VHF Omni-directional Range (VOR)

 1.        Definisi VOR

Salah satu alat bantu navigasi yang paling tua dan paling sering digunakan adalah sistem VOR. Terdiri dari ribuan transmitter station di darat yang berkomunikasi dengan peralatan penerima (receiver) pada pesawat terbang.  

VOR singkatan dari “VHF Omni-directional Range” adalah salah satu tipe dari sistem navigasi radio untuk pesawat terbang. VOR memancarkan sinyal radio gabungan, termasuk kode morse dan data yang memungkinkan peralatan receiver pada pesawat untuk memperoleh magnetic bearing dari station ke pesawat terbang.

VOR bekerja pada frekuensi VHF dari 108 sampai 117.95 MHz. Alat bantu navigasi ini membantu pilot untuk menentukan posisi pesawat menuju atau dari VOR ground station dan menampilkan jalur menuju atau dari ground station yang dipilih. Karena bekerja pada pita VHF, maka jarak komunikasi darat-udara terbatas berupa “line of sight”. Cakupan VOR yang dapat dicapai bergantung pada penempatan ground station. Informasi yang diberikan ditampilkan pada indikator visual dengan pembacaan yang mudah dan ditafsirkan oleh instrument yang ada pada kokpit. Sinyal VOR berasal dari ground station, biasanya ada pada fasilitas pendaratan.

VOR terdiri dari VHF Receiver, Antena, Indikator dan Control Unit. Sedangkan VOR ground station terdiri dari VHF Transmitter dan Antena. VOR biasanya beroperasi bersama dalam satu shelter dengan DME (Distance Measurement Equipment) dengan maksud untuk memberikan informasi arah/azimuth (VOR) dan jarak (DME) kepada penerbang, juga dapat digunakan prosedur operasi bersama-sama ILS (Instrument Landing System)

2.        Prinsip Dasar VOR

Prinsip yang digunakan untuk pengukuran arah (bearing) pada VOR adalah dengan perbandingan fasa. Transmitter pada ground station mentransmit dua sinyal yang terpisah, sehingga memungkinkan receiver untuk menentukan posisi pesawat terhadap ground station dengan membandingkan besar fasa dari kedua sinyal tersebut. Pada intinya, VOR memberikan jalur terbang yang disebut sebagai “radial” dengan besaran 1 sampai 360 dalam satuan derajat. Jika radial menunjukan angka 360° berarti pesawat berada pada jalur yang meninggalkan ground station menuju ke Utara, radial 090° menuju ke Timur, 180° menuju ke Selatan, dan 270° menuju ke Barat. 

Gambar Radial VOR

VOR memancarkan sinyal radio frekuensi omni directional (ke segala arah) dan sinyalnya memberikan informasi azimuth dari 0° sampai 360°. Dengan memilih channel frekuensi VOR, penerbang akan mendapat arah/azimuth “TO” ke arah stasiun VOR atau “FROM” meninggalkan stasiun VOR dan apabila terbang tepat di atas stasiun VOR, maka pesawat tersebut tidak menerima sinyal VOR karena melalui “Cone of Silence” yaitu daerah kerucut tanpa sinyal radio, dan setiap stasiun VOR mempunyai kode identifikasi yang dipancarkan dengan kode morse.

Untuk mendapatkan posisi azimuth pesawat terhadap lokasi VOR ground station, maka kedua sinyal 30 Hz yang dipancarkan transmitter dibandingkan besar fasanya. Beda fasa kedua sinyal tersebut berubah sesuai dengan posisi pesawat terhadap lokasi ground station yang telah dipilih. Kedua sinyal 30 Hz tersebut dinamakan sinyal Reference dan Variable.

3.        Display VOR

Alat pengukur yang digunakan untuk menampilkan informasi VOR adalah Omni-Bearing Selector (OBS) atau Course Deviation Indicator (CDI). Saat ini informasi navigasi VOR digabungkan kepada indicator display yang lain, seperti Horizontal Situation Indicator (HSI). 

 

Gambar Indicator CDI

Pada CDI, terdapat empat komponen penting untuk, terdiri dari :

a. Rotating Course Card yaitu indicator yang menampilkan sudut dari 0 sampai 360. Indikator ini dapat berputar sesuai dengan posisi pesawat terhadap VOR station.

b. Omni-Bearing Selector (OBS) digunakan untuk memutar course card secara manual. Tombol OBS diaktifkan untuk membawa bearing yang sudah dipilih pada skala kompas ke indicator.

c. Jarum penunjuk CDI dapat berayun ke kanan atau ke kiri mengindikasikan kesesuaian posisi pesawat pada tujuan. Saat jarum bergerak ke kiri, pesawat harus bergeser ke kiri, dan sebaliknya. Saat jarum penunjuk berada di tengah, barati pesawat sudah sejajar dengan tujuan.

d. TO-FROM Indicator menunjukan kepada pilot bahwa bearing yang sudah ditentukan akan membawa pesawat menuju atau meninggalkan VOR station.

Gambar Mechanical HSI (kiri) dan Electronic HSI (kanan)

Indicator display yang digunakan selain CDI adalah HSI. Terdapat dua jenis Horizontal Situation Indicator (HSI), yaitu mechanical HSI dan electronic HSI. Penggunaan HSI tidak hanya untuk VOR, tapi juga digunakan bersamaan dengan ILS, khususnya glideslope. Untuk pengukuran bearing VOR tidak jauh berbeda dengan CDI, terdapat azimuth scale yang sama fungsinya dengan course card, course needle (CDI), TO/FROM indicator.

4.        Ground Station

VOR ground station memancarkan signal yang terdiri dari dua komponen modulasi 30 Hz yang terpisah. Dengan membandingkan fase kedua komponen signal 30 Hz ini, maka akan mendapatkan posisi azimuth pesawat terhadap lokasi VOR ground station. Hal ini agar VOR receiver dapat mendeteksi dan mengkonversi menjadi informasi data navigasi yang dapat digunakan.

Stasiun bumi VOR bekerja pada frekuensi carrier antara 108.0 dan 117.95 MHz. Sistem modulasinya adalah AM (Amplitude Modulated).

Terdapat dua jenis VOR ground station, yaitu conventional VOR ground station dan doppler ground station. Karena keterbatasan penggunaan Doppler VOR, maka hanya sedikit pembahasan akan lebih diperdalam pada pembahasan conventional VOR.

Peralatan yang ada di darat diatur di situs yang tetap dan termasuk transmitter yang menggerakkan sistem aero gabungan; satu bagian memproduksi sinyal Referensi, dan yang lainnya memproduksi sinyal variable. Sinyal REF adalah sinyal dengan gelombang kontinyu yang memancar ke segala arah. Rotasi dari antenna menciptakan modulasi amplitude dari sinyal 30 Hz, berupa sinyal VAR.

Gambar CVOR ground station

5.        Sistem VOR

Sistem kerja VOR terbagi menjadi dua bagian, yaitu sistem pada ground station dan sistem yang berada pada pesawat. Sistem yang ada pada ground station terdiri dari transmitter dan beberapa antena. Sedangkan sistem VOR pada pesawat terdiri dari receiver, control unit, beberapa indikator, dan antena.

a.        Sistem VOR pada Pesawat Terbang

Sistem VOR yang berada pada pesawat adalah sebagai berikut:

1. Receiver

Receiver memiliki rangkaian yang bertugas untuk menerima sinyal frekuensi, decoding, dan memproses informasi arah berupa bearing yang diransmisikan oleh VOR ground station. Di dalam receiver juga terdapat rangkaian self-monitoring yang berfungsi untuk mengonfirmasi validitas dari sinyal yang diterima dan reliabilitas dari informasi bearing yang dikirim ke indikator VOR.

Dalam receiver VOR, terdapat beberapa rangkaian yang digunakan bersamaan dengan ILS (marker beacon, localizer, dan glide slope). Hal ini dikarenakan beberapa system tersebut memiliki rangkaian yang sama, sehingga dapat menggunakan beberapa komponen rangkaian secara bergantian.

Gambar Receiver VOR

2. Control Unit

Beberapa tipe control unit banyak digunakan dengan fungsi dasar pemilihan frekuensi VHF. Unit kendali menyediakan rangkaian control dan switching untuk sistem navigasi very high frequency (VHF). Salah satu contoh dari control unit dapat dilihat dalam gambar di bawah ini. 

 

Gambar Control Unit VOR NAV

3. Indicator VOR

Banyak tipe indikator VOR yang digunakan, namun pada dasarnya semua tipe indikator VOR memilliki kesamaan pada pengoperasian dan penafsirannya. Tampilan khusus biasanya mengacu pada VOR Indikator atau Omni Bearing Indicator (OBI). Arah terbang pesawat dibaca melalui panah penunjuk yang dapat berotasi menunjukan sudut bearing pada azimuth card. Sebagian besar dari indikator menampilkan arah dengan memutar azimuth card yang besarannya dibaca dalam satuan derajat.

Indikator juga dapat menampilkan informasi jarak (ke ground station) dan deviasi dari glideslope atau localizer. Indikator ini digunakan dalam sistem navigasi bergantung pada sistem yang digunakan dan preference dari pengguna. Indikator juga digunakan untuk menampilkan tanda peringatan (warning flag) atau isyarat yang mengindikasikan kondisi yang tidak valid dari data yang ditampilkan ke pilot.

Gambar Indikator CDI

Jarum vertical CDI dapat bergerak ke kanan atau kiri sesuai indikasi secara vertikal dengan poros di bagian atas. Ada lima titik di setiap sisi kanan dan kiri dari titik tengahnya. Setiap titik mewakili posisi 2 terhadap rute sebenarnya.

4. Antena

Antenna yang digunakan dalam VOR memiliki dua tipe, yaitu antenna tipe bat-wing dan tipe vee-dipole. Salah satu contoh antenna VOR dapat dilihat pada gambar di bawah.

Gambar Antena V-shaped VOR

b.        Sistem VOR Ground Station

Gedung ground station beratap bulat datar seperti disk. Di atasnya terdapat antena VOR dan 8

tower fiberglass yang berbentuk kerucut. Terdapat juga automatic monitoring system. Monitor tersebut mengaktifkan transmitter. VOR biasanya dipasang dan beroperasi bersama dalam satu gedung dengan DME dengan maksud untuk memberikan informasi azimuth dan jarak kepada pemakai, juga dapat digunakan untuk prosedur operasi besama dengan ILS.

Sistem VOR pada ground station terdiri dari :

1. Transmitter

Dari 160 frekuensi yang tersedia antara 108.0 dan 1117.95 MHz, ground station mentransmit dua sinyal radio yang terpolarisasi horizontal pada setiap satu kanal. Yang pertama adalah sinyal yang termodulasi frekuensi pada 30 Hz dan disebut sinyal Referensi (ditunjukan pada gambar berupa kurva titik-titik). Fasenya sama pada semua arah. Sinyal yang kedua (kurva garis nyata pada gambar) disebut sinyal variable. Sinyal ini diproduksi oleh transmisi dari loop yang berotasi 30 putaran per detik bersamaan dengan non-directional transmitter.

Gambar Perbedaan fase sinyal VOR

Karena rotasi tersebut, transmisi sinyal gabungan pada 30 Hz AM dapat dipancarkan. Pentransmisian ini diatur oleh perbedaan fase diantara dua sinyal dengan arah Utara sebagai 0 dan semua arah lainnya sama dengan nilai radialnya.

Pada receiver pesawat terbang, kedua sinyal tersebut diterima dan dibandingkan besar fasanya sesuai dengan arah mata angin (magnetic) dari VOR ground station. Kemudian ditampilkan pada berbagai indikator sebagai magnetic bearing menuju atau meninggalkan VOR station.

2. Antenna Array

Antena memancarkan sinyal dari transmitter sampai ketinggian 60° sampai 80° terhadap vertikal. Sebuah daerah kosong yang berbentuk kerucut terbalik adalah daerah yang radiasinya lemah, atau bahkan tidak mendapatkan radiasi. Jika pesawat terbang di daerah tersebut, maka tidak akan mendapatkan sinyal. Untuk menentukan posisi dengan tepat sangat sulit, yang dibutuhkan adalah mengkonfirmasi station yang bersangkutan.

Gambar Daerah radiasi VOR ground station

6.        Prinsip Kerja

a.      Cara VOR Menentukan Arah Terbang

Bagian penerima (receiver) dari navigasi VOR mendeteksi sinyal dari ground station VOR yang dipancarkan ke segala arah. Lalu receiver melakukan proses pemisahan antara sinyal 30 Hz variable dan 30 Hz sinyal referensi. Berikutnya fasa dari sinyal variable dibandingkan dengan fasa dari sinyal referensi. Arah terbang pesawat udara (bearing) didapatkan dari perbedaan fasa ini. Dari hasil perbedaan fasa ini akan diubah ke dalam bentuk tegangan (mv dc) yang selanjutnya menggerakkan jarum pada indikator. Penunjukkan jarum ini memberikan informasi kepada pilot tentang posisi pesawat terhadap ground station yang dipilihnya.

Informasi “TO-FROM” ditampilkan pada indikator yang didapatkan dari perbedaan fasa antara sinyal referensi dan sinyal variable yang digeser (shift) sebanyak 90°. Dengan mengetahui informasi “TO-FROM” posisi pesawat udara terhadap stasiun VOR dapat diketahui.

b.      Cara Kerja VOR

Setelah pilot memilih frekuensi yang sesuai untuk VOR station yang dituju, receiver mulai beroperasi. Sinyal yang diterima terdiri dari frekuensi carrier yang besarnya 108.00 sampai 117.95 MHz dan frekuensi subcarrier (9960 Hz), keduanya dimodulasi oleh sinyal 30 Hz. Sinyal 30 Hz yang pertama adalah sinyal variable dan yang lainnya adalah sinyal referensi. Tugas receiver adalah membandingkan besar fase antara kedua sinyal tersebut.

Untuk membedakan kedua sinyal 30 Hz tersebut, receiver harus bisa memisahkan keduanya. Karena sebuah receiver memiliki kemampuan untuk memisahkan dua sinyal dengan frekuensi yang berbeda, maka kedua sinyal 30-Hz dapat dipisahkan dengan memisahkan frekuensi carrier dan subcarrier. Frekuensi sub-carrier dimodulasi-frekuensi dengan salah satu sinyal 30-Hz, sementara sinyal 30 hz yang lain memodulasi-amplitude frekuensi carrier.

Proses pengolahan sinyal sampai ditampilkan pada indikator VOR dapat dilihat pada blok diagram dibawah ini. 

Gambar Blok diagram receiver navigasi VOR

Pertama, sinyal yang diterima dikirim ke preselector dimana sinyal VOR akan difilter menggunakan BPF. Sinyal tersebut kemudian dikurangi frekuensinya pada mixer dan dikuatkan lagi menggunakan detector. Detector melakukan proses demodulasi dan memisahkannya kembali menjadi sinyal aslinya. Sinyal identifikasi suara dari VOR station difilter, dikuatkan, dan diaplikasikan pada sistem speaker pada kokpit.

Sinyal yang sudah melalui detector diteruskan ke dua sistem. Sistem pertama melakukan proses deteksi, filter, dan penguatan 30-Hz sinyal variable. Sistem kedua melakukan proses yang sama kepada 30-Hz sinyal referensi. Kemudian, sinyal 30-Hz variable dan referensi dibandingkan untuk mendapatkan perbedaan fasenya. Perbedaan fase yang diperoleh dikonversi menjadi tegangan analog sehingga dapat menggerakan jarum indicator CDI, atau dapat dikonversi ke dalam format serial digital untuk digunakan pada indikator digital atau sistem avionik yang lain.

c.       Cara Operasi VOR sebagai Sistem Navigasi

Langkah-langkah pengoperasian sistem navigasi VOR ditunjukkan oleh urutan proses berikut ini:

1. Pilot memilih frekuensi VOR dan memastikan identitas VOR station yang dipilih dengan mendengarkan kode suara berupa kode morse.

2. Receiver menerima sinyal RF yang terdiri dari frekuensi carrier dan sub-carrier

3. Receiver melakukan proses decoding kepada sinyal yang diterima untuk mengetahui perbedaan fasa diantara keduanya.

4. Setelah perbedaan fase didapatkan, sudut bearing ditentukan kemudian dikirimkan ke indikator dan ditampilkan agar dapat dibaca oleh pilot. Begitu pula dengan TO-FROM indicator-nya.

5. Pilot melanjutkan penerbangan sampai pesawat mencapai titik perpindahan frekuensi. Kemudian pilot memilih VOR station berikutnya sesuai dengan jalur penerbangannya.

6. Pilot melakukan penerbangan dengan VOR station sebagai acuan sampai pesawat mendekati bandara tujuannya. Setelah mendekati tujuan akhirnya, pilot mengganti frekuensi VOR ke frekuensi ILS untuk memandu pesawat melakukan pendaratan di runway.

Referensi :

http://ilmuterbang.com/home-mainmenu-1/27-instrument-rating/499-apa-artinya-vor

https://sites.google.com/site/logancte/
http://www.navfltsm.addr.com/vor-nav.htm
http://www.wikihow.com/Navigate-Using-a-VOR
http://en.wikipedia.org/wiki/VHF_omnidirectional_range
http://www.faa.gov/air_traffic/publications/atpubs/aim/aim0101.html
http://stoenworks.com/Tutorials/Understanding%20Vors.html
http://www.americanflyers.net/aviationlibrary/instrument_flying_handbook/chapter_7.htm