第 一 題

「CNS/ATM」指國際民航組織（ICAO）推動的新一代「通訊、導航、監視 / 空中交通管理」系統。其特徵與核心架構包含： (1) 通訊（Communication）：利用數位數據鏈路（Data Link）與衛星通訊，取代傳統類比語音，提升地空與空空資訊交換之可靠度與效率。 (2) 導航（Navigation）：以全球導航衛星系統（GNSS）為核心，結合機載慣性導航系統（INS）等感測器融合技術，提供精確的區域導航（RNAV）與所需導航性能（RNP），擺脫對傳統地面導航臺的依賴。

真航跡（True Course, TC）與真航向（True Heading, TH）間之夾角名稱為「偏航角」（Drift Angle）。 特徵包含： (1) 物理意義：表示載具受側風（Wind）或洋流（Current）等外界環境影響，導致實際對地運動方向（航跡）偏離載具縱軸指向（航向）的角度。

【破題】 慣性導航系統（INS）主要奠基於「牛頓運動定律」以及「推算定位（Dead Reckoning）」之物理與數學積分原理。 【論述】

【破題】 慣性導航系統（INS）是一種基於牛頓運動定律的自主式推算定位系統（Dead Reckoning），透過測量載具的加速度與角速度來積分推算位置與姿態。 【論述】

【破題】 GPS 與 INS 的整合（GPS/INS 組合導航系統）是航太感測器融合（Sensor Fusion）的經典應用，其核心在於利用兩者在頻域與時域上截然不同的誤差特性，達成完美的優勢互補。 【論述】

【破題】飛機的俯仰角（Pitch）與滾轉角（Roll）姿態資料，主要來自於「慣性基準系統（IRS/INS）」或「姿態與航向參考系統（AHRS）」。 【論述】 一、核心感測器來源

飛機的俯仰角（Pitch）與滾轉角（Roll）姿態主要顯示於「姿態儀（Attitude Indicator, AI）」（早期亦稱人工地平儀 Artificial Horizon）。 在現代配備玻璃座艙（Glass Cockpit）的飛機中，此資訊則整合顯示於「主飛行顯示器（Primary Flight Display, PFD）」的中央姿態區域。其背後作動原理仰賴傳統陀螺儀的空間剛性特性，或現代的姿態航向參考系統（AHRS）結合慣性感測器融合技術，以提供飛機相對於地球真地平線的即時空間姿態。

極高頻多向導航系統（VOR）天線配置依據極高頻（VHF）「視距傳播（Line of Sight）」的物理特性，可分為「機載端」與「地面端」： (1) 機載天線：為避免機身金屬結構遮蔽或反射造成多路徑干擾（Multipath interference），機載 VOR 天線通常安裝於航空器的最高處，最常見的位置為「垂直尾翼（Vertical Stabilizer）的頂部或兩側」（常呈 V 字型偶極天線設計），或是機身後上方。 (2) 地面台天線：建置於機場周邊或航路節點的平坦開闊地或高點，通常為圓柱或圓錐形建築頂部之天線陣列（如都卜勒 VOR 圓形天線陣），以確保 360 度全向性輻射場型（Radiation pattern）不受地形阻擋。

飛航導航信標系統（marker beacon system）的接收天線位於飛機的機腹（飛機底部 / 下機身）。 【原理解析與實務設計】

1. 運作幾何原理：在儀器降落系統（ILS）中，地面的信標台會以 75 MHz 的頻率向「正上方」發射垂直的錐形（cone-shaped）無線電波。當飛機飛越該區域上方時，必須依賴安裝於機腹、電波接收範圍朝下的天線來攔截此向上發射的波束，藉此觸發駕駛艙內的燈號與音響提示，提供精確的距離參考點（如外信標 Outer Marker、中信標 Middle Marker 等）。

「馬赫數（Mach number）」指飛行體在介質中的相對速度（V）與該介質（通常為空氣）中當地音速（a）之比值，數學公式為 M = V / a。其特徵包含：(1) 為一無因次量（dimensionless quantity）；(2) 當地音速會隨大氣溫度而改變，故馬赫數並非絕對速度，而是會隨高度與環境溫度變化的相對指標；(3) 物理上為衡量流體壓縮性效應（compressibility effects）的關鍵參數。實務應用為依據馬赫數劃分飛行狀態，如次音速（M < 0.8）、穿音速（0.8 ≤ M ≤ 1.2）、超音速（1.2 < M < 5）及極音速（M ≥ 5），幫助航太工程師與導航系統評估音障（sound barrier）造成的震波阻力劇增及氣動力加熱效應，以利進行飛行控制與導航補償。