108 高普考高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理) 陸空通信 考古題詳解
第 一 題25 分
（一）陸空無線通信 UHF/VHF、HF、SATCOM 電波頻率在空中傳播特質如何？是否有地域限制和影響（例如地形、地物建築、地理地貌分布）？操作頻率分布範圍各如何？（15 分）
（二）飛行移動通信中，都普勒偏移頻率（Doppler shift frequency; ）常發生在接收信號中。若通訊載波 VHF 頻率 ，飛航器移動速度 ，方向朝陸地天線水平入射角 降落，請計算出這時都普勒偏移頻率為何？是否會造成通話語音干擾？（10 分）
附註：餘弦參數 ，光速 。
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核心觀念
陸空通信的傳播方式，主要受頻率、電波波長與傳播路徑影響。VHF、UHF 通常依賴視距傳播；HF 可利用電離層反射或折射進行遠距通信；SATCOM 則透過衛星轉接，提供廣域通信。判斷地域限制時，應分別考慮地形與建築物遮蔽、電離層狀況、衛星涵蓋與天線視野。
各系統傳播特性與地域影響
| 系統 | 空中傳播特性 | 地域限制與影響 | 航空常用頻率範圍 |
|---|---|---|---|
| VHF | 以直線、視距傳播為主，電波通常不會經電離層反射而形成遠距通信。飛機高度愈高，與地面電台的視距距離通常愈遠。 | 山脈、丘陵、建築物等可能遮蔽或削弱訊號；低空飛行時受地形遮蔽較明顯，通信距離也較短。 | 民航陸空語音通信約 118–137 MHz。 |
| UHF | 與 VHF 相同，主要依賴視距傳播；頻率較高、波長較短，對遮蔽與路徑阻擋通常較敏感。 | 山地、建築物及地面障礙物可能造成遮蔽；飛行高度、天線位置及地面電台配置會影響通信涵蓋。 | 航空 UHF 陸空通信約 225–400 MHz，常供軍用航空通信。 |
| HF | 主要利用電離層反射或折射，使電波越過地平線，適合遠距離通信。傳播距離與品質會隨使用頻率、時段、季節、太陽活動及電離層狀況改變。 | 不必維持飛機與地面電台間的直接視距，常用於遠洋或偏遠地區；但電離層吸收、衰落、靜電及無線電干擾可能使通信品質不穩。地形遮蔽通常不像 VHF/UHF 那樣直接限制遠距傳播。 | HF 頻帶為 3–30 MHz；航空通信依用途與配置使用其中部分頻率。 |
| SATCOM | 飛機與衛星、衛星與地面站之間傳遞訊號，透過衛星轉接提供廣域通信；不依靠電離層反射。 | 涵蓋範圍受衛星軌道、波束範圍及衛星仰角影響。機身、機翼或地面地形可能遮住天線視線；極區、高緯度涵蓋與不同衛星系統的服務範圍也可能不同。 | 航空衛星通信使用多個衛星頻帶；常見系統使用 L 頻帶約 1.5–1.6 GHz，部分系統亦使用較高頻帶。SATCOM 沒有單一適用於所有系統的固定頻率範圍。 |
解題方法
可按「傳播路徑—環境限制—頻率範圍」逐項作答：
- VHF/UHF 寫出視距傳播及地形、建築物遮蔽的影響。
- HF 寫出電離層傳播、遠距通信及電離層變化造成的品質差異。
- SATCOM 寫出衛星轉接與涵蓋範圍，並說明仍須考量衛星視線、波束涵蓋及天線遮蔽。
- 頻率範圍要區分「整個無線電頻帶」和「航空實際使用頻率」；例如 VHF 的一般頻帶為 30–300 MHz，航空語音通信則約為 118–137 MHz。
解題技巧
記憶傳播差異可用「V/U 看視線、H 看電離層、SAT 看衛星」：VHF/UHF 受地形與建築物遮蔽；HF 可越過地平線但品質受電離層影響；
第 二 題25 分
飛航設備 TCAS 主要功能為何？又包含哪些組件和各司何種功能？Aircraft Call Signs 提供主要功能為何？內建資訊應包括哪些？
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核心觀念
本題分成兩部分：第一，說明 TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System，飛航交通警報及防撞系統）如何偵測附近航空器並提供防撞提示；第二，說明 Aircraft Call Signs（航空器呼號）如何在飛航通信中識別航空器，以及呼號資料庫應收錄哪些識別資訊。
TCAS 是機載的空中防撞系統，會利用機載詢答器與附近航空器交換資訊，再由電腦追蹤相對位置、高度及接近情形。TCAS II 可提供兩類提示：
- TA（Traffic Advisory，交通警示）：告知飛航組員附近有可能構成威脅的航空器，提示其注意並目視搜尋。
- RA（Resolution Advisory，解脫建議）：提供垂直方向的避讓指示，例如爬升、下降、改變垂直速率或維持高度。裝有 TCAS II 的航空器可協調 RA，避免兩機採取相反的垂直動作。ICAO 對 TCAS 功能的說明
解題方法
回答 TCAS 時，依「偵測與追蹤、判斷威脅、提示飛行員」的運作順序，逐一說明組件及功能。回答 Aircraft Call Signs 時，先交代呼號的識別用途，再列出組成呼號及辨識營運者所需的資料。
一、TCAS 的主要功能與組件
TCAS 的主要功能是監視附近航空器，判斷是否有空中接近或碰撞威脅，並向飛航組員提供交通提示及防撞建議。它是機載系統，能獨立執行空中交通監視與防撞提示；不能取代空中交通管制（ATC）的航管服務或航空器間隔。
| 組件 | 功能 |
|---|---|
| TCAS 電腦（TCAS Computer） | 控制系統運作；處理詢答器回覆及本機高度等資料，追蹤附近航空器，判斷威脅，並產生 TA 或 RA。 |
| 天線（Antennas） | 發送詢問訊號並接收附近航空器的回覆。典型配置包括機身上方的方向性天線，以及機身下方的全向或方向性天線。 |
| Mode S／Mode C 詢答器（Transponder） | 回覆 TCAS 的詢問，提供航空器識別及高度等資料；Mode S 也可支援兩架 TCAS II 航空器間的 RA 協調。 |
| 高度與離散輸入（Altitude and Discrete Inputs） | 氣壓高度、無線電高度及飛機狀態等輸入，供電腦計算垂直相對位置與威脅程度。 |
| 交通顯示器（TA Display） | 顯示附近交通的位置與相對高度，並標示受威脅的航空器。 |
| RA 顯示器（RA Display） | 顯示垂直避讓建議及爬升、下降或維持高度等指示，供飛行員依提示操作。 |
第 三 題25 分
導航定位系統依靠 GPS（Global Positioning System）同步衛星，在極端氣候或因故失去功能或故障，甚至在極帶區域環境限制之下，請提出建議備用系統和解決方案。
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核心觀念
本題考查的是導航系統失效時的備援規劃：航空器不能只依賴 GPS，應以不同原理、不同訊號來源的導航設備互相備援，避免單一故障造成定位與航路指引中斷。
GPS 是衛星無線電導航系統，藉由接收多顆衛星訊號計算位置、速度與時間。它不必然因一般降雨或雲層而失效，但可能受衛星訊號遮蔽、電離層干擾、設備故障、天線問題、蓄意干擾或欺騙訊號影響。極區還有衛星幾何分布、地磁與航向參考等特殊限制，應將其納入航前規劃。
備援方式可依原理分成三類：
- 慣性導航：INS／IRS 使用陀螺儀與加速度計推算位置，不依賴外部衛星訊號；但誤差會隨時間累積，須定期以其他定位來源校正。
- 地面無線電導航：如 VOR、DME、VOR/DME、TACAN、NDB、ILS，可在設備覆蓋範圍及航空器裝備、程序許可下，提供定位、航路或進場指引。
- 其他導航與程序備援：如天文導航、都卜勒導航、航位推算、航圖與目視導航，以及改航、等待或備降等飛航程序。
解題方法
作答宜由「平時備援、故障辨識、失效後處置、極區特殊規劃」四個層次組織，並說明各系統的適用條件與限制。題目沒有指定機型、飛航規則、航路或可用地面導航台，因此以一般航空器的導航安全原則作答；實際執行仍須符合航空器飛航手冊、核准設備能力、航圖與空管許可。
一、平時建立多源導航能力
- 以 INS／IRS 作為不依賴 GPS 的核心備援：起飛前完成校準與定位，飛行中監控其位置與偏差。INS／IRS 可在 GPS 失效後維持導航，但定位誤差會逐步累積，不適合不校正地長時間單獨使用。
- 保留地面導航設備：依航路與設備條件配置並熟悉 VOR、DME、TACAN、NDB 等。VOR/DME 或 DME/DME 可在地面台覆蓋範圍內提供定位；ILS 主要供特定跑道進場使用，不能取代全航程導航。
- 使用多星系 GNSS 或增強系統作為補強：若設備核准、可用且符合飛航程序，可使用其他衛星導航系統或 SBAS、GBAS 等增強服務，提升可用性與完整性。不過，若故障原因是共同的天線、電源、接收機或干擾源，多星系也未必能解決，因此仍須保有非衛星備援。
- 備妥航位推算資料：預先規劃航向、空速、風、預計時間與檢查點，以 INS／IRS 和傳統儀表交叉核對；不得把航位推算誤差當成精確定位。
二、GPS 異常時的處置
- 辨識與交叉確認：注意 GPS 完整性警告、位置跳動、速度或航向不合理，以及 GPS 與 INS／IRS、DME、VOR、航向指示器之間的差異。
第 四 題25 分
（一）飛航通訊，航機端天線設計採用多重接收（multiple reception）或全向性陣列（Omni-array）天線，地面接收站採多站點（spatial diversity）接收，且採雙工接收（duplexer），請說明原因。（15 分）
（二）請就數位調變技術（Digital Modulation）和劃時多工接取（Time division multiple access）較類比系統之優點比較說明，其應用於 VDL Mode 4 信號格式和規範。（10 分）
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核心觀念
本小題考查飛航通訊鏈路的可靠接收與收發共用設備的隔離。航機機體會遮蔽無線電波，飛機與地面間也會因地形、建物或機體反射而產生多重路徑；因此天線與接收站設計須降低訊號衰落、遮蔽和干擾造成的通信中斷。
解題方法
依題目列出的三項設備，分別說明它們處理的問題：
- 航機端的多重接收或全向性陣列，改善航機周圍的涵蓋與遮蔽。
- 地面多站點空間分集，利用不同位置接收到的訊號差異，降低衰落。
- 雙工器提供收發通路的頻率分離與隔離，避免發射訊號損害接收機。
作答說明
1. 航機端多重接收（multiple reception）
機身會遮擋天線與特定方向間的傳播路徑；航機姿態、轉彎或俯仰變化，也會改變天線相對於地面站的方向。若只靠單一接收天線，訊號可能因機體遮蔽或多重路徑相消而大幅衰減。
設置兩個或多個位置不同的天線，並以分集方式接收，可比較各路訊號品質，再選擇較佳訊號或加以合併。由於各天線所處位置與傳播路徑不同，各路訊號通常不會同時落入深衰落，因此可提高接收可用率。
2. 全向性陣列（Omni-array）
航機會相對於地面站改變航向與姿態，通信訊號也可能由不同方位到達。全向性陣列可提供較廣方位的接收涵蓋，降低方向性天線因波束未對準而造成的訊號損失；陣列中的多個天線單元也可提供不同接收路徑，減少機身遮蔽與衰落的影響。
多重接收著重於利用多個接收通路取得分集增益；全向性陣列著重於維持各方位的涵蓋，兩者皆是提升航機端接收可靠度的方法。
3. 地面多站點空間分集（spatial diversity）
地面設置多個彼此分離的接收站，可使各站接收到的訊號具有不同的傳播路徑、遮蔽狀況與衰落特性。系統可依訊號強度、訊噪比或錯誤率選用較佳站點的訊號，或將多站訊號合併。
當某一站受地形遮蔽、局部干擾或多重路徑衰落影響時，其他站仍可能收到良好訊號。多站分集因此能擴大有效涵蓋範圍，並降低單站接收失效導致通信中斷的機率。
4. 雙工器（duplexer）
雙工器是收發共用天線時使用的射頻分波與隔離裝置。它依發射與接收頻率的差異，將發射訊號導向天線、將接收訊號導向接收機，同時抑制發射訊號直接洩漏至接收機。
發射功率通常遠高於接收訊號；若隔離不足，發射訊號會使接收機前端過載，降低靈敏度，甚至造成接收機受損。雙工器可在共用天線的架構下維持收發通路隔離，支援同時或近乎同時的收發操作。其作用是收發分離與隔離，本身不會消除傳播路徑上的多重衰落。
解題技巧
可用「航機端防遮蔽、地面端防衰落、雙工器防收發互擾」記憶三種設計的目的。不要把雙工器誤寫成分集接收設備，也不要把全向性理解成任何方向都完全沒有訊號衰減。
（二）數位調變、TDMA 與 VDL Mode 4
核心觀念
本小題考查數位調變與時分多工接取相較類比系統的優點，以及 VDL Mode 4 如何以 GFSK 數位調變和 STDMA（自組織時分多重接取）傳送資料。VDL Mode 4 可供航機與地面、航機與航機間交換資料；其標準特徵包括 25 kHz 頻道間隔、19.2 kbit/s 位元率，以及以時槽安排傳輸。