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글쓴이: 부산지방항공청 전기통신과 통신사무관 박세필

　　나는 외자장비 도입에 따른 제작사 (SELEX : Kansas U.S.A.) 교육기간(\'07.9.24~10.13) 중 인근 선진공항 신장비 운용사례를 견학하기 위하여 동료 이태헌주무관과 함께 미국 세인트 루이스 국제공항을 다녀왔다. 이번 견학의 목적은 미 연방항공국 ASDE-X 프로그램의 한 부분으로써 미 연방항공국의 선진화 된 지상관제 시스템인 멀티레터레이션(MDS : Multilateration Dependent Surveillance) 지상관제시스템의 운영을 견학하는 것이었다.
　
MDS 멀티레터레이션이란 라디오주파수를 기본으로 한 삼각 측량 위치 관측시스템으로, FAA 항공관제시스템 현대화 사업에 중요한 역할을 하고 있다. FAA의 ASDE-X프로그램은 미국의 주요 35개 공항에서 MDS 멀티레터레이션과 지상관제레이더와의 연계를 통한 항공기들의 정확한 위치파악으로 관제사들에게 사전에 정보를 제공해 사고를 미연에 방지하는 역할을 한다. 35개 공항 중 ASDE 세번째 지상관제 레이더가 없는 경우에는 X Band 지상관제레이더를 설치한다. 멀티센서데이터프로세서(MSDP)를 이용하면 ADS-B를 포함한 항공기 위치 데이터들을 관제탑에 리포트 하여 활주로에서 항공기 간의 충돌을 미리 방지시켜 줄 수 있도록 사전에 경고를 준다.

[MDS에 의한 항공기 트레킹]

　우리가 견학한 MDS 멀티레터레이션 항공관제에 대한 인상을 적기 전에 먼저 이 기술과 시스템 적용에 대해 간단히 기술하겠다.

　MDS 멀티레터레이션 기술에 대하여,
　항공기의 트랜스폰더를 이용한 MDS 멀티레터레이션의 기본개념은 TDOA (Time Difference of Arrival) 즉, 여러 군데서 수신하는 전파의 도착시간의 차이를 계산하여 거리를 측정하는 방법으로 되어있다. TDOA을 바탕으로 한 시스템은 하나의 전파를 여러 군데에서 수신하여 수신 시 걸리는 시간차를 계산해 시그널의 원위치를 역 추적할 수 있다.
　 

　그림 1은 MDS 멀티레터레이션 이론을 잘 나타내 주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 MDS 멀티레터레이션 시스템은 각각의 트랜스폰더 신호 (모드S, 모드3/A와 군용 모드)를 여러 개의 센서들이 수신하여 항공기의 위치를 파악한다. 수신된 모든 시그널은 시간이 기록되고 중앙 정보 프로세싱 기지국으로 전달되어 여러 군데의 수신기에서 시그널이 도착되는 시간의 차이점을 파악하게 된다. 만약 우리가 두 개의 센서로부터 항공관제를 하는 경우 TDOA로부터 계산된 위치는 두 센서 사이의 트랜스폰더와 교차하는 하나의 전파 커브선을 이루며 (그림1의 파란선 참조), 센서가 3개 있을 경우 두 개의 원호를 만들어 주어 그 2개의 원호가 만나는 곳과 항공기의 트랜스폰더의 위치가 만나게 된다.

　세 개 이상의 센서를 이용하여 3차원 위치파악을 할 수 있으며 모드 C의 트랜스폰더를 사용하는 항공기는 고도까지도 파악이 가능하다.

　일반적으로 주요 공항의 항공감시를 위하여 10~15개의 리모트 센서들이 필요하다. 더 정확한 위치파악을 위해서는 센서가 조금 더 많이 필요하다고 하나 보통 10개 미만의 센서로 공항주변 30해리까지 정확한 감시가 가능하다. 경우에 따라 이러한 센서들은 패시브한 모드로 항공기 트랜스폰더의 시그널을 수신하고 또 다른 경우에는 항공기의 트랜스폰더에 전파를 송신하여 끊임없는 항공기의 위치와 플라이트 정보를 파악한다. 11개의 센서 외에 전체 시스템의 시간과 데이터를 동기화 시켜주는 중앙 프로세스와 메인터넌스 모니터 등이 이 MDS 멀티레터레이션 시스템을 구축한다.
　
　항공기 정보(Call Sign 정보)는 항공기의 FMS로부터 자동으로 수신 할 수 있으며, 항공기의 플라이트 플랜 데이터로부터 연계되어 있는 트랜스폰더의 코드에 따라 정보를 수집할 수 있다. 만약 항공기가 모드 S 트랜스폰더를 사용할 경우 24비트의 에어프레임 아이디를 알 수 있다.

　시스템의 정확도는 리모트 센서들의 숫자와 위치에 따라 차이는 있으나 95%의 표면 커버리지 안의 오차범위가 5~10미터까지이며 항공기 위치파악 데이터는 매 1초마다 업데이트 된다.

　MDS 멀티레터레이션 데이터는 Asterix 카테고리 010, 011 또는 021로 출력되고, 현존하는 모든 데이터 정보를 디스플레이 프로세싱 시스템에 연계하는 것이 가능하다.

　 MDS 멀티레터레이션 적용  
　선진화 된 지상 관제 시스템(ASMGCS)
　대부분의 MDS 멀티레터레이션 시스템은 공항의 선진화 된 지상관제시스템(ASMGCS)의 부분으로 많이 장착되어 있다. 세계 항공기구인 ICAO의 ASMGCS매뉴얼을 볼 경우, ASMGCS 레벨 2 컨디션이 요구되는 대 공항에서는 MDS 멀티레터레이션을 지상관제 레이더와 함께 설치해야 한다고 되어있다. 레벨2 컨디션은 위기 정보 알림이 있고, 항공기의 콜사인을 자동 파악할 수 있으며 어떤 항공기가 들어오고 나가는지의 정보를 얻을 수 있는 시스템을 일컫는다.
　
　미 연방항공국의 ASDE-X프로그램 외에 MDS 멀티레터레이션은 현재 유럽의 경우 런던 히드로 공항, 파리 찰스 드골 공항과 오를리 공항, 프랑크푸르트와 암스테르담 스키폴 공항, 아시아에서는 아시아의 대표관문공항이라 할 수 있는 홍콩과 방콕, 그리고 호주의 대표 도시인 시드니와 멜버른, 브리즈번 등 30군데 이상의 주요공항에 지상관제를 위하여 이미 설치되었거나 설치되고 있다.
　
　차량에 차량용 트랜스폰더라고 하는 저렴한 가격의 위치파악 장치가 설치되어 있다면 공항의 에어사이드 안에 출입하는 차량에 대한 정확한 정보를 파악할 수 있다. 이러한 GPS나 MDS 멀티레터레이션에서 전송된 차량의 식별과 위치는 차량에 장착 되어있는 트랜스폰더를 이용하여 리모트 센서로 보내져 정확한 정보를 얻을 수 있게 된다.

　 광역 MDS 멀티레터레이션 감시시스템 (WAM)

　MDS 멀티레터레이션을 통하여 터미널 공역 지역과 엔루트(Enroute) 지역, 특수목적의 공역에서 비행하는 항공기의 추적이 가능하다. 광역의 항공기 위치를 파악하기 위해 MDS 멀티레터레이션 리모트 센서들이 공항의 중앙이나 밖에 설치되어 항공기의 위치 정보를 파악할 수 있다. 공항 밖에 설치된 리모트 센서들은 대체적으로 통신장비와 전원이 공급되는 곳에 설치 되어 있으며 전원이나 통신인프라가 구축되어 있지 않을 경우, 태양전지를 이용하여 전원을 공급하거나 마이크로웨이브를 사용하여 정보를 중앙 프로세서로 보낼 수 있다. 일반적으로 광역 MDS 멀티레터레이션은 공항의 지상관제시스템에 사용되는 MDS 멀티레터레이션보다 정확도가 약간 떨어지는 경우가 있다. 일반적으로 지상에서 4만 피트까지 항공기의 정확한 위치를 파악해주는 WAM시스템은 일반적인 오차 범위가 50~150여 미터 정도이며 시스템의 업데이트 속도는 4초 이하인데 이는 MSSR (Monopulse Secondary Surveillance Radar)의 성능을 뛰어넘는 시스템이다. WAM은 레인지 에이디드 소프트웨어를 사용하여 더욱 정확한 항공기의 위치 정보를 제공하고, 요구되는 리모트 센서 유닛의 숫자를 줄여줌으로써 시스템 장착비용을 줄여 준다.

　WAM의 특성상 MSSR로는 관측할 수 없는 저 고도에서의 항공기 위치파악이 가능하다. 원거리나 산악지역에서의MSSR장착은 가격도 비싸고 유지보수의 어려움이 있기 때문에 WAM을 쓰는 것이 효과적이다. WAM의 리모트 센서들은 작고, 적은 양의 전기를 소모하며, 움직이는 부품이 없으므로 유지보수 비용이 거의 들지 않는다. 일반적으로 터미널 공역 감시용으로 WAM이 사용될 경우, 한 개의 MSSR 구입 및 설치와 유지보수 하는 비용의 10%이면 장착이 가능하다. 현재 오스트리아의 인스부르크 공항과 알래스카의 쥬노와 뉴질랜드의 퀸스타운에서 WAM이 장착되어 터미널 공역 감시를 위해 사용되고 있다. 호주 테즈매니아의 경우 여러 대의 MSSR 설치를 고려하였으나 가격대비 성능 비교 시 enroute와 터미널 공역지역의 관제범위가 WAM 보다 떨어지므로 WAM만을 설치하여 현재 안전하게 관제하고 있다.
　　
　또 다른 WAM의 적용은 근접한 거리에 위치한 평행의 활주로 운영을 위해 PRM(Precision Runway Monitor)감시로써 사용되는 것을 들 수 있다. 예전에는 이러한 PRM 감시를 할 때, 매 2.5초마다 업데이트가 되고, 50미터 미만의 오차로 정확한 위치를 파악할 수 있는ESCAN 레이더를 이용하였으나 비싼 가격과 레이더 모니터의 리플렉션 문제뿐 아니라 유지보수의 필요로 많은 불편함을 주었다.
　　
　WAM은 저고도 비행을 자주하는 헬리콥터의 위치를 파악하는데 상당히 용이하다. 헬리콥터의 운행이 많은 홍콩과 벤쿠버, 미국의 걸프만과 유럽의 북해 같은 경우 WAM을 많이 사용하고 있다.
　
　또한 WAM은 군의 특수목적지역에 장착되어 고속의 전투기의 훈련과 저고도의 군용헬기운행을 관측하고 기록하는데 사용되고 있다. 미 해병대의 훈련지역인 캘리포니아 주의 29palms와 미 육군의 애리조나 주 유마(Yuma) 시와 미 해군의 파튜센(Patuxent) 강의 훈련센터에서도 WAM을 사용하여 트레이닝 하고 있다.

　
　기존의 레이더를 이용한 모든 항공관제 시스템은 WAM을 사용하여 쉽게 실행될 수 있다.

　 ICAO의 스탠다드와 추천

　MDS 멀티레터레이션과 ADS-B와 같은 항공관제 신기술의 실현과 더불어 현재 미국과 오스트리아, 호주 등을 포함한 많은 나라에서는 안전성을 더욱 높이기 위한 많은 연구와 함께, 항공관제에서 가장 어렵다고 하는 ICAO의 항공관제의 중요한 기술인 항공기의 세퍼레이션과 모니터링이 계속 연구?진행되고 있다. 지금까지는 관제시스템에 레이더만을 사용했지만 2007년 11월22일자로 ICAO의 최근 개정된 문서4444PANS ATM에 ICAO가 레이더 외 MDS 멀티레터레이션과 ADS-B를 사용한 항공관제에 대해 인정한다는 내용이 발표되었다. 새로운 항공관제 시스템에 대한 기술적 스탠다드는 2008년 중순쯤 아넥스 10에서 나올 것이다.

　 세인트 루이스 국제공항 방문

　FAA의 담당자 안내로 ASDE-X ASMGCS의 차세대 기상관제 시스템을 견학하러 갔다.
　
　세인트 루이스 국제공항의 MDS 멀티레터레이션은 23개의 리모트 센서로 되어 있었으며 이 시스템은 지상관제 및 광역관제와 패랠럴 활주로 이?착륙 감시를 하는데 사용되었다. 그리고 ASDE-3지상관제 레이더 또한 지상관제 시스템의 디스플레이와 통합되어 작동하고 있었다.
　
　FAA는 MDS 멀티레터레이션을 효과적으로 이용해 PRM관측에 필요한 스펙을 알려주어 활주로의 정확한 감시를 가능하게 했다. 세인트 루이스 공항사업 후 FAA는 디트로이트의 웨인공항에 PRM감시 시스템을 장착하고 있다. 호주 항공운항국은 시드니 국제공항의 터미널 공역과, PRM 감시를 위한 WAM시스템의 설치를 시작하고 있다.
　
　관제탑에 올라갔을 때 FAA항공 교통 매니저가 어떠한 서비스 활동이 있는지 친절하게 보여주어 시스템이 어떻게 움직이는지 미리 확인할 수 있었다. 우리는 구체적인 공항활동을 보기 위해 화면의 한 부분을 확대하고 축소함으로써 시스템 디스플레이의 유연한 작용을 볼 수 있었다.  공항 운영에 관련된 정보를 세이프티 로직 시스템으로 알 수 있었고, 군용항공기가 어떻게 움직이는지 WAM으로 보았다.

　FAA는 현재 추진하고 있는 ASDE-X시스템과 MDS 멀티레터레이션을 함께 사용하는 것을 추천했고 미국 내에서는 현재 FAA가 더 정확한 지상관제를 위하여 지상관제 레이더와 MDS를 동시에 쓰는 것을 권한다.

　그 후 장비실로 가서 메인터넌스 디스플레이 터미널(MDT)이라는 자료를 보았고 리모트 유닛의 통계자료와 커버리지 뷰, 다양한 시스템의 상태를 통해 많은 정보를 얻을 수 있었다.

　또한 그린필드의 리모트 유닛 위치에 가서 통신장비와 전원 장비를 확인했다. 메인터넌스 스텝에게 ASDE-X를 이용하기 위해 기술자를 두는지 물어보았는데 기존의 공항직원들이 유지 및 수리를 직접 할 수 있다고 하였다. 매 분기마다 체크를 하여 실제 리모트 유닛에 문제가 있는지 알아보고 데이터를 주는데 있어 이상이 없는지 확인하는 것이 가장 많이 하는 일이라고 하였다.
　
　우리는 세인트 루이스 공항에서 잘 작동하는 ASMGCS의 부분인, MDS 멀티레터레이션 시스템과 성능에 대해 만족했다. 실제 유지와 보수에 대해 드는 돈도 최소한 일 것이라고 예측하였다. 우리는 WAM의 작동에 대해 보지 못해 아쉬웠다. 그러나 최근 세인트 루이스 공항 이외에 비교적 가까이 있는 홍콩에 WAM설치를 끝마쳤다. 현재 홍콩 신공항에서는 4개의 프라이머리 레이더로서 헬기의 운행을 관측할 수 없었기 때문에 WAM을 이용하여 이 문제를 해결하였다고 한다.

　 김해공항의 MDS 멀티레터레이션 적용 검토

　MDS 멀티레이션 제작사에 의뢰하여 김해공항의 지상관제시스템과 터미널 공역 감시체제에 대하여 검토 한 바 있다.

　김해공항의 경우 활주로, 유도로, 주기장, 게이트의 지상관제시스템을 하는데 대략8개의 리모트 유닛과 2개의 레퍼런스 트랜스미터가 필요하다. 앞의 대부분의 경우 오차범위가 5M 미만이었다.

　현재 부산지방항공청에서는 터미널공역 감시를 위해 WAM을 쓰는 것을 바람직하게 보고 있다. 실제 사용하고 있는 항공관제 레이더로는 주변의 지역상 산지가 많아 ATC레이더가 완벽한 커버를 할 수 없지만 WAM을 사용하면 레이더가 커버하지 못하는 부분을 모두 커버할 수 있기 때문이다. 그림 2는 현존하는 레이더와 앞으로 설치할 수 있는 WAM시스템을 200피트 상공과 50해리를 기준으로 하여 비교한 것이다.

[그림2 기존 김해공항 레이더와 WAM 시스템 비교]

　우리 청에서도 WAM을 사용함으로써 저가의 높은 효율로 김해공항의 터미널 공역 관제를 용이하게 할 수 있다는 가능성에 좋은 인상을 받았다. 김해공항은 항공기의 이·착륙이 많고 그 수요가 계속 늘어나고 있는데, 기존의 레이더 커버리지 갭을 줄이는 것이 효과적인 항공교통관제와 안전규정에 중요한 영향을 미치게 될 것이다.