고도계

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1. 개요
2. 종류
참조

1. 개요

고도계는 항공기의 고도를 측정하는 데 사용되는 장치이다. 기압 고도계, 음파 고도계, 전파 고도계, 레이저 고도계, 위성 항법 시스템(GPS) 고도계 등 다양한 종류가 있다. 기압 고도계는 대기압을 측정하여 고도를 나타내며, 음파 고도계는 음파를 사용하여 거리를 측정한다. 전파 고도계는 전파 신호의 반사 시간을 이용하며, 레이저 고도계는 라이다 기술을 사용한다. GPS 고도계는 위성을 이용한 삼변측량으로 고도를 결정한다.

2. 종류

고도계는 크게 기압 고도계, 전파 고도계, 음파 고도계, 레이저 고도계, 위성 항법 시스템(GPS) 고도계 등으로 나눌 수 있다.

'''기압 고도계'''는 대기의 절대 압력을 측정하는 기압계의 일종으로, 압력 눈금 대신 고도 눈금을 부착한 것이다. 기압에 따라 공동이 움직이는 원리를 이용한다.

'''전파 고도계'''는 전파를 사용하여 목표물로부터의 반사 시간을 측정하고 거리를 표시한다. 항공기에서 지상으로 수직으로 전파를 발사하여 거리를 측정함으로써 자신의 절대 고도를 측정한다. 다만, 전파 고도계의 표시는 메인 타이어 하부에서 지표면까지의 거리를 표시하도록 설정되어 있으므로, 동체에 설치된 안테나와 메인 타이어 하부의 높이 차이를 고려하여 수정해야 한다. 그 때문에 기체가 지상에 있고 앞바퀴가 접지하고 있는 상태에서는 전파 고도계가 마이너스 값을 표시하는 것이 보통이다.

'''음파 고도계'''는 1931년 미국 육군 항공대와 제너럴 일렉트릭에서 시험되었으며, 짙은 안개나 비가 올 때 기압 고도계보다 더 신뢰성이 높고 정확한 것으로 평가되었다.

'''레이저 고도계'''는 라이다 기술을 이용하며, 헬리콥터 인제뉴이티가 화성 지형 위에서 비행하는 데 사용되었다.^[4]

'''위성 항법 시스템 (GPS) 고도계'''는 4개 이상의 위성을 사용한 삼변측량을 통해 고도를 결정한다. তবে, 항공기에서 GPS로 측정된 고도는 보정 없이는 압력 고도계를 대체할 만큼 신뢰하기 어렵다.^[5]

2. 1. 기압 고도계

'''기압 고도계'''는 소형이며 휴대 가능한 기압계의 일종으로, 대기의 절대 압력을 측정하여 압력 눈금 대신 고도 눈금을 부착한 것이다.

기압에 따라 '''공동'''(오른쪽 그림의 타원형 부분)이 움직여 주변 기압을 나타낸다. 공동 내부는 진공으로 유지되며, 주변 기압에 반응하여 바늘을 작동시킨다. 공동 주변의 압력이 낮아지면(고도가 높아지면) 공동이 팽창하고, 그 움직임이 증폭 기어를 통해 지침에 전달되어 지침이 움직인다. 반대로 공동 주변의 압력이 상승하면(고도가 낮아지면) 공동이 수축하고, 그 움직임이 지침을 움직인다.^[1]

2. 2. 음파 고도계

1931년, 미국 육군 항공대와 제너럴 일렉트릭은 항공기용 '''음파 고도계'''를 시험했는데, 짙은 안개나 비가 올 때 기압에 의존하는 고도계보다 더 신뢰할 수 있고 정확한 것으로 여겨졌다.^[1] 새로운 고도계는 박쥐가 내는 것과 유사한 일련의 고주파 음파를 사용하여 항공기에서 지표면까지의 거리를 측정했으며, 항공기로 돌아오면 항공기 조종석 내부의 게이지에 피트 단위로 표시되었다.^[1]

2. 3. 전파 고도계 (레이더 고도계)

전파 고도계(레이더 고도계)는 전파 신호가 지면에서 반사되어 항공기로 되돌아오는 데 걸리는 시간을 이용하여 고도를 측정한다. 주파수 변조 연속파 레이다를 사용하기도 하는데, 주파수 편이가 클수록 이동 거리가 멀어진다. 이 방법은 펄스 레이다보다 정확도가 높으며, 주파수 변조를 사용하는 레이다 고도계가 업계 표준이다. 레이다 고도계는 상업용 및 군용 항공기의 착륙 시 지상 고도를 측정하는 데 사용되며, 지형 회피 경고 시스템의 구성 요소이기도 하다. 항공기가 너무 낮게 비행하거나 전방에 솟아오르는 지형이 있는 경우 조종사에게 경고한다.^[3] 또한 레이다 고도계 기술은 지형 추종 레이다에도 사용되어 전투기가 지면 위 매우 낮은 고도로 비행할 수 있게 해준다.

전파 고도계는 전파를 사용하여 목표물로부터의 반사 시간을 측정하고 거리를 표시한다. 항공기에서 지상으로 수직으로 전파를 발사하여 거리를 측정함으로써 자신의 절대 고도를 측정한다.

전파 고도계의 표시는 메인 타이어 하부에서 지표면까지의 거리를 나타내도록 설정되어 있다. 따라서 동체에 설치된 안테나와 메인 타이어 하부의 높이 차이를 고려하여 수정해야 한다.

그 때문에 기체가 지상에 있고 앞바퀴가 접지하고 있는 상태에서는 전파 고도계가 마이너스 값을 표시하는 것이 보통이다.

2. 4. 레이저 고도계

라이다 기술은 헬리콥터 인제뉴이티가 아래쪽을 향하는 라이다 고도계를 통해 화성 지형 위에서 기록적인 비행을 하는 데 도움을 준다.^[4]

2. 5. 위성 항법 시스템 (GPS) 고도계

위성 항법 시스템 (GPS) 수신기는 4개 이상의 위성을 사용한 삼변측량을 통해 고도를 결정할 수 있다. 항공기에서 자율 GPS를 사용하여 결정된 고도는 일부 보정 방법을 사용하지 않고는 압력 고도계를 대체할 만큼 신뢰할 수 없다.^[5] 하이킹과 등산에서 GPS로 측정된 고도가 위성 방향에 따라 약 121.92m만큼 오차가 발생하는 것을 흔히 볼 수 있다.^[6]

참조

_[1] 서적 A Dictionary of Aviation https://archive.org/[...] Osprey 1973
_[2] 간행물 Meter Gives Elevation https://books.google[...] Popular Science 1931-03
_[3] 문서 Comparative Analysis Of Design Variants For Low Altitude Flight Parameters Measuring System 17th IFAC Symposium for Automatic Control
_[4] 뉴스 How NASA Designed a Helicopter That Could Fly Autonomously on Mars https://spectrum.iee[...] 2021-02-19
_[5] 논문 Accuracy of Flight Altitude Measured with Low-Cost GNSS, Radar and Barometer Sensors: Implications for Airborne Radiometric Surveys 2017-08-16
_[6] 웹사이트 Understanding the Accuracy of the GPS Elevation Reading https://support.garm[...] 2020-03-14
_[7] 서적 A Dictionary of Aviation https://archive.org/[...] Osprey

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