113 年 國立成功大學民航研究所《民航概論》

核心觀念

本題評量我國《民用航空法》（下稱《民航法》）中兩大核心航空服務業別之法定定義、營運範疇與法制區隔，並要求結合我國航空產業實務現況與當前經營環境進行縱深剖析。

1. 法規定義依據：
   • 民用航空運輸業（《民航法》第 2 條第 11 款）：以航空器直接載運客、貨、郵件，取得報酬之事業。
   • 普通航空業（《民航法》第 2 條第 12 款）：以航空器經營民用航空運輸業以外之商務專機、空中遊覽、勘查、照相、消防、搜尋、救護、吊掛、噴灑、拖曳、引導及其他經核准之飛航業務而受報酬之事業。
2. 產業分析架構：
   • 包含航權配置（Air Rights）、定期與不定期飛航（Scheduled vs. Non-scheduled Operations）、機隊規模、國際航網佈局、ESG 永續轉型與地緣政治韌性。

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解題方法

申論鋪陳採「法規對比 $\rightarrow$ 現況剖析 $\rightarrow$ 挑戰與對策」三段式架構：

1. 比較分析法：以系統化對比表格切入兩者在「法規定義、營運對象、飛航型態、收費與定價管制、資本額與監理門檻」之關鍵差異。
2. 實務現況盤點：分別羅列我國現有業者名單、市場營運模式（如國籍全服務航空、低成本航空；離島緊急醫療後送、空拍測量等）。
3. PESTEL / 產業痛點分析：針對營運成本（燃油與永續航空燃料 SAF）、全球供應鏈延宕、地緣政治、人力短缺與通用航空空域限制進行嚴謹論述。

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申論擬答與詳解

一、民用航空運輸業與普通航空業之營運內容與主要差異

1. 營運內容說明

• 民用航空運輸業（Commercial Air Transport Enterprise）：
  • 客運業務：以定期航班（Scheduled Flights）或包機（Charter Flights）形式，提供不特定公眾跨國（國際線）或國內點對點之旅客輸運服務。
  • 貨運與郵件業務：利用客機腹艙（Belly Cargo）或全貨機（Freighter），提供國際物流、高科技冷鏈、快遞與郵件之定點定期或包機運送。
• 普通航空業（General Aviation Enterprise）：
  • 商務與個人專機：提供企業高階主管或個人點對點客製化私人包機飛航。
  • 緊急醫療與救援（EMS / SAR）：空中救護車、偏遠與離島緊急傷病患後送、海上救援與物資投送。
  • 專業作業飛航（Aerial Work）：空中測量攝影、農林噴灑、電塔/高壓電纜巡檢與吊掛作業、環境監測及空中遊覽等。

2. 主要差異比較表

比較維度	民用航空運輸業	普通航空業
法定核心功能	大眾化客、貨、郵件公共運輸服務	專門作業、特定委託任務或客製化專機
服務對象	不特定社會大眾與一般託運人	特定機關、企業法人或高資產個人合約客戶
飛航模式	以**定期飛航（Scheduled）**為主，不定期包機為輔	一律為**不定期飛航（Non-scheduled）**與專案任務
航權與航線資格	須依雙邊航約（Air Services Agreements）取得航權並獲民航局核配航線	無須國際航權配額，依任務逐案申請飛航計畫與空域許可
法規資本額門檻	資本額門檻極高（新臺幣數億至數十億元以上）	資本額門檻相對較低（新臺幣數千萬元至數億元不等）
運價管制	國內線受主管機關上限管制；國際線須報請備查	屬私法契約委託關係，費率多採市場商業協議定價

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二、我國民用航空運輸業之發展現況與面對的挑戰

1. 發展現況

• 市場結構成熟且雙雄主導：我國國際客貨運市場由中華航空（China Airlines）與長榮航空（EVA Air）主導，星宇航空（S

【核心觀念】

本題出自成大民航所「民航概論」，核心考點為**航空導航與航行管制系統（CNS/ATM）**中的核心技術——儀器降落系統（Instrument Landing System, ILS）。
主要涵蓋觀念如下：

1. ILS 子系統架構與空間調變原理：左右定位儀（Localizer, LOC）、滑降儀（Glide Slope, GS）發射 $90\text{ Hz}$ 與 $150\text{ Hz}$ 調變訊號之差動調變度（Difference in Depth of Modulation, DDM）原理，以及測距儀（DME）/指點標（Marker Beacon）之距離定位。
2. ICAO 儀器進場天氣分類標準（All-Weather Operations）：決斷高（Decision Height, DH）與跑道視程（Runway Visual Range, RVR）在各 CAT（Category I、II、IIIA、IIIB、IIIC）等級的定義與演進標準。
3. 臺灣主要國際機場航電設施運作現況與航行法規：桃園國際機場（RCTP）南北跑道之 ILS 設備等級，以及低能見度作業程序（Low Visibility Procedures, LVP）下的航空器與機組員適航資格限制。

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【解題方法與架構】

本題共分為三個子題，解題切入點如下：

• (a) 題：將 ILS 拆解為「橫向引導（LOC）」、「垂直引導（GS）」與「縱向距離指示（Marker/DME）」三大子單元，並精確點出其載波頻率、波束重疊調變原理（$90\text{ Hz}$ / $150\text{ Hz}$ 振幅平衡與指針偏轉機制），展現研究所答題所需的工程與航電深度。
• (b) 題：採用標準對比表格將 ICAO Annex 10 及 Annex 6 規定的 CAT I、CAT II、CAT IIIA、CAT IIIB、CAT IIIC 之「決斷高（DH）」與「跑道視程（RVR）」整齊列出，並說明其進場指引裝備與自動降落（Autoland）系統要求之本質差異。
• (c) 題：明確指出桃園機場兩條跑道的現役配置等級（CAT II / CAT III 等級現況），並條列說明執行該等級進場時，涉及「航空器裝備」、「飛航組員訓練資格」以及「機場地面設施與低能見度作業限制」之規範。

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【詳解內容】

(a) 儀器降落系統（ILS）之運作原理

儀器降落系統（ILS）為一種精確進場（Precision Approach）無線電導航系統，在航空器進場落地階段提供精準的橫向航道、垂直下滑道以及距跑道頭的距離資訊。系統主要由三大子系統構成：

1. 左右定位儀（Localizer, LOC）—— 提供水平/橫向導引

   • 工作頻率：特高頻（VHF）帶，介於 $108.10\text{ MHz} \sim 111.95\text{ MHz}$（小數點後為奇數頻率）。
   • 天線位置：架設於跑道末端遠端，沿跑道中心線向進場方向發射方向性波束。
   • 運作原理：天線陣列朝進場航道發射兩組輻射重疊的波瓣。面對跑道方向：
     • 航道左側：調變 $90\text{ Hz}$ 音頻訊號為主的波瓣。
     • 航道右側：調變 $150\text{ Hz}$ 音頻訊號為主的波瓣。
     • 航道中心線：兩訊號調變深度相等，即調變度差（Difference in Depth of Modulation, $\text{DDM} = 0$）。
     • 當航空器偏左時，接收到的 $90\text{ Hz}$ 訊號強於 $150\text{ Hz}$，駕駛艙航向指針（Course Deviation Indicator, CDI）向右偏轉，指示飛行員「向右修正」回航道中心。

2. 垂直滑降儀（Glide Slope, GS）—— 提供垂直/仰角導引

   • 工作頻率：超高頻（UHF）帶，介於 $329.15\text{ MHz} \sim 335.00\text{ MHz}$（與 LOC 頻率自動配對）。
   • 天線位置：架設於跑道著陸區（Touchdown Zone）旁約 $120\text{ m} \sim 150\text{ m}$、距跑道頭向內約 $300\text{ m}$ 處。
   • 運作原理：向進場空域發射仰角波束（標準下滑角通常定為 $3^\circ$）：
     • 下滑道上方：主要調變為 $90\text{ Hz}$ 音頻。
     • 下滑道下方：主要調變為 $150\text{ Hz}$ 音頻。
     • 標準下滑道中心：兩訊號調變深度相等（$\text{DDM} = 0$）。
     • 航空器偏高時，$90\text{ Hz}$ 佔優勢，儀表下滑指針向下偏轉；偏低時則指針向上偏轉，導引航機沿 $3^\circ$ 下滑線穩定進場。

3. 距離與定點指示（Distance Information）

   • 指點標（Marker Beacons）：傳統配置於特定距離，工作頻率為 $75\text{ MHz}$：
     • 外指點標（Outer Marker, OM）：距跑道頭約 $3.5 \sim 6$ 海浬，對應截獲下滑道點，藍燈／發出連續「嗒嗒嗒（$400\text{ Hz}$ dash）」聲。
     • 中指點標（Middle Marker, MM）：距跑道頭約 $1,000\text{ m}$（約 CAT I 決斷高點），琥珀色燈／「嗒滴嗒滴（$1,300\text{ Hz}$ dot-dash）」聲。
     • 內指點標（Inner Marker, IM）：距跑道頭約 $75 \sim 450\text{ m}$（CAT II 決斷高點），白燈／連續「滴滴滴（$3,000\text{ Hz}$ dot）」聲。
   • 精密測距儀（ILS/DME）：現代機場多以 DME 搭配 LOC 頻率發射，直接在座艙 PFD 顯示精確連續的跑道距離（海浬 NM），大多取代了傳統 Marker Beacons。

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(b) 各種 CAT 等級之儀器降落系統要求與差異

依據國際民航組織（ICAO Annex 6 / Annex 10）與美國 FAA 規範，精確進場依據氣象條件限制（決斷高 DH 與 跑道視程 RVR）劃分等級。各等級操作限制與技術要求差異如下表：

類別（Category）	決斷高（Decision Height, DH）	跑道視程（Runway Visual Range, RVR）	飛行指引與自動化要求	視覺參考要求
CAT I	$\text{DH} \ge 200\text{ ft}\ (60\text{ m})$	$\text{RVR} \ge 550\text{ m}$（或能見度 $\ge 800\text{ m}$）	支援手動飛行配飛航指引儀（Flight Director, FD）或自動駕駛進場	到達 DH 時，必須能看清進場燈光系統或跑道標誌，方得繼續落地
CAT II	$100\text{ ft} \le \text{DH} < 200\text{ ft}\ (30 \sim 60\text{ m})$	$\text{RVR} \ge 300\text{ m}$（美國標準常為 $350\text{ m} / 1200\text{ ft}$）	必須具備合格之雙重自動駕駛耦合或自動降落系統、雷達高度表（Radio Altimeter）	須看見進場燈光橫排燈（crossbar）或著陸區燈等連續視覺參考

核心觀念

本題的核心觀念為國際民航組織（ICAO）推動的 CNS/ATM（通訊 Communications、導航 Navigation、監視 Surveillance / 航空交通管理 Air Traffic Management）系統架構，特別是衛星科技在各分系統中的具體應用與技術典範轉移。

1. CNS/ATM 定義與架構：
   • C（通訊）：地面管制席位與航機、航機與航機間之數據與語音傳遞。
   • N（導航）：航機確定自身位置並沿著規劃航路飛行之能力。
   • S（監視）：空中交通管制（ATC）單位即時掌握航機三維位置與識別資訊之手段。
   • ATM（航管）：包含空域管理（ASM）、空中交通流量管理（ATFM）及空中交通管制服務（ATS）。
2. 衛星技術核心子系統：
   • 通訊：通信衛星（如 Inmarsat、Iridium 等低軌/高軌衛星），支援語音與控制器-駕駛員數據鏈通訊（CPDLC）。
   • 導航：全球導航衛星系統（GNSS，如 GPS、Galileo 等）及其增強系統（SBAS/GBAS），支援以性能為基礎的導航（PBN, Performance-Based Navigation）。
   • 監視：廣播式自動回報監視（ADS-B），特別是天基 ADS-B（Space-based ADS-B）。

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解題方法

本題配分高達 30%，回答架構應分為三大主軸：

1. CNS 各領域中衛星系統的具體功用與助益：分項逐一解析 Satellite 在 C、N、S 扮演的角色與技術機制。
2. 衛星導入前後之 CNS/ATM 變革對比：採用「傳統地面基底（Ground-based）」與「現代衛星基底（Satellite-based）」的對照維度，剖析對 ATM 運作效率、安全間距與容量的影響。
3. ATM 總體層面的根本改變：說明 CNS 技術演進如何推動航行架構從「航路受限」轉向「自由飛行（Free Flight）與四維軌跡（4D Trajectory）」。

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詳細擬答

一、 現代 CNS/ATM 中各種衛星系統的功用與助益

1. 通訊系統（Communications, C）

• 具體功用：
  • 衛星數據鏈通訊（CPDLC via SATCOM）：透過地球同步軌道（GEO）或低軌道（LEO）通訊衛星，將航管許可、航況報告、氣象資訊等轉為文字數據鏈（Data Link）傳輸。
  • 衛星安全語音（SATVOICE）：在遠程洋區提供高品質、低延遲的備用/緊急安全等級語音對話。
• 助益：
  • 突破視距與地形限制：解決傳統高頻（HF）易受電離層干擾、音質不佳及超高頻（VHF）僅具視距（Line-of-Sight）傳播之限制。
  • 減少語音溝通失誤：數據鏈大幅降低航管與機師因口音、無線電雜音或覆誦錯誤造成的誤解（Readback/Hearback errors）。

2. 導航系統（Navigation, N）

• 具體功用：
  • GNSS（GPS / Galileo / GLONASS / BeiDou）核心定位：提供航機全球覆蓋、高精準度之三維位置、速度與授時（PVT）數據。
  • 衛星增強系統（SBAS，如 WAAS、EGNOS、MSAS）：由地球同步衛星發播電離層延遲與衛星軌道修正值，並提供完整性警示（Integrity）。
  • 支援性能基礎導航（PBN）：實現 RNAV（區域導航）與 RNP（所需導航性能），提供具備垂直指引的儀器進場程序（LPV / APV）。
• 助益：
  • 解除地面導航台束縛：航機不必再沿著傳統 VOR/DME 等台站「之」字形飛行，能飛航大圓航線或任意直飛航路，縮短航程與耗油。
  • 提升跑道進場可達性：無須在機場地面昂貴建置並維護儀器降落系統（ILS），僅需 GNSS/SBAS 即可執行等同精確進場標準之程序。

3. 監視系統（Surveillance, S）

• 具體功用：
  • 廣播式自動回報監視（ADS-B Out）：航機依據機載 GNSS 接收器導出之高精度經緯度、高度與速度，透過 1090 MHz 頻段向外主動廣播。

核心觀念

本題考查現代民用航空器的航電與導航工程體系架構，涵蓋三大核心技術領域：

1. 導航系統分類與定位原理：
   • 地基導航（Ground-based Navigation）：甚高頻全向信標（VOR）、測距儀（DME）、儀器降落系統（ILS）。
   • 自主導航（Self-contained / Autonomous Navigation）：慣性導航系統（INS / IRS）。
   • 空基／星基導航（Satellite-based Navigation）：全球導航衛星系統（GNSS，如 GPS、Galileo 等）。
2. 幾何與物理量測原理：
   • 相位差測角（Phase difference for Bearing）
   • 脈衝雙向往返傳播時間測距（Two-way propagation time-of-flight for Range）
   • 牛頓力學二階積分（Kinematic integration of acceleration via Gyroscopes & Accelerometers）
   • 偽距三維交會定位（Pseudorange trilateration & Time bias resolution）
3. 多感測器資料融合（Sensor Data Fusion）：
   • 飛行管理電腦（FMC）利用**卡爾曼濾波器（Kalman Filter）**進行多感測器加權融合，取得具高精度與高自主性的現代航行定位解。

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解題方法

本題為問答題，切入點應按題目三大子題依序鋪陳：

• (a) 系統枚舉：清晰歸納目前航線上運作之三大支柱（地基無線電、慣性基準、衛星導航）。
• (b) 原理闡述：深入幾何交會與物理感測層次，精準寫出相位測向、雙向測距、牛頓力學積分及衛星測距交會方程式。
• (c) 優缺點比較與最佳解：以對比列表剖析各系統之短長處（如漂移率、遮蔽盲區、信號干擾脆性），並核心說明現代民航機如何藉由飛行管理系統（FMS）中的卡爾曼多感測器融合演算法，輸出兼具短期平滑穩定與長期無偏漂移的「最佳估計位置」（Best Estimated Position, FMS Position）。

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試題詳解

(a) 目前民航機上的主要導航系統

現代噴射客機（如 Boeing 787、Airbus A350）主要配備以下三類導航系統：

1. 地基無線電導航系統（Ground-Based Radio Navigation Systems）：
   • VOR（VHF Omnidirectional Range）：甚高頻全向信標。
   • DME（Distance Measuring Equipment）：超高頻（UHF）測距儀。
   • ILS（Instrument Landing System）：終端進場用之儀器降落系統（含 Localizer 與 Glide Slope）。
2. 自給式慣性導航／基準系統（Inertial Navigation / Reference System, INS / IRS）：
   • 目前皆採用結合光纖陀螺儀（FOG）或環形雷射陀螺儀（RLG）之慣性基準系統（Air Data and Inertial Reference System, ADIRS / ADIRU）。
3. 全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System, GNSS）：
   • 以美國 GPS 為主體，並整合廣域增強系統（WAAS / SBAS）、GBAS（地基增強系統），以及兼融歐洲 Galileo 等多星系導航接收機。

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(b) 各主要導航系統之導航原理

1. 地基無線電導航系統

• VOR：
  • 原理（相位比較法）：地面發射臺同時發送一個 $30\text{ Hz}$ 全向等相位參考訊號（Reference Signal）與一個 $30\text{ Hz}$ 旋轉定向可變相位訊號（Variable Signal）。機載接收機量測兩訊號之相位差 $\Delta \phi$： $$\text{Radial (Bearing } \theta) = \Delta \phi = \phi_{\text{variable}} - \phi_{\text{ref}}$$ 直接解出航機相對於磁北（Magnetic North）之徑向方位角（Radial）。
• DME：
  • 原理（二次雷達雙向時間延遲測距）：機載發射機（Interrogator）發射成對脈衝詢問訊號，地面詢答臺（Transponder）延遲固定時間 $\Delta t_{\text{delay}} = 50\ \mu\text{s}$ 後發回應答脈衝。機載設備量測總往返時間 $\Delta t_{\text{round-trip}}$，計算機身至地面臺之傾斜距離（Slant Range, $R$）： $$R = \frac{c \cdot (\Delta t_{\text{round-trip}} - \Delta t_{\text{delay}})}{2}$$ 其中 $c$ 為光速。
• VOR/DME 與 DME/DME 定位：
  • 極座標法（$\rho\text{-}\theta$）：利用單一 VOR/DME 臺的方位角 $\theta$ 與斜距 $R$ 決定航機水平位置。
  • 雙距交會法（$\rho\text{-}\rho$）：利用兩座不同位置之 DME 臺量測距離，作雙圓交會解出位置（DME/DME 精度通常顯著高於 VOR/DME）。

2. 慣性導航系統（INS / IRS）

• 原理（牛頓力學慣性積分）：
  • 不依賴任何機外訊號，利用三個正交的加速度計（Accelerometers）量測三軸比力（Specific Force, $\mathbf{a}$），配合三個正交的雷射陀螺儀（Gyroscopes）量測航向與姿態角速率（$\boldsymbol{\omega}$），並利用微處理器進行重力補償與座標系轉換（至地平座標系）： $$\mathbf{v}(t) = \mathbf{v}_0 + \int_{0}^{t} (\mathbf{a}(t) - \mathbf{g} - 2\boldsymbol{\Omega} \times \mathbf{v}) \, dt$$ $$\mathbf{p}(t) = \mathbf{p}_0 + \int_{0}^{t} \mathbf{v}(t) \, dt$$
  • 自初始已知位置 $\mathbf{p}_0$ 與速度 $\mathbf{v}_0$ 出發，經過兩次時間積分推算目前航機之瞬時速度與位置（Dead Reckoning）。

3. 全球導航衛星系統（GNSS / GPS）

• 原理（飛行時間單向測距三維空間交會）：
  • 衛星廣播精確星曆（Ephemeris）及原子鐘時間戳記。