Структура сигнала стандартного VOR

В составе принимаемого на самолёте сигнала от маяка VOR имеются сигналы опорной фазы и переменной фазы. Фаза опорного сигнала не зависит от положения самолёта относительно маяка, а фаза переменного сигнала зависит от направления приёма. Измеряя разность фаз между ними в точке приёма, можно определить направление на маяк.

Рассмотрим процесс формирования сигнала VOR (рис.1). Антенна маяка VOR имеет диаграмму направленности (ДН) по напряжённости поля 1+ m cosj при m =0, 3 (улитка Паскаля). По форме эта ДН близка к форме окружности со смещённым центром.

ДН антенны маяка вращается со скоростью 30 об/сек (F_вр = 30 Гц).

Пусть в момент t = 0 максимум ДН направлен на магнитный север, т.е. магнитный меридиан проходит через ось симметрии ДН. Отметим, что все маяки VOR ориентированы на магнитный север (северный магнитный полюс находится к северу от Канады, на острове Принца Уэлльского).

Положение наблюдателя (самолёта) относительно маяка VOR принято характеризовать магнитным азимутом (магнитным пеленгом), т.е. углом между магнитным меридианом, проходящим через маяк, и направлением от маяка на наблюдателя. Угол измеряется от магнитного меридиана по часовой стрелке от 0 до 360 град. В дальнейшем вместо термина " магнитный азимут" (" магнитный пеленг") будем употреблять термин " азимут". Таким образом, на рис.1а азимут наблюдателя А равен 0 град, а азимут наблюдателя В равен a.

Пусть в момент t=0 напряжённость поля излучения антенны в направлении 0W и 00 ^st равна 1, в направлении 0N равна 1+m, а в направлении 0S равна 1-m.

Предположим, что маяк излучает немодулированную несущую f₀. Тогда сигнал, принятый наблюдателем А, можно записать в виде

(п.1)

а сигнал, приятый наблюдателем В, в виде

(п.2)

Эпюры этих напряжений изображены на рис.1в.

Таким образом, в точках А и В наблюдатели получили на входах приёмников амплитудно-модулированный сигнал. Коэффициент модуляции m для маяков VOR равен 30%.

В т. А максимум модулирующего напряжения достигается в момент t₀, а в т. В - в момент t₁. Если бы наблюдателю В был известен момент времени t₀, то измеряя t₁- t₀ и зная частоту вращения ДН, можно было бы вычислить свой азимут a.

Для того, чтобы сообщить наблюдателю момент совпадения максимума ДН с направлением на магнитный север (т.е. момент t₀), в маяке формируют сигнал " Опорной фазы" - гармонику частотой 30 Гц, максимум которой соответствует моменту t₀ (рис.2а) и сигнал поднесущей - гармонику частотой 9960 Гц. Поднесущую модулируют по частоте сигналом " Опорной фазы" с девиацией частоты ± 480 Гц таким образом, что в момент совпадения максимума ДН с направлением на север сигнал поднесущей имеет максимум частоты, равный 10440 Гц (рис.2б).

Далее частотно-модулированной поднесущей модулируют излучаемый маяком сигнал по амплитуде с коэффициентом модуляции 30%.

На рис.2в показан ВЧ сигнал, принимаемый наблюдателем В. Его результирующая огибающая имеет сложный вид и содержит в себе информацию об " Опорной фазе" и о " Переменной фазе" (временные масштабы на рис.2 искажены). В приёмнике после амплитудного детектирования выделяют результирующую огибающую, а затем, после дальнейшей обработки, из неё выделяют сигнал " Опорной фазы" и " Переменной фазы". Измеряя разность фаз между ними, вычисляют азимут наблюдателя.

Следует отметить, что в действительности сигнал VOR описанного выше вида может формироваться различными способами, например, с помощью двух антенн - одной неподвижной и одной подвижной, или за счёт электронного вращателя и т.д. [2].

В системе VOR предусмотрена возможность опознавания маяка. Для этого используют тональную модуляцию несущих колебаний частотой 1020 Гц, а сообщение передают кодом Морзе. Используют также модуляцию речевым сообщением.