TEORI DASAR VOR

RADIO AIDS NAVIGATION (RAN)

1.      TEORI DASAR VOR

VOR (OMNIDIRECTION RADIO RANGE),Navigasi dapat didefinisikan sebagai tuntunan untuk melakukan perjalanan dari satu tempat ke tempat yang lain dengan jalur / route yang aman. Walaupun demikian, ketika kita bernavigasi kita tidak hanya menentukan posisi, tetapi juga menentukan bagaimana cara melakukannya.

Navigasi berasal dari bahasa latin yaitu navis yang berarti kapal dan agere yang berarti bergerak.

Navigasi udara dapat didefinisikan sebagai ilmu atau peralatan untuk menentukan pesawat terbang dalam melakukan penerbangan hingga sampai tujuan dengan selamat.Navigasi udara ada juga yang menyebut sebagai fase-fase dalam jalur penerbangan. ]

Gambar 1. Image of air navigation

Ada beberapa cara yang dapat dijadikan pokok untuk bernavigasi yaitu:

1.      Calestial navigation ( navigasi angkasa) yaitu cara bernavigasi dengan menentukan  / memperhitungkan letak benda-benda langit seperti letak / posisi bintang-bintang, bulan, planet-planet dan matahari. Cara bernavigasi semacam ini adalah cara bernavigasi paling kuno. Alat yang digunakan untuk menentukan letak benda-benda tersebut adalah sextant, yaitu perhitungan dengan cara prinsip Triangle geometri yaitu mengukur sudut antar posisi benda.

2.      Piloting navigation  yaitu cara bernavigasi dengan menentukan posisi dengan acuan pada tanda-tanda yang umum dan tetap dipermukaan bumi, misalnya gunung-gunung, pantai, danau, sungai atau tampat-tempat yang menentukan letal geografis tertentu.

3.      Dead recoqning yaitu cara bernavigasi dengan menentukan posisi dengan menentukan / memperhitungkan arah angin, kecepatan dan jarak tempuh.

4.      Radio navigation yaitu cara bernavigasi dengan menggunakan peralatan radio elektromagnetik dengan mengukur waktu tempuh / jarak / posisi berdasarkan signal  yang diterima dari gelombang radio tersebut  yang dipancarkan oleh stasiun-stasiun pemancar navigasi.

Radio navigasi dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu:

Ø  Active radio navigation yaitu sistem navigasi yang menggunakan dua system dari kedua belah pihak untuk berkomunikasi yaitu pemancar dan penerima, contohnya peralatan DME dan RADAR.

Ø  Passive radio navigation yaitu system navigasi yang hanya menggunakan satu system dari masing-masing pihak yaitu pemancar atau penerima saja, contohnya peralatan VOR, ILS, NDB, GPS dll.

2.      PRINSIP DASAR  SISTEM  VOR

VOR adalah peralatan bantu navigasi udara yang bekerja pada frekuensi 108 – 118 MHz dan berfungsi untuk memberikan sinyal panduan kesegala arah dengan azimuth dari 0 sampai 360 derajat, terhadap lokasi stasiun VOR.

Karena VOR bekerja pada frekuensi VHF, maka jangkauan peralatan ini sangat ditentukan atau terbatas oleh “line of sight” , oleh sebab itu VOR sebagai alat bantu navigasi jarak pendek  yaitu maksimum ±200 nm  pada ketinggian 35.000 feet.

VOR dapat digunakan sebagai alat bantu navigasi untuk  Enroute (lalu lintas udara) dan Terminal/ Approach (pendekatan).

Lihat VOR types dan phases of flight dibawah.

High                       1,000 – 14,500; 40NM                       14,500 – 18,000; 100NM                       18,000 – 45,000; 130NM                       45,000 – 60,000; 100NM                    Low                       1,000 – 18,000; 40NM                    Terminal                       1,000 – 12,000; 25NM * All altitudes AGL

Penempatan fasilitas VOR menentukan rute lalu lintas udara, bila VOR terletak disekitar airport  maka tidak hanya akan memberi informasi arah/azimuth untuk penedekatan kea rah landasan tetapi juga dapat member informasi arah/azimuth untuk pesawat-pesawat yang melalui rute lalu lintas udara diatas VOR / bandara tersebut.

Supaya VOR dapat member panduan arah /azimuth kepada pesawat terbang sepanjang rute lalu lintas udara, maka harus dipasang beberapa VOR karena jangkauan VOR yang terbatas. Karena signal VOR dapat dipengaruhi oleh factor refleksi daerah sekitarnya, sehingga dapat mengganggu akurasi signal VOR, karena itu penentuan lokasi adalah penting dan untuk mengurangi kerugian pancaran signal yang disebabkan oleh refleksi tersebut maka dipasanglah DVOR.

DVOR mempunyai unjuk hasil azimuth yang lebih akurat pada lokasi-lokasi dimana VOR Conventional (CVOR) memberikan unjuk kerja yang kurang akurat.

3.     PRINSIP DASAR  VOR

VOR terdiri dari VHF Transmitter, Antenna, Monitor dan Kontrol. VOR biasanya beroperasi bersama dalam satu gedung/shelter dengan DME (Distance Measurement Equipment) dengan maksud untuk memberikan informasi arah/azimuth (VOR)  sekalian jarak (DME) kepada penerbang, juga dapat digunakan prosedur operasi bersama-sama ILS (Instrument Landing System).

VOR memancarkan signal radio frekuensi omni direrctional (kesegala arah) dan signalnya memberikan informasi azimuth dari 0 sampai 360 derajat. Dengan memilih chanel frekuensi VOR, penerbang akan mendapat arah/azimuth “TO” kearah stasiun VOR atau “FROM” dari/meninggalkan stasiun VOR dan apa bila terbang tepat diatas stasiun VOR, maka pesawat tersebut tidak menerima signal VOR karena melalui “Cone of Silence” (daerah kertucut tanpa signal radio), dan setiap stasiun VOR mempunyai kode identifikasi yang dipancarkan dengan kode morse.

VOR memancarkan signal yang terdiri dari dua komponen modulasi signal 30 hz yang terpisah. Dengan membandingkan fase ke dua signal 30 hz ini, maka akan mendapatkan posisi azimuth pesawat terhadap lokasi VOR, beda fase ke dua signal 30 hz akan berubah sesuai dengan posisi pesawat terhadap lokasi VOR yang dipilih.

Satu dari dua komponen signal 30 hz tersebut dinamakan “REFERENCE” signal dan 30 hz signal yang lainya dinamakan “VARIABLE” signal.

Signal 30 hz Reference dipancarkan ke segala arah (omni directional) dengan fase sesaat (instanstaneous phase) disekeliling VOR yang sama pada setiap azimuth dari 0 sampai 360 derajat. Sinyal 30 hz variable didapat dari  modulasi yang terjadi di ruang udara yang dihasilkan oleh pancaran directional patern RF yang diputar  dengan fase yang berbeda di setiap azimuth.

Fase antara 30 hz  Reference dan 30 hz Variable signal dapat diatur dan pada arah utara magnit (azimuth = 0), fase  diatur sedemikian rupa sehingga 30 hz Reference dan Variable mempunyai fase yang sama. Karena itu pesawat mendapat posisi azimuth yang sesuai dengan cara mendeteksi perbedaan fase kedua signal 30 hz tersebut untuk posisi segala arah terhadap VOR.

Karena Reference dan Variable keduanya merupakan frekuensi modulasi yang sama yaitu 30 hz, maka timbul masalah bagaimana memancarkan dan menerima kedua signal pada frekuensi Carrier yang sam pula. Masalah tersebut dapat diatasi dengan cara salah satu dari 30 hz signal dipancarkan dengan system modulasi 30 hz FM pada Sub Carrier, sedangkan 30 hz yang lainya dipancarkan dengan system modulasi 30 hz AM pada RF Carrier.

Ke dua signal 30 hz AM dan 30 hz FM akan dipisah didalam receiver pesawat oleh filter yang selanjutnya masuk ke circuit phase detector untuk diproses menjadi informasi arah/bearing.

4.        PENJELASAN DOPPLER VOR (DVOR)

Telah diketahui bahwa didalam sitem VOR mempunyai signal 30 hz Reference dan signal 30 hz Variable yaitu :

a.       Signal Reference (30 hz AM) dipancarkan oleh Carrier (Fc) yang dimodulasi dengan signal 30 hz secara AM.

b.      Signal Variable (30 hz FM) dihasilkan dengan cara simulasi pemindahan/perputaran sumber signal Carrier (Fc ± 9960) disekeliling lingkaran dengan radius 44 ft (13,4 m) pada kecepatan 1800 rpm (30 hz). hal ini dikerjakan dengan switching elektronik secara berurutan pada setiap antenna yang terdiri dari 48 buah antenna yang terletak disekeliling lingkaran Counter Poise. Deviasi frekuensi yang dihasilkan dari frekuensi yang dipancarkan (Fc ± 9960 hz) tersebut sebanding dengan radius dan kecepatan putar.

Kombinasi sinyal REFERENCE dan VARIABLE yang dipancarkan ke udara akan menghasilkan frekuensi carrier yang dimodulasi AM oleh 9960 Hz  (sub-carrier), dan selanjutnya 9960 Hz sub-carrier termodulasi oleh 30Hz  FM karena efek Doppler.

Dengan demikian hasil pancaran DVOR untuk modulasi diudara dari  sinyal-sinyal tersebut adalah identik dengan hasil sinyal yang dipancarkan oleh VOR konvensionil.

1.4   PRINSIP DOPPLER

Bila  sumber suara bergerak terhadap suatu pengamat akan terjadi perobahan frekuensi.

Apabila sumber suara bergerak mendekati pengamat, maka frekuensi suara yang yang diterima akan naik/bertambah. Dan apabila sumber suara bergerak menjauhi pengamat,frekuensi suara yang diterima  akan berkurang.

Apabila sumber suara digerakan mendekat dan menjauhi pengamat secara bergantian, frekuensi suara yang diterima akan bertambah atau berkurang, dan akan terjadi “Frekuensi Modulated” (FM). Perubahan frekuensi tergantung dari cepatnya pergantian arah sumber suara terhadap pengamat ( mendekat dan menjauh ). Efek Doppler ini diaplikasikan pada pancaran RF carrier pada DVOR, untuk mendapatkan sinyal 30 Hz FM.

Seperti diketahui bahwa sinyal AM ( Amplitude Modulation ) rentan terhadap sinyal interferensi, sedangkan sinyal FM ( Frequency Modulation ) lebih baik. Sinyal  Variable dalam VOR konvensional  adalah 30 Hz AM dan oleh karena itu rentan terhadap sinyal interferensi  dan refleksi.

Tetapi pada DVOR posisi  modulasi 30 Hz dibalik, dengan membuat sinyal VARIABLE menjadi 30Hz FM , hal ini sangat mengurangi interferensi terhadap pancaran sinyal DVOR. Jadi dalam Doppler VOR  , sinyal VARIABLE dipancarkan sebagai 30Hz FM pada Sub-Carrier 9960 Hz, sedangkan sinyal REFERENCE dipancarkan sebagai 30 Hz AM pada Frekuensi Carrier.

1.5    TEORI DVOR

Sinyal VARIABLE dari DVOR dihasilkan dengan cara simulasi perpindahan / perputaran sumber RF yang non-directional pada sekeliling lingkaran dengan diameter 44 feet , dengan kecepatan putar 30 Hz.

Cara ini dilaksanakan dengan memberikan  energy RF secara bergantian dan berurutan pada sejumlah antenna (jumlah 48 antena sideband).

Untuk menyederhanakan pengertian , umpamakan suatu antenna dipasang dengan jari-jari lengan sepanjang 22 ft dan diputar secara mekanikal dengan kecepatan putar 30 Hz ( 1800 rpm ) .

Maka kecepatan putar pada antenna adalah :

V = ωr

V = 2π x 30 x 22

V = 4146.9 feet per second ( 1263.9 meter per second ) .

Pada gambar 1, Antenna memancarkan gelombang radio RF  ( tidak termodulasi ) pada frekuensi “ f ” . Dari gambar 1 itu dapat dilihat, bila antenna berputar maka frekuensi  “ f “ yang diterima pesawat akan berubah sesuai dengan kecepatan dan posisi antenna terhadap posisi pesawat. Umpamakan posisi antenna pada titik E , tidak berubah terhadap pesawat , maka pesawat menerima frekuensi  “ f “ .

                                  N

 

                                                                                                  Bila Antena pada N,

                                                                                                  Pesawat menerima f - Δf

                                         antena    

                                    S      

Ketika antena berputar menuju titik N , kecepatannya terhadap pesawat merupakan fungsi Sinus dan mencapai maximum kecepatan pada titik N karena antenna bergerak menjauhi pesawat pada kecepatan maximum, frekuensi yang diterima oleh pesawat berkurang dari “ f “ , karena Efek Doppler dan menjadi “ f – Δf “ .

Pada titik W , posisi antenna W tetap lagi terhadap pesawat , dan pesawat menerima frekuensi “ f “ . Pada titik S antena berputar mendekati pesawat dengan kecepatan maximum , dengan begitu frekuensi yang diterima pesawat adalah “ f + Δf “

Jadi frekuensi RF yang diterima pesawat adalah :

                         f + Δf sin ф

f    =   Frekuensi yang dipancarkan antenna.

Δf  =  Perubahan  Frekuensi yang diterima pesawat.

Ф   = Azimuth antena sesaat terhadap posisi pesawat.

Perubahan frekuensi  ( Δf ) maximum  bila :

Δf  = V / λ

V    =  kecepatan

 λ    =  wavelength ( m )       λ = C/f

Pada  f   =  115 MHz            λ  =  8,56 ft  ( 2.6 m )

Jadi  Δf  =  4146.9/8.56  = 484 Hz.

Salah satu persyaratan sinyal VARIABLE adalah fasenya berubah pada setiap azimuth , sebanding dengan perobahan posisi azimuth penerima. Persyaratan ini dipenuhi oleh system Efek Doppler diatas .

Umpamakan 4 pesawat pada posisi radial Utara, Selatan, Timur dan Barat, dan pada sesaat posisi antenna ada di Utara , maka pesawat posisi radial utara menerima frekuensi = f, pada saat yang sama pesawat posisi Barat menerima frekuensi = f + Δf  ( sumber frekuensi bergerak mendekati pesawat / penerima ) , pesawat posisi radial Selatan menerima frekuensi

= f dan posisi pewawat di Timur menerima frekuensi = f – Δf.  Bila perubahan frekuensi ini ( Sinyal FM ) dideteksi oleh penerima pesawat akan menghasilkan 30 Hz dengan fase yang berbeda , sesuai dengan posisi azimuth pesawat.

1.6   SISTEM SINGLE SIDEBAND

Pada versi Sistem Single Sideband, frekuensi carrier dari Sinyal VARIABLE berbeda 9960 Hz dengan frekuensi carrier dari Sinyal REFERENCE .

Frekuensi carrier dari VARIABLE dipancarkan bergantian dan berurutan pada setiap antenna sekeliling lingkaran (Sideband antena) dan menghasilkan Sinyal seperti penjelasan diatas . Namun timbul kesalahan – kesalahan pada Sistem Single Sideband ini , karena menghasilkan dua sudut ( azimuth ) yang kritis yaitu satu pada saat antenna yang memancar ada pada posisi yang paling dekat dengan pesawat dan kedua pada saat antenna yang memancar pada posisi yang paling jauh dengan pesawat.

1.7  SISTEM DOUBLE SIDEBAND

Untuk mengatasi masalah tersebut diatas dikembangkan Sistem Double Sideband. Dua sinyal RF dipancarkan melalui jajaran antenna yaitu satu sinyal RF adalah Fc + 9960 hz (upper sideband) dan yang lainya Fc – 9960 hz (lower sideband).

Pasangan upper dan lower sideband ini dipancarkan secara berurutan pada setiap antenna sideband yang berlawanan posisinya dimana hal ini untuk mengatasi masalah-masalah pada system single sideband tersebut.

Untuk menjaga perbedaan frekuensi Carrier dengan  frekuensi sideband dan phasing yang stabil (konstan), pada system double sideband menjadi lebih kritis dari pada system single sideband. Untuk mengatasi hal tersebut maka digunakan sirkuit phase locking.

1.8  ANTENNA DISTRIBUTION

Bila jajaran antena diberi RF energy secara berurutan, yang catu tegangan pada satu antenna menurun, dan catu tegangan ke antenna berikutnya naik dan begitu seterusnya, adalah tidak mungkin membuat distributor yang akan memberikan RF energy yang berfungsi sinus murni pada satu antenna ke antenna berikutnya, guna mentransfer energy RF yang rata.

Pada DVOR hal ini dilaksanakan dengan RF energy yang berfungsi “Blanding” pada “ODD” dan “EVEN” sideband, untuk dicatukan kesetiap antenna secara bergantian, untuk mentransfer RF energy yang rata.

Pada DVOR ada 4 (empat) sideband yaitu :

  Upper Sideband fungsi sin

  Upper Sideband fungsi cos

  Lower Sideband fungsi sin

  Lower Sideband fungsi cos

5.         PERALATAN DI PESAWAT

a.      PENERIMA

Penerima dipesawat biasanya menggunakan double superheterodyne dan digunakan sebagai penerima VOR atau ILS, dengan memilih frekuensi pada tombol control unit.

Prinsip kerja yaitu signal RF diterima, diperkuat dan diteruskan ke Mixer untuk mendapatkan frekuensi IF. Filter 9960 hz menyaring dan meneruskan sinyal FM dan menghilangkan signal AM dan Audio. Selanjutnya signal 9960 hz diperkuat dan dideteksi untuk mendapatkan signal 30 hz FM.

Sedangkan filter 30 hz AM menyaring dan meneruskan signal 30 hz dan menghilangkan signal 9960 hz dan Audio. Output dari sirkuit ini sebanding dengan perbedaan fase antara 30 hz FM dan 30 hz AM, dan selanjutnya signal diteruskan ke deviation indicator. Sedangkan antenna dari penerima ini terletak di ekor dari pesawat.

b.      OMNI BEARING SELECTOR (OBS)

Pada OBS (perlengkapan Avionik) dapat memilih bearing dan akan diperagakan 3 (tiga) digit pada indicator bearing. Pada OBS dilengkapi dengan indicator TO dan FROM, untuk menunjukan bearing yang dipilih MENUJU atau DARI  VOR

c.       DEVIATION INDICATOR

Untuk menunjukan POSISI pesawat tepat terbang pada bearing yang dipilih, maka jarum bearing indicator tepat tetap diposisi tengah. Bila terbang ke kanan / ke kiri dari bearing yang dipilih, jarum indicator akan menunjuk kearah kanan / kiri dari garis tengah indicator y6ang menunjukan bahwa pesawat harus diterbangkan ke posisi bearing yang tepat.