VHF Omnidirectional Range


VHF Omnidirectional Range
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VORTAC TGO (TANGO) Près de Stuttgart en Allemagne
Vue aérienne d'un ensemble d'antenne d'une balise VOR de Sprimont "SPI" en Belgique
Schéma représentant les informations données
par le VOR

Le VOR (abréviation de VHF Omnidirectional Range) est un système de positionnement radioélectrique utilisé en navigation aérienne et fonctionnant avec les fréquences VHF.

Un récepteur VOR permet de déterminer un relèvement magnétique par rapport à une station au sol (balise émetteur VOR dont la position est connue), et donc le radial sur lequel le recepteur (donc l'avion) est situé. Par déduction il permet de suivre n'importe quelle route passant par la station (en rapprochement ou en éloignement de celle-ci), ou même de déterminer la position exacte de l'avion en utilisant deux balises VOR.

Rappelons que la route magnétique est l'angle orienté du Nord magnétique vers la trajectoire que suit l'avion. Par exemple, la route d'un avion se déplaçant vers l'est est égale à 90°.


La station au sol utilise la gamme de fréquences VHF de 108 à 117,95 MHz. Plus intéressant que le radiocompas, le VOR est moins soumis aux perturbations extérieures, telles celle de l'ionosphère ou simplement les nuages. En effet, il est à portée radioélectrique que l'on évalue souvent en aviation grâce à la formule : {portee(Nm)}=1,23*\sqrt {hauteur(ft)}

ou : {portee(Km)}=4,1*\sqrt {hauteur(m)}.


Les balises VOR émettent avec une puissance de 200 W PAR sur la bande 108,00 à 117,95 MHz avec un pas de 50 ou 100 kHz (50 kHz en zone dense et 100 kHz dans les autres cas) :

  • les balises VOR d'approche : approche des aérodromes, bande de 108 00 à 111,85 MHz avec décimale paire ;

Exemples : 108,00 MHz - 108,05 MHz - 108,20 MHz - 108,25 MHz - ... - 111,80 MHz - 111,85 MHz ;

Exemples : 108,10 MHz - 108,15 MHz - 108,30 MHz - ... - 111,90 MHz - 111,95 MHz ;

  • Les balises VOR en route : repères des routes de l'espace aérien supérieur, bande 112 à 117,95 MHz ;

Il y a donc 160 canaux pour le système VOR et 40 canaux pour le système ILS.


De plus, deux technologies de VOR existent pour l'émission (qui émettent évidemment des signaux identiques du point de vue du récepteur) :

  • le VOR/C (Classique ou Conventionnel) ;
  • le VOR/D (Doppler) : plus récent et moins sensible aux phénomènes de multi-trajet.

En général, les stations VOR sont couplées à des stations DME (Distance Measuring Equipment) permettant ainsi à l'avion de connaître non seulement sa position par rapport à la route sélectionnée, mais aussi la distance directe qui le sépare du VOR-DME.

Sommaire

Principe général du VOR

Pour réduire l'influence du sol sur le diagramme de rayonnement, la station VOR émet en polarisation horizontale.

La réception d'une seule station permet d'obtenir le relèvement de la balise. qui permet d'accéder à la valeur du QDR (angle à la balise entre le nord et l'avion).

Le signal émis appartient à la plage de fréquences 108 et 118 MHz. La porteuse est modulée en amplitude (30 %) par une sous-porteuse à 9 960 Hz modulée en fréquence par un signal de 30 Hz. L'ensemble du signal obtenu est modulé en amplitude (30 %) par un autre signal de 30 Hz.

Le fait d'avoir choisi la même fréquence de 30 Hz permet de faire une comparaison de phase entre les deux signaux informatifs. Cette phase est l'image directe du relèvement de la balise. Elle peut évoluer de 0 ° à 360 °. Pour ce faire, on emploie l'un des signaux comme référence. Celui-ci est émis de manière omnidirectionnelle. Le second est quant à lui dit variable car il est émis de manière directionnelle, tournant avec une vitesse de rotation de 30 t/s. Les modulations et la rotation du diagramme sont ajustées de sorte que le déphasage et donc le relèvement soit nul pour un avion situé dans le nord magnétique de la station.

Dans les exemples ci-dessous, on observe le cas particulier des quatre directions : N, E, S et W.

Comparatif

À cela s'ajoute une modulation d'amplitude (≤ 10 %) pour l'identification de la station (code morse), et éventuellement une modulation pour de la phonie (≤ 30 %). Ces deux modulations sont émises de manière omnidirectionnelle. Elles permettent au pilote de vérifier l'identité de la balise sélectionnée et son bon fonctionnement.

Principe du VOR/C

Le VOR/C utilise un aérien constitué d'au moins deux groupes d'éléments rayonnants. L'un d'eux permet une émission omnidirectionnelle, c'est celui-ci qui diffuse l'information de référence. À l'inverse, l'autre groupe d'éléments permet un rayonnement directionnel. Son diagramme tourne à 30 t/s. C'est ce second groupe qui sert à transmettre l'information variable.

Pour réaliser la rotation du diagramme variable, il y a deux solutions : une mécanique et une électronique. La version mécanique consiste tout simplement à faire tourner l'antenne à 30 t/s. Mais cela pose des problèmes d'usure des roulements et des connexions HF. Les versions récentes de VOR exploitent donc la solution électronique.

Principe (simplifié) du VOR/D

Il utilise l'effet Doppler.

Le VOR/D utilise une antenne centrale entourée par des antennes péripheriques (généralement 48) disposées sur un cercle de 6,8 m de rayon.

  • L'antenne centrale émet la porteuse (f0) modulée en amplitude (30 Hz)
  • Deux antennes de part et d'autre émettent l'une en bande latérale supérieure et l'autre en bande latérale inférieure.

La somme de ces trois signaux donne un signal f0 modulé en amplitude à 30 Hz plus 2 signaux à f0+9 960 Hz et f0-9 960 Hz.

Le fait de faire tourner les petites antennes à la vitesse de 30 t/s autour de l'antenne centrale crée une légère (mais suffisante) modulation de fréquence de l'enveloppe (9960 +/- 480 Hz) du signal final. La rotation est virtuelle, simulée par commutation entre les antennes péripheriques. (Une rotation réelle nécessiterait de faire tourner des antennes à environ 4 500 km/h autour de l'antenne principale).

Finalement :

  • la modulation d'amplitude est omnidirectionnelle : elle est créée par l'antenne centrale avec une phase identique quelle que soit la direction.
  • le signal modulé en fréquence est directionnel : sa phase varie en fonction de la direction.

Note : Ceci est exactement l'inverse du VOR/C où le signal omnidirectionnel est modulé en FM et le signal directionnel en AM ⇒ le sens de rotation est donc inversé.

Physiquement, dans les VOR/D actuels, les signaux sont rayonnés : ils s'additionnent dans l'espace.

L'instrument

L'afficheur VOR

L'information fournie au pilote est présentée sous la forme d'une aiguille qui indique un écart par rapport à une route sélectionnée. Le pilote choisit au moyen d'une molette la route à suivre pour rejoindre la balise (si "TO" est affiché) ou pour s'en éloigner sur un certain radial (si FROM est affiché) et l'instrument indique si l'on se trouve à gauche ou à droite de cette route.


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