Kraków 2022-10-05
System nawigacyjny VOR / DVOR / DEM.
Zacznijmy od początku. Radiolatarnia to jest radiostacja nadawcza lub nadawczo-odbiorcza wysyłająca sygnał radiowy wykorzystywany w radionawigacji lotniczej. Sygnał radiowy jest nadawany w stałych odstępach czasu i zawiera kod radiolatarni zwykle znakowy alfabetem Morse’a. Sygnał ten może być też nadawany dopiero po odebraniu zapytania. W komunikacji lotniczej służy do określania kierunku lotu za pomocą radionamiernika.
Radiolatarnia VOR.
VOR w języku angielskim to znaczy VHF Omni-directional Range). VOR to jest rodzaj radiolatarni stosowanej w lotnictwie, wykorzystującej pasmo radiowe w zakresie 108 – 117,950 MHz. W sygnale tej radiolatarni podawana jest informacja azymutalna, czyli azymut - kąt zawarty między kierunkiem północnym, a danym kierunkiem poziomym. Daje to możliwość prezentacji w urządzeniach pokładowych samolotu takich informacji jak: 1 Namiar magnetyczny statku powietrznego od radiolatarni. 2 Osiągnięcie żądanego namiaru do lub od radiolatarni. 3 Minięcie radiolatarni. 4 Identyfikator radiolatarni (3 znaki zakodowane alfabetem Morse'a).
Radiolatarnia VOR może współpracować z urządzeniem pomiaru odległości DME tworząc system VOR/DME, o czym napisaliśmy poniżej.
Zasada działania VOR jest zbliżona do działania latarni morskiej. Radiolatarnia nadaje wiązkę sygnału radiowego, która obraca się wokół radiolatarni 30 razy na sekundę. Równocześnie nadawana jest faza stała we wszystkich kierunkach zmodulowana tonem 30 Hz. W momencie kiedy wiązka fazy zmiennej przechodzi przez północ magnetyczną, następuje maksymalny poziom modulacji fazy stałej. Wyznaczenie azymutu polega na zmierzeniu czasu, jaki mija pomiędzy najwyższym poziomem fazy stałej, a odebraniem sygnału fazy zmiennej. Radiolatarnie VOR są zwykle wyposażone w złożone systemy kontroli sygnału i podtrzymywania pracy. Urządzenie ma dodatkowe akumulatory (UPS) oraz klimatyzację do utrzymania korzystnej temperatury pracy urządzenia.
Częstotliwości pracy radiolatarni wynosi 108 – 117,9 MHz. W zakresie 108 – 112 MHz co 200 kHz. Pozostałe kanały wykorzystywane są przez system ILS. Moc radiolatarni wynosi 100 – 200 W. Są także radiolatarnie słabej mocy 50 W, tak zwane T-VOR, czyli radiolatarnie o obniżonej mocy, ze względu na duże zagęszczenie urządzeń w okolicach lotniska. Radiolatarnie mają dokładność od plus/minus 5,2 stopnia do plus/minus 2,5 stopnia. Zasięg radiolatarni jest krótki lub średni i w zależności od mocy sygnału sięga 25 - 200 NM (46,30 km - 370,40 km).
Radiolatarnie VOR są najpopularniejszym systemem kątowym w nawigacji lotniczej, nie są jednak pozbawione wad. Podstawową wadą tego systemu jest duża podatność na zakłócenia sygnału ze względu na przeszkody terenowe. Odpowiedzią na to jest radiolatarnia DVOR (VOR Dopplerowski) o zmodyfikowanej zasadzie pracy.
W Polsce obecnie (2022 rok) mamy 23 radiolatarnie DVOR/DME, które są rozmieszczone regularnie na terenie kraju. Jeszcze 10 lat temu było tylko 12 radiolatarni VOR i DVOR. Większość nowych radiolatarni DVOR/DME umieszczono na terenie pól wzlotów lotnisk komercyjnych.
Praca radiolatarni VOR.
Radiolatarnia w sygnale wysyła co 10 sekund kod Morse'a, dzięki czemu urządzenie emituje kod Morse'a poprzez głośnik w kokpicie. Po odsłuchaniu nadanego sygnału pilot może być pewny, że ustawił właściwą częstotliwość i kieruje się do właściwego urządzenia, jeżeli w pobliżu jest ich kilka. Znak identyfikacyjny radiolatarni składa się z 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.
Zwykle na pokładzie samolotu są trzy różne wskaźniki HSI (ang. Horizontal Situation Indicator), które przedstawiają dane uzyskane z radiolatarni VOR. Informacje jakie może wyświetlać HSI to informacja "od-do" (ang. from-to) czyli informacja czy lecimy od urządzenia czy do urządzenia oraz kierunek namiaru na VOR. Ze względu na urządzenie mogą być dwa wskaźniki TDI (ang. Track Deviation Indicatior) lub CDI (ang. Cross Deviation indicator). Ze wskaźników wiemy także kiedy przelecimy nad radiolatarnią. Czyli gdy zbliżamy się do VOR wskazówka zaczyna się wychylać w jedną stronę, gdy przelecimy nad urządzeniem wskazówka wraca do pionu i po przeleceniu nad urządzeniem wskazówka będzie się wychylać w drugą stronę.
Radiolatarnia DVOR.
DVOR czyli doppler VOR jest ulepszoną wersją konwencjonalnego VOR, który ma rozwiązany problem odbicia sygnału od przeszkód terenowych. Złożony jest z 48 anten mniejszych na zewnątrz oddalonych od anteny środkowej o około 6,5 m.
Żeby samoloty mogły korzystać z systemu DVOR muszą być co najmniej na wysokości 1000 ft (304,80 m). W urządzeniu DVOR wykorzystuje się efekt dopplera, czyli przesunięcie częstotliwości w jednym kierunku i emitowanie sygnału z różnymi częstotliwościami. Radiolatarnia DVOR ma określone wymagania co do przeszkód terenowych w pobliżu urządzenia, aby nie było zakłóceń od tych przeszkód. Wymagania co do strefy ochronnej sięgają aż do 500 m od anteny. Chociaż już od odległości 300 m nie ma już ograniczeń, za wyjątkiem energetycznych sieci wysokich napięć i kolejowej trakcji elektrycznej.
Urządzenie DME.
DME w języku angielskim Distance Measuring Equipment) jest to urządzenie do podawania informacji o odległości od urządzenia DME. Zasięg urządzenia może wynosić do około 300 NM (555,60 km). DME działa w zakresach 978 - 1 215 MHz, z odstępem 1 MHz, wykorzystuje do zapytania i odpowiedzi dwie różne częstotliwości i są one przesunięte względem siebie o 63 MHz. Oraz na tej samej częstotliwości są umieszczane dwa sygnały, pierwszy kanał oznaczony literą "X" i poszczególne impulsy mają odstęp 12 mikrosekund i odbiór drugiego kanału oznaczony literą "Y" który ma odstępy impulsów na długości 30 mikrosekund. Działa na zasadzie zapytania i odpowiedzi pomiędzy DME a "interrogatorem" w samolocie. Samolot wysyła zapytanie i urządzenie naziemne odbiera sygnał i identyfikuje, czy jest to zapytanie od samolotu czy przypadkowy sygnał. Na zapytanie i odpowiedź sygnał potrzebuje około 12.36 mikrosekund, na przebycie drogi 1 NM pomiędzy samolotem a urządzeniem.
Urządzenie DME obsługuje do 100 statków powietrznych jednocześnie. System DME jest także uzupełnieniem systemu ILS instalując antenę na ścieżce schodzenia. Urządzenie DME ma ograniczenia co do przeszkód terenowych. Do odległości 5 m nie dopuszcza się istnienia żadnych budynków, konstrukcji, drzew, ogrodzeń ani innych przeszkód fizycznych. Do odległości 2 500 m są dopuszczalne pojedyncze przeszkody terenowe za wyjątkiem energetycznych sieci wysokich napięć i kolejowej trakcji elektrycznej.
W kokpicie samolotu jest odbiornik systemu DME. Odbiornik podaje trzy wartości. Pierwsza wartość jest to odległość samolotu od urządzenia DME (miano NM), druga wartość to prędkość samolotu (miano KT)i ostatnia wartość to ilość minut pozostałych na przebycie samolotu do nadajnika (miano minuty).
Czasami, zamiast DME wykorzystuje się system TACAN, wtedy nazywa się taki system VORTAC albo VOR/DMET. Sygnał VOR nadawany jest tonem 1 020 Hz z słyszalnym kodem Morse’a, a DME tonem 1 350 Hz. Ma zasięg 160 NM (296,32 km). Historycznie, system TACAN był najpierw wprowadzony do Zachodniego lotnictwa wojskowego.
Opracował Karol Placha Hetman