113 民航特考三等 適航檢查 航空電子 考古題詳解

核心觀念

本題考查航空導航系統提供的導航參數、無線電導航的測量量分類、GPS/GNSS 的定位原理、牛頓第三運動定律在慣性導航中的應用，以及推算航行法與定位法的特性。

判斷各種無線電導航方式時，先看系統測量的是距離 $\rho$ 還是方位角 $\theta$，再看位置如何由測量結果求得：

• $\rho-\rho$：距離加距離。
• $\rho-\theta$：距離加方位角。
• $\theta-\theta$：方位角加方位角。
• 雙曲線：比較兩個發射台至接收機的距離差。

（一）導航系統提供的導航參數

解題方法

導航系統的功能，是估計飛機相對地球或導航參考座標系的位置與運動狀態，並把必要資訊提供給飛行員及飛行管理、飛航控制等次系統。回答時應兼顧「目前在哪裡」及「正如何移動」。

作答要點

導航系統通常提供：

• 位置：經度、緯度、高度，或相對於導航台、航路點的座標。
• 速度：地速（ground speed）、空速，以及必要時的速度分量。
• 方向與姿態相關參數：航向（heading）、航跡角（track）、航向偏差等。
• 航路與偏差資訊：目標航點、航線偏差、到目的地的距離與預估到達時間。
• 時間與位置品質資訊：時間、定位精度或導航完整性等，供飛航管理及其他系統使用。

不同導航系統提供的參數及精度不同；例如無線電導航可能直接提供方位或距離，慣性導航則可連續估算位置、速度與姿態。

（二）無線電導航方式比較

解題方法

以接收機位置為未知點，觀察各導航台提供的幾何限制。距離測量形成以導航台為圓心的圓；方位測量形成通過導航台的方位線；距離差測量則形成雙曲線。

方式	測量量	位置線幾何	典型說明
$\rho-\rho$	兩個導航台至飛機的距離	兩個圓的交點	每個距離各形成一圓，交點給出可能位置
$\rho-\theta$	一個距離及一個方位角	圓與方位線的交點	常見於距離資訊搭配方向資訊的導航
$\theta-\theta$	兩個導航台的方位角	兩條方位線的交點	交會角度愈適當，位置解算通常愈穩定
雙曲線	至兩個發射台的距離差	一條雙曲線	距離差固定的點構成雙曲線；需多組測量線交會定位

其中，$\rho$ 表示距離（range），$\theta$ 表示方位角（bearing）。實際定位通常需要足夠的獨立測量，並依系統與維度需求求得位置。

（三）GPS 與 GNSS

核心觀念與作答

• GPS：Global Positioning System，全球定位系統，是美國建置的衛星導航系統。
• GNSS：Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統，是泛指各國或各區域的衛星導航系統及其整合運用；GPS 是 GNSS 的一種。

GPS 接收機根據多顆衛星訊號的傳播時間估算各衛星至接收機的距離，形成多個距離球面，再由球面交會解算位置與接收機時差。因此依第二小題分類，GPS 的基本定位方式屬於 $\rho-\rho$ 型距離測量，實際上使用多顆衛星的偽距觀測進行三維位置及時鐘偏差解算。

（四）牛頓第三運動定律與導航系統

核心觀念

牛頓第三運動定律指出，兩物體相互作用時，作用力與反作用力大小相等、方向相反。此原理可用於慣性導航系統中的加速度量測。

核心觀念

飛機具有六個自由度：沿機體縱軸、橫軸、垂直軸的三個平移運動，以及繞這三軸的三個轉動運動。飛行穩定控制主要考查三個轉動自由度的姿態穩定：

穩定軸向	轉動運動	角運動	主要控制面
縱軸（前後軸）	滾轉（roll）	滾轉角、滾轉角速度	副翼（ailerons）
橫軸（左右翼尖軸）	俯仰（pitch）	俯仰角、俯仰角速度	升降舵（elevator）或全動平尾（stabilator）
垂直軸	偏航（yaw）	偏航角、偏航角速度	方向舵（rudder）

此處的「穩定」是指飛機受到擾動後，能產生使姿態或角運動回復的趨勢；「控制」則是飛行員或飛控系統操作控制面，產生所需的氣動力矩以改變或維持姿態。穩定性與操縱性相關，但不是同一概念。

解題方法

先依飛機的三個轉動軸列出三種姿態運動，再將每一種運動配對到主要控制面。答題時應區分「運動自由度」與「控制面」：滾轉、俯仰、偏航是運動；副翼、升降舵、方向舵是產生相應力矩的操縱面。

控制面偏轉會改變機翼或尾翼的氣動力分布，進而產生力矩：

• **滾轉控制：**偏轉副翼，使左右機翼升力產生差異，形成繞縱軸的滾轉力矩。
• **俯仰控制：**偏轉升降舵，改變水平尾翼氣動力，形成繞橫軸的俯仰力矩；採全動平尾的飛機則以平尾整體偏轉達成。
• **偏航控制：**偏轉方向舵，改變垂直尾翼上的側向氣動力，形成繞垂直軸的偏航力矩。

三個自由度與控制面

一、縱軸：滾轉穩定與控制

縱軸由機鼻至機尾。飛機繞此軸旋轉稱為滾轉，會使左右機翼一側升高、另一側降低。

核心觀念

雷達（RADAR，Radio Detection and Ranging）利用電磁波的傳播與目標反射來探測物體。基本上，雷達發射電磁波，波遇到目標後產生反射或散射，接收機接收回波，再由回波的時間、方向、頻率與強度等資訊，推算目標的距離、方位、速度及特性。

本題第二部分考頻率波段的「字母表示法」。HF、VHF、UHF 是一般無線電頻帶名稱；L、S、C、X、Ku、K、Ka、V、W 則是雷達常用的 IEEE 波段代號。兩者的頻率範圍不同，作答時應分清楚「波段通常範圍」與「ITU 對雷達用途的頻率分配」。

解題方法

一、雷達基本工作原理

脈衝雷達的基本工作流程如下：

1. **發射訊號：**發射機產生高頻電磁波，經天線向目標方向輻射。
2. **目標反射：**電磁波傳至目標後，一部分能量反射或散射回雷達。
3. **接收回波：**天線接收回波，接收機將訊號放大、濾波並送至訊號處理器。
4. **測定目標資訊：**利用回波與發射訊號的差異，求出目標的位置或運動資訊。

若電磁波往返傳播時間為 $\Delta t$，波速近似光速 $c$，目標距離為：

$$R=\frac{c\Delta t}{2}$$

除以 2 是因為 $\Delta t$ 包含「雷達至目標」和「目標返回雷達」兩段路程。方位通常由天線波束指向或相位差取得；徑向速度可由都卜勒頻移估算；回波強度則與目標雷達截面積、距離及傳播損耗等因素有關。

二、標準雷達波段代號與通常頻率範圍

下表為常見 IEEE 雷達頻率波段表示。各波段界線依標準與工程慣例而定，HF、VHF、UHF 等低頻段名稱亦常用於一般無線電頻譜分類。

代號	英文名稱或稱呼	通常頻率範圍
HF	High Frequency	3–30 MHz
VHF	Very High Frequency	30–300 MHz
UHF	Ultra High Frequency	300–1,000 MHz（雷達慣例）
L	L band	1–2 GHz
S	S band	2–4 GHz
C	C band	4–8 GHz
X	X band	8–12 GHz
Ku	Ku band	12–18 GHz
K	K band	18–27 GHz
Ka	Ka band	27–40 GHz
V	V band	40–75 GHz
W	W band	75–110 GHz
mm	Millimeter wave，毫米波	110–300 GHz

核心觀念

CNS/ATM 是國際民航組織（ICAO）推動的全球航空導航與空中交通管理架構：

• CNS：Communications, Navigation and Surveillance，通訊、導航與監視。
• ATM：Air Traffic Management，空中交通管理。

其核心是整合通訊、導航、監視及空管服務，運用數位技術、衛星系統與自動化，讓飛機與地面系統能更有效地交換資訊，支援全球一致、連續的空中交通管理。

本題重點在比較傳統以語音無線電為主的航空通訊，與 CNS/ATM 下逐步採行的數位資料鏈、多種傳輸媒介及自動化資訊交換。

解題方法

先寫出 CNS/ATM 的全名與整體目的，再聚焦通訊系統的演進，可從「傳輸內容、傳輸媒介、通訊方式、服務範圍」四個面向比較。

傳統系統

傳統航空通訊主要以飛行員與管制員間的無線語音通話為主。航路或區域不同，常使用 VHF 或 HF；語音通訊仰賴人工聽取與回覆，容易受頻道壅塞、雜音、口音或訊息抄錄錯誤影響。VHF 的視距特性也限制了其遠距覆蓋能力。

CNS/ATM 架構下的改變

1. 由語音為主走向數位資料鏈 除語音外，增加以數位文字訊息交換空管指令與飛航資料的能力。例如 CPDLC（Controller-Pilot Data Link Communications，管制員與駕駛員資料鏈通訊），可傳送標準化、格式化的訊息，減少重複語音通話及聽錯、抄錯的機會。

2. 由單一或有限媒介走向多種鏈路整合 依空域與服務需求，資料可經由 VHF 數位資料鏈（VDL）、HF 資料鏈（HFDL）、衛星通訊（SATCOM），以