VHF omnidirectional range: differenze tra le versioni

Versione delle 11:43, 22 apr 2021

Versione delle 17:43, 11 dic 2021

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Una stazione di terra VOR, chiamata anche '''radiofaro''', trasmette [[Onda radio|onde radio]] in [[VHF]] che vengono captate da un ricevitore a bordo che le elabora e fornisce informazioni utili al pilota per capire la sua [[Fix (aviazione)|posizione]] rispetto al radiofaro.

Il segnale inviato indica sia l'identificativo della stazione (in [[codice Morse]]) sia la posizione dell'aereo relativa a quest'ultima in riferimento al Nordpolo nord magnetico, indicando quindi al [[aviatore|pilota]] il suo rilevamento rispetto alla stazione emittente. Utilizzando il sistema [[radiale]] + [[Distanza euclidea|distanza]], si può ottenere la posizione sulla radiale rispetto al VOR del velivolo. Molte stazioni di terra sono anche dotate del DME ([[Distance Measuring Equipment]]) che consente al ricevitore di misurare la sua distanza dall'emittente.

Il VOR divenne il principale sistema di radionavigazione negli [[anni 1960|anni sessanta]]: il vantaggio di questo sistema rispetto ai vecchi NDB ([[Non-Directional Beacon]]) è che il segnale radio indica anche se si sta viaggiando verso (''toTo'') o dalla (''fromFrom'') stazione emittente, permettendo al pilota di seguire più facilmente una linea immaginaria tracciata nel cielo.[[File:Vor simbolo.gif|thumb|Simbolo cartografico ed identificativo di un VOR]]

Le [[rotta aerea|rotte aree]] tra cui le ''[[Aerovia|aerovie]]'', sono disegnate collegando idealmente VOR o altre [[radioassistenza|radioassistenze]] ad [[aeroporto|aeroporti]].

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=== Funzionamento ===

I VOR operano su radiofrequenze assegnate tra i 108,0 [[megahertz]] (MHz) e i 117,95&nbsp;MHz, che sono compresi nella banda riservata ai segnali [[VHF]], mentre l'ampiezza del canale è di 50&nbsp;kHz. Le onde VHF, essendo onde a propagazione diretta, hanno il vantaggio di non essere soggette a errori di rifrazione. I sistemi VOR utilizzano la relazione di [[fase (segnali)|fase]] tra due segnali di 30&nbsp;Hz per codificare la direzione. La [[Onda portante|portante]] principale è un semplice segnale audio in [[Modulazione di ampiezza|AM]] che trasmette l'identificativo della stazione in [[codice morseMorse]]. Il secondo segnale di 30&nbsp;Hz è in [[Modulazione di frequenza|FM]] modulato su una [[sottoportante]] di 99609&nbsp;960&nbsp;Hz. Il segnale così miscelato è poi passato a una cortina di quattro [[Antenna omnidirezionale|antenne omnidirezionali]], che ruotano il segnale 30 volte al secondo. Si noti che le antenne non devono necessariamente essere ruotate fisicamente, come avveniva nei primi strumenti di questo tipo, ada oggi i trasmettitori VOR utilizzano due antenne a telaio tra di loro ortogonali, una con un diagramma di radiazione pari a <math>\cos(\alpha)</math>, l'altra con diagramma di radiazione pari a <math>\sin(\alpha)</math> , alimentate rispettivamente con il segnale <math>\cos(60\pi t)\cos(2\pi F_c t)</math> e con il segnale <math>\sin(60\pi t)\cos(2\pi F_ct)</math>, dove α è l'angolo formato dalla congiungente velivolo stazione e la direzione del polo nord magnetico, mentre <math>F_c</math> è la frequenza della portante, in modo che l'aeroplano possa ricevere un segnale dipendente dalla sua direzione di volo senza la complicazione di ruotare l'antenna al suolo.

I VOR operano su radiofrequenze assegnate tra i 108.0 [[megahertz]] (MHz) e i 117.95&nbsp;MHz, che sono compresi nella banda riservata ai segnali [[VHF]], mentre l'ampiezza del canale è di 50&nbsp;kHz. Le onde VHF, essendo onde a propagazione diretta, hanno il vantaggio di non essere soggette ad errori di rifrazione e

I sistemi VOR utilizzano la relazione di [[fase (segnali)|fase]] tra due segnali di 30&nbsp;Hz per codificare la direzione. La [[Onda portante|portante]] principale è un semplice segnale audio in [[Modulazione di ampiezza|AM]] che trasmette l'identificativo della stazione in [[codice morse]]. Il secondo segnale di 30&nbsp;Hz è in [[Modulazione di frequenza|FM]] modulato su una [[sottoportante]] di 9960&nbsp;Hz. Il segnale così miscelato è poi passato a una cortina di quattro [[Antenna omnidirezionale|antenne omnidirezionali]], che ruotano il segnale 30 volte al secondo. Si noti che le antenne non devono necessariamente essere ruotate fisicamente, come avveniva nei primi strumenti di questo tipo, ad oggi i trasmettitori VOR utilizzano due antenne a telaio tra di loro ortogonali, una con un diagramma di radiazione pari a <math>\cos(\alpha)</math>, l'altra con diagramma di radiazione pari a <math>\sin(\alpha)</math> , alimentate rispettivamente con il segnale <math>\cos(60\pi t)\cos(2\pi F_c t)</math> e con il segnale <math>\sin(60\pi t)\cos(2\pi F_ct)</math>, dove α è l'angolo formato dalla congiungente velivolo stazione e la direzione del nord magnetico, mentre <math>F_c</math> è la frequenza della portante, in modo che l'aeroplano possa ricevere un segnale dipendente dalla sua direzione di volo senza la complicazione di ruotare l'antenna al suolo.

[[File:VOR principle.gif|thumb]]

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La differenza di fase viene poi miscelata con una fase costante prodotta localmente. Questo ha l'effetto di cambiare l'angolo. Il risultato viene quindi mandato a un amplificatore, l'uscita del quale pilota i puntatori degli strumenti. Cambiando la fase locale, utilizzando la manopola conosciuta come '''Omni-Bearing Selector''' o '''OBS''', il pilota può azzerare l'angolo di una stazione. Per esempio, se il pilota desidera volare a 90 gradi rispetto a una stazione, l'OBS miscela −90 gradi di fase per mezzo dei quali l'ago dell'indicatore segni zero (centrato) quando il velivolo sta volando a 90 gradi rispetto alla stazione.

In molte stazioni VOR è presente un altro aiuto alla navigazione chiamato [[Distance Measuring Equipment|DME (''Distance Measuring Equipment'')]]. La combinazione di queste due assistenze viene chiamata VOR-DME o [[VORTAC]], in base all'ente che li gestisce; un VORTAC è un VOR civile collocato insieme ada un [[TACAN]], il sistema di navigazione per aeromobili militari. Il VOR-DME e il TACAN condividono lo stesso DME.

Il DME fornisce ai piloti la distanza "obliqua" dalla stazione di terra, non la distanza al suolo. Questo implica che a basse altitudini o a distanze molto elevate la differenza può essere trascurabile: quindi conoscendo la radiale dalle stazione e la distanza si può tracciare la posizione dell'aereo su una mappa aeronautica.

Alcune stazioni hanno bassa potenza per una navigazione a livello regionale, mentre altrialtre dispongono di una potenza maggiore per la navigazione ad alta quota.

=== Utilizzo ===

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[[File:Vor indicator.png|thumb|La freccia gialla indica se si sta viaggiando verso (''To'') o dalla (''From'') stazione emittente]]Il classico strumento VOR è formato da un disco a bussola (solitamente chiamato compass card) a cui viene sovrapposto un ago verticale chiamato Course Deviation indicator (CDI)<ref>{{Cita web|url=https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/phak/media/18_phak_ch16.pdf|titolo=Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge - Capitolo 16 Navigation}}</ref> e da un indicatore cosiddetto To/From (a/da).

All'esterno del disco c'è una manopola chiamata Omni Bearing Selector (OBS) che ruota il disco e serve a selezionare la [[radiale]] rispetto a cui si vogliono ottenere le indicazioni.

Tutti gli angoli rilevati dai VOR sono riferiti al [[Polo magnetico (astronomia)|polo nord magnetico]] (che differisce dal [[Nord geografico|polo nord verogeografico]] per l'angolo di [[declinazione magnetica]]) per permettere un facile confronto tra le indicazioni dello strumento e quelle della [[bussola]]. Per la navigazione, quando bisogna riportare le radiali rilevate sulle [[Proiezione cartografica|carte]], occorre tenere quindi conto della [[declinazione magnetica]]. Per questo motivo sulle carte VFR, le rose graduate intorno alle stazioni VOR vengono orientate rispetto al polo nord magnetico mentre, sulle carte utilizzate nel volo [[Regole del volo strumentale|IFR]], tutte le rotte sono misurate rispetto al polo nord magnetico, a meno che non sia espressamente indicato con la lettera °T, che sono riferite al [[Nord geografico|polo nord verogeografico]]<ref>{{Cita web|url=http://ww1.jeppesen.com/documents/aviation/business/ifr-paper-services/glossary-legends.pdf|titolo=Legenda carte strumentali Jeppesen|accesso=26 luglio 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130523033848/http://ww1.jeppesen.com/documents/aviation/business/ifr-paper-services/glossary-legends.pdf|dataarchivio=23 maggio 2013|urlmorto=sì}}</ref>. I criteri con cui devono essere rappresentate le rotte e aggiornati i dati relativi alla [[declinazione magnetica]] sulle carte aeronautiche sono stabiliti dall'Annesso 4 ICAO<ref>{{Cita web|url=http://dgca.gov.in/intradgca/intra/icao%20annexes/an04_cons.pdf|titolo=Annesso 4 ICAO - Carte Aeronautiche|accesso=26 luglio 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20190214195054/http://dgca.gov.in/intradgca/intra/icao%20annexes/an04_cons.pdf|dataarchivio=14 febbraio 2019|urlmorto=sì}}</ref>.

L'utilizzo del VOR è molto più semplice di quello dell'[[Non-directional beacon|NDB]] in quanto, se usato nella maniera corretta, centrando il CDI, si può leggere direttamente il valore della [[radiale]] su cui si trova l'[[aeromobile]], senza dover fare conteggi. Lo strumento, inoltre, indicherà l'eventuale scostamento a destra o sinistra rispetto alla [[radiale]] selezionata. Ad esempio se un aereo sta volando con prua 180° verso la stazione, con il CDI centrato su 18 TO (radiale 360° inbound) e viene spostato dal vento a destra della radiale, il CDI si sposterà a sinistra. A quel punto il pilota, per rientrare in rotta, non dovrà fare altro che virare verso sinistra (ad esempio per prua 170°) fino a quando il CDI non tornerà nuovamente al centro.

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In volo, lo strumento si utilizza principalmente per due scopiː

* determinare la linea di posizione su cui si trova l'aeromobile rispetto ada una stazione oppure, conoscendo la distanza [[Distance Measuring Equipment|DME]] o rilevando la propria linea di posizione rispetto ada un'altra radioassistenza, si possono fare dei [[Fix (aviazione)|fix]];

* navigare da o per le stazioni VOR seguendo una radiale come si fa, ad esempio, quando si segue una un'aerovia o una procedura strumentale.

Le cose da tenere a mente e che sono fondamentali per l'utilizzo corretto dello strumento, sono cheː

* le indicazioni dello strumento non sono in alcun modo collegate alla [[prua]] dell'aeromobile, a meno che non si disponga di un [[Horizontal Situation Indicator|HSI]];

* è sempre il pilota che deve impostare i valori in TO, se si vuole avvicinare alla stazione o in FROM, se si vuole allontanare o conoscere la radiale su cui si trova. Se l'aereo si trova esattamente a nord della stazione infatti, il CDI si centrerà sia sull'indicazione N (FROM) chesia su S (TO).

Per determinare un fix utilizzando due VOR occorre sintonizzare le due stazioni su due apparati differenti, girare i pomelli dell'OBS fino a quando i CDI sono allineati al centro con l'indicazione "from" e tracciare i due rilevamenti sulla carta. Il punto in cui si incrociano le due [[Semiretta|semirette]] rappresenterà la posizione (più o meno gli eventuali errori di accuratezza) dell'aeromobile<ref>{{Cita web|url=https://www.icao.int/Meetings/anconf12/Document%20Archive/AN10_V2_cons%5B1%5D.pdf|titolo=L'errore massimo dei VOR è indicato nell'Annesso 10 al paragrafo 3.7 VOR system accuracy}}</ref>. Se a bordo non sono disponibili due apparati, occorrerà inserire prima una stazione e poi l'altra per determinare il fix; in questo caso però, non avendo i due rilevamenti in contemporanea, la posizione rilevata sarà meno precisa.

Quando l'aereo sorvola una stazione VOR entra nel ''cono di confusione'', un cono immaginario dove non è possibile identificare correttamente la radiale. Una volta che l'aereo ha attraversato quest'area l'indicazione passerà da TO a FROM e le indicazioni del CDI continueranno ada essere "istintive".

== Copertura ==

La portata di un VOR è determinata dalla potenza di trasmissione, dall'eventuale presenza di ostacoli (ad esempio montagne o costruzioni) che impediscano la propagazione del segnale e dalla quota a cui si trovano antenna trasmittente e ricevente. I VOR con potenza di emissione di 200 [[Wattwatt]] possono essere ricevuti anche a 200 [[Migliamiglia nautiche]] dalla stazione. L'elenco delle radioassistenze italiane è pubblicato nella sezione ENR 4.1.1 dell'[[Aeronautical Information Publication|AIP]] Italia<ref>{{cita web|url=https://www.enav.it/enavWebPortalStatic/AIP/AIP/enr/enr4/ENR4-1-1.pdf|titolo=L’elenco delle radioassistenze operative sul territorio italiano}}</ref> e riporta le limitazioni, nel caso una stazione non raggiunga il Service Standard Volume minimo richiesto <ref>{{cita web|url=https://ext.eurocontrol.int/aixm_confluence/display/ACGAIP/Facility+coverage|titolo=La descrizione di come viene stabilita la portata di una radioassistenza e come si leggono le informazioni riportate sull’AIP}}</ref> dall'Annesso 10 [[ICAO]]<ref>{{cita web|url=http://dgca.gov.in/intradgca/intra/icao%20annexes/an10_v1_cons.pdf|titolo=Annesso 10 ICAO – Aeronautical Telecommunication – Volume 1 Volume I Radio Navigation Aids|urlmorto=sì}}</ref>.

Le coperture minime che devono garantire i VOR sono le seguenti:

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|T (terminal)

|VOR utilizzati per la procedure di avvicinamento

|Da 10001&nbsp;000 a 12.&nbsp;000 ft

|25 NM

|-

|L (low altitude)

|VOR utilizzati per la navigazione a bassa quota

|Da 10001&nbsp;000 a 18.&nbsp;000 ft

|40 NM

|-

| rowspan="4" |H (high altitude)

| rowspan="4" |VOR utilizzati per la navigazione ad alta quota

|Da 10001&nbsp;000 a 14.&nbsp;500 ft

|40 NM

|-

|Da 14.&nbsp;500 a 18.&nbsp;000 ft

|100 NM

|-

|Da 18.&nbsp;000 a 45.&nbsp;000 ft

|130 NM

|-

|da 45.&nbsp;000 a 60.&nbsp;000 ft

|100 NM

|}

La portata del VOR, utilizzando [[Very high frequency|onde dirette]], dipende anche dalla [[Sfericità della Terra|curvatura terrestre]]. A bassa quota può capitare di non essere a portata visiva perché la stazione trasmittente si trova sotto la linea dell'[[orizzonte]]. Per calcolare la distanza massima a cui si può ricevere un segnale VHF in base alla quota la formula è la seguente: <math>1,23 \times\bigl(\surd h1 + \surd h2\bigr)</math><ref>{{Cita libro|titolo=Manuale Jeppesen- Radio Aids - Effective range of radio transmission}}</ref> <ref>{{Cita web|url=https://www.easa.europa.eu/sites/default/files/dfu/Annex%20II%20to%20ED%20Decision%202016-008-R.pdf|titolo=Acceptable Means of Compliance and Guidance Material to Part-FCL (Learning Objectives (LOs)) — Amendment 2 - 062 02 01 03 Coverage and range}}</ref> dove h1 è l'altezza dell'antenna trasmittente in piedi, h2 è l'altezza dell'antenna ricevente in piedi. Il risultato ottenuto è in miglia nautiche.

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==Accuratezza==

L'[[accuratezza]] prevedibile di un VOR è di ±1.,4º; comunque i dati indicano che nel 99.,94% dei casi l'errore è meno di ±0.,35º. Le stazioni hanno dei sistemi di controllo che automaticamente segnalano o rendono inoperativo l'impianto nel caso l'errore sia maggiore di ±1º.

Le stazioni VOR sono in ogni caso dotate di apparecchiature di controllo che automaticamente intervengono a segnalare, ed eventualmente rendere inoperativo, l'impianto che dovesse manifestare uno scostamento dalle tolleranze previste dall'Annesso 10 ICAO.

Ai fini delle procedure di volo, l'accuratezza di un VOR in rotta viene valutata tramite [[root sum squared|RSS]] degli errori, che porta ai valori:

* ''Providing'': ±5.,2º in rotta, ±7.,8º per il segmento finale o di decollo.

* ''Intersecting'': ±4.,5º.

L'area di protezione associata ada una radiale, utilizzata per i segmenti finali o di mancato avvicinamento, o per una partenza, è di 1 [[Miglio nautico|NM]] da entrambi i lati, con un margine ben definito di 7.,8º.

==Il futuro==

L’evoluzione tecnologica degli ultimi anni ha modificato radicalmente la [[Regole del volo strumentale|navigazione strumentale]], che, a partire dal 2022, si baserà unicamente sulla Performance Based Navigation [[Required Navigation Performance|PBN]].<ref>{{cita web|url=https://www.enav.it/enavWebPortalStatic/AIP/AIP/publications/documents/AIC_A_2019_04.pdf|titolo=Circolare AIC A 4/19 relativa all’implementazione PBN in Italia.}}</ref><ref>{{cita web|url=https://www.icao.int/SAM/Documents/2009/SAMIG3/PBN%20Manual%20-%20Doc%209613%20Final%205%2010%2008%20with%20bookmarks1.pdf|titolo=Manuale 9613 ICAO contenente specifiche e descrizione del sistema PBN.}}</ref>

Le stazioni VOR saranno mantenute soltanto per avere un backup in caso di emergenza. Programmi come il VOR MON<ref>{{cita web|url=https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/transition_programs/vormon/|titolo=Il programma VORMON dal sito ufficiale FAA}}</ref> dell’[[Federal Aviation Administration|FAA]] prevedono di dismettere nei prossimi anni tra il 30% e il 50% dei VOR esistenti sul loro territorio. Anche l’[[ENAV]] prevede una riduzione delle stazioni a terra, a seguito dell’implementazione dei programmi [[SESAR]] eed [[EGNOS]]<ref>{{cita web|url=https://www.enav.it/sites/public/it/Servizi/sorveglianza-navigazione.html|titolo=Pagina ufficiale dal sito ENAV che descrive il passaggio alla navigazione basata su sistemi satellitari}}</ref>.

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