레이더 고도계

Radar altimeter
「LRRA」는 여기서 리다이렉트 됩니다.영국 헌법법에 대해서는 2006년 입법 및 규제 개혁법을 참조하십시오.
1947년 레이더 고도계의 다이폴 안테나.

전파 고도계(RALT), 전자 고도계, 반사 고도계, 또는 저거리 전파 고도계(LRRA)라고도 불리는 레이더 고도계는 전파 빔이 지상으로 이동하고, 반사되고, 우주선으로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 항공기나 우주선 아래의 현재 지형 위의 고도를 측정합니다.이 유형의 고도계는 정의된 수직 기준(일반적으로 평균 해수면) 위의 거리를 제공하는 기압 고도계와 달리 안테나와 바로 아래의 접지 사이의 거리를 제공합니다.

원칙

상세 정보:주파수 변조 연속파 레이더

이름에서 알 수 있듯이 레이더(무선 탐지 및 범위 설정)는 시스템의 기본 원리입니다.이 시스템은 전파를 지상으로 전송하고 전파가 항공기에 반사되는 데 걸리는 시간을 측정합니다.지상 고도는 전파의 이동 시간과 [1]빛의 속도로 계산됩니다.레이더 고도계는 일반적으로 초기 레이더 시스템에 사용되는 브라운관과 달리 기존 기기를 사용하여 표시할 수 있는 단순한 비행 시간 측정 시스템이 필요했다.

이를 위해 송신기는 주파수가 시간에 따라 변화하는 주파수 변조 신호를 전송하여 주어진 시간 동안 F와 F의max 두 주파수 한계인min T 사이를 오르내립니다.첫 번째 유닛에서는 소형 전기 모터로 구동되는 튜닝 캐패시터가 있는 LC 탱크를 사용하여 이를 실현했습니다.그런 다음 출력은 무선 주파수 반송파 신호와 혼합되어 송신 [1]안테나를 내보냅니다.

신호가 지면에 도달하고 돌아오는 데 시간이 걸리기 때문에 수신 신호의 주파수는 그 순간 전송되는 신호에 비해 약간 지연됩니다.이 두 주파수의 차이는 주파수 믹서에서 추출할 수 있으며, 두 신호의 차이는 지면과 역방향에 도달하는 지연에 기인하기 때문에 출력 주파수가 고도를 인코딩합니다.출력은 일반적으로 메가사이클이 아닌 초당 수백 사이클이며 아날로그 [2]기기에 쉽게 표시될 수 있습니다.이 기법을 주파수 변조 연속파 레이더라고 합니다.

레이더 고도계는 일반적으로 E 밴드, Ka 밴드 또는 더 고급 해수면 측정의 경우 S 밴드에서 작동합니다.레이더 고도계는 또한 긴 해상 트랙을 비행할 때 물 위의 높이를 측정할 수 있는 신뢰할 수 있는 정확한 방법을 제공합니다.오일 시추 시설에서 작동하거나 오일 시추 시설에서 작동하기 위해 필수적입니다.

장치에 의해 지정된 고도가 표준 기압 고도계의 표시된 고도가 아닙니다.레이더 고도계는 절대 고도 - 지상고(AGL)를 측정합니다.절대 고도는 지하 지형 위의 높이이기 때문에 높이라고도[citation needed] 합니다.

2010년 현재, 모든 상용 레이더 고도계는 선형 주파수 변조 - 연속파(LFM-CW 또는 FM-CW)를 사용한다.2010년 현재, 미국 내 약 25,000대의 항공기에 적어도 하나의 무선 [3][4]고도계가 설치되어 있다.

역사

1922년 벨 전화 잡지에 나온 레이더 고도계 개념의 초기 다이어그램.

오리지널 컨셉

레이더 고도계의 기본 개념은 광범위한 레이더 영역과는 독립적으로 개발되었으며, 벨 연구소의 장거리 전화 연구에서 비롯되었다.1910년대에 벨 텔레폰은 전화 회선의 임피던스 변화로 인한 신호의 반사에 어려움을 겪고 있었는데, 일반적으로 전화 회선에 장비가 연결되어 있었다.이는 특히 임피던스 조회가 잘 되지 않는 중계기 스테이션에서 중요했습니다.그곳에서는 대량의 신호가 반영되어 장거리 텔레포니가 [5]어려워집니다.

엔지니어들은 반사가 "험피" 패턴을 가진 것으로 보인다는 것을 알아챘습니다. 어떤 신호 주파수에서도 이 문제는 장치가 라인의 특정 지점에 위치하는 경우에만 심각합니다.그 결과 테스트 신호를 회선에 송신하고 나서, 중대한 에코가 보일 때까지 주파수를 변경해, 그 디바이스까지의 거리를 특정해 [5]고정할 수 있게 되었습니다.

Lloyd Espenschied는 Bell Labs에서 일하고 있을 때 이 같은 현상을 이용하여 와이어의 거리를 측정하는 것을 구상했다.이 분야에서 그의 첫 번째 개발 중 하나는 철도 선로에 신호를 보내고 불연속까지의 거리를 측정하는 아이디어에 대한 1919년 특허였다.[6]이들은 파손된 선로를 감지하거나, 거리가 열차의 속도보다 더 빠르게 변화하는 경우,[5] 같은 노선의 다른 열차들을 감지하는 데 사용될 수 있습니다.

애플턴의 전리층 측정

이 같은 기간 동안 전파의 성질에 대한 물리학의 큰 논쟁이 있었다.굴리엘모 마르코니의 성공적인 대서양 횡단 전송은 불가능해 보였다.라디오 신호에 대한 연구는 그들이 적어도 먼 거리를 직선으로 이동한다는 것을 증명했다. 그래서 콘월에서 나오는 방송은 뉴펀들랜드에서 수신되는 것이 아니라 우주로 사라졌어야 했다.1902년, 영국의 올리버 헤비사이드와 미국의 아서 케넬리는 독립적으로 신호를 수신할 수 있도록 지상으로 튕겨나가는 대기 상층부의 이온화 층이 존재한다고 가정했다.이것은 헤비사이드 [7]층으로 알려지게 되었다.

매력적인 아이디어지만 직접적인 증거는 부족했다.1924년, 에드워드 애플턴과 마일즈 바넷은 BBC와 협력하여 수행된 일련의 실험에서 그러한 층의 존재를 증명할 수 있었다.이날 예정된 송출이 끝난 뒤 본머스에 있는 BBC 방송국은 서서히 주파수가 증가하는 신호를 보냈다.이것은 옥스포드에 있는 애플튼의 수신기에 의해 수신되었고, 그곳에서 두 개의 신호가 나타났다.하나는 지상파인 스테이션으로부터의 직접 신호이며, 다른 하나는 헤비사이드 층으로 이동한 후 나중에 다시 하늘파로 [7]돌아온 후 수신되었습니다.

비결은 어떻게 하늘 파도로 이동한 거리를 정확하게 측정하여 실제로 하늘에 있다는 것을 보여주는가 하는 것이었다.이것이 주파수 변경의 목적이었다.접지 신호가 더 짧은 거리를 이동했기 때문에, 더 최근의 것이었고, 따라서 그 순간에 전송되는 주파수에 더 가까웠습니다.더 먼 거리를 이동해야 하는 하늘 파동이 지연되면서 예전처럼 주파수가 빨라졌다.이 둘을 주파수 믹서에 혼합함으로써 두 입력의 차이를 부호화하는 고유 주파수를 갖는 제3의 신호를 생성한다.이 경우 차이는 경로가 길기 때문에 결과 주파수에 의해 경로 길이가 직접 나타납니다.기술적으로 더 어렵지만,[7] 이것은 궁극적으로 Bell이 와이어의 반사체까지의 거리를 측정하기 위해 사용한 것과 동일한 기본 기술이었다.

에버릿과 뉴하우스

1929년 오하이오 주립 대학의 윌리엄 리텔 에버릿 교수는 고도계의 기초로서 애플톤의 기본 기술을 사용하는 것을 고려하기 시작했다.그는 이 일을 러셀 콘웰 뉴하우스와 M. W. 하벨이라는 두 명의 선배에게 맡겼다.그들의 실험 시스템은 Bell의 이전 작업과 더 공통적인 것으로, 와이어의 끝까지의 거리를 측정하기 위해 주파수 변화를 사용했습니다.1929년 [8]두 사람은 이를 공동 선임 논문의 근거로 삼았다.

에버릿은 이 개념을 미국 특허청에 공개했지만 당시 특허를 출원하지는 않았다.그리고 나서 그는 개발 자금을 위해 다니엘 구겐하임 항공 진흥 기금에 접근했다.Jimmy Doolittle 재단의 비서, Bell Labs의 Vannevar Bush에게 판결을 내리기 위해 접근했습니다.부시 대통령은 당시 이 시스템이 개발될 수 있을지 회의적이었지만 그럼에도 불구하고 운영 모델의 기금 개발을 제안했다.이것은 Newhouse가 J. D.와 협력하여 1930년 석사 논문의 기초를 이루는 실험 기계를 만들 수 있게 했다.콜리.[8][9]

이 장치는 라이트 필드로 가져가서 항공기 항법 전문가인 Albert Francis Helgenberger에 의해 테스트되었다.Hegenberger는 시스템이 광고된 대로 작동한다는 것을 발견했지만,[8][a] 실용적이기 위해서는 더 높은 주파수로 작동해야 한다고 말했습니다.

에스펜시드 및 뉴하우스

에스펜셰드는 또한 고도 측정에 애플턴의 아이디어를 사용하는 것을 고려해왔다.1926년에 그는 지형 회피와 충돌 감지를 위한 전방 주시 시스템뿐만 아니라 고도를 측정하는 방법으로서도 이 아이디어를 제안했다.하지만, 그 당시에는 단파로 알려진 것에서도 사용 가능한 무선 시스템의 주파수는 실제 [5][9]시스템에 필요한 주파수보다 50배 낮은 것으로 계산되었습니다.

에스펜시드는 결국 1930년에 [9]그 아이디어에 대한 특허를 신청했다.이때쯤이면 뉴하우스는 오하이오주를 떠나 벨 연구소에 자리를 잡고 있었다.여기서 그는 라디오 내비게이션 주제에도 관심이 있는 피터 샌드레토를 만났다.샌드레토는 1932년 벨을 떠나 유나이티드 항공(UAL)의 통신 책임자가 되어 상업용 라디오 [8]시스템의 개발을 이끌었다.

에스펜셰드의 특허는 [10]1936년에야 부여되었고, 그 출판물은 큰 관심을 불러일으켰다.비슷한 시기에 Bell Labs는 [9]5와트에서 10와트 사이의 전력을 최대 500MHz로 공급할 수 있는 새로운 튜브 디자인을 연구해 왔습니다.이것은 Sandretto가 Bell에게 그 아이디어에 대해 연락하도록 이끌었고, 1937년 Bell Labs와 UAL 사이의 파트너십이 형성되어 실용적인 버전을 구축하게 되었다.Newhouse가 이끄는 한 팀은 1938년 초에 테스트에서 작업 모델을 가지고 있었고 Western Electric(Bell의 제조 부서)은 이미 생산 모델을 준비하고 있었습니다.Newhouse는 [11]또한 이 작업을 바탕으로 기술 향상에 대한 몇 가지 특허를 출원했다.

상업 소개

이 [12]시스템은 1938년 10월 8일과 9일에 공개적으로 발표되었다.제2차 세계대전 중 대량생산은 ABY-1과 RC-24라는 이름으로 RCA가 맡았다.전후에는 많은 회사가 생산을 시작했고, 블라인드 랜딩이 [11]일상화되면서 많은 항공기의 표준 기구가 되었다.

이 시스템을 설명하는 논문은 다음 해에 에스펜시드와 뉴하우스에 의해 공동으로 출판되었다.이 백서에서는 오류 원인을 조사하여 최악의 경우 삽입 시나리오는 약 9%[13]였지만,[13] 도시의 밀집지역과 같은 거친 지형을 비행할 경우 이 비율이 10%에 달할 수 있다고 결론지었다.

시스템의 초기 비행 동안, 오실로스코프에 보이는 회항 패턴은 항공기 아래의 다양한 지형 유형에 따라 구별된다는 것을 알게 되었다.이것은 지상 스캐닝과 항법 등 동일한 기술에 대한 모든 종류의 다른 사용 가능성을 열어주었다.하지만,[12] 이러한 개념들은 당시 벨에 의해 탐구될 수 없었다.

범용 레이더로 사용

레이더 고도계는 과학에서 사용되며, 이 다이어그램은 우주선이 금성 표면에서 어떻게 표면 평활도를 탐지할 수 있는지를 보여준다.

금속과 물이 라디오 신호의 훌륭한 반사체를 만든다는 것은 1800년대 후반부터 알려져 왔고, 그 이후 수년간 선박, 기차, 빙산 탐지기를 만들기 위한 많은 시도가 있었다.이들 중 대부분은 상당한 실용적 한계가 있었습니다.특히 합리적인 성능을 제공하기 위해 큰 안테나를 필요로 하는 저주파 신호의 사용입니다.450MHz의 기본 주파수로 작동하는 Bell 유닛은 [13][b]동시대 최고 주파수 시스템 중 하나였습니다.

캐나다에서는 국립연구위원회가 고도계를 기본으로 하는 공중 레이더 시스템 개발에 착수했다.이것은 1940년 10월 영국 연구자들이 Tizard 미션의 일환으로 방문했을 때 영국 연구자들에게 큰 놀라움으로 다가왔다. 왜냐하면 당시 영국인들은 Tizard Mission을 연구하던 유일한 사람들이라고 믿었기 때문이다.그러나, 캐나다 설계는 완전히 개발된 영국 ASV Mark II 설계를 위해 결국 포기되었고, 이는 훨씬 더 높은 전력 [14]수준에서 작동하였다.

프랑스에서는 독일군의 침공이 파리에 있는 연구소에 접근했을 때 IT&T 프랑스 사업부 연구원들이 비슷한 실험을 하고 있었다.연구실은 연구가 독일의 손에 넘어가는 것을 막기 위해 고의로 파괴되었지만, 독일 팀은 잔해 속에서 안테나를 발견하고 해명을 요구했다.IT&T 연구 책임자는 잡지 표지에 나온 유닛을 보여주며 최신 내비게이션 [11]기술을 익히지 못했다고 훈계함으로써 의혹을 모면했다.

적용들

2018년 최신 레이더 고도계 장비.

민간 항공에서

레이더 고도계는 특히 저시정 조건(계기 비행 규칙 참조)과 자동 착륙에서 상용 항공기에 의해 자주 사용되며, 자동 조종은 플레어 기동을 언제 시작해야 하는지 알 수 있다.레이더 고도계는 비행 컴퓨터의 일부인 자동 회전 장치에 데이터를 제공합니다.

레이더 고도계는 일반적으로 지상고(AGL)에서 2,500피트(760m)까지만 판독치를 제공합니다.종종 기상 레이더는 더 먼 거리에서 측정하기 위해 아래로 향할 수 있습니다. 지상고 60,000피트(18,000m)까지 측정됩니다.2012년 현재, 모든 여객기는 오토랜드 기능에 필수적인 레이더 고도계를 최소 2개 이상 갖추고 있다.(2012년 현재 GPS 등 다른 방법으로 높이를 결정하는 것은 규정상 허용되지 않습니다.)1960년대의 구형 여객기(British Aircraft Corporation BAC 1-11)와 50인승 이하 등급의 소형 여객기(ATR 42 및 BAe Jetstream 시리즈 등)에는 이러한 여객기가 장착되어 있습니다.

레이더 고도계는 지상근접경보시스템(GPWS)에서 필수적인 부분으로, 항공기가 너무 낮게 비행하거나 너무 빨리 하강할 경우 조종사에게 경고합니다.그러나 레이더 고도계는 항공기 바로 앞의 지형을 볼 수 없으며, 그 아래의 지형만 볼 수 있습니다. 이러한 기능을 사용하려면 위치와 해당 위치의 지형에 대한 지식 또는 전방 주시 지형 레이더 중 하나가 필요합니다.레이더 고도계 안테나는 약 80°의 상당히 큰 메인 로브를 가지고 있어 약 40°의 뱅크 각도에서 레이더가 항공기에서 지면까지의 범위(특히 가장 가까운 대형 반사 물체까지)를 탐지한다.이는 범위가 각 샘플링 주기에서의 첫 번째 신호 리턴을 기반으로 계산되기 때문입니다.뱅크 또는 피치의 약 40°를 넘을 때까지 경사 범위를 감지하지 못합니다.일반적으로 피치 앤 롤이 20°를 초과하지 않기 때문에 착지 시 문제가 되지 않는다.

민간 항공에서 사용되는 무선 고도계는 4.2GHz에서 4.[15]4GHz 사이의 IEEE C 대역에서 작동합니다.

2022년 초, 5G 휴대폰 타워의 잠재적 간섭으로 인해 미국에서는 일부 비행 지연과 몇 가지 비행 취소가 발생하였습니다.

군용 항공 분야

Northrop Grumman EA-6B Prowler의 레이더 고도계에 대한 유지보수가 수행되고 있습니다.

레이더 고도계는 또한 대공포나 지대공 미사일의 레이더 탐지 및 조준을 피하기 위해 육상과 해상을 상당히 낮게 비행하는 데 사용된다.레이더 고도계의 관련 기술은 지형 추적 레이더로, 전투기 폭격기가 매우 낮은 고도에서 비행할 수 있게 해준다.

호주 공군과 미 공군의 F-111은 디지털 컴퓨터를 통해 자동 조종사와 연결된 전방 주시형 지형 추적 레이더(TFR) 시스템을 갖추고 있다.노즈 레이돔 아래에는 2개의 개별 TFR 안테나가 있으며 각각 듀얼 채널 TFR 시스템에 개별 정보를 제공합니다.이 시스템에 고장이 발생할 경우 F-111에는 자동 조종사와도 연결되는 백업 레이더 고도계 시스템이 있습니다.F-111이 어떤 이유로든 사전 설정된 최소 고도(예를 들어 15m) 아래로 추락할 경우 자동 조종사는 F-111을 2G 플라이업(급경사 상승)으로 올려 지형이나 물에 충돌하지 않도록 한다.전투에서도 적에게 들킬 위험보다 충돌 위험이 훨씬 크다.호주와 미국이 운영하는 F/A-18 슈퍼 호넷 항공기도 비슷한 시스템을 사용한다.

국제 규정

국제 전기 통신 연합(ITU)무선 항행 장비"로, 보드에 라디오 altimeters을 정의하는 항공기 또는 우주선 항공기의 높이와 지구의 표면 위의 우주선 또는 ITU가 라디오 규제(RR)[16]Radionavigation 장비 분류되어야 한다의 기사 1.108에 또 다른 surface"을 확인하는 데 사용하다.타고영구적으로 또는 일시적으로 운영되는 무선 통신 서비스.전파 고도계 장비의 사용은 생명 안전 서비스로 분류되며, 간섭으로부터 보호되어야 하며 항법에서 필수적인 부분입니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 무선 신호용 안테나는 반송파 신호의 주파수에 맞게 크기를 조정해야 합니다.고주파 신호는 작은 안테나를 사용하며 항공기 사용에 많은 실질적인 이점이 있습니다.
  2. ^ 비슷한 대역으로 운용된 독일 유닛만이 200MHz 이하의 레이더를 사용하였습니다.

레퍼런스

인용문

  1. ^ a b Espenschied & Newhouse 1939, 페이지 225-227.
  2. ^ 에스펜셰이드 & 뉴하우스 1939, 페이지 227
  3. ^ "항공 스펙트럼 리소스, INC." 페이지 3, 페이지 8.
  4. ^ 코디 밀러."착륙 UAV 또는 소형 항공기를 위한 무선 고도계." 2010.
  5. ^ a b c d 1948년 벨, 18페이지
  6. ^ US Expired 1517549, Lloyd Espenschied, "철도 신호 시스템", 1924-12-02 발행
  7. ^ a b c 콜린 1967, 페이지 737
  8. ^ a b c d 콜린 1967, 페이지 741
  9. ^ a b c d 에스펜셰이드 & 뉴하우스 1939, 페이지 224
  10. ^ US Expired 2045071, Lloyd Espenschied, "항공기용 고도계", 1936-06-23 발행
  11. ^ a b c 콜린 1967, 페이지 742
  12. ^ a b 1948년 벨, 19페이지
  13. ^ a b c 에스펜셰이드 & 뉴하우스 1939, 페이지 232
  14. ^ Middleton, W E Knowles (1981). Radar Development in Canada: The Radio Branch of the National Research Council. Wilfrid Laurier University Press. p. 96. ISBN 9780889201064.
  15. ^ "RECOMMENDATION ITU-R RS.1624 (PDF)" (PDF).{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  16. ^ ITU 무선규정, 섹션 IV무선국 및 시스템 – 제1.108조, 정의: 무선 고도계

참고 문헌