航空無線通信士の試験対策：無線工学その19 航法無線装置

飛行機という乗り物が誕生したばかりの頃、パイロットが目的地まで飛行するためには地図と方位磁石をコクピットに持ち込み、地上の景色を自分の目で確認しながら飛行する地文航法というナビゲーションが行われていました。

地文航法は日中の天気が良い時なら問題なく飛ぶことができますが、夜間や悪天候で視界が悪い時は地上の様子が確認できないので、正確に目的地にたどり着くことが非常に難しいですし、自分一人で飛んでいるだけならまだしも、他の飛行機が飛んでいると空中で衝突する危険性も…。

こういった危険性を最小限にするため、当初は灯火による発光信号が導入され、これが次第に音声による航空管制通信に発展していくことになります。

とはいえ航空管制通信で飛行機を誘導しようにも、視界が悪ければ誘導する飛行機を見つけることが出来ないので各種のレーダーが開発され↓

夜間や悪天候、さらには目視可能な距離の外側を飛ぶ飛行機の誘導や、自機の周辺を飛ぶ飛行機の回避が出来るようになりました。

一方で、地上からの誘導に頼らずに自機の位置を確認して進路の維持を行うことも要求されるようになり、そこで考え出されたのが電波の性質を利用した各種の無線航法装置です。

過去には船舶用の航法装置であるLORANやデッカといった施設を航空用に使う時代があったようですが、現在はVOR/DMEやGPSが主流になっているようですね。

今回はこれらの無線航法装置と通信衛星を使用した通信システムについて解説していきます。

VOR（VHF Omni-derectional radio-Range）

VORは超短波（VHF）帯の108～118MHｚの電波を利用した短距離航行用の航法無線装置で、基本的には空港や航空路に設置されています。

飛行機用の電波灯台といったところでしょうかね？

飛行機が離陸したら自由に3次元的な移動が出来ますが、いくら自由に好きな所を飛べるといってもみんなが勝手気ままに飛んでしまうと危なくて仕方がない…。

そこで航空路という飛行機が飛ぶための仮想的な通路が設定されています。

流石に空の上に標識や信号を設置するわけにはいきませんので、飛行機の出発地や目的地となる飛行場や航空路の途中にVORが設置され、パイロットはVORからの電波を頼りに目に見えない仮想的な航空路を飛んでいるわけです。

VORの地上施設は円周上に48基のアルホードアンテナが設置されていて、これらのアンテナから発射された電波を航空機に搭載されたVOR受信機で受信することにより、磁北を0°として時計回りに測定したVOR局からの航空機の方位角を知ることが出来ます。

VORには

の2種類がありますが、現在は殆どがDVORになっているみたいですね。

VORを使う時は航空機に搭載されたVOR受信機でターゲットとなるVOR地上局の周波数を選択する必要がありますが、地上に複数設置されているVOR局を識別できるように、各VOR局には識別信号（コールサイン）が設定されています。

コールサインはアルファベット3文字が指定され、VOR受信機でモールス符号の音声信号として聴取することが可能です。

後述するDMEと併設されることが多く、VORとDMEが併設される場合（VOR/DME）はコールサインの３文字目が“E”になっています。

例えば羽田空港に設置されているVOR/DME（109.400MHz）のコールサインは“HME”（モールス符号：・・・・　－－　・）です。

現在主流となっているDVORは、こんな感じで円形に複数のアンテナが設置された施設です↓

こちらの画像は中部国際空港に設置されているVORをGoogle mapの航空写真で見たものですが、これを模式的に表示するとこうなります↓

VOR局の中心には、正弦波で振幅変調された位相が一定の基準位相信号を発射するキャリアアンテナが設置されています。

キャリアアンテナの周囲に円形に配置された48機のアルホードループアンテナからは基準周波数を30Hzずつ周波数変調して方位によって位相が変化する可変位相信号を全方位に発射しています。

航空機に搭載されているVOR受信機でターゲットとなるVORの周波数（基準位相信号の周波数）を選局すると、VOR受信機はVOR局から発射されている基準位相信号と可変位相信号の位相差を検出してターゲットのVORからの自機の方位角を知ることが出来るわけです。

DMEは二次レーダーの一種で、電波の伝搬速度が一定であるという性質を利用した距離測定装置で、VORと同一の場所に設置されています。

DMEで距離を測定する仕組みを簡単に説明すると

電波の速さは一定ですので、質問信号と応答信号の時間さを測定することにより距離が割り出されるという訳です。

DMEで使用される電波は極超短波（UHF）帯で質問と応答には以下の周波数帯が使用されています。

また、DMEの送受信に使用されているアンテナは

となっています。

ILSは、航空機が悪天候の時でも着陸することが出来るようにするための計器着陸装置で、

滑走路の水平方向の偏りを指示するローカライザー（Localizer）
垂直方向の偏りを指示するグライドパス（Glide Path）（グライドスロープということもある）
滑走路上の着陸地点からの距離を示す
アウターマーカ（outer marker）
ミドルマーカ（middle maker）
インナーマーカ（inner marker）