23 września 2013

System radionawigacyjny VOR

System VOR (VHF Omnidirectional Range) jest najszerzej stosowanym kątowym systemem radionawigacyjnym. Jest on bardziej uniwersalny i znacznie dokładniejszy od NDB (dopuszczalny błąd +-2,5 stopnia, dokładność prowadzenia po linii drogi +/-5.2°).

 



W sygnale VOR zawarta jest informacja azymutalna, która zostaje odczytana i zobrazowana przez pokładową (odbiorczą) część systemu w postaci: 

- namiaru SP od radiolatarni względem północy magnetycznej,
- osiągnięcia żądanego namiaru do lub od radiolatarni VOR,
- sygnału minięcia radiolatarni przez statek powietrzny,
- dźwiękowego sygnału rozpoznawczego radiolatarni (trzy znaki alfabetu Morse'a).

Stosuje się także nadawanie przez VOR informacji meteorologicznych.

Read more about teleinformatyka w transporcie lotniczym Angielski w lotnictwie ACARS AFTN AIP ASR ATC ATIS ATM System CVOR DME DME/N DSB-AM DVOR FMG GFSK ICAO ILS ISLS NDB NOTAM OLDI PSR/ASR SSR TMA VDL VHF WFS komunikacji w transporcie lotniczym Teleinformatyka i telekomunikacja w lotnictwie Pogoda w lotnictwie rodzaje chmur Kokpit pilota wariometr żyrokompas zakrętomierz sztuczny horyzont prędkościomierz wysokościomierz wariometr Skróty w lotnictwie teoria lotnicza ft foot siła nośna ciąg silnika lotniczego ciąg niezbędny ciąg rozporządzalny opór areodynamiczny zasada zachowania pędu awionetka statek powietrzny aerodyn aerostat poziom lotu wysokość lotu prędkość samolotu linki strony powiązane przekierowania http://www.ulc.gov.pl/ http://heading.pata.pl/ English Aviation systemy łączności w transporcie lotniczym SELCAL ACARS TCAS systemy nawigacji w transporcie lotniczym VOR ILS EGNOS GPS Systemy VCS Systemy informacyjne w transporcie teleinformatyce telekomunikacji lotniczej GIS sprzęt w telekomunikacji teleinformatyce lotniczej radiostacje pokładowa VHF by www.lotnictwo.rTypowe urządzenie pokładowe VOR ma dwa wskaźniki. Pierwszy, ogólnokierunkowy (OBI-Omni-bearing Indicator) ze skalą 360 stopni, wskazujący kierunek od radiolatarni (radial VOR) albo do radiolatarni (namiar), w zależności od ustawienia przełącznika "Od-Do". Drugi, precyzyjny wskaźnik krzyżowy (TDI - Track Deviation Indicator, albo CDI - Cross Deviation Indicator), dokładnie wskazujący odchylenie aktualnego namiaru do lub od VOR od namiaru, wybranego selektorem namiaru (OBS - Omni-bearing Selector). 

Zdjęcie przedstawia typowy przyrząd VOR/ILS spotykany w samolotach lekkich. Ruchoma 360 stopniowa skala jest wskaźnikiem OBI. Pionowa strzałka w środku to TDI.  Strzałka pozioma jest wskaźnikiem ścieżki schodzenia systemu podejścia ILS





Wskaźnik HSI (Horizontal Situation Indicator). Nieruchomy znacznik u góry wskazuje kurs samolotu na obrotowej skali żyrokompasu. Strzałka przyrządu wskazuje namiar lub radial VOR, czyli pełni rolę OBI. Środkowa część strzałki może wychylać się na boki, dając wskazania TDI. Kiedy instrument pracuje jako wskażnik ILS, TDI wskazuje odchylenie od kierunku lądowania. Mała strzałka ścieżki schodzenia ILS jest po lewej stronie, częściowo ukryta za chorągiewką sygnalizującą brak sygnału.



Informacja o azymucie jest wyznaczana na podstawie porównania faz składowych sygnału radiolatarni VOR: fazy stałej, zmodulowanej tonem 30Hz (nadawanej dookólnie, zupełnie jak NDB), i fazy zmiennej, która jest wiązką, obracającą się wokół radiolatarni 30 razy na sekundę. Przejście wiązki fazy zmiennej przez północ przypada na maksimum fazy stałej.  

System VOR wykorzystuje zakres częstotliwości 108 -117.900 MHz. Niektóre źródła podają zakres 112 - 117.9 MHz dla VOR i 108 - 111.9 MHz dla radiolatarni kierunku ILS. Otóż w zakresie 108 - 112 MHz kanały od 108.1 do 111.9 co 200 kHz sa dla ILS, a od 108 do 112 kHz dla VOR (też co 200 kHz). Od 112 do 117.9 MHz odstęp między kanałami VOR wynosi 100 kHz.

Moc wyjściowa radiolatarni VOR wynosi od 100 do 200 W. W Europie jest ze względu na gęstą sieć dróg lotniczych najczęściej stosuje się nadajniki stuwatowe. Nadajniki VOR o mocy zmniejszonej do 50 W, tak zwane T-VOR (Terminal VOR) są przeznaczone do instalowania na obszarach dużego zagęszczenia pomocy radionawigacyjnych, np w okolicy portów lotniczych.  

Spotyka się także radiolatarnie VOR różnicowane pod względem charakterystyki antenowej. Są to radiolatarnie trasowe dla nawigacji na dużych wysokościach H-VOR (High Altitude VOR) i radiolatarnie dla małych wysokości lotu L-VOR (Low Altitude VOR). 

Tak wygląda klasyczna radiolatarnia VOR. Ażurowa platforma na której ustawiono blok anten pełni rolę "sztucznej ziemi" (fachowo: przeciwwagi). Na obrzeżu widać anteny systemu monitorującego.
Radiolatarnia na zdjęciu mieści się w prefabrykowanym kontenerze zawierającym wszystko co potrzebne, włącznie z klimatyzacją i akumulatorami zasilania awaryjnego. 


Typowa radiolatarnia nawigacyjna VOR zawiera dwa urządzenia nadawcze które mogą być zasilane z sieci energetycznej i z baterii akumulatorów. Pracę radiolatarni nadzoruje system monitorujący, który analizuje sygnał radiolatarni odbierany przez własne odbiorniki. Jeżeli zmiany parametrów sygnału wychodzą poza zakres tolerancji urządzenie monitorujące włącza zestaw rezerwowy i zgłasza alarm systemu przez linię telefoniczną. W razie uszkodzenia systemu antenowego (albo innego, które rzutuje na pracę obu zestawów nadawczych) radiolatarnia jest wyłączana - emisja niepełnowartościowego sygnału jest niedopuszczalna. 

Nowoczesne systemy monitorujące radiolatarni mogą współpracować z komputerowymi systemami nadzoru technicznego, umożliwając zdalną kontrolę i diagnostykę pomocy radionawigacyjnych. Niezależnie od tego wszystkie radiolatarnie VOR podlegają okresowej kontroli z powietrza, wykonywanej przez inspekcję lotniczą. 

Ze względu na niezawodność, prostotę i rozpowszechnienie na całym świecie, VOR jest nadal podstawowym radionawigacyjnym systemem kątowym dla nawigacji średnio i krótkodystansowej. Wadą klasycznego systemu VOR jest podatność na błąd terenowy, którego głównym źródem jest wpływ rzeźby terenu i sąsiedztwo większych obiektów na rozchodzenie się fal radiowych

Z własnościami propagacyjnymi fal radiowych zakresu VHF wiąże się ciekawe zjawisko, obserwowane niekiedy na pokładzie samolotów napędzanych śmigłami i przyzwoitymi (tj. tłokowymi) silnikami. Otóż przy pewnych prędkościach obrotowych śmigła pojawialy się powolne oscylacje pionowej wskazówki CDI - rzędu jednej czwartej herca. Jest to pasożytnicza modulacja, biorąca się z odbić sygnału VOR od wirujących śmigieł. Odbiorniki pokładowe mają w obwodach fazy zmiennej dodatkowy filtr, minimalizujący to zjawisko, ale na precyzyjnych przyrządach i zapisach z oblotów pomiarowych można je zauważyć. Szczególnie podatne były samoloty w rodzaju Iła-14 lub Dakoty, w których łopaty śmigieł mają długość bliską połowie długości fal środka zakresu radiowego VOR. 

Teren pod radiolatarnię musi być wyrównany w promieniu 300 m, a w promieniu kilometra nie powinno być obiektów sztucznych ani naturalnych o wysokości kątowej większej niż 2 stopnie. Odporniejsza na błędy terenowe jest odmiana radiolatarni VOR, ze względu na odmienną zasadę pracy nazywana D-VOR (Doppler VOR - VOR dopplerowski). 

VOR dopplerowski 

W wielu przypadkach instalacja klasycznej radiolatarni VOR jest zbyt trudna lub nawet niemożliwa ze względu na warunki terenowe. Tak bywa na przykład w okolicach górskich, gdzie zapewnienie właściwych warunków dla rozchodzenia się fal radiowych akurat tam gdzie potrzebna jest radiolatarnia bywa problemem. Na dobrą sprawę większość lokalizacji pomocy radionawigacyjnych VHF sprawia problemy. 

VOR dopplerowski (D-VOR) jest w dużym stopniu odporny na wpływ przeszkód terenowych. Sygnał fazy zmiennej jest wytwarzany na zasadzie efektu Dopplera przy ruchu wiązki fal radiowych względem punktu pomiaru różnicy faz (czyli samolotu). Wiązka nadawcza jest obracana z prędkością 1800 obrotów na minutę w kierunku odwrotnym do ruchu wskazówek zegara (odwrotnie niż w klasycznym VOR). Efekt obrotu uzyskuje się przez przełączanie 50 anten umieszczonych wokół anteny środkowej, w odległości bliskiej 2.5 długości fali (około 6.5 m). 

Pomimo odmiennej zasady pracy radiolatarni D-VOR jest w stu procentach kompatybilny z klasycznymi odbiornikami. Jego zalety są okupione wysokim kosztem instalacji.  


Dokładność namiaru VOR

szkic: Pan Jacek Tomczak-Janowski


Wykorzystanie selektora namiaru VOR


Wskazania TDI przy ustawieniu selektora na namiar 0 stopni (do radiolatarni)

 
szkice: Pan Jacek Tomczak-Janowski

Wykorzystanie selektora namiaru i TDI do określania momentu minięcia określonego radialu. Radialowi 60 stopni od pomocy nawigacyjnej (FROM) odpowiada namiar 240 stopni do pomocy (TO). Na rysunku strzałka wskaźnika symbolizuje wyznaczany kierunek. Spotyka sie także konwencję przeciwną, tzw. wskaźnik dyrektywny, w którym kierunek OBS symbolizuje zero skali.

Pokładowy zestaw VOR


Obie fazy są nadawane na tej samej częstotliwości, dlatego faza stała jest modulowana przy użyciu tzw. modulacji złożonej. Najpierw falę nośną moduluje się amplitudowo częstotliwością pomocniczą, tzw. podnośną, 9960 Hz, a następnie moduluje się otrzymany przebieg częstotliwościowo sygnałem 30 Hz (sygnałem fazy odniesienia). Całość sygnału moduluje się amplitudowo znakiem rozpoznawczym - trzema znakami Morse'a. Często spotyka się radiolatarnie VOR nadające oprócz kodu foniczną informację meteo.

Sam odbiornik radiowy w pokładowym zestawie VOR jest zwykłym odbiornikiem radiowym na pasmo 112 - 118 MHz z modulacją amplitudy. Bezpośrednio z jego wyjścia jest brany sygnał akustyczny (znak identyfikacyjny radiolatarni). Filtr akustyczny odcina wszystko poniżej 100 Hz i powyżej 3500 Hz, aby nie było słychać sygnałów fazy zmiennej i odniesienia.

Na koniec należy wspomnieć o radiolatarniach testowych VOT (VHF Omnidirectional Test facility), służących do naziemnej kontroli i kalibracji pokładowych zestawów VOR. Nadają one symulowany sygnał, odpowiadający określonemu namiarowi, niezależnie od położenia samolotu względem urządzenia.

VOT mają moc wyjściową nie większą niż 5 W. Pracują na częstotliwościach 108.0 i 108.05 MHz, wybieranych w zależności od częstotliwości roboczej okolicznych radiolatarni nawigacyjnych (w celu uniknięcia interferencji).
 
Obszar A - nie dopuszcza się istnienia żadnych budynków, konstrukcji, drzew, ogrodzeń ani innych przeszkód fizycznych
Obszar B - dopuszcza się rozproszone, pojedyńcze drzewa o wysokości do 7m pod warunkiem nie przekraczania linii profilu wyznaczanego kątem x(om) = 1.5(om). wszystkie kable tylko pod ziemią. Dopuszczalny spadek terenu do 2.3%
Obszar C - jak w obszarze B plus dopuszcza się istnienie dróg lokalnych, parkingów, konstrukcji z elementami metalowymi, pojedyńczych drzew i grup drzew, linii zasilających niskiego napięcia do 10kV i telekomunikacyjnych pod warunkiem nie przekraczania linii profilu wyznaczonego kątem x(om), gdzie x(om) jest określany jako:
- 1,5(om) - dopuszcza się istnienie zarośli i ogrodzeń drucianych o wysokości do 1,2m
- 1,0(om) - dopuszcza się istnienie konstrukcji z elementami metalowymi, linii zasilających niskiego napięcia do 10kV prowadzonych dośrodkowo
- 1,5(om) - dopuszcza się istnienie linii telekomunikacyjnych
- 2,0(om) - dopuszcza się istnienie grup drzew
- 2,5(om) (87m w odległości 1000m) - dopuszcza się istnienie pojedyńczych drzew o wysokości do 12m
dopuszczalny spadek terenu do 4%
Obszar D - jak w obszarze C plus dopuszcza się istnienie pasów startowych i dróg kołowania, konstrukcji metalowch (np. hangarów), zwartego lasu, linii zasilających niskiego napięcia do 10kV pod warunkiem nie przekraczania linii profilu wyznaczanego kątem x(om, gdzie x(om) jest określany jako :
- 1,0(om) - dopuszcza się istnienie konstrukcji metalowych
- 1,5(om) - dopuszcza się istnienie linii zasilających niskiego napięcia do 10kV prowadzonych rokadowo i gęstego, zwartego lasu
- 2,0(om) - dopuszcza się istnienie grup drzew
dopuszczalny spadek terenu do 8%
Obszar E - bez ograniczeń za wyjątkiem zelektryfikowanych linii kolejowych
Obszar F - bez ograniczeń
VOR/DME

System nawigacyjny VOR najczęśiej jednak występuje razem z systemem DME.

System odległościowo - kątowy VOR/DME jest obecnie podstawowym systemem radionawigacji bliskiego i średniego zasięgu. Jest on połączeniem systemu kątowego VOR z odległościomierzem DME. Niekiedy zamiast klasycznego DME stosuje się kompatybilną część odległościową systemu TACAN. Taką pomoc radionawigacyjną nazywa się VORTAC albo VOR/DMET (VOR-DME-Tacan).

Poszczególne kanały DME są ściśle przyporządkowane kanałom VOR, tak że dostrajając odbiornik VOR na podaną częstotliwość radiolatarni ustawia się także kanał zblokowanego z nim DME. 

Radiolatarnia VOR/DME nadaje znaki identyfikacyjne obu urządzeń. Normalnie jest słyszalny znak VOR; trzy litery kodem Morse'a, nadawane tonem 1020 Hz. WieIe odbiorników ma przełącznik umożliwiający odsłuch identyfikacji DME, nadawanej tonem 1350 Hz. 


Załoga statku powietrznego oprócz namiaru do radiolatarni VOR, posiada również informację o odległości do tej radiolatarni,


gdzie pierwsza cyfra od lewej to odległość do stacji pomiarowej w NM, druga to rzeczywista prędkość statku powietrznego, a trzecia to pozoistały czas lotu do tej pomocy nawigacyjnej.

Często spotykany wskaźnik dla dwóch zestawów VOR/DME nazywa się RDMI (Radio Distance Magnetic Indicator). Ma on obrotową skalę kursu magnetycznego, sprzężoną z żyrobusolą. Bywają też wzbogacone o wskazania radiokompasu. Na zdjęciu widać RDMI dla dwóch zestawów VOR/DME.


Na mapach lotniczych stosje się następujące symbole związane z systemem VOR i DME:


źródło: lotnicze systemy nawigacyjne - J. Tomczak -Janowski i RGAL Lotnictwo
Działanie systemu przedstawia poniższy gif, sygnał o jednakowej częstotliwości fali przesuniętej w czasie jest jednocześnie wysyłany w różnych kierunkach. Zasięg radiolatarni w zależności od mocy sygnału sięga 25 - 200 NM. Znak identyfikacyjny radiolatarni składa się z dwóch, trzech liter kodowanych w alfabecie Morse'a. Następna część wiadomości to namiar SP od radiolatarni względem północy magnetycznej, informacja osiągnięcia żądanego namiaru do lub od radiolatarni VOR, sygnał minięcia radiolatarni przez samolot. VOR wykorzystuje zakres częstotliwości 108 - 117.95 MHz z odstępami 50 kHz razem z "lokalaizerem" i ILS'e