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TACAN

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목차

1. 개요

TACAN(Tactical Air Navigation)은 군사용 항공 항법 시스템으로, VOR/DME 시스템과 유사하게 방위와 거리 정보를 제공한다. 2차 세계 대전 중 개발된 무선 응답기 항법 시스템의 발전된 형태이며, UHF 주파수 대역에서 작동한다. 거리 측정은 DME와 유사하게 펄스 쌍을 사용하여 계산되며, 방위 정보는 진폭 변조된 신호를 통해 얻어진다. TACAN은 군사적 장점과 단점을 가지며, 대한민국에서도 전파법에 따라 정의되고, 주파수 할당 및 식별 부호가 규정되어 있다.

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TACAN
지도
기본 정보
명칭전술 공중 항법 시스템
로마자 표기Tactical Air Navigation
약칭TACAN
종류군용 항공 항법 시스템
개발 국가미국
운영 주체군사
기술 정보
작동 원리무선 신호를 이용한 거리 및 방위 측정
주파수 범위962-1213 MHz (UHF 대역)
채널 간격1 MHz
방위 측정 정확도1도
거리 측정 정확도185 m
거리 범위200 해리
변조 방식펄스 방식
안테나전방향성 안테나
특징
주요 기능방위 정보 제공
거리 정보 제공
호환성VOR (VHF 전방향 무선표지)과 함께 사용 가능
DME (거리 측정 장비) 기능 포함
용도전투기
폭격기
군용 수송기
헬리콥터
함선
기타 정보
표준MIL-STD-291
관련 시스템VOR (VHF 전방향 무선표지)
DME (거리 측정 장비)
RNAV (영역 항법)

2. 역사

TACAN 항법 시스템은 제2차 세계 대전 당시 영국의 오보 시스템으로 거슬러 올라가는 무선 응답기 항법 시스템의 발전된 형태이다. 미국에서는 많은 회사가 군용 항공기용 TACAN 개발에 참여했다. 호프만 일렉트로닉스 사 군수품 부문[1](현재 NavCom 방위 전자)의 호프만 연구소 부문[2]은 1950년대 후반부터 미국에서 현재의 TACAN 시스템 개발을 주도했다.

1955년에 미국군에서 채택된 방식이다. 초단파 전방향식 무선표지(VOR)/거리 측정 장치(DME) 양쪽 방식을 겸비한 것으로, 극초단파(UHF)를 사용하여 항공기로부터의 방위/거리 측정을 동시에 수행한다.

UHF 대역을 사용함으로써 VOR보다 안테나를 소형화할 수 있어 함선이나 차량에도 무선 측위국을 설치할 수 있다. 함선의 경우는 일반적으로 마스트 최상부에 설치되지만, 좌우에 설치하여 정확도를 높이는 경우도 있다.

방위 측정은 펄스파에 의해 수행된다. 15Hz의 변조가 걸려 있으며, 기준파와의 위상차에 의해 항공기로부터의 방위가 판명된다. 거리 측정은 질문파에 응답함으로써 시간차 측정에 의해 이루어진다.

방위 측정 기능은 군용으로 사용되고 있지만, 거리 측정 기능은 민간에서도 사용되며, VOR과 조합하여 VORTAC이라고 불린다.

3. 작동 원리

TACAN은 초고주파(UHF) 주파수 대역인 962~1213 MHz에서 작동하며, 이차 감시 레이더와 유사한 펄스 쌍 트랜스폰더 시스템을 사용한다. 질의하는 항공기는 1024~1150 MHz 대역에서 송신하며, 1~126번으로 번호가 매겨진 1 MHz 채널로 나뉜다. 응답하는 기지국(지상, 선박 또는 다른 항공기)은 선택된 채널 및 작동 모드에 따라 원래 주파수보다 63 MHz (63개 채널) 위 또는 아래에 위치한다. 개별 펄스 쌍에서 펄스 간 간격도 TACAN 작동 모드에 따라 결정된다.

TACAN은 1955년에 미국군에서 채택되었으며, 초단파 전방향식 무선표지(VOR)/거리 측정 장치(DME) 방식을 겸비하여 극초단파(UHF)를 통해 항공기로부터 방위 및 거리 측정을 동시에 수행한다.[2] UHF 대역을 사용하므로 VOR보다 안테나를 소형화할 수 있어 함선이나 차량에도 무선 측위국을 설치할 수 있다. 함선의 경우 마스트 최상부에 설치하는 것이 일반적이지만, 좌우에 설치하여 정확도를 높이기도 한다.[2]

TACAN은 X 채널과 Y 채널, 두 가지 기본 채널 구성을 갖는다. X 채널은 원래 구현 방식이며, Y 채널은 1960년대에 사용 가능한 채널을 확장하고 가까이 위치한 기지국 간의 상호 간섭을 줄이기 위해 추가되었다. 이들 구성은 펄스 쌍 너비, 고정 수신기 응답 지연, 질의 채널에서의 주파수 오프셋 극성이 서로 다르다.[3]

3. 1. 거리 측정

거리 측정 기능은 민간 DME(거리 측정 장비)에서 제공하는 방식과 기능적으로 동일하다. 항공기에서 3.5마이크로초(μs) 펄스(50% 변조 강도에서 가장자리 간 측정) 쌍을 발사하면, 질의를 받은 지상국이 이를 반복하여 재송신하고, 왕복 시간을 사용하여 사선 거리를 계산한다. 질의 펄스 쌍 사이의 무작위 간격을 통해 질의 장치는 자체 신호와 다른 항공기의 신호를 구분하여 여러 사용자가 상호 간섭 없이 거리 측정 기능에 접근할 수 있다.[1] 지상국은 각 펄스 쌍을 재전송할 때 시스템 모드에 따라 고정된 왕복 지연 시간을 추가한다. 질의 장치는 "탐색" 모드에서 거리 내 지상국을 처음 확보할 때 초당 최대 150개의 펄스 쌍을 생성하고, "추적" 모드에서 확보되면 초당 약 30개로 줄인다. 거리 측정 기능의 메모리 회로를 통해 다른 TACAN 기능(아래 참조)에 의해 거리 측정 펄스가 일시적으로 억제될 때 추적을 빠르게 재설정할 수 있다.[1]

거리 측정은 질문파에 응답함으로써 시간차 측정에 의해 이루어진다.[2]

3. 2. 방위 측정

TACAN의 방위 정보는 응답국이 송신하는 펄스 쌍 신호의 진폭 변조(AM)에서 얻어진다. 진폭 변조 신호는 국의 지향성 안테나를 물리적으로 회전시키거나 안테나 어레이를 사용하여 동일 신호를 전자적으로 조향하여 생성한다. 이때, 15Hz의 기본 진폭 변조 신호와 135Hz의 보조 진폭 변조 신호 두 가지가 생성된다. 135Hz 신호는 기본 신호의 9번째 배음이며, 회전 안테나 설비에서 고정 신호 반사기를 사용하여 구현된다. 이 두 신호는 각각 "조 방위" 신호와 "세 방위" 신호에 해당하며, 세 방위 신호는 조 방위 신호의 정확도를 향상시킨다.

방위는 특정 반복률과 지속 시간을 가진 펄스 쌍의 기준열(버스트)과 최대 양의 신호 강도 지점 사이의 시간을 비교하여 측정한다. 이 시간은 신호 스위프의 특정 지점에서 송신되도록 정해져 있으며, 송신 시 다른 모든 펄스 유형을 대체한다. 민간 VOR 시스템은 단일 연속파 30Hz 변조 신호를 사용하며, 고정 위상 및 가변 위상(회전) 구성 요소 간의 위상차를 이용하여 방위 정보를 얻는다는 점에서 TACAN과 다르다.

TACAN의 방위 측정은 펄스파를 이용하며, 15Hz로 변조된 신호와 기준파 사이의 위상차를 통해 항공기로부터의 방위를 파악한다. 거리 측정은 질문파에 대한 응답 시간차를 측정하여 이루어진다.[1]

3. 3. 스퀴터 기능

TACAN(태켄) 기지는 초당 3600쌍의 펄스쌍을 복합 속도로 송신한다. 이 중 900쌍은 방위 기준 버스트이고, 나머지 2700쌍은 거리 측정 및 식별 펄스이다. 항공기로부터 충분한 질의 펄스가 없을 경우, 기지는 원하는 펄스 속도를 유지하기 위해 추가적인 무작위 펄스쌍을 주입하는 스퀴터 회로를 사용한다. 이는 방위 신호의 복조를 지원하는 데 필요한 충분한 신호가 있도록 보장한다.

3. 4. 식별

TACAN 기지는 모스 부호로 식별된다. 송신소는 주기적으로 무작위 측거 펄스쌍을 1350Hz 음으로 복조되는 일정 간격의 쌍으로 바꾸어, 약 40초마다 분당 6~7회의 속도로 3글자 식별 코드를 전송한다. 점과 선 사이의 간격 동안에는 측거 및 스퀴터 펄스가 허용된다. TACAN 전용 시스템에서는 음성 전송 기능이 없다.[1]

3. 5. 작동 모드

TACAN 질의기는 수신(방위/식별만), 송수신(방위, 거리 및 ID), 그리고 이전 두 가지의 공대공 버전, 이렇게 네 가지 모드로 작동할 수 있다.[3] 일반적인 TACAN 기내 사용자 패널에는 채널(원하는 기지국의 할당된 주파수에 해당)과 작동 모드 설정을 위한 제어 스위치가 있다. 작동 모드는 송수신(T/R, 방위와 거리 모두 획득) 또는 수신 전용(REC, 방위는 얻지만 거리는 얻지 못함) 중 하나를 선택할 수 있다. 이후 특정 설비에 따라 두 대의 공중 사용자가 상대적인 사선 거리 정보를 얻을 수 있는 공대공 모드(A/A)를 포함하도록 기능이 업그레이드되었다.[3]

MIL-STD-291C[4]에서 파생된 TACAN 작동 사양
채널/작동 모드질의기 주파수 (MHz)/채널응답 주파수 오프셋 (±63 MHz)질의기 펄스 쌍 너비 (μs)응답 지연 간격 (μs)응답 펄스 쌍 너비 (μs)주/보조 기준 버스트 길이(펄스 쌍)주/보조 기준 버스트 펄스 쌍 간격 (μs)주/보조 기준 버스트 동기화 지점
X 채널, 지상-공중1025-1150 (1-126)음수 (1-63)
양수 (64-127)
12501212/612/24주 버스트가 트리거될 때 AM 신호의 양의 피크가 동쪽을 가리킨다. 보조 버스트는 동일한 이벤트에 동기화되지만 주 버스트 전송 중에는 억제된다.
Y 채널, 지상-공중양수 (1-63)
음수 (64-127)
36743013/1330/15
(모두 단일 펄스)
X 채널, 공대공1262단일 펄스지원되는 경우 지상-공중과 동일
Y 채널, 공대공2474


4. 성능 및 정확도

초기 TACAN은 주 방위 신호 정확도 ±2° 및 9배 고조파 보조 방위 신호 보정을 기반으로 ±0.22°의 방위 정확도를 제공하도록 설계되었다.[5] 이론적으로 TACAN은 VOR에 비해 약 9배의 정확도 향상을 제공해야 하지만, 실제 운용 결과는 약 3배 향상에 그쳤다.[6]

135 Hz 방위 성분의 작동 정확도는 3.75km에서 ±1° 또는 ±63m이다.[7]

TACAN 장비 제조업체는 약 400NM까지의 기지국 추적 기능을 언급하지만, 이러한 시스템은 계측 범위 신호를 약 200NM로 제한한다.[8] FAA 공식 서비스 볼륨 정보에 따르면, 고고도 인증 장치의 경우 지표면 상공 약 13716.00m 이하에서 130NM까지 안정적인 TACAN/DME 수신이 보장된다.[9]

최초의 우주왕복선 비행에서, 캡콤 조셉 P. 앨런은 승무원에게 그들의 TACAN이 플로리다주 세인트피터스버그의 111X 채널 신호를 약 402.33km 거리에서 고정했다고 보고했다.

5. 장점



방위각과 거리 측정 장치가 하나의 시스템으로 결합되어 설치가 간편하다. VOR은 큰 대지 접지판과 다소 복잡한 위상 배열 안테나 시스템이 필요하기 때문에 TACAN보다 설치 공간이 더 많이 필요하다. 이론적으로 TACAN 시스템은 건물, 대형 트럭, 비행기 또는 선박에 설치하여 단시간 내에 작동할 수 있다. 항공기 TACAN 수신기는 공중-공중 모드에서 63개 채널 간격(예: 항공기 #1은 TACAN에 채널 29를 설정하고 항공기 #2는 TACAN에 채널 92를 설정)을 가진 채널을 선택하여 두 대의 협조 비행기 간의 대략적인 거리를 제공하는 데 사용할 수 있다. 그러나 상대 방위는 제공하지 않는다.[1]

극초단파(UHF) 대역을 사용함으로써 VOR보다 안테나를 소형화할 수 있어 함선이나 차량에도 무선 측위국을 설치할 수 있다. 함선의 경우는 일반적으로 마스트 최상부에 설치되지만, 좌우에 설치하여 정확도를 높이는 경우도 있다.[1]

6. 단점

TACAN은 군사적 용도로 사용할 때 전자기 방출 통제(EMCON) 및 스텔스 기능이 부족하다는 단점이 있다. 함정 TACAN 운용은 항공기가 함정을 찾고 착륙할 수 있도록 설계되었지만, 암호화가 되어 있지 않아 적군도 TACAN 신호를 이용하여 함정의 위치(범위, 방위) 정보를 파악하고 공격할 수 있다.[1] 일부 TACAN은 "요청 시 전송(Demand Only)" 모드를 사용하여 동일 채널의 항공기에서 질의가 있을 때만 신호를 전송하여 이러한 위험을 줄일 수 있다.[1]

TACAN은 합동정밀접근 및 착륙 시스템(JPALS)과 같은 차분 GPS 시스템으로 대체될 가능성이 있다.[1] JPALS는 적의 탐지를 막기 위해 저탐지확률(Low Probability of Intercept)을 가지며, 항공모함용 버전은 자동착륙 운용에 사용될 수 있다.[1]

미국에서 사용되는 일부 TACAN 시스템은 900 RPM으로 회전하는 안테나를 사용하여 신호를 변조하는데, 이 안테나는 크기가 크고 24시간 회전해야 하므로 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.[1] 최근 시스템은 기계적 회전 대신 전자적 회전을 사용하는 안테나를 사용하여 움직이는 부품이 없도록 개선되었다.[1]

7. 대한민국에서의 TACAN

대한민국에서는 전파법 시행규칙 제2조 제1항 제51호의3에 “TACAN”이란 960MHz부터 1,215MHz까지의 주파수의 전파를 사용하여, 항공기에서 해당 항공기로부터 지표의 정점까지의 시정거리 및 방위를 측정하기 위한 무선항행 업무를 수행하는 설비”로 정의하고 있다.[1]

지상 설비는 단독으로 또는 VOR이 병설되어 무선항행 지상국으로, 항공기 설비는 다른 통신 장비와 함께 항공기국으로 허가된다.[1] 다만, 대한민국 국군의 이동식 지상 설비(함선 탑재 장비 포함) 및 항공기의 항공기 설비는 국군조직법 제112조 제1항에 따라 무선국 허가를 필요로 하지 않는다.[1]

지상에 설치하는 경우에는 3자로 된 식별 부호를 모스 부호로 발신한다. 대한민국 내에서는 미군 관리의 것을 제외하고, TACAN국은 "T", VORTAC국은 "C"를 식별 부호의 3번째 문자로 표기한다. 1-2번째 문자는 ICAO 공항 코드를 붙이는 경우가 많다.[1]

7. 1. 주파수 할당

대한민국에서 항공기 TACAN과 지상 TACAN의 주파수는 전파법 시행규칙 제13조 제3항 별표 제2호에 따라 규정되어 있다. 다음은 채널별 주파수 할당 내역을 표로 정리한 것이다.

채널주파수(MHz)
지상 TACAN
1025 | 962
1025 | 1088
1026 | 963
1026 | 1089
1027 | 964
1027 | 1090
1028 | 965
1028 | 1091
1029 | 966
1029 | 1092
1030 | 967
1030 | 1093
1031 | 968
1031 | 1094
1032 | 969
1032 | 1095
1033 | 970
1033 | 1096
1034 | 971
1034 | 1097
1035 | 972
1035 | 1098
1036 | 973
1036 | 1099
1037 | 974
1037 | 1100
1038 | 975
1038 | 1101
976 | 1039
1039 | 1102
1040 | 977
1040 | 1103
1041 | 978
1041 | 1104
1041 | 1104
1042 | 979
1042 | 979
1042 | 1105
1042 | 1105
1043 | 980
1043 | 1106
1043 | 1106
1044 | 981
1044 | 981
1044 | 1107
1044 | 1107
1045 | 982
1045 | 1108
1045 | 1108
1046 | 983
1046 | 983
1046 | 1109
1046 | 1109
1047 | 984
1047 | 1110
1047 | 1110
1048 | 985
1048 | 985
1048 | 1111
1048 | 1111
1049 | 986
1049 | 1112
1049 | 1112
1050 | 987
1050 | 987
1050 | 1113
1050 | 1113
1051 | 988
1051 | 1114
1051 | 1114
1052 | 989
1052 | 989
1052 | 1115
1052 | 1115
1053 | 990
1053 | 1116
1053 | 1116


7. 2. 식별 부호

대한민국에서는 전파법 시행규칙 제2조 제1항 제51호의3에 “TACAN”이 정의되어 있다.[1] 지상 설비는 단독으로 또는 VOR이 병설되어 무선항행 지상국으로, 항공기 설비는 다른 통신 장비와 함께 항공기국으로 허가된다.[1] 다만, 대한민국 국군의 이동식 지상 설비(함선 탑재 장비 포함) 및 항공기의 항공기 설비는 국군조직법 제112조 제1항에 따라 무선국 허가를 필요로 하지 않는다.[1]

지상에 설치하는 경우에는 3자로 된 식별 부호를 모스 부호로 발신한다.[1] 대한민국 내에서는 미군 관리의 것을 제외하고, TACAN국은 "T", VORTAC국은 "C"를 식별 부호의 3번째 문자로 표기한다.[1] 1-2번째 문자는 ICAO 공항 코드를 붙이는 경우가 많다.[1]

참조

[1] 간행물 Missiles and Rockets https://archive.org/[...] 1959-07-20
[2] 웹사이트 NavCom Defense Electronics http://www.navcom.co[...]
[3] 특허 Aircraft rendezvous using low data rate two-way TACAN information http://www.patentsto[...] 1992-07-07
[4] 웹사이트 MIL-STD-291 C TACTICAL AIR NAVIGATION SIGNAL http://everyspec.com[...] 2024-03-18
[5] Youtube TACAN Operation - US Navy Training Film 1955 https://www.youtube.[...] 2024-03-18
[6] 서적 Principles of Avionics https://archive.org/[...] Avionics Communications Inc 2023-05-29
[7] 웹사이트 2001 Federal Radionavigation Systems http://www.navcen.us[...] 2005-11-27
[8] 웹사이트 TACAN+ Tactical Airborne Navigation System L3Harris https://www.l3harris[...] 2024-03-18
[9] 웹사이트 Navigation Aids https://www.faa.gov/[...] Federal Aviation Administration 2024-03-17


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