Il VOR-DME è un sistema di navigazione a corto e medio raggio, sulle cui stazioni a terra è costruita la fitta rete di aerovie che convogliano la totalità del traffico aereo civile operante in IFR. Oggi sono in fase di trasformazioni grazie all’avvento del sistema GPS.
Il sistema consente al pilota di conoscere in ogni istante la sua posizione tramite un rilevamento fornito dal VOR e la distanza dalla stazione, fornita dal DME.
Si usa anche dire che il complesso VOR-DME è un sistema “theta-rho”, dove theta indica che viene fornito un azimut, cioè appunto un rilevamento, mentre rho indica che viene fornita una distanza.
Come sarà spiegato in dettaglio più avanti, le stazioni VOR e le stazioni DME sono entità a sé stanti e funzionanti in modo indipendente l’una dall’altra. Infatti, vi possono essere stazioni VOR non accompagnate da una stazione DME, così come esistono stazioni DME non accoppiate a una stazione VOR.
Il pilota è in grado di conoscere le tipologie di servizi svolte dalla stazione a terra semplicemente osservando la carta di navigazione, grazie a dei simboli utilizzati per ogni tipo di emissione.
Principio di funzionamento
Il VOR (VHF Omnidirectional Range), o Radio-sentiero Omnidirezionale in VHF, è un sistema di radioguida internazionalmente accettato fino dal 1949 come standard per la navigazione IFR a corto raggio.
Rispetto ai radiosentieri di allineamento, i radiofari VOR hanno il vantaggio di non andare soggetti ad alcuno dei disturbi caratteristici delle trasmissioni in onde lunghe e medie come l’ADF; inoltre offrono informazioni per la navigazione lungo tutte le 360 radiali che vengono originate dalla stazione (da qui l’omnidirezionalità del sistema).
Queste caratteristiche conferiscono ai VOR un altissimo grado di precisione e affidabilità.
Per contro, il funzionamento dei VOR in onde cortissime impone la necessità della linea ottica tra la stazione trasmittente e la ricevente.
Il principio di funzionamento del sistema VOR è basato sulla “creazione” da parte della stazione a terra di 360 radiali, ottenute con l’emissione di due segnali elettromagnetici progressivamente sfasati tra di loro, da 0° in corrispondenza della direzione del nord magnetico della stazione, fino a 359°.
Il ricevitore di bordo, misurando lo sfasamento tra i due segnali ricevuti, è in grado di indicare al pilota su quale radiale si trova l’aereo, unitamente ad altre informazioni che citeremo in seguito.
Il principio può essere facilmente immaginato. Pensate di disporre di due segnali luminosi provenienti da una stessa sorgente; il primo, chiamato segnale di riferimento, costituito da una luce pulsante visibile da qualunque posizione intorno alla sorgente, e il secondo, chiamato segnale variabile, costituito da uno stretto fascio di luce che ruota continuamente a una determinata velocità, visibile solo quando passa dalla posizione di osservazione.
Facendo in modo che la luce pulsante lampeggi quando il fascio rotante passa per la direzione del nord magnetico, in quell’istante i due segnali sono in fase e il loro sfasamento aumenta mano a mano che il fascio rotante continua il suo giro.
Ammesso che il fascio rotante compia un giro ogni minuto, un ipotetico osservatore può determinare il suo rilevamento dalla sorgente (cioè la radiale sulla quale si trova) semplicemente misurando con un cronometro l’intervallo di tempo tra l’istante in cui egli vede lampeggiare la luce pulsante e l’istante in cui il fascio rotante lo investe quando passa per la sua posizione.
Se, per esempio, egli misura un intervallo di 20 secondi tra i due segnali, significa che il fascio rotante ha fatto 20 sessantesimi di giro, pari a 120°, dal momento in cui si trovava in fase con la luce pulsante.
L’angolo di 120° è sia l’angolo di cui i due segnali sono reciprocamente sfasati in quel momento, sia la radiale dell’ osservatore.
Riassumendo, il trasmettitore VOR, emette un primo segnale che ha fase costante in tutte le direzioni, e ne emette un secondo la cui fase cambia rispetto a quella del primo segnale di l ° per ogni grado di variazione azimutale intorno alla stazione: il primo è il segnale di riferimento, e il secondo è il segnale variabile.
La figura mostra come i due segnali siano in fase nella direzione del nord magnetico, e come la loro differenza di fase cresca via via che cresce il valore dell’azimut intorno alla stazione.
Le frequenze
Le stazioni VOR emettono un’onda portante in VHF compresa nella banda che va da 108.00 a 117.95 MHz, con intervalli di 50 KHz.
Dei 200 canali resi così disponibili, 40 (da 108.10 a 111.95 con primo decimale dispari) vengono riservati agli impianti ILS.
L’emissione delle stazioni VOR, polarizzata nel piano orizzontale, porta con sé le seguenti modulazioni:
il segnale di riferimento con frequenza di 30 Hz;
il segnale variabile con frequenza di 30 Hz;
il segnale di identificazione con frequenza di 1.020 Hz; il segnale di identificazione è costituito da due o tre lettere trasmesse in alfabeto Morse ogni 5 secondi;
eventuali informazioni in radiotelefonia (voice) contenute nella banda da 300 a 3.000 Hz; tali informazioni possono andare dalla semplice identificazione della stazione, fornita da una voce che dice “VOR di …. ” ogni 15 secondi, alla trasmissione di informazioni meteo, informazioni ATIS, eccetera.
La classificazione
A seconda delle loro caratteristiche e dello scopo per il quale vengono installate, le stazioni VOR sono classificate come:
VOR di navigazione ad alta quota (HVOR), generalmente utilizzate per la determinazione delle aerovie nello spazio aereo superiore, operanti nella banda da 112.00 a 117.95 MHz con decimali sia pari sia dispari; hanno una potenza di emissione di 200 watt, che assicura l’attendibilità della ricezione entro il volume di servizio mostrato dalla figura.
VOR di navigazione a bassa quota (LVOR), generalmente utilizzate per la determinazione delle aerovie nello spazio aereo inferiore, operanti nella banda da 112.00 a 117.95 MHz con decimali sia pari sia dispari; hanno una potenza di emissione di 200 watt, che assicura l’ attendibilità della ricezione entro il volume di servizio mostrato dalla figura.
VOR terminali (TVOR), generalmente utilizzate per le procedure di avvicinamento strumentale, operanti nella banda da 108.00 a 111.85 MHz con primo decimale pari; hanno una potenza di emissione di 50 watt, che assicura l’attendibilità della ricezione entro il volume di servizio mostrato dalla figura.
Le limitazioni imposte dai volumi di servizio non vanno prese in considerazione quando si seguono rotte o procedure strumentali pubblicate, lungo le quali l’attendibilità dei segnali delle stazioni a terra è stata accertata mediante misure effettuate in volo con apposite apparecchiature.
Qualora, durante tali rilevazioni, venga riscontrato che una stazione VOR presenta anomalie o non soddisfa gli standard minimi previsti, la stazione stessa viene messa fuori servizio, oppure vengono stabilite e debitamente pubblicate le limitazioni d’impiego ritenute opportune.
I tipi
A seconda delle attrezzature e dei principi usati per modulare la portante, le stazioni VOR sono definite convenzionali (CVOR) o Doppler (DVOR). I ricevitori di bordo funzionano comunque sia con le une sia con le altre.
Le stazioni CVOR sono alloggiate in costruzioni in muratura di forma circolare sovrastate da una torretta contenente il complesso delle antenne. Vedi immagine
Lungo le pareti della torretta sono ricavate scanalature verticali dalle quali viene irradiato il segnale di riferimento, mentre al centro della torretta si trova un dipolo rotante alla velocità di 1.800 giri al minuto (30 giri al secondo), il quale consente la trasmissione del segnale variabile alla frequenza di 30 Hz.
Le stazioni CVOR hanno il difetto di dar luogo a notevoli errori di trasmissione e quindi di ricezione, quando si trovano in prossimità di rilievi del terreno, edifici, od ostruzioni di varia natura che riflettono le onde elettromagnetiche.
Oltre agli errori di rilevamento, la riflessione del segnale delle stazioni CVOR può dar luogo a oscillazioni irregolari dell’indicatore di bordo, che prendono rispettivamente il nome di “course bends” o di “course scalloping”, a seconda che si verifichino lentamente o in modo repentino.
Le stazioni DVOR sfruttano l’effetto Doppler in trasmissione, così come le moderne stazioni radiogoniometriche lo sfruttano in ricezione.
Nota: L’effetto Doppler è un fenomeno fisico che consiste nel cambiamento, rispetto al valore originario, della frequenza o della lunghezza d’onda percepita da un osservatore raggiunto da un’onda emessa da una sorgente che si trovi in movimento rispetto all’osservatore stesso. E’ facile constatare l’effetto Doppler: basta ascoltare la differenza nel suono emesso dalla sirena di un mezzo di soccorso quando si avvicina e quando si allontana, oppure quella nel fischio di un treno in avvicinamento prima e in allontanamento poi. L’effetto è tanto più evidente quanto più il mezzo è veloce. L’effetto è anche più evidente quando l’oggetto o la fonte che emette il suono si trova vicino ad un osservatore.
Una stazione DVOR è costituita da una piattaforma metallica montata a cielo aperto su una struttura di sostegno, al centro della quale si trova un’antenna omnidirezionale attorniata da una cinquantina di antenne a telaio disposte in modo da formare un cerchio di circa 13,5 metri di diametro.
Ognuna delle antenne a telaio viene a turno alimentata elettricamente tramite un commutatore centrale, così da simulare la rotazione (meccanicamente poco pratica) di un’unica antenna alla velocità di 30 giri al minuto lungo la circonferenza di 13,5 metri di diametro.
Le stazioni DVOR, grazie alla loro scarsa suscettibilità alla presenza di ostacoli nei dintorni, vanno mano a mano sostituendo le stazioni CVOR.
La precisione
Una stazione VOR, di qualunque tipo essa sia, deve garantire una precisione minima di ± 2,5° almeno lungo la radiale che costituisce la mezzeria di un’aerovia, e di ± 1,5° almeno lungo la radiale che costituisce la rotta di avvicinamento di una procedura strumentale.
Ogni stazione VOR è dotata di apparecchiature di controllo che intervengono automaticamente a segnalare ogni scostamento dei parametri di trasmissione dalle tolleranze previste e in caso di necessità, a rendere inoperativo l’impianto.
