PBN, RNAV, RNP, GPS 정리

PBN과 RNAV, RNP

- PBN(Performance Based Navigation)을 보통 성능기반항법이라고 영문 그대로 해석한다. 영단어를 그대로 해석하면 이해하기 어려운 경우가 있는데 PBN도 마찬가지다. (항공기 자체)성능기반항법이라고 하면 의미가 좀 더 선명해진다. 말 그대로 항공기에게 요구되는 GPS 수신기, FMS 및 각종 계기(성능) 바탕의(기반) 비행(항법)을 뜻한다.

- PBN에 속하는게 RNAV와 RNP이다. 전공수업부터 실무까지 이 GPS 기반 항법 내용이 정말 많이 등장한다. 현대 항공기 항법의 집대성같은 분야이니 그럴만도 하다. 어렴풋이 알고있던 터라 이 기회를 빌어 나름대로 정리해본다.

시험기간엔 이 내용만 달달 외우곤 했다.

- 우선 RNAV, RNP와 GPS(혹은 GNSS)의 관계를 확실히 이해할 필요가 있다. RNAV와 RNP는 하나의 비슷한 개념! 그리고 이 둘은 GPS 항법! 여태 이렇게만 생각했다. 틀린 말은 아니지만 약간 부족하다.

- 지상시설에만 의존하여 비행을 하다가 60년대 들어 천조국 형님들이 처음으로 RNAV를 만드셨다. 초기 RNAV는 지상항법시설 의존도가 높았다고 한다.

- 지상시설을 바탕으로 RNAV 항로를 만들었기 때문에 조종사들이 VOR과 DME 등의 주파수를 계속 맞추고 다녔다. 현재 몇 DME 떨어져있고 몇 래디얼인지 계속 확인 하는식. 예전 차트를 보면 RNAV인지 재래식 항법인지 헷갈린다.

주변 지상시설에 지나치게 의존하는 치명적인 단점. 오늘날 RNAV와 비교하면 민망하다.

초기 RNAV 항로를 다닐 때 탑재한 CLC-60이라는 컴퓨터. VOR과 DME 정보를 수집하기 위한 용도였다.

- 하지만 GPS가 민간에 개방되면서 지상시설 의존도가 매우 낮아졌다. 항공기가 GPS로부터 위치 정보를 수신받고, IRS를 토대로 움직임을 스스로 감시하며 지역항법을 수행하기 때문이다.

- 현 RNAV에선 지상장비를 보조 및 백업 역할로 사용한다. RNAV 차트에 'GNSS or DME/DME/IRU required' 문구가 있는데 초기 RNAV의 흔적이라 한다. (RNAV 하려면 최신기술인 GNSS 이용하든 구식 장비인 DME와 IRU 달든지 해라!)

그래서 DME/DME/IRU같은게 적혀있었구나,,,

- 결론적으로 GPS는 RNAV를 구현하기 위한 하나의 구성요소. 따라서 RNAV=GPS는 틀림. 다만 GPS의 존재감이 엄청 강하긴 함.

- RNAV(GPS), RNAV(GNSS)처럼 표기때문에 혼돈이 많다. 같은 개념인데 표기법만 다른거라고 한다. 전자는 초기에 미국에서 쓰던 용어이고 요즘엔 후자가 일반적이다. 사실 GNSS가 미국의 GPS, 러시아의 글로나스, 유럽의 갈릴레오를 모두 포함하는 더 넓은 개념이다. 근데 천조국의 영향력이 워낙 세다보니 GPS가 GNSS의 대명사가 되어버린듯.

- 예전에는 항행시설을 향하거나 거기서 나오는 직선 전파를 따라 항로를 만들었다. 반면 RNAV는 항행시설의 유효 범위(area) 안에서 직선, 곡선, 원호 등 다양한 방식으로 항로를 구성한다. 'area' navigation이란 이름이 붙은 이유.

- 지상설비 설치와 관리 비용이 비싸다보니 후진국이나 환경이 빡센 산악 지형 공항에서 RNAV 접근을 활용하는 경우가 많다. 필리핀 세부엔 아예 RNAV와 VOR 접근이 전부다. 중국에도 RNAV 접근절차가 많다고 한다.

- 이렇게 GPS와 FMS의 발전에 힘입어 더 정교한 RNAV가 가능해졌다. 항로 구성에만 사용하던걸 계기접근절차와 STAR, SID에도 쓰기 시작한다. 인루트에는 RNAV-10, 터미널 차트에서는 RNAV-5, 2, 1 등을 요구한다. 숫자가 작을수록 더 정밀한 항법이다.

- 인공위성을 활용한 방법에도 단점이 있다. 멀리서 쏴지는 전파가 대기층을 통과하면서 오차가 생기기도 하고, 잘못된 위치정보를 제공하기도 한다. 그래서 오류를 식별하고 오차를 보정할 수 있는 시스템이 필요하다.

- GPS 수신기의 RAIM(Reciever Autonomous Integrity Monitoring) 기능이 그 예이다. GPS 위성신호를 감시하여 GPS가 제공하는 위치 정보가 정확한지 판단하고 문제가 있다면 조종사에게 통보하는 시스템이다. ILS 등의 지상시설을 이용하는 접근과는 무관하다. 하지만 RNP, RNP AR같이 GPS가 중요한 역할을 하는 접근시에는 RAIM 관련 노탐을 주시해야한다. RAIM의 신뢰도에 문제가 있는 상황이라면 다른 항법을 사용해야한다.

수신기 자체 무결성 감시(Receiver autonomous integrity monitoring : RAIM)"라 함은 항공기 GNSS 신호수신 처리장치가 GPS 신호만을 이용하거나, 또는 탑재된 기압고도계로 보정한 GPS 신호만을 이용하여 GNSS 항행신호의 무결성을 측정하는 ABAS의 한 형태이다. 위성항행신호의 무결성은 다중의 의사거리(pseudo-range)를 측정하는 동안 일관성을 측정하여 결정된다. RAIM 기능이 탑재된 수신기는 정확한 위치측정을 위해 최소 한 개의 위성이 추가로 필요하다. (PBN 운용지침 발췌)

이런 노탐 뜨면 GPS 이용 항법은 사용 불가

- RNAV, RNP 항법의 근간인 GPS 신호를 보정하기 위한 방법으로 ABAS(Aircraft Based Augmentation System), SBAS(Satellite Based Augmentation System), GBAS(Ground Based Augmentation System) 등이 있다. 일부 공항에는 GBAS를 활용한 GLS 접근 절차가 있는데 CAT1만큼 정확도를 구현한다고 한다. 기술이 정말 엄청난게 진보하는 듯 하다. 이 내용은 따로 정리해봐야겠다.


https://g510.tistory.com/68

GPS와 ABAS, GBAS 그리고 SBAS

- RNAV 접근은 GPS가 방향 정보만 제공하기 때문에(LNAV) 비정밀접근으로 분류한다. 하지만 기압고도계의 도움을 받아 Baro-VNAV를 할 수 있다. 신뢰할 수 있는 고도정보이지만 조언에 불과하기 때문에 APV라고 부른다.(Approach Procedure with Vertical guidance, 유사정밀접근절차) baro-vnav 사용 가능한 온도가 아니라면 자동으로 lnav 접근을 하게된다.

APP를 3가지로 분류

- RNAV에 OPMA를 추가하면 RNP가 된다. RNP가 RNAV보다 진보한 기술이라고 오해하기 쉬운데 상황에 따라 뭘 쓸지 구분하면 될 것 같다. 예를 들어 레이더를 통해 관제사의 감시가 가능한 SID나 STAR는 RNAV로도 충분하고, 산악 지형이나 해상에서 인루트 단계라면 레이더 범위에 한계가 있으니 RNP를 활용하면 된다.

OPMA 예시

RNP AR

- 요즘엔 RNP AR(Authorization Required)까지 발전했다. 항공기와 운항승무원이 허가를 받고 좀 더 정밀하게, 좀 더 낮게 내려가보자! 필요하다면 곡선 구간도 만들어서!! 라는 마인드.

VMMC의 RNP-AR APP. 덕택에 직진입이 가능해졌다.

- RNP AR은 LNAV/VNAV 최저치 적용이 필수이다.

- 활주로 방향마다 최저치 차이가 큰 곳이 있다. RNP AR을 통해 이 간극을 줄여 안전성과 정시성을 높인다.

- 기대 효과가 큰만큼 PBN AR을 사용하려면 더 다양한 장비를 갖춰야한다. RNAV와 RNP는 오토파일럿과 FMCS computer가 한 개여도 괜찮지만 PBN AR은 반드시 두 개가 있어야 하는 식.

- RNP AR은 RF(Radius to Fix)를 활용하여 곡선 항로를 만들기도 한다.

ㄷㄷ

GPS 접근절차

- 회사 옵스펙을 보니 GPS app가 가능하다고 나와있다. RNAV app, RNP app와는 별개이다.

- GPS approaches are legacy approaches designed by the FAA when GPS was still fairly new.

GPS절차를 만드는 두 가지 방법

1. GPS overlay approach
- NDB, VOR 등의 지상항행시설 기반 절차는 해당 시설이 고장나면 사용할 수 없다. 하지만 GPS에 그 시설의 위치나 좌표 정보가 담겨있다면 GPS를 이용하여 마치 해당 NDB, VOR 절차를 수행하듯 비행할 수 있다. GPS 항법을 기존 재래식 절차에 덧씌웠다(overlay)고 해서 GPS overlay라는 이름을 얻은 듯 하다.

VOR이 고장나면 overlay해둔 GPS접근 가능. 절차 명칭의 'or'이 특징.

2. GPS stand-alone approach
- stand-alone은 '혼자 서있다', 말 그대로 '독립적인'이란 뜻이다. 그래서 GPS만 이용하는 접근 절차이다. 세스나같은 항공기에 달려있는 그 구식 GPS를 의미하는 것 같다. 당연히 여객기에 달려있는 FMS 수준의 성능은 아닐테니 RNAV, RNP같은 정밀함은 없겠지만 어쨌든 지상항행시설 없이 가능한 항법이다. 점점 GPS와 항법 기술이 발달하니 요즘엔 RNAV로 많이 대체되고 있다. 그러니 순수한 의미의 GPS 접근 절차를 볼 기회가 없다. 미국에나 좀 남아있다고 한다.

- 이 절차를 이용하려면 해당 공항에 GPS 절차 외 다른 접근 절차가 백업으로 있어야한다.

- GPS app는 앞으로 접할 일이 거의 없을 것 같다. 개념만 잘 알아둬야겠다.