 또는 단자 항법용 일반적인 DME 접지 트랜스폰더는 할당된 UHF 채널에서 1kW의 피크 펄스 출력을 가진다.

하드웨어

DME 거리 및 VOR/ADF 조종석 디스플레이 기기

DME 시스템은 항공기의 UHF(L-밴드) 송신기/수신기(인터로게이터)와 지상의 UHF(L-밴드) 수신기/송신기(트랜스포터)로 구성된다.

타이밍

검색 모드

초당 150회의 질문 맥박 측정항공기는 일련의 펄스-페어(간격)로 지상 트랜스폰더를 심문하고, 정확한 시간 지연(일반적으로 50마이크로초) 후에 지상국은 동일한 시퀀스의 펄스-페어로 응답한다.항공기 내 DME 수신기는 정확한 간격으로 응답 펄스-페어(X-모드 = 12마이크로초 간격)를 검색하며, 원래의 질문 패턴에 대한 응답 패턴을 찾는다.(동기가 아닌 개별 항공기의 질문 패턴과 일치하지 않는 펄스-페어 또는 스퀴터(squitter)라고 한다.또한, 따라서 비동기인 다른 항공기에 대한 응답도 스퀴터로 나타난다.

트랙 모드

SEARCH 및 TRACK의 평균 펄스 수는 초당 최대 30개 펄스 쌍으로 제한되므로 초당 30개 미만의 질문 펄스 페어.항공기 질문자는 특정 응답 펄스 시퀀스가 원래 질문 시퀀스와 동일한 간격을 갖는 것을 인식하면 DME 지상 스테이션에 잠긴다.수신기가 잠기면 에코를 찾을 수 있는 창이 좁아지고 잠금을 유지할 수 있다.

거리 계산

무선 신호는 목표물까지 1해리(1,852m)를 왕복하는 데 약 12.36마이크로초가 걸린다.50마이크로초의 접지 트랜스폰더 지연과 응답 펄스의 펄스 폭(X 모드 12마이크로초, Y 모드 30마이크로초)을 뺀 질문자와 응답 사이의 시간 차이는 질문자의 타이밍 회로에 의해 측정되어 거리 측정(경사 범위)으로 변환된 다음 해리(해리) 단위로 표시한 다음, 에 표시된다.조종석 DME 디스플레이.

거리 공식, 거리 = 속도 * 시간은 DME 수신기가 DME 지상국으로부터의 거리를 계산하는 데 사용된다.계산에서 속도는 빛의 속도인 무선 펄스의 속도(대략 3억 m/s 또는 186,000 mi/s)이다.계산에서 시간은 (총 시간 – 50µs-펄스 펄스 폭)/2이다.

정확도

DME 지상국의 정확도는 185m(±0.1nmi)이다.[8]DME는 항공기 안테나와 DME 트랜스폰더 안테나 사이의 물리적 거리를 제공한다는 것을 이해하는 것이 중요하다.이 거리를 흔히 '경사 범위'라고 하며, 트랜스폰더 위의 항공기 고도와 그들 사이의 지상 거리에 삼각적으로 의존한다.

예를 들어, 6,076 ft(1nmi) 고도에서 DME 스테이션 바로 위의 항공기는 DME 판독값에서 여전히 1.0nmi(1.9km)를 나타낼 수 있다.그 비행기는 기술적으로 1마일 떨어져 있고, 바로 위로 1마일 떨어져 있다.경사 범위 오류는 DME 스테이션에 가까이 있을 때 높은 고도에서 가장 뚜렷하게 나타난다.

무선 항법 보조 장치는 국제 표준, FAA,[9] EASA, ICAO 등에 의해 주어진 일정한 정확도를 유지해야 한다.이러한 경우를 보장하기 위해, 비행 검사 기관은 적절한 장비를 갖춘 항공기로 주기적으로 중요한 매개변수를 점검하여 DME 정밀도를 교정하고 인증한다.

ICAO는 0.25nmi + 측정 거리의 1.25% 미만의 정확도를 권장한다.

사양

일반적인 DME 지상 기반 응답기 비컨은 초당 2700회의 질문(초당 펄스 쌍 - pps)으로 제한된다.따라서 한 번에 최대 100대의 항공기에 대한 거리 정보(추적 모드(일반적으로 25pps), 검색 모드(일반적으로 150pps)의 5% 등)를 제공할 수 있다.이 한계를 초과하면 트랜스폰더는 수신기의 감도(게인)를 제한하여 과부하를 방지한다.트랜스폰더 부하를 낮추기 위해 약한 질문(보통 더 먼 질문)에 대한 응답을 무시한다.

무선 주파수 및 변조 데이터

DME 주파수는 VOR 주파수와 쌍으로 구성되며, 관련 VOR 주파수를 선택하면 해당 DME 주파수에 자동으로 튜닝되도록 설계되어 있다.비행기의 DME 질문기는 1025 ~ 1150 MHz의 주파수를 사용한다. DME 트랜스폰더는 962 ~ 1213 MHz 범위의 채널에서 송신하고 1025 ~ 1150 MHz 사이의 해당 채널에서 수신한다.이 밴드는 심문을 위한 126개 채널과 회신을 위한 126개 채널로 나뉜다.질문 빈도와 응답 빈도는 항상 63MHz로 다르다.모든 채널의 간격은 신호 스펙트럼 폭 100 kHz로 1 MHz이다.

X와 Y 채널에 대한 기술 참조는 DME 펄스 쌍의 개별 펄스 간격, X 채널의 경우 12마이크로초 간격, Y 채널의 경우 30마이크로초 간격과만 관련이 있다.

DME 설비는 1,350 Hz Morse 코드 3 문자 ID로 자신을 식별한다.VOR 또는 ILS와 결합할 경우 상위 시설과 동일한 ID 코드를 갖는다.또한, DME는 상위 시설의 그것들 사이에서 자신을 확인할 것이다.DME ID는 1,350 Hz로 VOR 또는 ILS 로컬라이저의 1,020 Hz 톤과 구별된다.

DME 트랜스폰더 유형

미국 FAA는 다음과 같은 3가지 DME 트랜스폰더 유형을 설치했다(착륙 시스템과 관련된 것은 제외).터미널 트랜스폰더(종종 공항에 설치됨)는 지상 12,000피트(3,700m) 및 범위 25해리(46km)의 최소 높이까지 서비스를 제공하며, 저고도 트랜스폰더는 일반적으로 최소 18,000피트(5,500m)의 높이와 74km의 40해리까지 서비스를 제공한다.ich는 일반적으로 최소 45,000피트(14,000m)의 높이와 130해리(240km)의 범위에서 서비스를 제공한다.그러나 상당수는 시야 차단에 주로 기초하여 운영상의 제약이 있으며 실제 성능은 다를 수 있다.[10]미국 항공 정보 매뉴얼은 아마도 고고도 DME 트랜스폰더를 언급하고 있으며, "신뢰성 신호는 시력 고도에서 최대 199해리[369km]의 거리에서 수신될 수 있다"고 명시하고 있다.

ILS 또는 기타 계기 접근과 관련된 DME 트랜스폰더는 한쪽 끝 또는 양쪽 끝 중 특정 활주로에 접근하는 동안 사용하도록 설계되어 있다.일반 항법에는 승인되지 않으며, 최소 범위나 높이가 지정되어 있지 않다.

주파수 사용/채널화

DME 주파수 사용, 채널화 및 다른 탐색기와의 페어링(VOR, ILS 등)은 ICAO에 의해 정의된다.[1] 252 DME 채널은 질문 주파수, 질문 펄스 간격, 응답 주파수 및 응답 펄스 간격을 조합하여 정의된다.이 채널들은 1X, 1Y, 2X, 2Y, ... 126X, 126Y로 라벨이 붙어 있다.X 채널(먼저 제공)은 질문 및 응답 펄스 쌍의 간격을 12마이크로초로 한다.Y 채널(용량을 늘리기 위해 추가됨)에는 질문 펄스 쌍이 36마이크로초 간격으로, 응답 펄스 쌍은 30마이크로초 간격으로 배치된다.

총 252개의 주파수가 DME 질문 및 응답(특히, 962, 963, ... 1213 MHz)에 대해 정의된다.질문 빈도는 1025, 1026, ... 1150 MHz(총 126 MHz)이며, X 채널과 Y 채널도 동일하다.주어진 채널의 경우, 응답 주파수는 질문 주파수보다 63 MHz 이상 낮다.회신 빈도는 X와 Y 채널이 다르고, 번호 1-63과 64-126인 채널이 다르다.

정의된 채널/주기가 모두 할당되지는 않는다.2차 감시레이더(SSR) 시스템 보호를 위해 1030, 1090메가헤르츠를 중심으로 한 할당 '구멍'이 있다.많은 나라에서 GPS L5 주파수를 보호하기 위해 1176.45 MHz를 중심으로 하는 임무 '구멍'도 있다.이 세 개의 '구멍'은 사용 가능한 주파수에서 약 60 MHz를 제거한다.

마이크로파 랜딩 시스템의 구성 요소인 정밀 DME(DME/P)는 Z 채널에 할당되며, Z 채널에는 세 번째 질문 및 응답 펄스 스페이스가 있다.Z 채널은 Y 채널과 멀티플렉싱되며 채널 계획에 중요한 영향을 미치지 않는다.

미래

2020년에 한 회사는 '제5세대 DME'를 발표했다.기존 장비와 호환되지만 이 반복은 정확도가 더 높고(DME/DME 삼각측량 사용 시 최대 5m), 추가 교정을 통해 3m까지 감소한다.3m의 장비는 유럽의 SESAR 프로젝트의 일환으로 검토되고 있으며, 2023년까지 배치가 가능하다.

21세기에 항공 항행은 위성 안내에 점점 더 의존하게 되었다.그러나 지상 항행은 다음과 같은 세 가지 이유로 계속된다.[citation needed]

  • 위성 신호가 극도로 약하고, 스푸핑이 가능하며, 항상 사용할 수 있는 것은 아니다.
  • 유럽 연합의 규칙은 회원국들이 지상 항법 보조 기구를 보관하고 유지하도록 요구한다.
  • 주권에 대한 느낌, 또는 국가 자체의 항해 수단에 대한 통제."일부 주들은 자신들이 통제하는 수단에 의존하기 위해 자국 영토를 항해하기를 원한다.그리고 모든 나라가 미국의 GPS나 유럽의 갈릴레오처럼 별자리를 가진 것은 아니다."

2020년 제안된 5세대 장비의 한 가지 장점은 드론 비행으로 기능 점검이 가능해 기존 유인인증 비행시험의 비용과 지연이 크게 줄어든다는 점이다.[11]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d 국제 민간 항공 협약 부속문서 10 제1권 – 무선 항법 보조기구; 국제 민간 항공 기구; 국제 표준 및 권장 사례.
  2. ^ 무선 주파수 범위인 960-1215MHz, RTCA, DO-189; 1985년 9월 20일 이내에 작동하는 공중 거리 측정 장비(DME)에 대한 최소 작동 성능 표준
  3. ^ 거리 측정 장비(DME) 무선 주파수 범위 960-1215 MHz, 유럽 연합 항공 안전국; ETSO-2C66b; 2003년 10월 24일.
  4. ^ "Appendix B: IEEE Standard Letter Designations for Radar Bands". Handbook of Frequency Allocations and Spectrum Protection for Scientific Uses (2nd ed.). National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2015. doi:10.17226/21774. ISBN 978-0-309-37659-4.
  5. ^ "Engineer exploded myths in many fields". 9 January 2013 – via The Sydney Morning Herald.
  6. ^ 미국 터미널 및 항로 구역 항법(RNAV) 운영; 연방 항공국; 자문 순환 AC 90-100A; 2007년 3월 1일.
  7. ^ "대체 위치, 항법 및 타이밍(APNT)을 위한 DME/DME", 로버트 릴리 및 로버트 에릭슨 연방항공청 백서, 미등록
  8. ^ U.S. Department of Defense and Department of Transportation (December 2001). "2001 Federal Radionavigation Systems" (PDF). Retrieved 5 July 2011.
  9. ^ U.S. Federal Aviation Administration (2 September 1982). "U.S. National Aviation Standard for the VOR/DME/TACAN Systems".
  10. ^ 항공 정보 설명서 2008년 9월 5일 웨이백 머신에 보관, 연방 항공국; 2017년 10월 12일.
  11. ^ 탈레스, 5세대 DME 도입 (AW&ST, 2020년 3월 11일)

외부 링크