航行學　申論題歷屆試題與參考架構

依據我國飛航規則，請說明儀器飛航之最低飛航高度規定為何？（25 分）

（25 分）

請說明管制飛航之航空器如發現有異於其現行飛航計畫時，應採取之措施有那些？（25 分）

（25 分）

關於直昇機的操作，請解釋說明以下名詞：直昇機機場最低飛航限度、起飛臨界點、降落臨界點、起飛決定點、降落決定點。（25 分）

（25 分）

請說明直昇機依儀器飛航規則飛航且需備用機場者，其應攜帶油量之規定為何？（25 分）

（25 分）

請回答下列問題：（每小題 10 分，共 40 分）

（一）何謂等密度面（Isopycnic surfaces）？當飛機平飛（Level flight）遇到氣溫上升時，飛機航高會自動產生何種變化並說明原因。

（二）請問下列二種航向如何定義：磁航向（Magnetic heading）、羅盤航向（Compass heading）。

（三） 請 問 側 風 修 正 角 （ Drift Angle, DA ） 如 何 定 義 ？ 請 問 飛 行 軌 跡（Trajectory of aircraft）如何定義？

（四）請說明目前 ICAO 所規範的 RNAV 10 及 B-RNAV 精度定義各為何？

（40 分）

一飛機在備用油料策略下，已知下列條件：等待航線：20 分鐘備降場飛行：25 分鐘最低落地油量：800 公斤總需油量為：4400 公斤平均油耗為每小時 1800 公斤請計算預定飛行時間。（10 分）

（10 分）

某航機於 10,000 呎高度，以 240 節真空速飛行，風速為 40 節，風向為030°。若航機真航向為 180°，試求： （每小題 10 分，共 20 分）

（一）地速（Ground Speed）

（二）側風修正角（Drift Angle）

（20 分）

飛機自 A 點（座標：N2500.0 , E12130.0 ）飛往 B 點（座標：N2420.0 , E12050.0 ）。若地磁偏差為偏東 3°，無風，請問：

（一）大圓航向（Initial Great Circle Track）為何？（15 分）

（二）磁航向為何？（5 分）

（三）航程（以海浬計）為何？（10 分）

（30 分）

請說明無線電高度計（Radio Altimeter）的載波頻率、工作原理及操作範圍等。（20 分）

（20 分）

請說明飛機靜止狀態時慣性導航系統推估飛機所在緯度的方法，並進一步說明環狀雷射陀螺儀（Ring Laser Gyroscope）的工作原理。（20 分）

（20 分）

請說明導航總系統誤差（Total System Error）的主要組成，並進一步說明滿足 RNAV-1 區域航行作業的導航系統誤差範圍及合乎需求的機載導航設備組成。 （20 分）

（20 分）

請分別說明磁羅盤與全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System, GNSS）提供航向資訊的原理，並進一步說明其差異。（20 分）

（20 分）

GPS 衛星定位系統是全球導航衛星系統（GNSS）的一種，請說明 GPS衛星定位系統民用服務所使用的無線電載波頻率、調變方式、訊號內容及非人為干擾下的定位誤差來源，並進一步說明差分（DGPS）定位技術可降低何種誤差？（20 分）

（20 分）

試述氣壓式高度計之工作原理，另說明有那些其他類型之高度計及其原理？（20分）

（20 分）

說明各式無線電導航系統（Radio Navigation System），包含陸基（Ground- based）與星基（Space-based）兩類系統之工作原理與特性。 （20分）

（20 分）

現今主要之全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System, GNSS）包含那些？並說明各衛星系統之基本組成與特性。（20分）

（20 分）

慣性導航系統（Inertial Navigation System, INS）受到航空導航廣泛應用，試說明：（每小題10分，共20分）

（一）該系統是依據何原理所設計？系統之組成主要包含那些感測裝置？

（二）該系統具有那些優缺點？此外，常採用何種方式以克服其先天存在之缺點。

（20 分）

飛行管理系統（Flight Management System, FMS）之系統組成及任務包含那些？（20分）

（20 分）

請分別說明飛行器同時具備 VOR 導航系統與衛星導航系統時所獲得航向資訊差異及其原因。（20 分）

（20 分）

一飛行器同時具備無線電高度計、慣性導航系統、氣壓高度計與衛星導航系統，請說明該飛行器於一萬英呎巡航飛行階段時，應參考何種系統的高度資訊進行飛行，並請針對其他系統高度資訊不採用的原因進行說明。（20 分）

（20 分）

慣 性 導 航 系 統 開 機 後 至 導 航 功 能 正 式 運 作 前 須 進 行 初 始 化（Initialization），亦即所謂校準（alignment）的程序，請說明可由系統自主完成的兩項校準工作內容，說明應包括使用何種感測元件進行何種導航資訊的測定。（20 分）

（20 分）

請說明衛星導航系統定位誤差來源中，與衛星或接收機本體性能無關的誤差來源有那些。現代所謂差分式全球定位系統（DGPS）技術或 LAAS、WAAS、EGNOS 等各類擴增系統用於消除其中何者的誤差？（20 分）

（20 分）

請說明區域航行（RNAV）中 RNAV-2 程序主要基於何種導航設備？此程序對於機載導航系統的精度（Accuracy）需求為何？（20 分）

（20 分）

請說明崁入式全球慣性導航定位系統（EGI，Embedded GPS/INS）的主要組成單元及功能。（25 分）

（25 分）

請說明雷達高度表與氣壓高度表的工作原理與不同。（25 分）

（25 分）

衛星定位系統至少需要收到四顆衛星訊號才能定位，請問如果只收到一顆衛星訊號所顯現的位置訊息是什麼？兩顆呢？三顆呢？為何需要第四顆衛星訊號？若收到超過四顆以上的衛星訊號應如何處理？（25 分）

（25 分）

請說明影響雷達性能的因素。（25 分）

（25 分）

請回答下列各小題。 （每小題4分，共40分）

（一）真北與磁北之夾角稱為？

（二）全球定位系統（Global Positioning System, GPS）之工作原理以及特性為何？

（三）氣動式空速錶可提供何種資訊？

（四）飛機F/D（flight director），A/P（autopilot）系統姿態資料來自於何處？

（五）當一航空器在晴空萬里且地障平坦之5000呎上空時，VHF無線電通話範圍大約為多遠？

（六）羅盤卡（compass card）顯示於何儀表？

（七）飛機VOR/LOC偏航（deviation bar）顯示於何儀表？

（八）測量地圖距離時，緯度之每一分之距離為多少？

（九）ACARS之英文全名為何？

（十）RVR之英文全名為何？

（40 分）

何謂慣性導航系統（Inertial Navigation System, INS）？請說明其工作原理以及優缺點。此外，又可採用何種技術以克服其先天之缺點？（20分）

（20 分）

請說明固態壓力感測器（Solid State Sensor）的作用原理，並以一解剖圖敘述之。（20分）

（20 分）

請說明初級搜索雷達（Primary Surveillance Radar, PSR）及次級搜索雷達（Secondary Surveillance Radar, SSR）此兩種航管雷達系統及其運作方式。（20分）

（20 分）

請回答下列問題：（每小題 5 分，共 40 分）

（一）直昇機一目視飛行規則在 E 類空域飛行之飛行高度限制為何？

（二）機場的高度指的是什麼？

（三）飛機裝置 VOR and TACAN，請問可以由 VORTAC 獲得那些訊息？

（四）航圖上標示的航路 VOR 的方位與 GPS 顯示的有少許的不同，請問為何？

（五）最後接近點（the final approach fix（FAF/FAP））指的是什麼？

（六） VOR 的頻率範圍為何？

（七）飛機飛行高度 6000 呎，從 TACAN 站量得距離 40 海里，請問實際距離地面 TACAN 站有多遠？

（八） GPS 使用的地球模型為何？

（40 分）

請說明儀器降落系統（instrument landing system, ILS）功能及工作原理。（20 分）

（20 分）

請說明目視進場滑降指示器（visual approach slope indicator, VASI）。（20 分）

（20 分）

請說明測距儀（distance measuring equipment, DME）的工作原理及安置的目的。（20 分）

（20 分）

請回答下列問題：（每小題 4 分，共 60 分）

（一）何謂 CNS/ATM？

（二）真航跡（true course）與真航向（true heading）間之夾角名稱為何？

（三）慣性導航系統（Inertia Navigation System, INS）是依據何原理或定律所設計？

（四）慣性導航系統之優點包含那些？

（五）GPS 和 INS 是目前世界上應用最為廣泛的導航方法，由於二者之間存在著較強的互補性，說明將兩者整合有何優點。

（六）飛機俯仰角（pitch）與滾轉角（roll）姿態資料來自於何處？

（七）飛機俯仰角與滾轉角姿態顯示於何儀表？

（八）極高頻多向導航系統 VOR 天線位於何處？

（九）飛航導航信標系統（marker beacon system）天線位於何處？

（十）何謂馬赫數（Mach number）？試說明 GPS 之 GDOP。強制位置報告點顯示於航路圖上為何種記號？指示空速（IAS）經由何種因素修正後可得到真空速（TAS）？依據 FAA 規定，航機之真空速改變超過多少時，必須向航管報告？某機平均耗油每小時 2,400 公斤，航程時間 35 分鐘，另加 30 分鐘待命油量以及30 分鐘備降場油量，且最後落地時須有存油 1,200 公斤，則應加多少油？

（60 分）

全球定位系統（Global Positioning System）之組成包含三大部分，亦即太空部分、地面部分、使用者部分，試就各部分之任務說明之，並說明其定位原理。（20 分）

（20 分）

試述信標台（Marker Beacon）之架構與工作原理。（20 分）

（20 分）

回答下列問題：（每小題 10 分，共 30 分）

（一）請說明磁差（magnetic variation or magnetic declination）。

（二） 設 臺 灣 地 區 的 磁 差 為 偏 西 四 度 ， 若 由 後 龍 (243335.3N, 1204349.4E) 向 新 港(230807N, 1201222.3E)飛行，磁航向應為多少？

（三）影響磁航向除了上述的磁差外，還有那個因素？請說明如何修正這個因素。

（30 分）

（一）ICAO 目前認定的兩種全球衛星導航系統（GNSS, Global Navigation Satellite System）為何？（5 分）

（二）GNSS 除了提供定位（positioning）及導航（navigation）的功能外，ICAO 也同時定義了第三種功能，請問是何種功能？（5 分）

（三）請說明 GNSS 如何提供這第三種功能？（10 分）

（20 分）

請說明性能導航（PBN, Performance-Based Navigation）的意義。（20 分）

（20 分）

GNSS 的信號受到大氣的影響及其他因素的影響會影響定位精度，可以用一些方法改善精度，請說明。（10 分）

（10 分）

請列出兩種陸基的助航系統，並說明他們的原理及如何應用於導航。（20 分）

（20 分）

有一直升機以水平速度做直線飛行，時間與速度記錄如下表：時間 速度 位置座標t V 0 t V t V

（一）請以「推算法」（dead reckoning）推算在時間t 與t 之位置座標。（10 分）

（二）以這種方法推算位置，有何優點？有何缺點？有何改進方法？（10 分）

（20 分）

直升機以都卜勒雷達（Doppler radar）導航，有那些主要的優點？請說明。（20 分）

（20 分）

將「慣性導航系統（INS）」與「都卜勒雷達（Doppler radar）」結合用以導航，有甚麼優點？請說明其理由。（20 分）

（20 分）

「全球定位系統（GPS）」對於高度的定位是否與經緯度的定位有相同程度的凖確性？請以 GPS 定位原理說明其理由。（20 分）

（20 分）

何謂碰撞路線（collision course）？兩飛機以相同之高度飛行，在甚麼狀況下會碰撞？請以簡單圖形包含兩機之位置、速度、航向等說明之。 （20 分）

（20 分）

何謂大圓（Great Circle）？若已知兩點間的圓弧角（α）與兩點的經緯度（λ1,δ1; λ2, δ2）關係為 cos α = cos δ1 cos δ 2 cos(λ2 − λ1 ) + sin δ1 sin δ 2 ，設臺北與太平島的經度及緯度分別為 121°30'E, 25°03'N；114°02'E, 10°22'N，則連結臺北與太平島的大圓距離為何？（提示：一海浬（nautical mile）等於地球圓心角弧分（arc min.）在地球表面的長度）（15 分）

（15 分）

WGS84（World Geodetic System 1984）是為 GPS 使用而建立的坐標系統，大地基準面（datum）假設為一個橢球體（ellipsoid），請問何謂橢球體？而這個橢球體的長軸及短軸分別為多少？（10 分）

（10 分）

下圖為臺北飛航情報區航路圖中的圖例（legend），請寫出其代表意義。（10 分）

（10 分）

列出臺北飛航情報區 C2 目視走廊左右範圍及報告點。（15 分）

（15 分）

何謂密度高度（Density altitude）？壓力高度（Pressure altitude）？當密度高度較壓力高度為高時，大氣的狀況是如何？對於飛行器的性能的影響？（20 分）

（20 分）

若指示空速（Indicated airspeed）已經過位置誤差及壓縮性修正，也就是說假設指示空速等於等效空速（Equivalent airspeed），請問要再修正那一項才能得到真實空速（True airspeed）？（10 分）

（10 分）

已知：風向東風，風速 20 節，目的距離 240 海浬，真航線 310 度，真實空速 100 節，求航程所需時間。（15 分）

（15 分）

我們可以利用太陽的位置及手錶來求得大略的方向：將手錶水平擺放，並將時針對向太陽的方向，此時，畫條直線平分時針與十二點所夾的角度。請問這條直線能告訴我們那些方位的資訊？（5 分）

（5 分）

說明臺北飛航情報區 A 類及 B 類空域。（10 分）

（10 分）

飛航在臺北飛航情報區 B 類空域內，不論是儀器飛航或是目視飛航，其空速限制為何？（10 分）

（10 分）

列出臺北飛航情報區 W4 航路的重要導航點（VOR / DME / VORTAC）。（10 分）

（10 分）

請說明性能導航（Performance-based Navigation, PBN）與 RNAV（Area Navigation）的不同。（20 分）

（20 分）

臺北飛航情報區目前有三條區域航行（RNAV）航路，其中 M646 標識為 RNP 10，請問這條航路標識的意義為何？（10 分）

（10 分）

慣性導航儀的垂直向地表的位置誤差會發散，請說明其原因。（20 分）

（20 分）

GPS 是屬於導航系統中的定位系統（Positioning System），這種定位系統跟飛行器飛行的歷程無關，故定位誤差不會累積，試說明其原因。（20 分）

（20 分）

請回答下列問題：（每小題 5 分，共 60 分）

（一）飛機飛向低壓區，保持指示高度不變，實際飛機飛行高度上升或下降？

（二）定義 PSR（Point of Safe Return）。

（三）以磁航向 276°飛向某一 VOR 台，OBS 置於 276°，而 CDI 指示在右方，表示為何？

（四）當飛機對正電台飛行，為保持無線電羅盤指針不動，但磁羅盤之度數不斷增加，表示為何？

（五）微波降落系統的信號水平涵蓋距離為多遠？

（六）一飛機在高高度（指大氣層外）由北極向南飛，則該飛機之軌跡投射到地表的軌跡相對於子午線向西偏或向東偏？

（七）在一等速往南駛之火車上裝一加速器，則該加速器將感應到多大的加速度？

（八）國際標準大氣意即在海平面，溫度為攝氏+15℃，標準大氣壓力多少？

（九）相當空速（EAS）經密度修正後稱為？

（十）地球表面兩點間最短的距離稱為大圓（Great circle），沿著大圓飛行的軌跡，除了最短距離外，其特點為何？在標準大氣下，由海平面到 30,000 呎，音速隨著高度增加而降低，原因為何？使用全球定位系統（GPS）欲同時得到位置及時間至少需幾顆衛星？

（60 分）

計算題：（每小題 5 分，共 40 分）

（一）沿航向 038°飛航測得偏流為 4°右，轉向 113 度再測得偏流為 1°左，設飛機之真空速為 143 浬/時，求風向風速。

（二）從 A 點到 B 點已知其距離為 260 浬，航線 060°，飛航若干分鐘後，發覺已偏出航線右方 10 浬，此時距 A 點 110 浬，則到 B 點之航向為何？

（三）已知馬赫數為 0.76，當時飛行高度之指示溫度為負 25℃，其真空速為何？

（四）已知某機磁航向為 333°，已飛距離 333 浬，發現偏右 33 浬，至目的地尚餘 415浬，求經偏航修正後至目的地之準確磁航向為何？

（五）飛機在 18000 呎平飛，每小時 300 浬的地速，如飛行 30 浬下降至地面，正常平均每分鐘應保持多少呎下降率？

（六）五邊進場地速 180 浬/時，下滑道 3 度，正確下降率應為何？

（七）進場地速為 150 kts，欲依標準的三度下滑道進場，則下降率該維持何值？

（八）假設 A 為風向與跑道方向之夾角，要如何計算側風分量（CWC）？

（40 分）