航空通信

航空通信の概要

 航空機が安全にそして効率よく航行するためには、航空機と地上との連絡、航空機の位置・高度や飛行方向の把握、航空路や目的空港の気象状況等を把握することが必要です。

 航空通信は、近距離の通信用として主にVHF帯が、洋上を航行する航空機との遠距離通信用としてHF帯及び衛星系の周波数の電波が使われています。

 

航空通信の分類

航空通信 通信 航空交通管制通信 航空機を管制するために管制機関と航空機との間で行う通信
運航管理通信 航空機の運航管理を行うために航空会社等と航空機との間で行う通信
飛行援助通信 航空機の飛行を援助するために飛行場設置者や管理者などが開設した航空局と航空機局との間で行う通信
航空業務通信 航空会社等が空港内で行う業務用通信
航法 航空機が自機の位置や目標地までの距離を得るための通信
監視 管制機関が航空機の識別や位置を得るための通信

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 また、ICAO(国際民間航空機関)では、通信(Communication)、航法(Navigation)及び監視(Surveillance)にそれぞれ、静止衛星による航空移動衛星通信(AMSS)、全地球的航法衛星システム(GNSS)及び自動従属監視(ADS)などの新技術を導入した航空交通管理(ATM)の実現を目指しています。現在、我が国ではその頭文字を取った新CNS/ATM構想を踏まえた航空保安システムの構築が進められています。

 

航空交通管制通信

 航空機は、飛行場を離陸して目的の飛行場に着陸するまでの間、常時管制機関の管制のもとに航行しています。

 離陸、着陸の許可、飛行高度・飛行間隔の指示、気象情報の提供等、管制機関がその航空機の状態を監視しながら管制をしています。

離陸・巡航・着陸

 航空機の離陸から着陸までの航空管制通信の代表的な例を図に示します。

航空管制通信の代表的な例図 

 

 航空交通管制は、飛行場空域と航空路(自動車が走行する道路にあたる。)を担当する管制空域とに分かれています。

 飛行場空域を担当する管制官は、目視やレーダ、音声通信によって航空機の状態等を監視しながら離陸の許可をし、航空機を飛行場管制空域から目的の航空路まで安全に誘導します。

 ここで、飛行場空域を担当する管制官から航空路を担当する管制官に管制が引き継がれ、航空路を担当する管制官は、目的の飛行場まで航空機を安全に誘導します。日本の航空路を担当する管制空域は、札幌、東京、福岡、那覇の4つの管制部に分けられており、それぞれの管制部が、担当する空域の航空路上を航行する航空機を管制しています。

管制空域図

 航空機が目的の飛行場管制空域に進入すると、航空路管制からその飛行場空域を担当する管制官に移管し、飛行場の状態等を見ながら、着陸の許可を出し航空機が安全に着陸できるように誘導します。

 

航空機着陸システム

 航空機が飛行場に着陸する際に、航空機を安全に滑走路上に誘導するには音声とレーダによって誘導するものと計器着陸があります。

 ここでは、計器着陸の概要を紹介します。

 計器着陸は、ILS(Instrument Landing System)と言い、航空機は操縦室内の指示器に従って着陸することができ、空港が雨や濃霧等で視界が悪い場合でも安全に着陸できます。

 ILSは、地上のローカライザー、グライドパス、マーカービーコン(又はDME)と機上のILS受信装置から構成されています。

 ローカライザーは、滑走路の中心線の延長線上を指示するもので、航空機は指示器によって航空機の左右の偏りを修正します。

  グライドパスは、滑走路の着陸地点に着陸するための航空機の適正な降下角度を指示するもので、航空機は指示器によって進入角度を修正します。

 マーカービーコンは、滑走路の手前に一定間隔で2ないし3ヶ所配置され、操縦室内の表示灯及び可聴周波数により着陸地点までの距離を示します。

 また、DME(距離測定装置)が設置されている空港の場合は、連続的に着陸地点までの距離を測定し、より安全に計器着陸することができます。

 <<ILSの構成図>>

ILSの構成図

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航法システム 《航空機の道しるべ》

 航空機が航行する上空には何の目標物も有りませんので、そのままでは航空機は目をつぶって飛んでいるようなものです。

 自機がどこに居るのか、目的地の方向はどちらかの情報を得るためのシステムが航法システムです。

位置・距離情報を得るシステム

 このシステムには、VOR(ブイオーアール)、DME(ディーエムイー)、 TACAN(タカン)があり、これらが全国の航空路や空港に設置され航空機の航行を支援しています。 

 また、近年では、RNAV(アールナビ)方式が採用され、VOR、DME、TACANなどの航行支援施設からの距離・方位、又は、INSのような自立航法装置の情報を基準として、Waypoint(ウエイポイント)という地図上の特定のポイントを定め、そのポイント間を任意に航行するルートが設定されています。従来、航空機は航行支援施設の直上を通過していたものですが、RNAV方式では飛行ルートを短縮することが可能で、交通量の増大に対応できるものです。機上のコンピュータと表示器から構成され、通過するWaypointの位置情報、付近の航行支援施設の位置情報等をあらかじめコンピュータに入力し、飛行する航路を設定することができることとなっています。

VOR

 VORは、航空機の方位情報を提供するもので、航空機はVORから発射された電波をVOR受信機で受信して自機が飛んでいる方向を知ることができます。

 VORはVHF帯の周波数の電波を利用しています。

 施設の位置情報等をあらかじめコンピュータに入力し、飛行する航路を設定することができることとなっています。

DME

 DMEは、航空機に距離情報を提供するもので、機上DMEが地上DMEに質問電波を発射し地上DMEがこれに応答することによって距離情報を得ることができます。

 DMEは、 UHF帯の周波数の電波を利用しています。

TACAN

 TACANは、航空機に方位と距離情報を同時に提供するもので、DMEと同様に機上TACANが地上TACANに質問電波を発射し地上TACANが応答することによって情報を得ます。

 TACANは、UHF帯の周波数の電波を利用しています。

その他

 航法システムには、その他前述したシステムを組み合わせたVOR/DME、VOR/TACAN(VORTAC(ボルタック))があります。

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監視システム

 航空機の飛行方法には、大別してパイロットの目視によって飛行する有視界飛行方式(VFR:Visual Flight Rules)と計器を利用して飛行する計器飛行方法(IFR:Instrument Flight Rules)があります。いずれの場合でも、航空機は管制機関による音声通信やレーダによって状態を監視され、その適切な誘導によって安全に航行することができます。

有視界飛行方式(VFR)による監視

 有視界飛行方式は、一般には飛行経路、高度、速度などを管制機関に拘束されることはありませんが、管制区及び管制圏内では航空機からの位置や高度等の通報を管制機関は音声通信によって受け、音声通信によって航空機を安全に誘導します。

計器飛行方式(IFR)による監視

 計器飛行方式では、航空機に搭載されているATCトランスポンダと地上のSSR(二次監視レーダ)、それに音声通信によって航空機を安全に誘導します。
 ATCトランスポンダは、SSRの質問電波を受信することによって、自機の識別コード(便名)、飛行高度をSSRに送信するもので、管制機関はこの情報をレーダ画面上で確認しながら音声通信によって航空機を安全に誘導します。

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空地データリンク 《航空機の運航情報を高速・大量に処理》

運航管理通信

 航空機を安全に、そして効率よく運航するために、さまざまな分野で無線が利用されています。

 航空機の離着陸許可や高度の指示など、航空機を安全に航行させるための航空交通管制通信がその代表例ですが、そのほかに航空機を運航させるために航空会社が自社の航空機の運航状況等を把握することも必要なことです。燃料補給、搭乗者数の確認、気象情報等を的確に把握することにより航空機は安全かつ効率的に航行することができます。

 この通信を運航管理通信といいます。

音声通信からコンピュータ間通信へ

 運航管理通信は、従来は音声による通信が主力でしたが、音声通信では必要の都度マイクを握らなければなりません。この通信をコンピュータによるデータ通信にしたものが空地データリンクです。

 現在では、遭難・緊急通信等の非定型的な通信は音声通信で行い、定型的な通信は極力データに置き換えて機上と地上の通信を行うようになっています。

システム構成

 空地データリンクは、全国の空港や山頂等に配置された60余りの航空局と空地データリンクシステムをコントロールするセンター、それに各航空会社等を接続し構成されています。

 空地データリンクは、 VHF帯の周波数を利用していますが、 VHF帯では通信かできない洋上や極地方を航行する航空機は、インマルサット衛星・運輸多目的衛星(後述)やHF帯を利用してこのシステムを利用することができるようになっており、そのサービスエリアは、日本全国はもちろんほぼ全世界をカバーしています。

空港MCA

 空港内では、官公庁、航空会社、航空関連会社等が航空機の牽引、乗客の誘導、食料・貨物等の搭載、燃料の補給等、さまざまな業務を迅速.的確に行うために車両等に無線機を搭載して必要な通信を行っています。

 これらの通信は、「航空通信の分類」の項で述べた「航空業務通信」に当たります。

 航空業務通信は、航空関係各社がそれぞれ異なる周波数を使用して個別に運用する方式が一般的でしたが、現在では大空港を始めとし、周波数を有効に活用するためMCA(マルチ・チャンネル・アクセス)方式により、各社が周波数を共用する方法をとっています。

 空港MCAは、電気通信事業者がサービスを提供しており、関東管内では成田国際空港と東京国際空港(羽田)で利用されています。

 さらに、両空港のMCAはデジタル方式を採用しており、通話品質や秘匿性が向上するほかメッセージ機能による文字情報通信など、利便性の向上と新たなサービスが提供可能となっています。

運輸多目的衛星

 運輸多目的衛星(MTSAT(エムティーサッ卜))は、航空通信と気象観測(ひまわりの後継機)機能を併せもった静止衛星です。

 MTSATを利用する航空通信は、ICAO(国際民間航空機関)が将来の衛星を利用した航空航法システム(FANS(ファンズ))構想を受けて導入されるもので、先に「航空通信の分類」の項で述べた航空交通管制通信、航法、監視機能をもっています。

 MTSATは、1号機・2号機は平成17年以降順次打ち上げられ、平成18年度から運用が始まっています。

MTSATの機能

 従来、洋上空域にある航空機と管制機関との通信は、主にHF帯の周波数の電波を利用していますが、HF帯の電波は季節や時間帯によってその伝搬状況が変化するため、十分ではありませんでした。

 MTSATシステムでは、衛星を介し安定した高品質の通信が可能となるため、洋上にある航空機との通信が大幅に改善されます。

 なお、これまでの航空交通管制通信は、地上の航空局と機上の航空機局との通信として行われていましたが、 MTSAT導入後はこれに加えて地上の航空地球局と機上の航空機地球局との通信としても行われることになりました。

 航空機は、GPSの電波及び地上からMTSATを経由して送られてくるGPSの誤差情報から正確な自機の位置情報を得ることができ、この位置情報はMTSATを介して直接地上の管制機関に送られます。

 管制機関はこの位置情報をもとに、航空機を安全に誘導することかできます。

 MTSATの機能の解説図

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