UKW-Rundstrahlreichweite - VHF omnidirectional range
Die sehr hochfrequente omnidirektionale Reichweite (VOR) ist eine Art Kurzstrecken- Funknavigationssystem für Flugzeuge , das es Flugzeugen mit einer Empfangseinheit ermöglicht, ihre Position zu bestimmen und Kurs zu halten, indem sie Funksignale empfängt, die von einem Netzwerk fester Bodenfunkbaken gesendet werden . Es verwendet Frequenzen im sehr hohen Frequenzband (VHF) von 108,00 bis 117,95 MHz . In den Vereinigten Staaten ab 1937 entwickelt und bis 1946 eingesetzt, war VOR das Standard-Flugnavigationssystem der Welt, das sowohl von der kommerziellen als auch von der allgemeinen Luftfahrt verwendet wird, aber ab 2015 verlässt sich die kommerzielle Luftfahrt fast ausschließlich auf Satellitennavigationssysteme wie GPS . Daher werden VOR-Stationen sukzessive stillgelegt. Im Jahr 2000 waren weltweit etwa 3.000 VOR-Stationen in Betrieb, davon 1.033 in den USA, aber bis 2013 war die Zahl in den USA auf 967 gesunken. Die Vereinigten Staaten planen weiterhin, VOR-Stationen und andere alte Navigationshilfen wie Teil einer Umstellung auf leistungsbasierte Navigation . Im Jahr 2015 plante das Vereinigte Königreich, die Zahl der Stationen bis 2020 von 44 auf 19 zu reduzieren.
Eine VOR-Bodenstation verwendet ein phasengesteuertes Antennenarray, um ein stark gerichtetes Signal zu senden, das sich 30 Mal pro Sekunde horizontal (von oben gesehen) im Uhrzeigersinn dreht. Es sendet auch ein 30-Hz-Referenzsignal auf einem Unterträger, der zeitlich so eingestellt ist, dass er mit der Richtantenne in Phase ist, wenn diese den magnetischen Norden passiert. Dieses Referenzsignal ist in alle Richtungen gleich. Die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und der Signalamplitude ist die Peilung von der VOR-Station zum Empfänger relativ zum magnetischen Norden. Diese Positionslinie wird als VOR "radial" bezeichnet. Der Schnittpunkt von Radials von zwei verschiedenen VOR-Stationen kann verwendet werden, um die Position des Flugzeugs zu bestimmen , wie in früheren Funkpeilungssystemen (RDF).
VOR-Stationen haben eine ziemlich kurze Reichweite: Die Signale befinden sich in Sichtlinie zwischen Sender und Empfänger und sind für bis zu 200 Meilen nützlich. Jede Station sendet ein zusammengesetztes UKW - Funksignal einschließlich des Navigationssignals, der Stationskennung und der Stimme, falls vorhanden. Das Navigationssignal ermöglicht es dem Bordempfangsgerät, eine Peilung von der Station zum Flugzeug zu bestimmen (Richtung von der VOR-Station in Bezug auf Magnetic North). Die Kennung der Station ist normalerweise eine dreibuchstabige Zeichenfolge im Morsecode . Das Sprachsignal, falls verwendet, ist normalerweise der Stationsname, während des Flugs aufgezeichnete Hinweise oder Live-Flugdienstübertragungen.
Beschreibung
Geschichte
Der VOR wurde aus früheren Visual Aural Radio Range (VAR)-Systemen entwickelt und wurde entwickelt, um 360 Kurse zur und von der Station bereitzustellen, die vom Piloten ausgewählt werden können. Frühe Vakuumröhrensender mit mechanisch gedreht Antennen wurden in den 1950er Jahren weit installiert, und begannen mit vollständig ersetzt werden Festkörper- Einheiten in den frühen 1960er Jahren. Sie wurden in den 1960er Jahren zum wichtigsten Funknavigationssystem, als sie die älteren Funkfeuer und das Vier-Gänge-System (Nieder-/Mittelfrequenzbereich) ablösten . Einige der älteren Reichweitenstationen überlebten, wobei die vierbahnigen Richtfunktionen entfernt wurden, als ungerichtete Nieder- oder Mittelfrequenzfunkfeuer ( NDBs ).
VOR
VOR/DME
VORTAC
Ein weltweites landgestütztes Netzwerk von "Air Highways", in den USA als Victor Airways (unter 18.000 Fuß (5.500 m)) und "Jet Routes" (auf und über 18.000 Fuß) bekannt, wurde eingerichtet, um VORs zu verbinden. Ein Flugzeug kann einem bestimmten Weg von Station zu Station folgen, indem es die aufeinanderfolgenden Stationen am VOR-Empfänger einstellt und dann entweder dem gewünschten Kurs auf einem Radio Magnetic Indicator folgt oder ihn auf einen Course Deviation Indicator (CDI) oder eine horizontale Situation einstellt Indikator (HSI, eine anspruchsvollere Version des VOR - Indikator) und einen Kurszeiger zu halten zentriert auf dem Display.
Ab 2005 ersetzen viele Flughäfen aufgrund von technologischen Fortschritten VOR- und NDB-Anflüge durch RNAV (GPS)-Anflugverfahren; Die Kosten für die Empfänger- und Datenaktualisierung sind jedoch immer noch so hoch, dass viele kleine Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt nicht mit einem für die primäre Navigation oder Anflüge zertifizierten GPS ausgestattet sind.
Merkmale
VOR-Signale bieten aufgrund einer Kombination von Faktoren eine erheblich höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit als NDBs. Am wichtigsten ist, dass der VOR eine Peilung von der Station zum Flugzeug liefert, die nicht mit dem Wind oder der Ausrichtung des Flugzeugs variiert. UKW-Funk ist weniger anfällig für Beugung (Kursverbiegung) um Geländemerkmale und Küstenlinien. Die Phasenkodierung leidet weniger unter Störungen durch Gewitter.
VOR-Signale bieten eine vorhersehbare Genauigkeit von 90 m (300 ft), 2 Sigma bei 2 NM von einem Paar VOR-Baken; im Vergleich zur Genauigkeit des nicht erweiterten globalen Positionsbestimmungssystems (GPS), die weniger als 13 Meter beträgt, 95%.
VOR-Stationen, die UKW sind, arbeiten auf "Sichtlinie". Dies bedeutet, dass das Signal entweder nicht wahrnehmbar oder unbrauchbar ist, wenn Sie an einem absolut klaren Tag den Sender von der Empfängerantenne nicht sehen können oder umgekehrt. Dies begrenzt die VOR- (und DME- ) Reichweite zum Horizont – oder näher, wenn Berge eingreifen. Obwohl die moderne Festkörper-Sendeausrüstung viel weniger Wartung erfordert als die älteren Einheiten, ist ein ausgedehntes Netz von Stationen, das erforderlich ist, um eine angemessene Abdeckung entlang der Hauptflugrouten zu gewährleisten, ein erheblicher Kostenfaktor beim Betrieb gegenwärtiger Flugliniensysteme.
Typischerweise repräsentiert die Kennung einer VOR-Station eine nahegelegene Stadt, Stadt oder einen nahegelegenen Flughafen. Beispielsweise hat die VOR-Station auf dem Gelände des John F. Kennedy International Airport die Kennung JFK.
Betrieb
VORs werden Funkkanäle zwischen 108,0 MHz und 117,95 MHz (mit 50 kHz Abstand) zugewiesen ; dies liegt im sehr hohen Frequenzbereich (UKW) . Die ersten 4 MHz werden mit dem Band des Instrumentenlandesystems (ILS) geteilt. In den Vereinigten Staaten sind Frequenzen im Durchlassbereich von 108,00 bis 111,95 MHz, die eine gerade 100-kHz-Erstziffer nach dem Komma haben (108,00, 108,05, 108,20, 108,25 usw.), für VOR-Frequenzen reserviert, während Frequenzen innerhalb von 108,00 bis 111,95-MHz-Durchlassband mit einer ungeraden ersten Stelle von 100 kHz nach dem Komma (108,10, 108,15, 108,30, 108,35 usw.) sind für ILS reserviert.
Das VOR kodiert Azimut (Richtung von der Station) als die Phasenbeziehung zwischen einem Referenzsignal und einem variablen Signal. Das omnidirektionale Signal enthält eine modulierte kontinuierliche Welle (MCW) 7 wpm Morsecode-Stationskennung und enthält normalerweise einen amplitudenmodulierten (AM) Sprachkanal. Das konventionelle 30-Hz-Referenzsignal wird auf einem 9.960-Hz- Hilfsträger frequenzmoduliert (FM) . Das variable amplitudenmodulierte (AM) Signal wird herkömmlich aus der leuchtturmähnlichen Drehung einer Richtantennengruppe 30 Mal pro Sekunde abgeleitet. Obwohl ältere Antennen mechanisch gedreht wurden, scannen aktuelle Installationen elektronisch, um ein gleichwertiges Ergebnis ohne bewegliche Teile zu erzielen. Dies wird durch ein kreisförmiges Array von typischerweise 48 omnidirektionalen Antennen erreicht, wobei das Signal zu jeder einzelnen durch das 30 Hz-Referenzsignal amplitudenmoduliert wird, das phasenverzögert ist, um der azimutalen Position jeder einzelnen Antenne zu entsprechen. Wenn das zusammengesetzte Signal im Flugzeug empfangen wird, werden die AM- und FM-30-Hz-Komponenten erkannt und dann verglichen, um den Phasenwinkel zwischen ihnen zu bestimmen.
Diese Informationen werden dann über eine analoge oder digitale Schnittstelle an einen von vier gängigen Anzeigentypen weitergegeben:
- Ein typischer VOR-Indikator für Leichtflugzeuge, manchmal auch als "Omni-Peiling-Indikator" oder OBI bezeichnet, ist in der Abbildung oben in diesem Eintrag dargestellt. Es besteht aus einem Drehknopf zum Drehen eines "Omni Bearing Selector" (OBS), der OBS-Skala um die Außenseite des Instruments und einem vertikalen Kursabweichungsindikator oder (CDI)-Zeiger. Das OBS wird verwendet, um den gewünschten Kurs einzustellen, und die CDI wird zentriert, wenn sich das Flugzeug auf dem ausgewählten Kurs befindet, oder gibt Steuerbefehle nach links/rechts, um zum Kurs zurückzukehren. Ein "Ambiguity" (TO-FROM)-Indikator zeigt an, ob das Flugzeug nach dem gewählten Kurs zur Station führen würde oder von ihr weg. Der Indikator kann auch einen Gleitpfadzeiger zur Verwendung beim Empfang vollständiger ILS- Signale enthalten.
- Ein Radio-Magnet-Indikator (RMI) verfügt über einen Kurspfeil, der auf einer rotierenden Karte überlagert ist und den aktuellen Kurs des Flugzeugs oben auf dem Zifferblatt anzeigt. Der "Schwanz" des Kurspfeils zeigt auf den aktuellen Radial vom Bahnhof und der "Kopf" des Pfeils zeigt auf den reziproken (180° unterschiedlichen) Kurs zum Bahnhof. Ein RMI kann gleichzeitig Informationen von mehr als einem VOR- oder ADF-Empfänger präsentieren.
- Ein nach dem RMI entwickelter Horizontal Situation Indicator (HSI) ist wesentlich teurer und komplexer als ein herkömmlicher VOR-Indikator, kombiniert jedoch Kursinformationen mit der Navigationsanzeige in einem viel benutzerfreundlicheren Format, das einer vereinfachten Moving Map nahe kommt.
- Ein Bereichsnavigationssystem (RNAV) ist ein Bordcomputer mit Anzeige und kann eine aktuelle Navigationsdatenbank enthalten. Mindestens eine VOR-/DME-Station ist erforderlich, damit der Computer die Flugzeugposition auf einer bewegten Karte darstellen oder Kursabweichung und Entfernung relativ zu einem Wegpunkt anzeigen kann (virtuelle VOR-Station). Systeme vom RNAV-Typ wurden auch hergestellt, um zwei VORs oder zwei DMEs zu verwenden, um einen Wegpunkt zu definieren; diese werden typischerweise mit anderen Namen bezeichnet, wie zum Beispiel "Distance Computing Equipment" für den Dual-VOR-Typ oder "DME-DME" für den Typ, der mehr als ein DME-Signal verwendet.
In vielen Fällen verfügen VOR-Stationen über ein gemeinsames Entfernungsmessgerät (DME) oder eine militärische taktische Flugnavigation ( TACAN ) – letzteres umfasst sowohl die DME-Entfernungsfunktion als auch eine separate TACAN-Azimutfunktion, die Militärpiloten ähnliche Daten wie das zivile VOR liefert. Ein gemeinsamer VOR- und TACAN-Beacon wird als VORTAC bezeichnet . Ein VOR, das nur mit DME verbunden ist, wird als VOR-DME bezeichnet. Ein VOR-Radial mit einer DME-Distanz ermöglicht eine Positionsbestimmung von einer Station. Sowohl VOR-DMEs als auch TACANs teilen sich das gleiche DME-System.
VORTACs und VOR-DMEs verwenden ein standardisiertes Schema für die Paarung von VOR-Frequenzen zu TACAN/DME-Kanälen, sodass eine bestimmte VOR-Frequenz immer mit einem bestimmten zusammengehörigen TACAN- oder DME-Kanal gepaart wird. Bei zivilen Geräten wird die UKW-Frequenz eingestellt und der passende TACAN/DME-Kanal automatisch ausgewählt.
Obwohl die Funktionsprinzipien unterschiedlich sind, teilen VORs einige Eigenschaften mit dem Localizer- Teil von ILS und für beide werden im Cockpit die gleiche Antenne, Empfangsausrüstung und Anzeige verwendet. Wenn eine VOR-Station ausgewählt wird, ist das OBS funktionsfähig und ermöglicht dem Piloten, das gewünschte Radial für die Navigation auszuwählen. Wenn eine Localizer-Frequenz ausgewählt wird, ist das OBS nicht funktionsfähig und der Anzeiger wird von einem Localizer-Wandler betrieben, der normalerweise in den Empfänger oder Anzeiger eingebaut ist.
Leistungsvolumen
Eine VOR-Station bedient ein Luftraumvolumen, das als Service-Volumen bezeichnet wird. Einige VORs haben einen relativ kleinen geographischen Bereich, der vor Störungen durch andere Stationen auf derselben Frequenz geschützt ist, die als "Terminal" oder T-VORs bezeichnet werden. Andere Stationen können bis zu 130 Seemeilen (NM) oder mehr geschützt sein . Es wird allgemein angenommen, dass es einen Standardunterschied in der Leistungsabgabe zwischen T-VORs und anderen Stationen gibt, tatsächlich ist die Leistungsabgabe der Stationen so eingestellt, dass sie eine angemessene Signalstärke für das Servicevolumen des spezifischen Standorts bietet.
In den Vereinigten Staaten gibt es drei Standard-Service-Volumen (SSV): Terminal, Low und High (Standard-Service-Volumen gelten nicht für Strecken mit veröffentlichten Instrumentenflugregeln (IFR).
| SSV-Klassenbezeichner | Maße |
|---|---|
| T (Klemme) | Von 1.000 Fuß über Grund (AGL) bis einschließlich 12.000 Fuß AGL bei radialen Entfernungen von bis zu 25 NM. |
| L (niedrige Höhe) | Von 1.000 Fuß AGL bis einschließlich 18.000 Fuß AGL bei radialen Entfernungen von bis zu 40 NM. |
| H (große Höhe) | Von 1.000 Fuß AGL bis einschließlich 14.500 Fuß AGL bei radialen Abständen von bis zu 40 NM. Von 14.500 AGL bis einschließlich 18.000 Fuß bei radialen Entfernungen von bis zu 100 NM. Von 18.000 Fuß AGL bis einschließlich 45.000 Fuß AGL bei radialen Entfernungen bis 130 NM. Von 45.000 Fuß AGL bis einschließlich 60.000 Fuß bei radialen Entfernungen von bis zu 100 NM. |
VORs, Airways und die Streckenstruktur
VOR und die älteren NDB-Stationen wurden traditionell als Kreuzungen entlang der Luftstraßen verwendet . Ein typischer Luftweg hüpft in geraden Linien von Station zu Station. Beim Fliegen in einem Verkehrsflugzeug wird ein Beobachter bemerken, dass das Flugzeug in geraden Linien fliegt, die gelegentlich durch eine Drehung auf einen neuen Kurs unterbrochen werden. Diese Abbiegungen werden oft gemacht, wenn das Flugzeug eine VOR-Station überfliegt oder an einer Kreuzung in der Luft, die von einem oder mehreren VORs definiert wird. Navigationsreferenzpunkte können auch durch den Schnittpunkt zweier Radials von verschiedenen VOR-Stationen oder durch ein VOR-Radial und eine DME-Distanz definiert werden. Dies ist die Grundform von RNAV und ermöglicht die Navigation zu Punkten, die sich außerhalb von VOR-Stationen befinden. Mit zunehmender Verbreitung von RNAV-Systemen, insbesondere solchen, die auf GPS basieren , wurden immer mehr Fluglinien durch solche Punkte definiert, wodurch einige der teuren bodengestützten VORs überflüssig wurden.
In vielen Ländern gibt es zwei getrennte Flugliniensysteme auf niedrigeren und höheren Ebenen: die Lower Airways (in den USA als Victor Airways bekannt ) und die Upper Air Routes (in den USA als Jet-Routen bekannt ).
Die meisten für Instrumentenflug (IFR) ausgerüsteten Flugzeuge verfügen über mindestens zwei VOR-Empfänger. Der zweite Empfänger stellt nicht nur ein Backup für den primären Empfänger bereit, sondern ermöglicht es dem Piloten, einem Radial zu oder von einer VOR-Station leicht zu folgen, während er den zweiten Empfänger beobachtet, um zu sehen, wann ein bestimmter Radial von einer anderen VOR-Station überquert wird Position in diesem Moment zu bestimmen und dem Piloten die Möglichkeit zu geben, auf das neue Radial zu wechseln, wenn er es wünscht.
Zukunft
Ab 2008 ersetzen weltraumgestützte Global Navigation Satellite Systems (GNSS) wie das Global Positioning System ( GPS ) zunehmend VOR und andere bodengestützte Systeme. Im Jahr 2016 wurde GNSS als primärer Navigationsbedarf für IFR-Flugzeuge in Australien vorgeschrieben.
GNSS-Systeme haben niedrigere Senderkosten pro Kunde und liefern Entfernungs- und Höhendaten. Zukünftige Satellitennavigationssysteme, wie das Galileo der Europäischen Union , und GPS- Erweiterungssysteme entwickeln Techniken, um die VOR-Genauigkeit schließlich zu erreichen oder zu übertreffen. Niedrige VOR-Empfängerkosten, eine breite installierte Basis und die Gemeinsamkeit der Empfängerausrüstung mit ILS werden jedoch wahrscheinlich die VOR-Dominanz in Flugzeugen ausweiten, bis die Kosten für Weltraumempfänger auf ein vergleichbares Niveau sinken. Ab 2008 übertrafen in den Vereinigten Staaten GPS-basierte Anflüge die VOR-basierten Anflüge, aber mit VOR-ausgerüstete IFR-Flugzeuge sind die mit GPS ausgestatteten IFR-Flugzeuge zahlenmäßig überlegen.
Es gibt einige Bedenken, dass die GNSS- Navigation Störungen oder Sabotage unterliegt, was in vielen Ländern dazu führt, dass VOR-Stationen als Backup verwendet werden. Das VOR-Signal hat den Vorteil einer statischen Abbildung auf lokales Gelände.
Die US-amerikanische FAA plant, bis 2020 etwa die Hälfte der 967 VOR-Stationen in den USA außer Betrieb zu nehmen und ein "Minimum Operational Network" beizubehalten, um alle Flugzeuge in mehr als 5.000 Fuß über dem Boden abzudecken. Die meisten der stillgelegten Stationen werden östlich der Rocky Mountains liegen , wo es mehr Überschneidungen zwischen ihnen gibt. Am 27. Juli 2016 wurde eine endgültige Grundsatzerklärung veröffentlicht, die die Stilllegung von Stationen bis 2025 festlegt. In Phase 1 (2016–2020) sollen insgesamt 74 Stationen stillgelegt und 234 weitere Stationen außer Betrieb genommen werden in Phase 2 (2021–2025).
In Großbritannien sollen 19 VOR-Sender bis mindestens 2020 in Betrieb bleiben. Diejenigen in Cranfield und Dean Cross wurden 2014 außer Betrieb genommen, die restlichen 25 sollen zwischen 2015 und 2020 bewertet werden. Ähnliche Anstrengungen werden in Australien und anderswo unternommen.
In Großbritannien und den Vereinigten Staaten sollen DME-Sender in naher Zukunft auch nach der Stilllegung von am gleichen Ort befindlichen VORs beibehalten werden. Es gibt jedoch langfristige Pläne zur Stilllegung von DME, TACAN und NDBs.
Technische Spezifikation
Das VOR-Signal codiert einen Morsecode-Identifikator, eine optionale Stimme und ein Paar Navigationstöne. Der radiale Azimut ist gleich dem Phasenwinkel zwischen dem nacheilenden und dem voreilenden Navigationston.
Konstanten
Standard-Modulationsmodi, Indizes und Frequenzen Beschreibung Formel Anmerkungen Mindest Nom Max Einheiten ident ich ( t ) An 1 aus 0 M i A3 Modulationsindex 0,07 F i A1 Unterträgerfrequenz 1020 Hz Stimme ein ( t ) -1 +1 M a A3 Modulationsindex 0,30 Navigation F nein A0 Tonfrequenz 30 Hz Variable M n A3 Modulationsindex 0,30 Hinweis M d A3 Modulationsindex 0,30 F s F3 Unterträgerfrequenz 9960 Hz F d F3 Unterträgerabweichung 480 Hz Kanal F c A3 Trägerfrequenz 108,00 117.95 MHz Trägerabstand 50 50 kHz Lichtgeschwindigkeit C 299.79 mm/s radialer Azimut EIN relativ zum magnetischen Norden 0 359 deg
Variablen
Symbole Beschreibung Formel Anmerkungen Zeitsignal links T Mittelsender t + ( A , t ) Drehsender mit höherer Frequenz t − ( A , t ) Drehsender mit niedrigerer Frequenz Signalstärke c ( t ) isotrop g ( A , t ) anisotrop e ( A , t ) empfangen
CVOR
Rot(F3-) Grün(F3) Blau(F3+)
Schwarz(A3-) Grau(A3) Weiß(A3+)
Das herkömmliche Signal codiert die Stationskennung i ( t ) , optionale Sprache a ( t ) , Navigationsreferenzsignal in c ( t ) und die isotrope (dh omnidirektionale) Komponente. Das Referenzsignal ist auf einem F3-Subcarrier (Farbe) kodiert. Das variable Navigationssignal wird durch mechanisches oder elektrisches Drehen einer gerichteten g ( A , t ) -Antenne codiert , um eine A3-Modulation (Grauskala) zu erzeugen. Empfänger (gepaarte Farb- und Graustufenkurve) in verschiedenen Richtungen von der Station zeichnen eine unterschiedliche Ausrichtung des F3- und A3-demodulierten Signals.
DVOR
rot(F3-) grün(F3) blau(F3+)
schwarz(A3-) grau(A3) weiß(A3+)
USB-Sender-Offset ist übertrieben
LSB-Sender wird nicht angezeigt
Das Dopplersignal codiert die Stationskennung i ( t ) , optionale Sprache a ( t ) , das variable Navigationssignal in c ( t ) und die isotrope (dh omnidirektionale) Komponente. Das Signal der Navigationsvariablen ist A3-moduliert (Graustufen). Das Navigationsreferenzsignal wird verzögert, t + , t – , durch elektrisches Drehen eines Senderpaars. Die zyklische Doppler-Blau-Verschiebung und die entsprechende Doppler-Rot-Verschiebung, wenn sich ein Sender an den Empfänger schließt und sich von ihm entfernt, führt zu einer F3-Modulation (Farbe). Die Paarung von Sendern, die gleich hoch und niedrig der isotropen Trägerfrequenz versetzt sind, erzeugt das obere und das untere Seitenband. Gleichmäßiges Schließen und Zurückweichen auf gegenüberliegenden Seiten des gleichen Kreises um den isotropen Sender erzeugen eine F3-Unterträgermodulation g ( A , t ) .
wobei der Umdrehungsradius R = F d C / (2 F n F c ) 6,76 ± 0,3 m beträgt.
Die Senderbeschleunigung 4 π 2 F n 2 R (24.000 g) macht eine mechanische Umdrehung unpraktisch und halbiert ( Gravitationsrotverschiebung ) das Frequenzänderungsverhältnis im Vergleich zu Sendern im freien Fall.
Die Mathematik zur Beschreibung der Funktionsweise eines DVOR ist weitaus komplexer als oben angegeben. Der Hinweis auf "elektronisch gedreht" ist eine enorme Vereinfachung. Die Hauptkomplikation bezieht sich auf einen Prozess, der "Mischen" genannt wird.
Eine weitere Komplikation besteht darin, dass die Phase der oberen und unteren Seitenbandsignale miteinander verriegelt werden müssen. Das zusammengesetzte Signal wird vom Empfänger erkannt. Der elektronische Erkennungsvorgang verschiebt den Träger effektiv nach unten auf 0 Hz, wobei die Signale mit Frequenzen unterhalb des Trägers auf die Frequenzen oberhalb des Trägers gefaltet werden. Somit werden die oberen und unteren Seitenbänder summiert. Wenn zwischen diesen beiden Phasenverschiebungen vorhanden sind, hat die Kombination eine relative Amplitude von (1 + cos ). Wenn φ 180° wäre, würde der Empfänger des Flugzeugs keinen Unterträger erkennen (Signal A3).
"Blending" beschreibt den Vorgang, bei dem ein Seitenbandsignal von einer Antenne zur nächsten geschaltet wird. Die Umschaltung ist nicht diskontinuierlich. Die Amplitude der nächsten Antenne steigt, wenn die Amplitude der aktuellen Antenne sinkt. Wenn eine Antenne ihre Spitzenamplitude erreicht, haben die nächste und die vorherige Antenne null Amplitude.
Durch die Abstrahlung von zwei Antennen wird das effektive Phasenzentrum zu einem Punkt zwischen den beiden. Somit wird die Phasenreferenz kontinuierlich über den Ring gesweept – nicht abgestuft wie dies bei einer diskontinuierlichen Umschaltung von Antenne zu Antenne der Fall wäre.
Bei den elektromechanischen Antennenschaltsystemen, die vor der Einführung von Festkörper-Antennenschaltsystemen verwendet wurden, war die Vermischung ein Nebenprodukt der Funktionsweise der motorisierten Schalter. Diese Schalter bürsteten ein Koaxialkabel an 50 (oder 48) Antenneneinspeisungen vorbei. Wenn sich das Kabel zwischen zwei Antenneneinspeisungen bewegt, würde es das Signal in beide einkoppeln.
Aber das Mischen akzentuiert eine weitere Komplikation eines DVOR.
Jede Antenne in einem DVOR verwendet eine Rundstrahlantenne. Dies sind in der Regel Alford Loop-Antennen (siehe Andrew Alford ). Leider liegen die Seitenbandantennen sehr nahe beieinander, so dass ca. 55% der abgestrahlten Energie von den benachbarten Antennen absorbiert wird. Die Hälfte davon wird wieder abgestrahlt und die andere Hälfte wird entlang der Antenneneinspeisungen der benachbarten Antennen zurückgesendet. Das Ergebnis ist ein Antennendiagramm, das nicht mehr omnidirektional ist. Dadurch wird das effektive Seitenbandsignal beim Empfänger des Flugzeugs mit 60 Hz amplitudenmoduliert. Die Phase dieser Modulation kann die detektierte Phase des Unterträgers beeinflussen. Dieser Effekt wird "Kopplung" genannt.
Das Mischen verkompliziert diesen Effekt. Dies geschieht, weil, wenn zwei benachbarte Antennen ein Signal ausstrahlen, sie eine zusammengesetzte Antenne bilden.
Stellen Sie sich zwei Antennen vor, die durch ihre Wellenlänge/3 getrennt sind. In Querrichtung summieren sich die beiden Signale, in tangentialer Richtung heben sie sich jedoch auf. Wenn sich das Signal also von einer Antenne zur nächsten "bewegt", nimmt die Verzerrung im Antennendiagramm zu und dann ab. Die Spitzenverzerrung tritt in der Mitte auf. Dies erzeugt eine halbsinusförmige Amplitudenverzerrung von 1500 Hz bei einem 50-Antennen-System (1.440 Hz bei einem 48-Antennen-System). Diese Verzerrung ist selbst amplitudenmoduliert mit einer 60 Hz Amplitudenmodulation (ebenfalls einige 30 Hz). Diese Verzerrung kann sich je nach Trägerphase um die oben erwähnte 60-Hz-Verzerrung addieren oder subtrahieren. Tatsächlich kann man der Trägerphase (relativ zu den Seitenbandphasen) einen Offset hinzufügen, so dass die 60 Hz-Komponenten dazu neigen, sich gegenseitig zu nullen. Es gibt jedoch eine 30-Hz-Komponente, die einige schädliche Auswirkungen hat.
DVOR-Designs verwenden alle möglichen Mechanismen, um diese Effekte zu kompensieren. Die gewählten Methoden sind wichtige Verkaufsargumente für jeden Hersteller, wobei jeder die Vorteile seiner Technik gegenüber seinen Konkurrenten anpreist.
Beachten Sie, dass ICAO-Anhang 10 die Amplitudenmodulation des Unterträgers im ungünstigsten Fall auf 40 % begrenzt. Ein DVOR, das keine Techniken zur Kompensation von Kopplungs- und Mischeffekten verwendet, würde diese Anforderung nicht erfüllen.
Genauigkeit und Zuverlässigkeit
Die vorhergesagte Genauigkeit des VOR-Systems beträgt ±1,4°. Testdaten zeigen jedoch, dass ein VOR-System in 99,94 % der Fälle weniger als ±0,35 ° Fehler aufweist. Die interne Überwachung einer VOR-Station schaltet diese ab oder wechselt zu einem Standby-System, wenn der Stationsfehler einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Eine Doppler-VOR-Bake wird normalerweise umschalten oder abschalten, wenn der Peilungsfehler 1,0° überschreitet. Nationale Luftraumbehörden können oft strengere Grenzwerte festlegen. In Australien kann beispielsweise bei einigen Doppler-VOR-Baken ein primärer Alarmgrenzwert auf bis zu ±0,5° eingestellt werden.
ARINC 711 - 10. Januar 2002 gibt an, dass die Empfängergenauigkeit unter verschiedenen Bedingungen mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit von 95 % innerhalb von 0,4° liegen sollte. Von jedem Empfänger, der dieser Norm entspricht, kann erwartet werden, dass er innerhalb dieser Toleranzen arbeitet.
Alle Funknavigationsbaken müssen ihre eigene Leistung überwachen. Die meisten verfügen über redundante Systeme, so dass der Ausfall eines Systems automatisch auf ein oder mehrere Standby-Systeme umschaltet. Die Überwachungs- und Redundanzanforderungen in einigen Instrumentenlandesystemen (ILS) können sehr streng sein.
Die allgemeine Philosophie, die verfolgt wird, ist, dass kein Signal einem schlechten Signal vorzuziehen ist.
VOR-Beacons überwachen sich selbst, indem sie eine oder mehrere Empfangsantennen haben, die vom Beacon entfernt angeordnet sind. Die Signale von diesen Antennen werden verarbeitet, um viele Aspekte der Signale zu überwachen. Die überwachten Signale sind in verschiedenen US-amerikanischen und europäischen Standards definiert. Der wichtigste Standard ist der Standard ED-52 der Europäischen Organisation für Zivilluftfahrtausrüstung (EuroCAE). Die fünf überwachten Hauptparameter sind die Peilgenauigkeit, die Referenz- und variable Signalmodulationsindizes, der Signalpegel und das Vorhandensein von Kerben (verursacht durch einzelne Antennenfehler).
Beachten Sie, dass sich die von diesen Antennen in einem Doppler-VOR-Beacon empfangenen Signale von den von einem Flugzeug empfangenen Signalen unterscheiden. Dies liegt daran, dass sich die Antennen in der Nähe des Senders befinden und durch Näherungseffekte beeinflusst werden. Beispielsweise unterscheidet sich der Verlust des Freiraumpfads von nahegelegenen Seitenbandantennen um 1,5 dB (bei 113 MHz und in einer Entfernung von 80 m) von den Signalen, die von den Seitenbandantennen der fernen Seite empfangen werden. Für ein weit entferntes Flugzeug wird es keinen messbaren Unterschied geben. In ähnlicher Weise stammt die von einem Empfänger gesehene Spitzenrate der Phasenänderung von den Tangentialantennen. Für das Flugzeug sind diese Tangentialpfade fast parallel, aber dies ist bei einer Antenne in der Nähe des DVOR nicht der Fall.
Die Peilgenauigkeitsspezifikation für alle VOR-Baken ist im Übereinkommen der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation über die internationale Zivilluftfahrt, Annex 10, Volume 1 definiert.
In diesem Dokument wird die Peilungsgenauigkeit im ungünstigsten Fall auf einem konventionellen VOR (CVOR) auf ±4° festgelegt. Ein Doppler-VOR (DVOR) muss ±1° betragen.
Alle Funknavigationsbaken werden regelmäßig überprüft, um sicherzustellen, dass sie den entsprechenden internationalen und nationalen Standards entsprechen. Dazu gehören VOR-Beacons, Entfernungsmessgeräte (DME), Instrumentenlandesysteme (ILS) und ungerichtete Beacons (NDB).
Ihre Leistung wird von Flugzeugen gemessen, die mit Testgeräten ausgestattet sind. Das VOR-Testverfahren besteht darin, die Bake in definierten Entfernungen und Höhen im Kreis sowie entlang mehrerer Radials zu umfliegen. Diese Flugzeuge messen die Signalstärke, die Modulationsindizes der Referenz- und variablen Signale und den Peilungsfehler. Sie werden auch andere ausgewählte Parameter messen, wie von den lokalen/nationalen Luftraumbehörden gefordert. Beachten Sie, dass das gleiche Verfahren (oft im gleichen Flugtest) verwendet wird, um Entfernungsmessgeräte (DME) zu überprüfen .
In der Praxis können die Peilfehler in einigen Richtungen oft die in Anhang 10 definierten überschreiten. Dies ist normalerweise auf Geländeeffekte, Gebäude in der Nähe des VOR oder, im Fall eines DVOR, auf einige Gegengewichtseffekte zurückzuführen. Beachten Sie, dass Doppler-VOR-Baken eine erhöhte Grundebene verwenden, die verwendet wird, um das effektive Antennendiagramm zu erhöhen. Es erzeugt eine starke Keule bei einem Elevationswinkel von 30°, die die 0°-Keule der Antennen selbst ergänzt. Diese Masseebene wird als Gegengewicht bezeichnet. Ein Gegengewicht funktioniert jedoch selten genau so, wie man es sich erhofft. Zum Beispiel kann der Rand des Gegengewichts Signale von den Antennen absorbieren und wieder ausstrahlen, und dies kann in einigen Richtungen anders sein als in anderen.
Nationale Luftraumbehörden akzeptieren diese Peilungsfehler, wenn sie in Richtungen auftreten, die nicht den definierten Flugverkehrsrouten entsprechen. In bergigen Gebieten kann das VOR beispielsweise nur entlang eines Landebahnanflugpfads eine ausreichende Signalstärke und Peilgenauigkeit bereitstellen.
Doppler-VOR-Baken sind von Natur aus genauer als herkömmliche VORs, da sie weniger durch Reflexionen von Hügeln und Gebäuden beeinflusst werden. Das variable Signal in einem DVOR ist das 30-Hz-FM-Signal; in einem CVOR ist es das 30 Hz AM-Signal. Wenn das AM-Signal einer CVOR-Bake von einem Gebäude oder einem Hügel abprallt, sieht das Flugzeug eine Phase, die im Phasenzentrum des Hauptsignals und des reflektierten Signals zu liegen scheint, und dieses Phasenzentrum bewegt sich, wenn sich der Strahl dreht. In einer DVOR-Bake scheint das variable Signal, wenn es reflektiert wird, zwei FM-Signale ungleicher Stärke und unterschiedlicher Phasen zu sein. Zweimal pro 30-Hz-Zyklus ist die augenblickliche Abweichung der beiden Signale gleich und der Phasenregelkreis wird (kurzzeitig) verwirrt. Wenn die beiden momentanen Abweichungen wieder auseinanderdriften, folgt der Phasenregelkreis dem Signal mit der größten Stärke, das das Sichtliniensignal ist. Wenn die Phasentrennung der beiden Abweichungen jedoch klein ist, wird es weniger wahrscheinlich, dass der Phasenregelkreis für einen größeren Prozentsatz des 30-Hz-Zyklus auf das wahre Signal einrastet (dies hängt von der Bandbreite des Ausgangs der Phase ab Komparator im Flugzeug). Im Allgemeinen können einige Reflexionen kleinere Probleme verursachen, aber diese sind normalerweise um eine Größenordnung geringer als bei einem CVOR-Beacon.
Verwenden eines VOR
Wenn ein Pilot die VOR-Station von genau Osten anfliegen möchte, muss das Flugzeug genau nach Westen fliegen, um die Station zu erreichen. Der Pilot verwendet das OBS, um die Kompassskala zu drehen, bis die Zahl 27 (270°) mit dem Zeiger (der als Primärindex bezeichnet wird ) oben auf der Skala ausgerichtet ist. Wenn das Flugzeug den 90°-Radialwinkel (genau östlich der VOR-Station) abfängt, wird die Nadel zentriert und der To/From-Indikator zeigt "To". Beachten Sie, dass der Pilot das VOR so einstellt, dass es den Kehrwert anzeigt; das Flugzeug folgt dem 90°-Radial, während das VOR anzeigt, dass der Kurs "zu" der VOR-Station 270° beträgt. Dies wird als "eingehend auf dem 090-Radial" bezeichnet. Der Pilot muss nur die Nadel zentriert halten, um dem Kurs zur VOR-Station zu folgen. Driftet die Nadel aus der Mitte, wird das Flugzeug in Richtung der Nadel gedreht, bis sie wieder zentriert ist. Nachdem das Flugzeug die VOR-Station passiert hat, zeigt der To/From-Indikator "From" an und das Flugzeug fliegt dann auf dem 270°-Radial ab. Die CDI-Nadel kann im "Konfusionskegel" direkt über der Station oszillieren oder auf Vollausschlag gehen, wird sich jedoch neu zentrieren, sobald das Flugzeug eine kurze Strecke hinter der Station geflogen ist.
Beachten Sie in der Abbildung rechts, dass der Kursring auf 360° (Norden) am Primärindex eingestellt ist, die Nadel zentriert ist und die To/From-Anzeige "TO" anzeigt. Der VOR zeigt an, dass sich das Flugzeug auf dem 360°-Kurs (Norden) zur VOR-Station befindet (dh das Flugzeug befindet sich südlich der VOR-Station). Wenn der To/From-Indikator "From" anzeigen würde, bedeutet dies, dass sich das Flugzeug auf dem 360°-Radial von der VOR-Station entfernt befindet (dh das Flugzeug befindet sich nördlich des VOR). Beachten Sie, dass es absolut keinen Hinweis darauf gibt, in welche Richtung das Flugzeug fliegt. Das Flugzeug könnte genau nach Westen fliegen und dieser Schnappschuss des VOR könnte der Moment sein, in dem es das 360°-Radial überquert hat.
Testen
Bevor ein VOR-Indikator zum ersten Mal verwendet wird, kann er auf einem Flughafen mit einer VOR-Testeinrichtung oder VOT getestet und kalibriert werden . Ein VOT unterscheidet sich von einem VOR dadurch, dass es das variable Richtungssignal durch ein anderes omnidirektionales Signal ersetzt und gewissermaßen ein 360°-Radial in alle Richtungen überträgt. Der NAV-Empfänger wird auf die VOT-Frequenz abgestimmt, dann wird der OBS gedreht, bis die Nadel zentriert ist. Wenn der Indikator innerhalb von vier Grad von 000 mit sichtbarem FROM-Flag oder 180 mit sichtbarem TO-Flag liest, wird er als für die Navigation verwendbar angesehen. Die FAA verlangt die Prüfung und Kalibrierung eines VOR-Indikators nicht mehr als 30 Tage vor einem Flug nach IFR.
Abfangen von VOR-Radials
Es stehen viele Methoden zur Verfügung, um zu bestimmen, welcher Kurs zu fliegen ist, um ein Radial von der Station oder einen Kurs zur Station abzufangen. Die gebräuchlichste Methode ist das Akronym TITPIT. Die Abkürzung steht für Tune – Identify – Twist – Parallel – Intercept – Track. Jeder dieser Schritte ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass das Flugzeug dorthin fliegt, wohin es geleitet wird. Stellen Sie zuerst die gewünschte VOR-Frequenz in das Navigationsradio ein. Zweitens und am wichtigsten: Identifizieren Sie die richtige VOR-Station, indem Sie den gehörten Morsecode mit der Schnittkarte überprüfen. Drittens drehen Sie den VOR OBS-Knopf zum gewünschten Radial (FROM) oder Kurs (TO) der Station. Viertens, das Flugzeug in die Querlage bringen, bis der Kursanzeiger den Radial- oder Kurs anzeigt, der im VOR eingestellt ist. Der fünfte Schritt besteht darin, zur Nadel zu fliegen. Steht die Nadel links, drehen Sie 30–45° nach links und umgekehrt. Der letzte Schritt ist, sobald die VOR-Nadel zentriert ist, den Steuerkurs des Flugzeugs zurück auf den Radial- oder Kurs zu drehen, um den geflogenen Radial- oder Kurs zu verfolgen. Bei Wind ist ein Windkorrekturwinkel erforderlich, um die VOR-Nadel zentriert zu halten.
Es existiert eine andere Methode, um ein VOR-Radial abzufangen und richtet sich enger nach dem Betrieb eines HSI ( Horizontal Situation Indicator ). Die ersten drei Schritte oben sind die gleichen; stimmen, identifizieren und drehen. An diesem Punkt sollte die VOR-Nadel entweder nach links oder rechts verschoben werden. Wenn Sie die VOR-Anzeige betrachten, sind die Zahlen auf derselben Seite wie die Nadel immer die erforderlichen Kurse, um die Nadel wieder in die Mitte zu bringen. Der Flugzeugkurs sollte dann gedreht werden, um sich mit einem dieser schattierten Kurse auszurichten. Bei richtiger Durchführung wird diese Methode niemals eine umgekehrte Abtastung erzeugen. Die Verwendung dieser Methode gewährleistet ein schnelles Verständnis der Funktionsweise eines HSI, da der HSI visuell zeigt, was wir mental zu tun versuchen.
Im nebenstehenden Diagramm fliegt ein Flugzeug einen Kurs von 180°, während es sich in einer Peilung von 315° vom VOR befindet. Nach dem Drehen des OBS-Knopfes auf 360° lenkt die Nadel nach rechts aus. Die Nadel schattiert die Zahlen zwischen 360 und 090. Wenn das Flugzeug einen Kurs irgendwo in diesem Bereich ansteuert, fängt das Flugzeug das Radial ab. Obwohl die Nadel nach rechts ausgelenkt wird, ist der kürzeste Weg zum schattierten Bereich eine Drehung nach links.
Siehe auch
- Luftweg (Luftfahrt)
- Peilung (DF)
- Entfernungsmessgeräte (DME)
- Globales Positionsbestimmungssystem (GPS)
- Head-up-Display (HUD)
- Instrumentenflugregeln (IFR)
- Instrumentenlandesystem (ILS)
- Ungerichtete Bake (NDB)
- Leistungsbasierte Navigation
- TACAN
- Transponderlandesystem (TLS)
- Wide Area Augmentation System (WAAS)
- Victor Atemwege