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MLAT(다변측정감시) 시스템

개요

Multilatration의 줄임말로 항공용 지상감시 장비의 일종1)이다.

2000년대 초 GPS 안전성에 대한 문제가 제기 되면서 ADS-B 데이터의 신빙성을 검증할 수 있는 장비와 함께 사용할 것을 권고함에 따라 전 세계적으로 ADS-B의 대안기술 및 ADS-B 데이터 신방성 검증장비로 MLAT 시스템이 각광받고 있다.

MLAT는 항공기에 탑재된 트랜스폰더에서 송출되는 Mode A,C,S는 물론 1090ES(ADS-B) 신호를 지상의 여러 개의 수신기로 수신하여 항공기를 탐지하고 위치를 계산하며, GPS를 이용하는 ADS-B 수준의 위치 정밀도를 갖고 있으면서도 ADS-B와 달리 독립적으로 표적 위치를 계산 할 수 있다.

전 세계적인 환경변화에 따라 우리나라에서도 공항지역 이동차량 및 항공기 감시용으로 지역다변측정(LAM; local area multilateration)감시 시스템 개발 하고 있다.

MLAT은 기존에 항공기에 탑재되어 있는 트랜스폰더의 송출신호를 지상에 설치된 다수의 수신기로 수시기간의 수신시각차(TDOA)를 추정하여 정밀한 위치정보를 계산할 수 있다. 따라서 MLAT은 항공기 탑재장비의 개장이나 추가 장착이 필요하지 않아 기존 시스템과의 호환성이 우수하다.

장단점

MLAT은 SSR에 비해 데이터 갱신율이 높고 정밀한 3차원 위치 정보 측정이 가능하고, 장비의 신뢰성이 우수한 장점을 가지고 있으며 단점으로는 다수의 수신기를 넓은 범위에 설치해야 한다는 것이다. 그리고 ADS-B에 비해서는 독립적인 위치계산이 가능하고 ADS-B신호 수신이 가능하여 ADS-B자료의 유효성 검증이 용이하지만 ADS-B시스템에 비해 시스템이 복잡하고 고가이다. MLAT은 ADS-B의 안전성 문제가 대두되면서 대안 기술로 각광받고 있을 뿐 만 아니라 정밀고도감시장치, 정밀활주로감시장치 등으로도 활용이 가능하여 전 세계적으로 빠르게 도입이 추진되고 있다.

MLAT는 쌍곡선(hyperbola) 또는 쌍곡면(hyperboloid) 위치 측정법을 이용하여 위 그림과 같이 SSR/Mode-S 트랜스폰더에 출력되는 응답신호를 4개(3개일 경우 2차원 위치계산 가능) 이상의 수신기에서 상호간의 수신시각차(TDOA: Time Difference of Arrival)를 측정하여 항공기의 위치를 측정한다.

계산 원리는 하나의 수신기를 기준 수신기로 설정한다면 이를 기준으로 나머지 수신기에 도착하는 신호의 TDOA를 계산한다. 이 TDOA는 수신간의 거리차로 볼 수 있으며 일정크기의 거리차를 갖는 3개의 쌍곡면을 구할수 있고 옆의 그림과 같이 이들이 만나점이 항공기의 위치가 된다.

그런데, 실제 시스템에서는 TDOA에 잡음이 추가되어 오차가 발생함으로 수신기가 많을수록, 수신기의 배치가 고르게 분포되어 있을수록 정밀한 위치를 계산할 수 있다.

TDOA를 계산하는 식을 살펴보면 정밀한 TDOA를 구하기 위해서는 각 수신기에 도착한 시각을 정밀하게 측정하는 것이 매우 중요한데, 이를 달성하기 위해서는 수신기들의 시각동기가 이루어져야 한다. 결국 수신기들의 시각동기가 위치 정밀도에 직접적으로 영향을 미치므로 시각동기가 매우 중요한 요소로 작용한다. 그래서 수신기들의 시각동기 방식에 따라 정밀도의 차이는 물론 시스템의 형상이 달라지게 되는데 시각 동기방식으로는 공통시각시스템(Common Clock System), 기준트랜스폰더 동기시스템(Ref. Transponder Synchronized System), 독립GNSS동기시스템(Standalone GNSS Synchronized System), 공통시계 GNSS 동기 시스템(Common ViewGNSS Synchronized System)등으로 분류한다.

MLAT시스템은 질문기(Interrogator) 유무에 따라 능동형과 수동형으로 나뉘는데 수동형 MLAT은 SSR 의 질문기에 반응하는 트랜스폰더 응답신호나 자동방송 신호인 1090ES 신호를 이용하여 표적위치를 계산 하며, 능동형은 MLAT시스템에 독립적으로 구성된 질문기를 이용하여 트랜폰더의 응답을 유도하여 표적의 위치를 계산한다.

현재 MLAT는 항공기 트랜스폰더에서 송출되는 모드 A, C, S 및 1090ES(ADS-B) 신호를 수신하여 위치를 파악할 수 있으며, 특히 1090ES는 ADS-B신호로 독립적인 위치계산과 항공기에서 송신되는 위치를 동시에 획득할 수 있으며, 이를 통해 ADS-B 자료의 유효성을 검증할 수 있는 장점까지 가지고 있다.

MLAT시스템의 도입

MLAT시스템의 최초 개발은 1970년 대초 미국의 Bendix사에서 공항감시를 위해 2개의 좁 은 전자 스캔빔 질문기와 트랜스폰더 응답을 3개의 수 신기를 이용하여 항공기 위치를 측정한 것이다.

1992~1997년에 FAA, NASA, MIT Lincoln Lab 공동으 로 공항지면 감시 MLAT 실현가능성 시험을 수행하고 Cardion사의 새로운 MLAT시스템을 아틀란타 Hartsfield 공항에 설치하여, 운용반경, 공항지면 성능 분석과 PRM에 대한 시험을 수하였다.

1)
항공용 지상감시 장비와 관련한 기술현황에서는 레이더 기반 감시장비로 PSR, SSR/Mode-S, 자동종속감시장비로 ADS-B와 ADS-C, 협동 독립형 감시장비로 MLAT가 있다.
mlat.txt · 마지막으로 수정됨: 2021/03/21 03:57 (바깥 편집)