Bruker:Bobcat/VOR

VORTAC TGO (Tango)

VHF-peilingsutrustning (VOR, forkortelse for Very High Frequency Omnidirectional Radio Range), er et radiofyr som gir kompassretningen eller den relative peilingen til eller fra VOR-stasjonen, og som særlig brukes av luftfartøyer i forbindelse med navigasjon. Takket være bl.a. dette peileutstyret kan flyene navigere selv under dårlig sikt, f.eks. om natten eller i skyet vær.

VOR sender, som navnet sier, på VHF-båndet like over FM-båndet for komersiell radiokringkasting, altså fra 108.0 til 119.95 MHz. Dette frekvensbåndet deles opp i kanaler med 50 kHz kanalseparasjon. En VOR-stasjon sender et sammensatt signal som består blant annet av identifikasjon av stasjonen i form av morse-kode.

En VOR-stasjon er ofte lokalisert sammen med en DME-stasjon. (DME, forkortelse for Distance Measuring Equipment)

Hvordan VOR virker

Det generelle prinsippet bak VOR er å sende ut to separate signaler på 30 Hz fra VOR-stasjonen. Signalene er generert slik at det ene (referansesignalet) alltid er blir likt oppfattet uansett hvor man befinner seg rundt senderen, og at det andre signalet (det variable signalet) vil variere i fase lik kompassretningen til mottageren sett fra VOR-stasjonen.

Det finnes to typer VOR: den konvensjonelle (CVOR, Coventional VOR) og doppler-VOR (DVOR). I dag er CVOR under utfasing, og byttes ut til den mer moderne DVOR.

VOR sender ut to radiosignaler som, avhengig av fra hvilken retning de mottas, har forskjellig fase. Faseforskjellen mellom de to signalene gir retningen til VOR-stasjonen direkte. Faseforskjellen er vinkelen mellom de to signalene og måles i grader. Hvis faseforskjellen er 0 grader befinner mottageren ser rett nord for VOR-stasjonen. Hvis faseforskjellen er 180 grader befinner mottageren seg rett syd for VOR-stasjonen. 0 grader er definert som magnetisk nord.

Forenklet beskrivelse

For å forstå hvordan VOR virker kan vi tenke oss en fyrlykt som har en roterende lyskaster med hvitt lys. Vi tenker oss at denne lyskasteren har en meget smal stråle og roterer én runde (360 grader) i løpet av nøyaktig ett minutt. Det vil altså si at vi ser en hvitt blink med 60 sekunders intervall. I tillegg til lyskasteren har fyrlykten et grønt blinkene lys som lyser i alle retninger. Dette grønne blinklyset kalles for referansesignalet, mens den hvite lyskasteren kalles det varierende signalet. Hver gang lyskasteren peker mot nord blinker det grønne lyset én gang. Hvis vi står stille og betrakter fyret vil vi med andre ord se ett grønt blink hver minutt og ett hvitt blink hvert minutt. For å vite hvor vi befinner oss i forhold til fyrlykten kan vi nå måle tiden det tar fra vi ser det grønne blinket (referansesignalet) til vi ser det hvite blinket (variable signalet). Vi måler tiden i sekunder og multipliserer med 6 fordi lyskasteren beveger seg 6 grader per sekund. Hvis det for eksempel tar 15 sekunder mellom det grønne og hvite blinket vet vi at vi befinner oss rett øst for fyrlykten. Ut fra sekundviseren på en stoppeklokke, der sekundviseren roterer én gang per minutt, kan vi lese retningen direke ved å tenke oss sekundviseren som en kompassnål.

Vi kan si at det grønne blinklysets bølgelengde er én sekstiendedels Hz. Lyskasteren har samme frekvens men legger vi de to ‘bølgene’ i samme tidsakse ser vi at de ikke er ‘i takt’. Hvis vi definerer det grønne blinklyset som ‘det første’, vil vi se at lyskasteren ligger noen sekunder bak. Denne tidsavstanden kalles faseforskyvning. En periode er tiden det tar å komme tilbake til samme svingstilstand. Overført til eksemplet med lyskasteren så blir en periode én runde. Vi måler vanligvis perioden i grader eller radianer og definisjonen på én periode er 360 grader, eller 2 x Pi radianer. En vinkel måles også i grader eller radianer. Faseforskyvningen mellom to svingninger blir altså en vinkel som måles i grader eller radianer. I navigasjonøyemed måler vi vinkler i grader, og når faseforskyvningen også måles i grader får vi et en-til-en forhold mellom faseforskyvningen og kompassretningen.

Ved å bytte ut lys med radiosignaler, får man så et VOR-tårn, i stedet for et fyrtårn. Dette kan i tillegg leses av selv om sikten er lik null, og man ikke har visuell kontakt med tårnet. Retningen regnes ut automatisk av dertil dedikerte instrumenter, mens signalet som angir hvilket fyr det er, sendes som et lydsignal til pilotene som flyr. Dette signalet gis i morse-kode, altså som prikker (korte toner) og streker (lange toner). Noen VORer har også tale-identifikasjon i tillegg til morse-identifikasjonen.

Konvensjonell VOR (CVOR)

Konvensjonell VOR (CVOR) sender ut et frekvensmodulert referansesignal fra en antenne som stråler i alle retninger. Referansesignalet har en frekvens på 30 Hzへるつ og moduleres på en 9960 Hzへるつ hjelpebærebølge (eng: «subcarrier»). Dette signalet virker som referanse i og med at det vil bli mottatt likt uansett hvor man befinner seg rundt senderen. Et annet signal sendes ut fra en mekanisk roterende dipol, eller det kan roteres elektronisk. Rotasjonsfrekvensen er 30 Hzへるつ. Når disse to signalene møtes dannes et hjerteformet stålingsdiagram, et Limaçon som altså roterer rundt en vertikal akse med en frekvens på 30 Hzへるつ. Dette roterende stålingsdiagrammet produserer et amplitudemodulet signal på 30 Hzへるつ som blir det variable signalet. Riktignok er ikke dette noe rent sinussignal, men det er kun frekvensen som er interesant. Ved å måle faseforskjellen mellom referansesignalet og det variable signalet får man en radian som tilsvarer kompassretningen fra VOR-stasjonen til mottageren. Referansesignalet på 30 Hzへるつ moduleres på en hjelpebærebølge så det ikke skal forstyrre det variable signalet. Det største problemet med CVOR er at hvis radiobølgene reflekteres fra et fjell, en bygning osv., vil retningsmålingen i flyet bli feil.

Doppler VOR (DVOR)

DVOR er en nyere og forbedret VOR som ikke er så følsom for reflekser som CVOR. Antennene på en DVOR-stasjon består av en senterantenne og mange antenner (vanligvis 48) organisert rundt senterantenne i en sirkel med diameter på 13,4 meter. Sentarantennen er en rundtstråler som sender ut et amplitudemodulert referansesignal. Signalet er et sinus-signal med en frekvens på 30 Hzへるつ. Dette signalet er referansesignalet som vil bli oppfattet likt uansett hvor det mottas. Antennene rundt senterantennen sender ut en umodulert bærebølge med to hjelpebærebølger som ligger 9960 Hzへるつ symetrisk fra senterfrekvensen. Disse to hjelpebærebølgene blir to sidebånd. DVOR er konstruert slik at den ene antennen modulerer et 30 Hzへるつ signal på øver sidebånd (senterfrekvensen +9960 Hzへるつ) og antennen på motsatt side modulerer det samme signalet på motsatt sidebølge (senterfrekvensen +9960 Hzへるつ). Hvis for eksempel antennen lengst nord sender på hjelpebærebølgen f+9960 Hzへるつ så sender antennen lengst sør på hjelpebærebølgen f-9960 Hzへるつ. To og to antenner, på motsatt side av sirkelen, veksler mellom å sende i en sirkelformet bevegelse med en rotasjonshastighet på 30 omdreininger pr sekund, altså 30 Hzへるつ. På grunn av doppler-effekten vil dette signale variere i frekvens når det mottas og følgelig bli oppfattet som et frekvensmodulert signal på 30 Hzへるつ. Dette signalet bli det variable signalet og sammenlignes med referansesignalet på samme måte som for CVOR. På samme måte som med CVOR moduleres det ene signalet (det variable signalet i dette tilfellet) på en hjelpebærebølge så det ikke skal forstyrrer det andre signalet.

Historie

Under annen verdenskrig utstyrte britene sine bombefly med utstyr for å kunne beregne egen posisjon ved hjelp av stjernehimmelen. Selv om mange bomber ble droppet kilometer fra der hvor de skulle lande, fortsatte britene å bruke systemet i stor grad.

Det tyske Luftwaffe satset derimot tungt på radionavigasjon, ved hjelp av nettopp radiofyr - det vi i dag kan se på som forløperen til VOR. Tyskerne hadde i tillegg et system kalt Lorenz, et system som hjalp fly med å lande i mørke og dårlig vær, som vi i dag kjenner som ILS.

Dette Lorenz-systemet ble videutviklet som et direksjonssystem, som kunne dirigere bombefly til et bestemt mål. I stedet for én sender som fortalte flyet noe om posisjonen i forhold til rullebanen, fikk man nå et system som guidet et fly langs en bestemt linje, med en annet radiosignal som krysset det opprinnelige signalet der hvor bombene skulle droppes. Når flyet så fløy inn i det kryssende signalet, kunne flygeren slippe bombene sine. Systemet var ganske nøyaktig, og ble brukt en stund av Luftwaffe inntil britene klarte å jamme systemet effektivt. Dette systemet ble kalt Knickebein. Fordelen med Knickebein var at fly som allerede hadde Lorenz-systemet, kun trengte installasjon av en mottager til, slik at en kunne ta i mot signaler fra to stasjoner. Senere kom X-Gerät og Y-Gerät.

Videre utvikling av radionavigasjonssystemer under og like etter andre verdenskrig, førte til at systemet VOR ble konstruert rundt 1950, og de første antennesystemene ble tatt i bruk like etter dette. CVOR, som dette første systemeet i dag kalles, er på vei til å bli byttet ut med DVOR, som er en mer avansert utgave av samme system, men med samme prinsipp.