KR101487307B1 - Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법 - Google Patents

Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101487307B1
KR101487307B1 KR20130037782A KR20130037782A KR101487307B1 KR 101487307 B1 KR101487307 B1 KR 101487307B1 KR 20130037782 A KR20130037782 A KR 20130037782A KR 20130037782 A KR20130037782 A KR 20130037782A KR 101487307 B1 KR101487307 B1 KR 101487307B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aircraft
vector
par
coordinate system
gpi
Prior art date
Application number
KR20130037782A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140121248A (ko
Inventor
구정
Original Assignee
구정
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구정 filed Critical 구정
Priority to KR20130037782A priority Critical patent/KR101487307B1/ko
Publication of KR20140121248A publication Critical patent/KR20140121248A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101487307B1 publication Critical patent/KR101487307B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/02—Automatic approach or landing aids, i.e. systems in which flight data of incoming planes are processed to provide landing data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/04—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/18—Visual or acoustic landing aids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/913—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for landing purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 좌표 변환 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) PAR(Precision Approach Radar)을 중심으로 한 극좌표계상의 제1 항공기 경로각, 제1 항공기 활공각 및 제1 항공기 거리를, WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하는 단계; 및 (2) 상기 단계 (1)에서 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여, 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법에 따르면, PAR 레이더에서 시현되는 경로와 활공각 및 거리 정보를 디지털 데이터 형태로 항공기에 직접 전달하는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 위하여, PAR을 중심으로 한 극좌표계상의 좌표 정보를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 경로, 활공각, 거리 정보로 변환함으로써, PAR에서 바라보는 항공기에 대한 정보를 조종사가 필요로 하는 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 정보로 디지털 변환할 수 있다. 이렇게 디지털 변환된 데이터는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 통해 조종사에게 시각적으로 전달될 수 있는바, 정밀접근 정보의 정확도 및 전달력을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법{COORDINATE CONVERTING METHOD FOR VISUAL PAR AUTOMATION SYSTEM}
본 발명은 좌표 변환 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템에 사용할 수 있도록 PAR에서 바라보는 항공기의 경로, 활공각, 거리 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 경로, 활공각, 거리 정보로 좌표를 변환하는 방법에 관한 것이다.
공항으로의 항공기 접근은 ILS, PAR, TLS, MLS 등과 같은 정밀접근(PA, Precision Approach)과 TACAN(Tactical Air Navigation)과 VOR/DME(VHF Omni-directional Range / Distance Measuring Equipment) 등과 같은 비정밀접근(None-Precision Approach)으로 나눌 수 있는데, 정밀접근이란 국제민간항공기구(ICAO, International Civil Aviation Organization) 부속서(Annex 10, 항공통신)의 정밀기준에 부합하는 진로와 항공로 이탈정보를 제공하는 항행안전 무선시설을 이용하는 계기 접근절차이다. 본 발명은 공항으로의 정밀접근 시 사용되는 좌표의 변환 방법에 관한 것이다.
국제 규격의 공항은 대부분 계기착륙장치(ILS, Instrument Landing System)와 PAR(Precision Approach Radar) 체계를 갖추고 있다. PAR을 이용한 정밀접근은 공항에 설치된 레이더(Radar)에 시현되는 항적정보를 기반으로 관제사와 조종사 간 음성통신에 의존하여 비행기지 접근을 수행하는 방법이나, 이는 관제사의 전문성과 숙련도에 따라 정확성 등이 좌우되며, 적시성에 있어 일정한 지연을 피할 수 없다는 문제 및 음성 전달(조종사의 청각적 인지)로 인해 정보의 전달 능력이 떨어지는 문제 등이 있다. 반면, ILS는 지상에 설치된 전파 방사장치에서 방사되는 무선 주파수를 수신하여 항공기가 진입하고 있는 정확한 경로와 활공각을 계기를 통해 조종사에게 실시간으로 알려주어 항공기가 공항으로의 접근을 정밀하게 수행할 수 있도록 하는 장비로서, 경로와 활공각 정보를 조종사에게 시각적으로 제공하여 정보의 전달력이 높다는 장점이 있다. 그러나 한 대의 ILS는 활주로의 한쪽 방향만을 지원할 수 있고, ILS 자체만으로는 항공기가 활주로를 향해 정확한 경로와 활공각으로 진입하고 있는지를 관제센터에서 알 수 없다는 문제가 있다.
현재, 항공기의 운항과 관련한 항법, 정밀접근 등과 관련해서는 많은 연구가 진행되고 있으나(Journal of The Institute of Navigation, The Journal of Navigation, The Journal of Global Navigation Satellite Systems 등 참조), 공항 접근에 있어 PAR 항적자료 전달방법의 개선을 통해 공항 정밀접근의 정확도를 높이는 방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 발명자는, PAR을 이용한 정밀접근 방식을 이용하되, 관제사의 음성에 의존한 관제에 따른 정보제공 량의 절대 부족, 항적정보 제공의 과다한 지연, 관제사의 전문성과 숙련도에 따른 관제능력의 차이 등의 문제를 해결하고자 ILS가 가지고 있는 장점을 접목하는 새로운 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 개발하고자 하였다. 즉, 사물통신(M2M, Machine to Machine Interface)의 개념을 이용하여 PAR 레이더에서 시현되는 경로와 활공각 정보를 디지털 데이터 형태로 항공기에 직접 전달하고, 이를 ILS와 유사한 방법으로 조종사에게 시현해 줌으로써 정밀접근의 정확도 및 비행안전도를 획기적으로 향상시키고자 한다.
이와 같은 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 구현하기 위해서는 PAR을 중심으로 획득된 좌표 정보를 조종사가 필요로 하는 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 방법의 개발이 필요한바, 본 발명자는 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법에 대하여 개발하여 제안하고자 한다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, PAR 레이더에서 시현되는 경로와 활공각 및 거리 정보를 디지털 데이터 형태로 항공기에 직접 전달하는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 위하여, PAR을 중심으로 한 극좌표계상의 좌표 정보를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 경로, 활공각, 거리 정보로 변환함으로써, PAR에서 바라보는 항공기에 대한 정보를 조종사가 필요로 하는 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 정보로 디지털 변환할 수 있는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법은,
(1) PAR(Precision Approach Radar)을 중심으로 한 극좌표계상의 제1 항공기 경로각, 제1 항공기 활공각 및 제1 항공기 거리를, WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하는 단계; 및
(2) 상기 단계 (1)에서 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여, 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)은,
(1-1) 상기 PAR의 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X, Y, Z 지점으로 변환하여 지구 중심점(ECEF)으로부터 PAR의 위치벡터 (Xp, Yp, Zp)를 구하는 단계; 및
(1-2) 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터를 구하고, 이를 기준으로 상기 제1 항공기 거리에 대한 스칼라량을 곱한 후 상기 제1 항공기 경로각과 상기 제1 항공기 활공각만큼 차례로 회전시켜 X, Y, Z 좌표계상의 지점으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
(2-1) 상기 활주로 착륙지점(GPI)과 상기 항공기의 위치를 X, Y, Z 상의 좌표로 변환하여 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서부터 상기 항공기까지의 제1 벡터를 구하는 단계;
(2-2) 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서 지표면과 수직인 법선 단위벡터(이하, ‘제2 벡터’라 한다.)와 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터(이하, ‘제3 벡터’라 한다.)를 구하는 단계; 및
(2-3) 상기 제2 벡터 및 제3 벡터의 외적(Cross Product)을 통해 상기 제2 벡터 및 제3 벡터에 수직인 제4 벡터를 구하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 내지 제4 벡터를 이용하여 상기 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 제2 항공기 활공각은,
하기 수학식 3에 의해 도출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112013030055281-pat00001
(여기서, Glide Slope: 제2 항공기 활공각,
Figure 112013030055281-pat00002
= 제2 벡터,
Figure 112013030055281-pat00003
= 제1 벡터)
더욱 바람직하게는, 제2 항공기 경로각은,
하기 수학식 4에 의해 도출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112013030055281-pat00004
(여기서, Azimuth : 제2 항공기 경로각,
Figure 112013030055281-pat00005
= 제4 벡터,
Figure 112013030055281-pat00006
= 제1 벡터)
더욱 바람직하게는, 제2 항공기 거리는,
하기 수학식 5에 의해 도출할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112013030055281-pat00007
(Distance : 제2 항공기 거리, XGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, XAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, YGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, YAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, ZGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것, ZAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것)
본 발명에서 제안하고 있는 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법에 따르면, PAR 레이더에서 시현되는 경로와 활공각 및 거리 정보를 디지털 데이터 형태로 항공기에 직접 전달하는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 위하여, PAR을 중심으로 한 극좌표계상의 좌표 정보를 WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하고, WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 경로, 활공각, 거리 정보로 변환함으로써, PAR에서 바라보는 항공기에 대한 정보를 조종사가 필요로 하는 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 정보로 디지털 변환할 수 있다. 이렇게 디지털 변환된 데이터는 시각적 PAR 관제 자동화 시스템을 통해 조종사에게 시각적으로 전달될 수 있는바, 정밀접근 정보의 정확도 및 전달력을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법의 흐름을 도시한 도면.
도 2는 PAR의 항적자료와 활주로 착륙지점 간의 관계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법의 흐름을 도시한 도면.
도 4는 PAR에서의 항공기 위치를 표현한 도면.
도 5는 WGS-84 체계좌표 상의 PAR 또는 GPI와 항공기의 위치 간의 관계를 표현한 도면.
도 6은 항공기의 위도, 경도, 고도를 활주로 착륙지점으로부터 항공기의 경로각(제2 항공기 경로각, Azimuth), 활공각(제2 항공기 활공각, Glide Slope), 거리(제2 항공기 거리, Distance)로 산출하는 개념을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법은, PAR(Precision Approach Radar)을 중심으로 한 극좌표계상의 제1 항공기 경로각, 제1 항공기 활공각 및 제1 항공기 거리를, WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하는 단계(S100), 및 단계 S100에서 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 단계(S200)를 포함하여 구현될 수 있다.
지구상의 한 지역을 비행하는 항공기의 위치는 WGS-84 좌표체계상의 위도, 경도, 고도로 표현되며, 이 중 특정 기지로의 PAR을 이용한 정밀접근을 수행하고 있는 항공기의 위치는 PAR을 중심으로 경로각, 활공각, 거리로 표현될 수 있다. 즉, PAR이 포착한 항공기의 위치는 PAR의 좌표와 PAR이 바라보고 있는 방향을 중심으로 경로, 활공각, 거리를 요소로 하는 극좌표계로 표현될 수 있다.
도 2는 PAR의 항적자료와 활주로 착륙지점 간의 관계를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, PAR에서 바라보는 항공기의 경로각, 활공각, 거리 정보와 조종사가 필요로 하는 정보는 서로 상이하다. 즉, 조종사가 필요로 하는 자료는 활주로의 Touch Down Zone 상에 존재하는 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 경로각, 활공각, 거리정보이므로, PAR에서 획득한 항공기의 경로각(제1 항공기 경로각), 활공각(제1 항공기 활공각) 및 거리(제1 항공기 거리)정보는 WGS-84 좌표 체계로 변환하고, 이를 다시 WGS-84 좌표체계상의 활주로 착륙지점(GPI)에 대한 경로각(제2 항공기 경로각), 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리 정보로 변환하여 조종사가 필요로 하는 정보로 변환할 수 있다.
WGS-84 좌표체계는 지구의 중심점(ECEF, Earth Centered Earth Fixed)을 기준으로 하여 좌표계를 표시하는 것으로서, PAR의 극좌표체계에 기초한 정보를 WGS-84 좌표체계상의 좌표 정보로 변환하기 위해서는, PAR의 극좌표체계와 WGS-84 좌표체계의 상관관계를 가지는 관계식의 정립이 필요하다. 또한, WGS-84 좌표체계로 변환된 자료는 다시 GPI로부터의 경로, 활공각, 거리로 변환되는 데, 이 과정에서는 GPI와 항공기 간의 상대적인 거리와 방향 등을 필요로 하게 된다. 즉, GPI의 위도, 경도 및 해수면 높이(Field Elevation), 방향 등 정확한 자료를 기반으로 변환이 이루어져야 한다. 이하에서는 본 발명에서 제안하고 있는 공항으로의 항공기 정밀 접근 시에 사용되는 좌표 변환 방법의 각 단계에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법에서, 단계 S100은, PAR의 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X, Y, Z 지점으로 변환하여 지구 중심점(ECEF)으로부터 PAR의 위치벡터 (Xp, Yp, Zp)를 구하는 단계(S110) 및 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터를 구하고, 이를 기준으로 제1 항공기 거리에 대한 스칼라량을 곱한 후 제1 항공기 경로각과 제1 항공기 활공각만큼 차례로 회전시켜 X, Y, Z 좌표계상의 지점으로 변환하는 단계(S120)를 더 포함하여 구현될 수 있다.
도 4는 PAR에서의 항공기 위치를 표현한 도면이다. 도 4는 도 3을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 특정부분을 2차원으로 도시하여 나타낸 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, PAR 좌표체계상의 위치와 WGS-84 좌표체계상의 위치는 일치하여야 한다. 또한 도 4를 통하여, 항공기가 공항으로 PAR에 의한 정밀접근을 수행하고 있는 상태에서 항공기의 위도, 경도, 고도와 PAR이 바라보고 있는 활공각과 거리 간의 관계를 확인할 수 있다.
PAR 좌표계와 WGS-84 좌표계 간의 상호 변환은 직각좌표계를 매개로 변환할 경우 쉽게 표현이 가능하다. 먼저, 극좌표의 중심이 되는 PAR의 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X, Y, Z 지점으로 변환하여 지구 중심점(ECEF)으로부터 PAR의 위치벡터 (Xp, Yp, Zp)를 구할 수 있다(S110). 다음으로, PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터를 구하고, 이를 기준으로 제1 항공기 거리에 대한 스칼라량을 곱한 후 제1 항공기 경로각과 제1 항공기 활공각만큼 차례로 회전시켜 항공기의 위치를 X, Y, Z 좌표계상의 한 지점(Xa, Ya, Za)으로 변환할 수 있다(S120). 직각좌표계(X, Y, Z 축)상에 표현되는 항공기의 최종적인 위치(Xa, Ya, Za)는 위도, 경도, 고도로 쉽게 변환하여 WGS-84 좌표체계상의 위치로 표현할 수 있다.
PAR 극좌표체계상의 위치를 WGS-84 좌표체계로 변환하는 궁극적인 목적은 항공기가 활주로로 정밀접근을 수행하기 위해 활주로와 항공기 간의 위치를 계산하기 위한 것이며, 활주로와 항공기간의 상호 위치를 규명하는 것이다. 다시 말하면 조종사가 필요로 하는 정밀접근에 대한 정보는 활주로와 항공기 간의 관계이다. 조종사가 활주로로 정밀접근을 수행하기 위해 필요로 하는 것은 활주로의 GPI를 기준으로 한 항공기의 경로, 강하각, 거리이다. 따라서 활주로상의 GPI와 항공기의 위도, 경도, 고도를 이용하여 활주로에 대한 항공기의 경로, 활공각, 거리로 변환하는 것이 필요하다.
도 5는 WGS-84 체계좌표 상의 PAR 위치와 항공기 간의 관계, 또는 GPI로부터 항공기까지의 관계를 표현하는데 사용될 수 있는 도면이다. 도 5는 지구상의 특정 공항으로 접근하고 있는 항공기를 PAR이 포착하고 있는 상황을 나타내고 있으며, PAR로부터의 항공기 위치에 대하여 PAR 좌표체계와 WGS-84 좌표체계, 직각좌표계 간의 관계를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 직각좌표체계와 WGS-84 좌표체계 및 PAR 좌표체계 간에는 일정한 관계를 형성하고 있음을 알 수 있다. PAR로부터 얻어진 자료를 활주로를 기준으로 하는 자료로 변환하기 위한 변환식이 필요하며, 이들 상호 간의 변환이 가능함이 바람직하다.
항공기의 정확한 위치를 찾기 위한 연산에 사용된, 항공기의 WGS-84 좌표체계(X, Y, Z) 상의 위치와 항공기가 위치한 지점의 위도, 경도 및 고도 값과의 관계식은 하기 수학식 1 또는 수학식 2에 따를 수 있다.
Figure 112013030055281-pat00008
(여기서, φ: 위도, λ: 경도, h: 고도,
Figure 112013030055281-pat00009
), RN: 적도지점의 곡률반경(6378137.0m),
Figure 112013030055281-pat00010
, f=1/298.257223563, e2=0.0066943799014, a=타원체의 장반경, b=타원체의 단반경)
Figure 112013030055281-pat00011
(여기서, φ: 위도, λ: 경도, h: 고도,
Figure 112013030055281-pat00012
), RN: 적도지점의 곡률반경(6378137.0m),
Figure 112013030055281-pat00013
, f=1/298.257223563, e2=0.0066943799014, i = 반복계산 횟수)
수학식 2에 나타난 바와 같이, 항공기의 WGS-84 좌표체계상의 위치(X, Y, Z 직각좌표계)에서 위경도 좌표계로의 전환은 약간 복잡한 반복연산을 필요로 한다. 정확한 위도를 구하는 방법은, 위도를 구하는 식(
Figure 112013030055281-pat00014
)에 먼저 h=0을 대입하여 초깃값 N0을 구하고, 이 N0을 이용하여 초기 고도 값 h0을 구한다. N0, h0을 다시 위도를 구하는 식에 대입하여
Figure 112013030055281-pat00015
이 될 때까지 반복 계산을 수행하면 정확한 위도를 구할 수 있게 된다.
상기 식들을 이용하여 좌표변환을 수행할 경우 부동소수점 연산에 이용되는 변수는 충분히 큰 수를 표현할 수 있도록 double형 변수로 선언하는 것이 필요하다. 이는 지구를 표현하는 좌표체계의 정확도를 유지하기 위해서 필요하며, 그렇지 않을 경우 상당히 큰 오차를 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법에서, 단계 S200은, 활주로 착륙지점(GPI)과 항공기의 위치를 X, Y, Z 상의 좌표로 변환하여 활주로 착륙지점(GPI)에서부터 항공기까지의 제1 벡터를 구하는 단계(S210), 활주로 착륙지점(GPI)에서 지표면과 수직인 법선 단위벡터(이하, ‘제2 벡터’라 한다.)와 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터(이하, ‘제3 벡터’라 한다.)를 구하는 단계(S220), 및 제2 벡터 및 제3 벡터의 외적(Cross Product)을 통해 제2 벡터 및 제3 벡터에 수직인 제4 벡터를 구하는 단계(S230)를 더 포함하여 구현될 수 있고, 제1 내지 제4 벡터를 이용하여 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출할 수 있다.
도 6은 항공기의 위도, 경도, 고도를 활주로 착륙지점으로부터 항공기의 경로각(제2 항공기 경로각, Azimuth), 활공각(제2 항공기 활공각, Glide Slope), 거리(제2 항공기 거리, Distance)로 산출하는 개념을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 항공기의 위도, 경도, 고도를 활주로 착륙지점으로부터 항공기의 경로각(제2 항공기 경로각, Azimuth), 활공각(제2 항공기 활공각, Glide Slope), 거리(제2 항공기 거리, Distance)로 산출하기 위해서는, 먼저 활주로 착륙지점(GPI)과 항공기의 위치를 X, Y, Z 상의 좌표로 변환하고, 활주로 착륙지점(GPI)에서부터 항공기까지의 제1 벡터를 구한다. 두 번째는, 활주로 착륙지점(GPI)에서 지표면과 수직인 법선 단위벡터(Z', 제2 벡터)와, PAR이 바라보는 방향으로의 단위벡터(X', 제3 벡터)를 구한다. 세 번째는 앞에서 얻은 두 벡터의 외적(Cross Product)을 통해 PAR이 바라보는 방향에 수직이고, GPI에서의 법선 벡터에 수직인 또 하나의 벡터(Z' X'=Y', 제4 벡터)를 얻는다.
제2 활공각에 대한 연산은 GPI에서의 법선 벡터(제2 벡터)와 GPI에서 항공기로의 단위벡터(제1 벡터)의 내적(Dot Product)를 수행하여 도출할 수 있다. 지표면에 수직인 법선 벡터는 접평면의 개념을 내포하고 있으므로 벡터의 내적을 통해 얻어진 값은 법선 벡터와의 사이 각이며, 이는 접평면과의 사이 각인 활공각을 의미한다. 따라서 항공기의 활공각은 PAR의 위치와 고도에서 지구 곡면과 접하는 접평면(지표면)에 대한 각이므로 벡터 내적의 결과를 이용하여 구할 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 하기 수학식 3과 같다.
Figure 112013030055281-pat00016
(여기서, Glide Slope: 제2 항공기 활공각,
Figure 112013030055281-pat00017
= 제2 벡터,
Figure 112013030055281-pat00018
= 제1 벡터)
한편, GPI에서의 법선 단위벡터(제2 벡터)와 PAR이 바라보는 방향으로의 단위벡터(제3 벡터)에 수직인 벡터(제4 벡터)는, 경로방향의 지표면과 수직인 평면을 나타내고 있다. 따라서 제4 벡터(Y')와 제1 벡터를 내적한 값은 두 벡터 사이의 각이 되며, 이 각은 GPI를 중심으로 항공기가 활주로 방향으로 진입하는 제2 경로각을 의미하는 값이 된다. 이를 수학식으로 나타내면 하기 수학식 4와 같다. 하기에서
Figure 112013030055281-pat00019
이다.
Figure 112013030055281-pat00020
(여기서, Azimuth: 제2 항공기 경로각,
Figure 112013030055281-pat00021
= 제4 벡터,
Figure 112013030055281-pat00022
= 제1 벡터)
GPI로부터 항공기가 위치한 거리(제2 항공기 거리)는, 위도, 경도, 고도를 요소로 하여 개략적으로 구할 수 있겠으나, 이 또한 직각좌표계를 기준으로 두 지점 사이의 거리를 구하는 것이 가장 정확하다. 두 지점의 위도, 경도, 고도를 직각좌표계로 나타낸 것을 각각 XGPI, YGPI, ZGPI, XAC, YAC, ZAC라 한다면 GPI와 항공기 간의 거리는 하기 수학식 5로 간단하게 구할 수 있다.
Figure 112013030055281-pat00023
(여기서, Distance: 제2 항공기 거리, XGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, XAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, YGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, YAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, ZGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것, ZAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것)
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
S100: PAR을 중심으로 한 극좌표계상의 제1 항공기 경로각, 제1 항공기 활공각 및 제1 항공기 거리를, WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하는 단계
S110: 상기 PAR의 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X, Y, Z 지점으로 변환하여 지구 중심점(ECEF)으로부터 PAR의 위치벡터 (Xp, Yp, Zp)를 구하는 단계
S120: 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터를 구하고, 이를 기준으로 상기 제1 항공기 거리에 대한 스칼라량을 곱한 후 상기 제1 항공기 경로각과 상기 제1 항공기 활공각만큼 차례로 회전시켜 항공기의 위치를 X, Y, Z 좌표계상의 한 지점(Xa, Ya, Za)으로 변환하는 단계
S200: 상기 단계 S100에서 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여, 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 단계
S210: 상기 활주로 착륙지점(GPI)과 상기 항공기의 위치를 X, Y, Z 상의 좌표로 변환하고, 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서부터 상기 항공기까지의 제1 벡터를 구하는 단계
S220: 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서 지표면과 수직인 법선 단위벡터(이하, ‘제2 벡터’라 한다.)와 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터(이하, ‘제3 벡터’라 한다.)를 구하는 단계
S230: 상기 제2 벡터 및 제3 벡터의 외적(Cross Product)을 통해 상기 제2 벡터 및 제3 벡터에 수직인 제4 벡터를 구하는 단계

Claims (6)

  1. 공항으로의 항공기 정밀 접근 시에 사용되는 좌표 변환 방법으로서,
    (1) PAR(Precision Approach Radar)을 중심으로 한 극좌표계상의 제1 항공기 경로각, 제1 항공기 활공각 및 제1 항공기 거리를, WGS-84 좌표체계에 맞게 변환하는 단계; 및
    (2) 상기 단계 (1)에서 WGS-84 좌표체계로 변환된 자료를 이용하여, 활주로 착륙지점(GPI)으로부터의 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 단계를 포함하며,
    상기 단계 (2)는,
    (2-1) 상기 활주로 착륙지점(GPI)과 상기 항공기의 위치를 X, Y, Z 상의 좌표로 변환하여 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서부터 상기 항공기까지의 제1 벡터를 구하는 단계;
    (2-2) 상기 활주로 착륙지점(GPI)에서 지표면과 수직인 법선 단위벡터(이하, ‘제2 벡터’라 한다.)와 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터(이하, ‘제3 벡터’라 한다.)를 구하는 단계; 및
    (2-3) 상기 제2 벡터 및 제3 벡터의 외적(Cross Product)을 통해 상기 제2 벡터 및 제3 벡터에 수직인 제4 벡터를 구하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 벡터를 이용하여 상기 제2 항공기 경로각, 제2 항공기 활공각 및 제2 항공기 거리를 도출하는 것을 특징으로 하는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)은,
    (1-1) 상기 PAR의 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X, Y, Z 지점으로 변환하여 지구 중심점(ECEF)으로부터 PAR의 위치벡터 (Xp, Yp, Zp)를 구하는 단계;
    (1-2) 상기 PAR이 바라보는 지구상의 미리 정해진 어느 한 방향의 접선 단위벡터를 구하고, 이를 기준으로 상기 제1 항공기 거리에 대한 스칼라량을 곱한 후 상기 제1 항공기 경로각과 상기 제1 항공기 활공각만큼 차례로 회전시켜 항공기의 위치를 X, Y, Z 좌표계상의 한 지점(Xa, Ya, Za)으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 제2 항공기 활공각은,
    하기 수학식 3에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112014090041104-pat00024

    (여기서, Glide Slope: 제2 항공기 활공각,
    Figure 112014090041104-pat00025
    = 제2 벡터,
    Figure 112014090041104-pat00026
    = 제1 벡터)
  5. 제1항에 있어서, 제2 항공기 경로각은,
    하기 수학식 4에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112014090041104-pat00027

    (여기서, Azimuth: 제2 항공기 경로각,
    Figure 112014090041104-pat00028
    = 제4 벡터,
    Figure 112014090041104-pat00029
    = 제1 벡터)
  6. 제1항에 있어서, 제2 항공기 거리는,
    하기 수학식 5에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는, PAR을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112014090041104-pat00030

    (여기서, Distance: 제2 항공기 거리, XGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, XAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 X성분 값으로 나타낸 것, YGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, YAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Y성분 값으로 나타낸 것, ZGPI = GPI 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것, ZAC = 항공기 위치(위도, 경도, 고도)를 직각좌표계상의 Z성분 값으로 나타낸 것)
KR20130037782A 2013-04-05 2013-04-05 Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법 KR101487307B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130037782A KR101487307B1 (ko) 2013-04-05 2013-04-05 Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130037782A KR101487307B1 (ko) 2013-04-05 2013-04-05 Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140121248A KR20140121248A (ko) 2014-10-15
KR101487307B1 true KR101487307B1 (ko) 2015-01-29

Family

ID=51992858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130037782A KR101487307B1 (ko) 2013-04-05 2013-04-05 Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101487307B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021071279A2 (ko) * 2019-10-09 2021-04-15 주식회사 에스360브이알 지리상의 위치를 특정하는 방법과 이를 이용하는 데이터베이스 및 데이터베이스의 데이터베이스
TWI728770B (zh) * 2020-04-01 2021-05-21 財團法人工業技術研究院 飛行載具及應用其之方向偵測方法
CN113380075B (zh) * 2021-06-08 2022-02-08 东航技术应用研发中心有限公司 着陆空中距离的测量方法和***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345400A (ja) * 1998-05-29 1999-12-14 Toshiba Corp 着陸誘導システム
JP2004205371A (ja) 2002-12-25 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp レーダ追尾装置及びレーダ追尾処理方法
JP2008185539A (ja) * 2007-01-31 2008-08-14 Toshiba Corp レーダ表示装置
KR20110125803A (ko) * 2010-05-14 2011-11-22 국방과학연구소 비행체 위치 추적 자료 융합 장치 및 이를 이용한 융합 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345400A (ja) * 1998-05-29 1999-12-14 Toshiba Corp 着陸誘導システム
JP2004205371A (ja) 2002-12-25 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp レーダ追尾装置及びレーダ追尾処理方法
JP2008185539A (ja) * 2007-01-31 2008-08-14 Toshiba Corp レーダ表示装置
KR20110125803A (ko) * 2010-05-14 2011-11-22 국방과학연구소 비행체 위치 추적 자료 융합 장치 및 이를 이용한 융합 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140121248A (ko) 2014-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9851724B2 (en) Automatic take-off and landing control device
Kuzmenko et al. Performance analysis of positioning system by navigational aids in three dimensional space
Ostroumov et al. Configuration analysis of European navigational aids network
Ostroumov et al. Compatibility analysis of multi signal processing in APNT with current navigation infrastructure
Ostroumov et al. An airspace analysis according to area navigation requirements
Kuzmenko et al. An accuracy and availability estimation of aircraft positioning by navigational aids
Ostroumov et al. Optimal pair of navigational aids selection
US10043403B2 (en) Aircraft landing apparatus using GNSS and SBAS signals, and control method thereof
Skrypnik Radio Navigation Systems for Airports and Airways
US9523761B1 (en) Geolocation with redundant aircraft antennas system and related method
US10324160B2 (en) Geolocation of beyond LOS HF emitters
EP2975595B1 (en) Scalar product based spacing calculation
Ostroumov et al. Triple probability density distribution model in the task of aviation risk assessment
CN107764283B (zh) 一种适用于飞行管理***的无线电导航台自动调谐算法
Dautermann Civil air navigation using GNSS enhanced by wide area satellite based augmentation systems
KR20180129914A (ko) 비행 점검을 위한 송신 데이터
Bhatti Improved integrity algorithms for integrated GPS/INS systems in the presence of slowly growing errors
Ostroumov et al. Ukrainian navigational aids network configuration estimation
KR101487307B1 (ko) Par을 중심으로 획득한 좌표 정보를 활주로 착륙지점으로부터의 좌표 정보로 변환하는 좌표 변환 방법
US20230045232A1 (en) Aircraft landing guidance support system and aircraft landing integrated support system including the same
Jeong et al. Flight test evaluation of ILS and GBAS performance at Gimpo International Airport
Kuzmenko et al. Improving the accuracy of aircraft positioning by navigational AIDS using kalman filter
Shevgunov et al. Next-generation landing system based on combined passive radar
Dubrovin et al. Combined AOA/TDOA passive radar for airport landing system
JP7187699B2 (ja) 音声無線信号を処理するための装置、方法、およびコンピュータプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180219

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190114

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200114

Year of fee payment: 6