電波高度計とは？飛行機の安全運航を支える仕組みと気圧高度計との違い

電波高度計は、航空機が地表からの実際の高さを正確に把握するために不可欠な装置です。飛行機にとって、海抜高度だけでなく、真下の地面までの距離＝電波高度を知ることが、安全な飛行や着陸のために重要です。

電波高度計とは何か、なぜ飛行機に必要なのか

電波高度計は、航空機とその真下の地表面との垂直距離を測定する電子機器です。従来の気圧高度計が大気圧を利用して高度を推定するのに対し、電波高度計は電波を利用して地面までの実際の距離を直接計測します。

このため、電波高度計の表示は「相対高度」または「真高度」と呼ばれます。例えば、航空機が平坦な地表の上空を飛行している場合、電波高度は安定しますが、丘や谷など起伏の上空を通過すると、海抜高度が変わらなくても電波高度は変動します。

特に降下時や着陸時には、滑走路までの距離を正確に知る必要があり、電波高度計はこれをリアルタイムで提供します。

また、電波高度計のデータはパイロットの表示装置だけでなく、自動操縦装置、自動着陸システム、地表接近警報システムなど航空電子機器全体で活用されています。現代の旅客機では、「fifty」「forty」「thirty」などの音声コールも電波高度計の情報に基づいて自動生成されます。

電波高度計の仕組み

電波高度計は、機体下部から地表に向けて電波を発信し、その反射波が戻ってくるまでの遅延や周波数の変化を計測することで、地表までの距離を算出します。多くの現代機では、FMCW（周波数変調連続波）方式が採用されており、発信周波数を連続的に変化させることで、高精度な距離測定が可能です。

送信された電波は地表で反射し、戻ってきた信号は受信アンテナで捉えられます。送信時と受信時の周波数差を分析し、電波の伝播速度（ほぼ光速）と組み合わせて、正確な高度情報を算出します。

電波による距離測定の具体的な流れ

• 機体下部の送信アンテナから地表に向けて電波を発信
• 地表で反射した電波が受信アンテナでキャッチされる
• 信号の遅延や周波数差を電子回路で解析
• 算出された値をパイロットや他の航空システムに提供

低高度では、電波の往復時間はわずか数マイクロ秒程度ですが、FMCW方式により、極めて小さな距離の変化も安定して検出できます。

飛行中もリアルタイムで高度を計測できる理由

電波高度計は連続的に測定を繰り返し、飛行中もリアルタイムで地表までの距離を更新します。航空機が移動していても、常に新しい信号が地面に向けて発信され、即座に反射波を解析できます。

この高頻度な更新により、着陸時などのクリティカルな場面で、航空機と地表までの距離が正確に把握され、自動操縦や警報システムなどと連携しながら安全な運航を支えています。

電波高度計の構成と表示の仕組み

電波高度計は主に送信機、受信機、アンテナ、電子制御ユニットで構成されています。現代の航空機では、これらが航空電子システム（アビオニクス）に統合され、計算された高度データがパイロットのディスプレイや自動操縦システムへ即座に伝送されます。

送信アンテナは機体下部に設置され、地表に向けて電波を発信。受信アンテナは反射波を受け取り、電子制御ユニットで信号処理が行われます。送信時と反射信号の周波数差を演算処理し、リアルタイムで高度情報を算出します。

このような連続計測と高度な信号処理により、パイロットや航空機システムは滑らかな高度情報を得ることができ、予期せぬ地形変化やノイズにも強いのが特徴です。

電波高度計と気圧高度計の違い

電波高度計と気圧高度計は測定する「高さ」の基準が異なります。気圧高度計は大気圧の変化に基づき、高度を「海面」や「標準大気」など任意の基準点から算出します。気圧の設定値によって、表示される高度の基準が変化します。

一方、電波高度計は航空機の真下の地表面までの距離を直接測定します。例えば、標高200mの平地上空を海抜1500mで飛行している場合、電波高度はおよそ1300mとなります。山の上空を通過すれば、気圧高度が変わらなくても電波高度は大きく減少します。

なぜ両方の高度計が必要なのか

気圧高度は航空交通の管制や機体の間隔保持など、共通の基準座標で飛行するために不可欠です。一方、電波高度は地表面までの実際の距離を示し、着陸進入や低高度飛行時の安全確保に役立ちます。

たとえば、山岳地帯の空港にアプローチする場合、気圧高度は維持されていても、地表面までの距離が大きく変化することがあります。電波高度計を併用することで、航空機の位置を「空間」と「地表」両方の観点から正確に把握できます。

電波高度計の主な用途と活用シーン

電波高度計は、低高度飛行や着陸進入時に最も重要な役割を果たします。多くの旅客機では、着陸前に「fifty」「forty」「thirty」などの音声コールでパイロットに高度を知らせ、安全な着地をサポートしています。

また、自動着陸システムや地表接近警報システムとも連携し、機体が地表に接近しすぎた場合には警告を発するなど、さまざまな安全機能で活用されています。

さらに、航空機のナビゲーションはGPSや気圧センサー、慣性計測装置（IMU）など、複数の情報源を組み合わせて行われています。GPSなしでナビゲーションができる慣性計測装置（IMU）の仕組みと応用についてはこちらをご覧ください。

電波高度計の精度と限界

電波高度計の精度は、地表面の状態や電波の伝播条件に左右されます。平坦な滑走路では安定した反射波が得られますが、山地やビル群など起伏や障害物が多い場所では複雑な反射が生じ、誤差が発生することもあります。

また、電波高度計は比較的低高度（数千フィート以下）での使用を想定しており、巡航高度など高高度では気圧高度計が主役となります。地表面までの正確な距離を知る必要があるときにこそ、電波高度計の強みが発揮されます。

まとめ

電波高度計は、気圧に依存せず航空機の真下にある地表までの距離を正確に測定できる装置です。電波を地面に発射し、その反射波の情報からリアルタイムで高度を算出します。

気圧高度計が「設定した基準点からの高度」を示すのに対し、電波高度計は「地表面までの実際の距離」を示します。このため、特に着陸進入や低空飛行時に大きな役割を果たします。

現代の航空機では、両方の高度計が航空電子システムに統合され、パイロットや自動操縦装置、地表接近警報装置などがそれらのデータを活用することで、安全で精密な運航が実現しています。