Всенаправленный ОВЧ радиомаяк (VOR)

Всенаправленный ОВЧ радиомаяк (VOR) — разновидность радионавигационной системы малой дальности для летательных аппаратов, позволяющей самолету с приемным устройством определять свое положение и оставаться на курсе путем приема радиосигналов, передаваемых сетью стационарных наземных радиомаяков. Он использует частоты в очень высокочастотном диапазоне (УКВ) от 108,00 до 117,95 МГц. 

Разработки этой системы начались в США в 1937 года и полноценно развернулись к 1946 году, VOR — стандартная аэронавигационной система. Её используемой как коммерческой, так и общей авиацией. В 2000 году в мире работало около 3000 станций VOR, в том числе 1033 в США. К 2013 году число сократилось до 967 (станции выводятся из-за внедрения GPS).

Принцип работы 

Наземная станция VOR использует фазированную антенную решетку для передачи высоконаправленного сигнала, конструкция вращается по часовой стрелке горизонтально 30 раз в секунду. Он также посылает опорный сигнал 30 Гц на поднесущую, синхронизированную по фазе с направленной антенной, когда последняя проходит магнитный север. Этот опорный сигнал одинаков во всех направлениях. Разность фаз между опорным сигналом и амплитудой сигнала является пеленгом от станции VOR к приемнику относительно магнитного Севера. Эта линия положения называется VOR «радиальной». Пересечение радиалов от двух различных станций VOR может использоваться для фиксации положения самолета, как и в более ранних системах радиопеленгации (RDF).

Станции VOR имеют довольно малый радиус действия: сигналы находятся в прямой видимости между передатчиком и приемником и полезны на расстоянии до 200 миль. Каждая станция передает УКВ-радиосигнал, включающий навигационный сигнал, идентификатор станции и голос, если таковой имеется. Навигационный сигнал позволяет бортовой приемной аппаратуре определять пеленг от станции к самолету (направление от станции VOR относительно магнитного Севера). Идентификатор станции обычно представляет собой трехбуквенную строку на азбуке Морзе. Голосовой сигнал обычно представлен записью с названием станции, рекомендациями или прямыми трансляции службы полетов. В некоторых местах этот голосовой сигнал представляет собой непрерывную записанную трансляцию службы консультирования по погоде опасных полетов или HIWAS.

Сигналы VOR обеспечивают значительно большую точность и надежность благодаря нескольким факторам: 

1. VOR обеспечивает пеленг от станции к самолету, который не изменяется в зависимости от ветра или ориентации самолета;

2.  УКВ-радио менее подвержено дифракции (изгибу курса) вокруг объектов рельефа и береговых линий;

3. Фазовое кодирование почти не страдает от помех в случае гроз;

Также сигналы VOR обеспечивают предсказуемую точность 90 м (300 футов), глобальная система позиционирования (GPS) имеет точность менее 13 метров.

Станции VOR полагаются на «линию визирования», потому что они работают в УКВ диапазоне: если передающая антенна не может быть видна в совершенно ясный день с приемной антенны, полезный сигнал все еще может быть принят. Это ограничивает диапазон VOR до горизонта или ближе, если рядом горы. Хотя современное передающее оборудование требует гораздо меньшего технического обслуживания, обширная сеть станций, необходимая для обеспечения достаточного покрытия вдоль основных воздушных трасс, ещё слишком затратна при эксплуатации существующих систем воздушных путей.

Станциям назначены радиоканалы между 108,0 МГц и 117,95 МГц (с интервалом 50 кГц); это в очень высоком диапазоне частот (УКВ). Первые 4 МГц делятся с приборной системой посадки (ILS) полосой. Чтобы оставить каналы для ILS, в диапазоне от 108,0 до 111,95 МГц, цифра 100 кГц всегда четна, поэтому 108,00, 108,05, 108,20, 108,25 и так далее являются частотами VOR, но 108,10, 108,15, 108,30, 108,35 и так далее зарезервированы в США для системы посадки.

VOR кодирует азимут (направление от станции) как фазовое соотношение между опорным сигналом и переменным сигналом. Всенаправленный сигнал содержит:

• модулированную непрерывную волну (MCW) 7 слов в минуту,

• код азбуки Морзе идентификатор станции,

• амплитудно-модулированный (AM) голосовой канал. 

Стандартный опорный сигнал 30 Гц модулируется по частоте (FM) на 9960 Гц. Когда составной сигнал принимается в самолете, компоненты AM и FM 30 Гц обнаруживаются и затем сравниваются для определения фазового угла между ними.

Затем эта информация подается по аналоговому или цифровому интерфейсу на один из четырех распространенных типов индикаторов:

1. Типовой индикатор VOR для легких самолетов, иногда называемый «всенаправленным индикатором» или OBI. Он состоит из ручки для поворота «Omni Bearing Selector» (OBS), шкалы OBS вокруг внешней стороны прибора и индикатора отклонения вертикального курса или указателя (CDI). OBS используется для установки желаемого курса, а CDI центрируется, когда самолет находится на выбранном курсе, или дает команды левого/правого рулевого управления для возврата на курс. Индикатор «неоднозначность» (TO-FROM) показывает, будет ли самолет следовать выбранным курсом до станции или от нее. Индикатор может также включать указатель угла глиссады для использования при приеме сигналов ILS.

2. Радиомагнитный индикатор (RMI) стрелки, обозначающей курс, наложенной на вращающуюся карту, которая показывает текущий курс самолета в верхней части циферблата. «Хвост» стрелки курса указывает на текущий радиус от станции, а «голова» стрелки указывает на обратный курс к станции. RMI может представлять информацию от более чем одного приемника VOR одновременно.

3. Горизонтальный ситуационный индикатор (HSI), разработанный впоследствии для RMI, значительно дороже и сложнее стандартного индикатора VOR, но сочетает информацию о курсе с навигационным дисплеем в гораздо более удобном для пользователя формате, приближаясь к упрощенной движущейся карте.

4. Система навигации по местности (RNAV) представляет собой бортовой компьютер с дисплеем и может включать в себя современную навигационную базу данных. Хотя бы одна станция VOR необходима компьютеру для определения положения самолета на движущейся карте или для отображения отклонения курса и расстояния относительно путевой точки.

Во многих случаях станции VOR имеют совмещенное оборудование измерения расстояния (DME) или военную тактическую аэронавигацию (TACAN) — последняя включает в себя как функцию расстояния DME, так и отдельную функцию азимута TACAN, которая предоставляет военным пилотам данные, аналогичные гражданским VOR. Совмещенный маяк VOR и TACAN называется VORTAC. VOR, совмещенный только с DME, называется VOR-DME. VOR с расстоянием DME позволяет фиксировать положение одной станции. VOR-DME и TACAN используют одинаковые системы DME.

С 2008 года космические навигационные системы GNSS, такие как глобальная система позиционирования (GPS), все чаще заменяют VOR и другие наземные системы.

Системы GNSS стоят дешевле и обеспечивают данные о расстоянии и высоте. Будущие спутниковые навигационные системы, такие как Galileo и системы усиления GPS разрабатывают методы, которые в конечном итоге будут равны или превосходить точность VOR. Однако низкая стоимость приемника VOR, широкая установленная база и общность приемного оборудования с ILS, вероятно, продлят доминирование VOR в самолетах до тех пор, пока стоимость космического приемника не упадет до сопоставимого уровня. 

Существует некоторая озабоченность по поводу того, что навигация GNSS подвержена помехам или саботажу, что приводит во многих странах к сохранению станций VOR для использования в качестве резервных. Сигнал VOR имеет преимущество статического отображения на локальную местность.

Федеральное управление гражданской авиации США планирует к 2020 году вывести из эксплуатации примерно половину из оставшихся 967 станций VOR, сохранив «минимальную оперативную сеть» для обеспечения покрытия на высоте более 5000 футов над землей. Большая часть выведенных из эксплуатации станций будет находиться к востоку от Скалистых гор. 27 июля 2016 года было опубликовано окончательное заявление с указанием станций, которые должны быть выведены из эксплуатации к 2025 году. В общей сложности 74 станций должны быть выведены из эксплуатации в 1 этап (2016-2020), и более 234 станций должны быть выведены из эксплуатации в 2-й этап (2021-2025).

В Великобритании 19 передатчиков VOR должны оставаться в рабочем состоянии по крайней мере до 2020 года. Те, что в Крэнфилде и Дин-кроссе, были выведены из эксплуатации в 2014 году, а оставшиеся 25 должны быть оценены в период с 2015 по 2020 год. Аналогичные усилия предпринимаются в Австралии и других странах.