WGS-84
Hobby diary/GPS 2008/04/04 14:59
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위성항행시스템(CNS/ATM)의 출현으로 WGS-84를 범 세계적인 표준 측지기준으로 채택하고자 하는 움직임이 일고 있다. WGS-84는 최신 측지장치로서 지상의 Basic Reference Frame 및 Geometry의 정의에 쓰인다. 이는 다양한 Local Geodetic System상의 위치를 E.C.E.F. 즉 Earth-Centered Earth Fixed coordinate reference와 연계시키는 수단을 제공한다. WGS-84로 명명된 GPS의 출현에 따라 이를 항법분야의 표준시스템으로 채택하는데 대한 관심이 세계적으로 고조되고 있다. 위성항행시스템(CNS/ATM)에 대한 제4차 특별위원회에서는 권고안 3.2/1을 작성하였는데 이는 ICAO에서 채택할 것을 요구하고 있으며, INS, IRS등 자북을 기준으로 한 기존 항법시스템의 오차발생 문제를 해결하기 위해서 6가지 Frame을 이용한 WGS-84를 범세계적인 측지기준시스템으로 채택하였다.
☆ WGS-84의 원리
측지의 기하학적 표현을 위해서는 세 가지의 서로 다른 평면 또는 Earth Figure를 포함한다. 그 밖에도 Geometrics 또는 Mathematical Reference Surface를 포함하는 지구의 자연 또는 물리학적 표면과 타원형(ellipsoid), Geoid라고 불리우는 등위(equipotential)평면이 포함된다. WGS-84 ellipsoid는 다음과 같은 네가지 기본 파라메타로 정의된다.
Semi-Mazer Axis(a)
지구의 중력상수(GM)
The normalized second degree zonal gravitational coefficient(C2, 0)
The angular velocity of the earth(W)
WGS-84 ellispoid 및 관련 파라메타의 결정에 있어서는 International Union of Geodesy and Geophysics(IUGG)에서 사용하는 접근법을 준용하였으며 IUGG에 의해 최근에 설정된 Geodetic Reference System 즉 GRS-80이 WGS-84의 근간이 된다.
항공기의 항법은 여러 Coordinate Frame의 정확한 정의와 관련되어 있으며, 이러한 Coordinate Frame이 Geometry와 연계되어 있기 때문에 Geometry에 있어서 세계 공통표준의 채택이 중요한 것이다. 주요 Coordinate Frame은 Inertial Frame, Geographic Frame, Earth Frame, Geocentric Frame 및 Tangent Frame이다.
가장 중요한 여섯 번째 frame은 Body Frame이며 관성항법시스템의 경우 Platform, Accelerometer 및 gyro Axes Set을 정의하기 위해 Body Frame을 도입하였다. 항공업계는 Position Fixing, Reporting 및 A/C Guidance에 있어서 각각 민간항공기관에서 발행된 지도, chart 및 다른 문헌상의 자료에 의존한다.
이들 자료에는 Ground-based radio Navigation aids, Airport Runway Threshold 등을 위도/경도로 표시하는 형태를 띠고 있다. 이 정보는 지표의 Local Geographical과 가장 일치하는 Reference Mathematical 모형을 기초로 한 측량 및 계산에 의해 결정된다. 예를 들면 미국 민간항공에서 사용하고 있는 Coordinate는 North American Datum에 따른 것이며, 일본은 Tokyo Datum을 유럽은 European Datum에 따른다.
동일 Datum지역내의 비행은 다음 두 가지의 이유로 지금까지는 문제되지 않았다. 첫째 항공기가 관성항법장치의 자료에 의해 항행하는 해상비행의 경우 관성장치의 오류에 의해 위치가 이동하는 오류가 발생하게 되나 항공기가 Radio Navigation Aids의 측량을 기초로 위치를 결정할 수 있게 되면 Aids는 그 지역과 가장 일치하는 Local Datum을 조회하게 된다. 또 한가지는 Flight Computer Navigation Database 정보간의 Datum상이로 인한 오류는 현재 정확도 요구량에 비하면 경미하기 때문이다.
① Datum의 불일치로 인한 오차
GPS의 운용이 현실화되면서 항공업계는 전례없는 정밀도를 얻을 수 있게 될 것이다. 업계에 따르면 GPS C/A Code의 수평정밀도는 100m정도이다. 그러나 GPS의 데이터는 WGS-84에 근거하며 현재의 여타자료는 각국의 Local Datum에 근거한다. 이러한 데이터의 불일치로 인한 영향은 터미날지역에서 더욱 커진다. 따라서 이를 개선하기 위해 항공업계에서는 터미날지역에서의 GPS의 추정 수평정밀도가 5∼15m인 DGPS (Differential GPS)의 개발을 검토중에 있다. 따라서 WGS-84를 세계표준 측위시스템으로 전환하려는 것은 당연하다. ② 지역항법 및 운항관리시스템과 WGS-84
지역항법시스템(RNAV) 또는 최신항공기에 장착된 첨단장비인 FMS 등에 수행되고 있는 지역항법의 기능은 다음과 같다.
비행전반에 걸쳐 출발 GATE로 부터 목적지 활주로까지 Company route, SIDS, STARS, Airways등과 승무원이 정의한 Waypoint 등의 방식을 통해 Data를 저장 및 변경 가능토록 유지
항공기의 위치 및 속도의 연산과 이 Data를 Navigation Display 또는 Control Display Unit 등에 전송
Climb, Cruise, Descent시 최적의 Vertical Profile을 자동으로 운항하면서 동시에 비행계획의 Lateral Portion을 수행하기 위한 Thrust Management 및 utothrottle과 관련된 Autopilot, Flight Director를 위한 Pitch, Roll 등의 Guidance Command제공
NAVAIDS, Airports, Runways등 특정지점의 해당 Position을 포함한 Navigation Display상 Route, Map을 시현하기 위해 제공되는 Navigation Display Data.
가장 기하학적이며 정확한 항공기의 위치를 산출하여 자동으로 VOR/DME Stations을 선택하여 Tunning하는 기능
28일 주기로 Updating되어 교환되는 Navigation Data의 Database기능
이상의 사실로 미루어 명백한 것은 RNAV기능이 Navigation Database의 정보에 크게 의존하고 있다는 것이다. 데이터베이스의 기초자료는 각국 민간항공기관에서 발행한 AIP에 의하여 발췌되는데 이들 AIP는 다양한 정보제공자로 부터 수집되며 이들에 의해 ARINC 424 Format으로 CODE화 된다. Navigation Data 제작사에서 이 데이터들이 개정되고 각 항공사 별로 분리된다. 그 다음단계에서 데이터는 FMS S/W에서 필요로 하는 2진수 형태로 Compacting / Formatting되며 마지막으로 데이터베이스는 Tape/Disk등 적절한 매개체를 통하여 배포된다.
RNAV계산에서 사용되는 파리메타중 Datum의 의존적인 유일한 형태는 대권거리의 측정과 측지학에서 사용되는 Ellipsoid semimajor Axis/Semiminor Axis이다. RNAV컴퓨터와 Navigation Database의 기준 DATUM의 공통성이 무엇보다도 중요하며 이 경우 WGS-84는 선택 가능한 Common Datum으로 대두된다.
RNAV Reference Datum이 WGS-84가 선택될 경우 Navigation Database에 공급된 Data가 WGS-84모델과 일치하지 않을 경우 Navigation의 정확도가 떨어진다. 그러므로 WGS-84를 FMS/RNAV시스템에 이용함에 있어서 가장 중요한 사항은 Navigation Database의 Data가 WGS-84와 일치하도록 하여야 한다.
☆ 미국과 WGS-84
미국은 Geodetic Control 제정을 책임지고 있는 연방당국인 NGS(National Geodetic Survey)가 89년 6월14일자 Federal Register에서 North American Datum/1983 (NAD83)이 연방정부의 Survey/Mapping 활동에 있어서 공식적인 Horizonal Datum이 되어야 한다는 내용을 게재하였다. 또한 미국 의회는 FAA Coordinate가 92년 12월까지 NAD-83의 Reference ellipsoid/Coordinate System은 WGS-84의 Data와 거의 일치하며 두 시스템간의 오차는 100만분의 10mm내의 차이뿐이다.
WGS-84와 NAD-83 사이의 유일한 차이점은 지구중력장의 표현부분이다. 지구중력장에 대한 지식은 위성궤도 Modeling에 필요하다. 따라서 GPS에 의해 공급된 WGS Coordinates은 NAD-83 Coordinate로 사용될 수 있다.
-검색도중 긁어옴-
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