Pengenalan Sistem Navigasi VHF Omnidirectional Range dan prinsip kerjanya

1.1              Sejarah VOR

Navigasi udara merupakan kegiatan untuk mengarahkan transportasi udara (dalam hal ini pesawat) dari satu tempat ke tempat yang lain agar tidak keluar dari jalurnya. Navigasi udara dilakukan oleh dua pihak yaitu ground station (stasiun bumi) dan aircraft (Pesawat). Salah satu navigasi udara yang digunakan adalah perangkat Doppler VHF Omnidirectional Range (DVOR). Perangkat ini dikembangkan oleh AS pada awal 1937 dan digunakan pada 1946. VOR sendiri kependekan dari  VHF Omnidirectional Range merupakan sistem navigasi udara yang digunakan oleh penerbangan komersial dan militer. Perangkat VOR jumlah seluruhnya sekitar 3000 stasiun yang terletak di berbagai Negara. Prinsip dari VOR menggunakan prinsip Doppler dimana sebuah stasiun VOR mengirim sinyal referensi/master, dan sinyal variabel/sekunder yang bervariasi dalam fase 30 kali per detik dibandingkan dengan sinyal referensi. Penentuan sudut perputaran dimulai dari utara, misalnya ada sinyal sekunder yang berputar 90 derajat dari utara maka sinyal tersebut berbeda 90 derajat dari fase master. Sehingga dengan membandingkan fase pada sinyal tersebut maka sudut untuk stasiun penerima dengan stasiun pemancar dapat diketahui.

1.2              Pengenalan VOR

VOR merupakan 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 (Very High Frequency) 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 pesaawat. Sinyal VOR berasal dari ground station atau stasiun bumi yang dipancarkan ke pesawat tertentu untuk pendaratan.

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

1.3              Teori Dasar VOR

Pada perangkat ini, prinsip yang digunakan untuk pengukuran arah (bearing) pada VOR adalah dengan perbandingan fasa. Transmitter pada ground station mengirimkan dua sinyal yang terpisah, sehingga memungkinkan penerima/pesawat untuk menentukan posisi pesawat terhadap ground station dengan membandingkan besar fasa dari kedua sinyal tersebut. Pada intinya, perangkat 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 90° menuju ke Timur, 180° menuju ke Selatan, dan 270° menuju ke Barat. 

Gambar Diagram pembacaan Radial pada VOR

VOR memancarkan sinyal radio frekuensi omnidirectional (ke segala arah) dan sinyalnya memberikan informasi azimuth dari 0° sampai 360°. Dengan memilih channel frekuensi VOR, penerbang akan mendapat arah atau azimuth  dengan kode “TO” ke arah stasiun VOR atau  mendapatkan kode “FROM” untuk 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.

Pada bagian pengirim (stasiun bumi) mengirimkan 2 sinyal radio yang terpolarisasi horizontal pada setiap satu kanal. Pada sinyal pertama yaitu sinyal yang termodulasi dengan frekuensi 30Hz dengan fase yang sama pada semua arah yang disebut sinyal referensi. Sedangan sinyal kedua yang disebut sinyal variable merupakan sinyal yang dihasilkan oleh transmisi dari loop yang berputar dengan kecepatan putaran 30 putaran per detik.  Pada transmitter/ pengirim terdapat 160 frekuensi yang tersedia Antara 108 sampai 117.95MHz,

1.4              Bagian-bagian Dari VOR

1.4.1        Bagian VOR di dalam pesawat

1.      Receiver

2.      Control unit

3.      Indicator VOR

4.      Antena

1.4.2        Bagian VOR ground station

1.      Trasnmitter

2.      Antenna array

1.5              Prinsip Kerja VOR

Perangkat VOR adalah Sebuah alat bantu navigasi udara yang berfungsi untuk menentukan sudut pesawat terhadap peralatan VOR tersebut. Jadi jika VOR dipasang dekat dengan runway bandara maka pilot dapat mengetahui keberadaannya bahwa dia berada pada sudut  tertentu dari runway bandara dengan rentang frekuensi perangkat VOR 108.0 sampai 117.95 MHz, karena VOR bekerja pada frekuensi VHF (30MHz-300MHz). VOR bekerja menggunakan efek doppler dan pada VOR juga menggunakan sistem space modulation yaitu ketika sinyal carieer dipancarkan dan Sinyal RF pada antena dipancarkan akan terjadi modulasi, pada VOR terdapat 48 buah antena sub-carrier dan mempunyai 1 antena carrier. Pada VOR mempunyai pancaran maximum kurang lebih 200 NM (387 km) pada ketinggian 35000 ft.

Bagaimana VOR dapat menentukan arah terbang?

Untuk menentukan arah terbang pesawat, bagian penerima (receiver) dari navigasi VOR mendeteksi sinyal dari ground station VOR yang dipancarkan ke segala arah. Kemudian penerima/receiver melakukan proses pemisahan antara sinyal 30 Hz variable dan 30 Hz sinyal referensi. Setelah proses pemisahan sinyal, maka perangkat tersebut membandingkan fase dari sinyal variable dan sinyal referensi. Arah terbang pesawat udara (bearing) didapatkan dari perbedaan fase sinyal tersebut. Dari hasil perbedaan fasa tersebut akan diubah ke dalam bentuk tegangan DC dalam satuan milivolt yang selanjutnya menggerakkan jarum pada indikator. Penunjukkan jarum ini memberikan informasi kepada pilot tentang posisi pesawat terhadap ground station yang dipilihnya. Pada VOR terdapat 2 informasi yaitu informasi TO dan informasi FROM. 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.

Bagaimana cara kerja pilot menggunakan 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 yaitu Pertama, sinyal yang diterima dikirim ke preselector dimana sinyal VOR akan ditapis 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 ditapis, 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.

Bagaimana cara pengoperasian VOR?

Langkah-langkah dalam pengoperasian sistem navigasi VOR sebagai berikut:

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/pengubahan kode kebentuk semula 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.

Bagaimana tampilan pembacaan CDI pada VOR?

VOR Bearing Indication

Demikian artikel tentang pengenalan system navigasi VOR, semoga bermanfaat.