现代航空导航依靠精确可靠的系统来引导飞机安全飞越遥远的距离。航空业最广泛使用的系统之一是甚高频全向信标 (VOR)，这是一种地面无线电导航辅助设备，可为飞行员提供必要的方向信息。
VOR 站遍布全球，发射信号，让飞机能够确定相对于 VOR 站的方位。这项技术一直是 航空管制 和导航领域数十年的经验，帮助飞行员保持准确的航向对准，执行 仪表飞行程序并安全穿越受控空域。
而 基于 GPS 的导航 尽管 VOR 变得越来越重要，但它仍然是航空业中至关重要的备用系统，即使在卫星故障或信号干扰的情况下也能确保可靠性。了解 VOR 的工作原理、其组件以及它与现代导航系统的比较对于学生飞行员和经验丰富的飞行员来说都是必不可少的。
本指南将探讨 VHF 全向测距的运行方式、其在航空中的作用、其频率范围、优势以及与 GPS 技术的比较。
甚高频全向范围导航
甚高频全向范围 (VOR) 导航是一种地面无线电导航系统，可帮助飞行员确定其位置并保持准确的航向。它在甚高频 (VHF) 波段内运行，发射信号，飞机接收器可使用该信号来确定相对于固定地面站的方位。
每个 VOR 站持续发射两个无线电信号：一个参考信号和一个旋转变量信号。通过比较这些信号之间的相位差，飞机可以确定其径向位置（以度为单位） 从 VOR 站（0° 至 360°）. 这使得飞行员能够沿着预先定义的航路导航或精确地直接飞向或飞离 VOR 站。
尽管 GPS 导航日益流行，VOR 仍然是航空业必不可少的系统。在 GPS 信号丢失或干扰的情况下，它可以为导航提供可靠的备份。许多 仪表飞行规则（IFR） 航线和进近程序仍然依赖 VOR，使其成为现代空中交通管制和飞行员训练的关键要素。
VHF 全向范围如何工作？
甚高频全向测距 (VOR) 系统通过同时发射两个无线电信号来工作：
- 参考信号 – 恒定的、全向的信号，在所有方向上都是相同的。
- 可变信号 – 旋转方向信号，其相位根据飞机相对于 VOR 站的位置而改变。
配备 VOR 接收器的飞机可检测两个信号并比较相位差。这可确定飞机的 从 VOR 台发出的径向（方位），让飞行员知道相对于地面发射器的准确方向。
飞机的导航显示器（水平情况指示器或航向偏差指示器）以直观的方式呈现此信息，显示飞机是在航线上、偏离航线还是直接在站点上。
VOR 提供高精度导航，通常在 ±1°误差，使其成为目前最可靠的无线电导航辅助设备之一。该系统特别适用于进近程序、航路导航和飞行计划，确保飞行员能够在长距离内保持精确的飞行路线。
甚高频全向范围航空
甚高频全向信标 (VOR) 广泛应用于商业和通用航空，是主要的导航方式。航空公司、包机运营商和私人飞行员依靠 VOR 站来建立精确的飞行路线、导航航线和执行仪表飞行程序。
在仪表飞行规则 (IFR) 操作中，VOR 站在引导飞机沿指定航路飞行方面发挥着至关重要的作用，这些航路被称为 维克多航空 (24,000 英尺以下) 和捷特航空 (24,000 英尺以上)这些结构化的路线连接 VOR 站，使飞机能够安全高效地沿着预定的走廊飞行。
VOR 在飞行的不同阶段也发挥着重要作用：
离境程序： 许多标准仪表离场 (SID) 包括基于 VOR 的航路点，可帮助飞机从机场过渡到航路空域。
航路导航： 飞行员使用 VOR 径向线来确定自己的位置并保持航向，确保准确的长距离导航。
进场程序： VOR 用于 非精密进近，在下降过程中为飞行员提供横向引导，特别是在没有ILS（仪表着陆系统）的机场。
虽然基于 GPS 的导航（RNAV 和 RNP）正在成为标准，但 VOR 仍然是一个关键的备用系统，可确保在 GPS 信号丢失或干扰的情况下提供冗余。
甚高频全向范围图
A VOR 系统图 直观地呈现了 VOR 站如何传输信号以及飞机如何接收和解释这些信号进行导航。
VOR 系统的关键组件
VOR 地面站 – 地面上的发射器发射两种信号：
- A 参考信号 在所有方向上都是一样的。
- A 可变信号 根据方向旋转并改变相位。
飞机上的 VOR 天线 – 接收传输的信号。
VOR 接收机 – 该设备位于飞机上，处理信号以确定飞机与 VOR 站的径向距离。
导航显示器 (CDI/HSI) – 航向偏差指示器 (CDI) 或水平情况指示器 (HSI) 显示飞机是否在航线上、航线左侧或航线右侧。
飞行员如何解读 VOR 仪表指示
- 当调到 VOR 频率时，飞行员使用 OBS（全向选择器）选择径向线。
- CDI 指针指示飞机是否位于选定的径向线上或是否需要航向修正。
- TO/FROM 指示器显示飞机是飞向 VOR 站还是飞离 VOR 站。
了解 VOR 系统图对于学习无线电导航的飞行员来说至关重要，因为它有助于直观地了解飞机如何使用地面信号确定位置并保持航向。
甚高频全向范围频率
甚高频全向信标 (VOR) 系统在甚高频 (VHF) 波段内运行，具体为 108.0 MHz至117.95 MHz.此频率范围专用于航空导航，确保VOR地面站和飞机接收器之间的通信清晰、无干扰。
VOR 操作频率明细
- VOR 信号占用频率 108.0 MHz和117.95 MHz.
- 偶数十分位 （例如 108.00、108.05、108.10 MHz） 为 ILS（仪表着陆系统）定位器保留，其余频率专用于 VOR 站。
有三种 VOR 台站类型，每种方式都可满足不同的运营需求：
- 航站楼 VOR（T-VOR） – 用于机场附近的导航，通常在 25 海里（NM） 和高达 12,000英尺.
- 低空 VOR（L-VOR） – 涵盖一系列 最远 40 海里，通常在海拔高达 18,000英尺.
- 高空甚高频全向信标 (H-VOR) – 提供远程导航，覆盖距离 高海拔地区可达 130 海里.
飞机如何接收 VOR 信号并解读导航数据
要使用 VOR 进行导航，飞行员需要：
- 将飞机的 VOR 接收器调至所需电台的频率。
- 验证该站的摩尔斯电码标识符以确认信号正确。
- 使用 OBS（全方位选择器）选择径向线并确定飞机相对于 VOR 的位置。
- 监控 CDI（航向偏差指示器）或 HSI（水平情况指示器）以跟踪飞机是否在航向中或需要调整。
VOR 信号的精度取决于大气条件、地形障碍物和信号干扰等因素，但在最佳条件下，VOR 提供的导航精度在 ±1度.
甚高频全向范围组件
VOR 系统由几个基本组件组成，它们共同为飞机提供精确的导航指引。这些组件包括地面发射器、机载接收器和解读 VOR 信号的驾驶舱仪表。
1. 地面 VOR 发射机
VOR 站安装在世界各地的战略位置，确保航路导航的连续覆盖。这些站传输：
- 各个方向上相同的参考信号。
- 根据方向改变相位的旋转变量信号。
每个 VOR 站都有独特的 摩尔斯电码识别器 帮助飞行员在使用信号导航之前验证信号是否正确。
2. 机载 VOR 接收器
每架配备仪表导航的飞机都配有 VOR 接收器，用于处理地面站的信号。这些接收器解码参考信号和可变信号之间的相位差，以确定飞机与地面站之间的径向距离。
一些现代飞机还集成了将 VOR 与 DME（测距设备）相结合的无线电导航系统 (RNS)，以提高导航精度。
3. 用于 VOR 解释的驾驶舱仪表
飞行员使用特定的驾驶舱仪器来解释 VOR 信号：
- 航向偏差指示器 (CDI)： 显示飞机是否位于选定的径向线上或需要航向修正。
- 水平状况指标 (HSI): 一种更先进的仪器，将 VOR 导航与航向指示器相结合，提供更清晰的态势感知。
- 全方位选择器 (OBS)： 允许飞行员选择前往或离开 VOR 站的径向线。
4. 测距设备（DME）的作用
许多 VOR 站与 DME 发射机位于同一位置，使飞机不仅可以确定方向，还可以确定与站之间的距离。VOR/DME 通过提供以下功能增强飞行员的态势感知能力：
- 径向信息 (VOR) 指示方向。
- 斜距 (DME) 测量飞机距离 VOR 站有多远。
即使 GPS 等新技术变得越来越普及，这些组件也使 VOR 导航成为飞行规划、航路导航和进近程序的重要工具。
VHF 全向范围与 GPS
随着航空技术的不断发展，甚高频全向信标 (VOR) 和 GPS 导航之间的争论一直持续。虽然 GPS（全球定位系统）以其高精度和全球覆盖范围彻底改变了现代导航，但 VOR 仍然是重要的导航辅助设备，并且在 GPS 发生故障或干扰时可作为可靠的备用系统。
VOR 和 GPS 导航之间的主要区别
| 特性 | 前 | 全球定位系统 |
|---|---|---|
| 技术 | 地面无线电导航 | 卫星全球定位 |
| 准确性 | 通常在 ±1° 以内 | 几米之内 |
| 保障范围 | 受限于 VOR 站范围（对于 H-VOR 最大为 130 海里） | 全球覆盖 |
| 责任感 | 受地形阻碍和信号干扰 | 可能因卫星故障或干扰而丢失信号 |
| 导航方式 | 径向导航（飞机沿着径向飞行至/飞离站点） | 基于航点的直接导航 |
GPS 提供更高的精度、灵活性和效率，可实现直接路由和更优化的飞行路径。不过，VOR 仍广泛用于结构化航路、终端导航和备份目的。
为什么 GPS 更精确，但 VOR 仍然必不可少
- GPS 提供精确的位置、高度和速度数据，使导航更加高效。
- VOR 独立于卫星信号，因此在发生 GPS 干扰、中断或网络攻击时，它是一种可靠的应急系统。
- 许多航空当局，包括 FAA 和 EASA，规定飞机必须保留基于 VOR 的导航能力，以确保在 GPS 不可用时安全飞行。
现代航空中两种系统的优缺点
- GPS 可以提供灵活、节省燃料的路线，从而降低航空公司的运营成本。
- VOR 不受空间天气相关干扰的影响，即使卫星出现问题也能保证一致的性能。
- 未来的空中导航系统将逐步减少对 VOR 的依赖，但许多较旧的飞机和区域运营商仍然依赖基于 VOR 的航路。
尽管 GPS 取得了进步，VOR 站仍然是航空基础设施的重要组成部分，特别是对于非精密进近、航路导航和飞行员培训而言。
甚高频全向范围的优势
尽管卫星导航日益兴起，甚高频全向测距 (VOR) 仍然具有多种优势，使其成为航空导航系统的重要组成部分。
1. 高可靠性和一致的性能
VOR 在地面基础设施上运行，因此不易受到太空相关问题、卫星故障或网络威胁的影响。与 GPS 不同，GPS 可能会因大气条件或故意干扰而导致信号衰减，而 VOR 信号则保持稳定且可预测。
2. 适用于所有天气条件
VOR 信号不受天气影响，即使在暴风雨、大雨或能见度低的情况下也能提供一致的导航指引。这使得 VOR 在恶劣天气频繁发生的地区特别有用，因为这些地区的 GPS 信号可能会因信号反射或大气干扰而受到影响。
3. 提供直达车站的导航
VOR 简化了导航，允许飞机直接飞向或飞离某个站点，使其成为结构化航路和 受控空域. 这对于以下情况尤其有用：
- 仪表飞行规则 (IFR) 航路导航。
- 机场的等待航线和进近程序。
- 飞行员培训，因为 VOR 需要解释导航信号，强化必要的飞行技能。
虽然现代航空正在转向基于性能的导航 (PBN) 和基于 GPS 的航线，但 VOR 仍然是备用导航、飞行员训练和结构化航路的重要工具，可确保安全高效的空中交通管理。
甚高频全向天线
VOR 天线是地面传输和空中接收甚高频全向信标 (VOR) 信号的关键部件。天线的设计、位置和方向对飞机接收的导航数据的准确性和可靠性有重大影响。
VOR 天线在发射和接收信号中的作用
- 地面 VOR 站使用专门设计的天线在 VHF 频率之间传输信号 108.0 MHz和117.95 MHz.
- 这些天线产生参考信号和可变相位信号，使飞机能够从 VOR 站确定其方位。
- 机载 VOR 天线接收这些信号并将其发送到机载 VOR 接收器，在那里处理数据并显示给飞行员。
飞机和地面站使用的 VOR 天线类型
地面 VOR 天线
- 通常位于机场或偏远地区的战略要点，以确保广泛的信号覆盖。
- 标准多普勒 VOR (DVOR) 天线布置通过减少信号反射问题来提高准确性。
飞机 VOR 天线
- V 形（V 偶极子）天线 – 在通用航空飞机上发现，通常安装在垂直稳定器上。
- 叶片或鳍状天线 – 常见于商用和运输类飞机，设计用于最大限度地减少阻力。
- 组合式 VOR/LOC/GPS 天线 – 用于现代飞机，集成多种导航功能。
飞行员如何使用适当的天线定位来优化 VOR 接收
- 飞行员应确保飞机的 VOR 天线正确对准，以避免信号干扰，特别是在倾斜或在有地形障碍物的区域飞行时。
- 在进近过程中，飞行员可能会遇到 VOR 信号失真，特别是在较低高度或靠近山区。
- 定期对 VOR 天线和接收器进行维护检查对于确保导航准确性和遵守航空安全法规至关重要。
正常运行的 VOR 天线有助于保持精确导航，确保飞机可以有效地跟踪径向线、执行仪表进近并自信地在航路上导航。
结语
数十年来，甚高频全向信标 (VOR) 系统一直是航空导航的基石。作为地面无线电导航辅助设备，VOR 为飞行员提供必要的方位信息，从而实现结构化的航路导航、航路飞行跟踪和进近引导。
尽管人们越来越依赖 GPS 导航，但 VOR 仍然是确保在卫星信号丢失或干扰的情况下安全运行的重要备用系统。它继续用于航空公司运营、通用航空和飞行员培训，以强化基本的无线电导航技能。
随着航空技术的发展，空中导航系统正在向基于卫星的性能导航 (PBN) 过渡。然而，航空当局仍在全球范围内维护 VOR 站，以便在 GPS 中断时提供冗余。
对于飞行员来说，掌握 VOR 导航技术至关重要，即使在 GPS 时代也是如此。了解如何收听 VOR 电台、解读信号以及将 VOR 与现代导航系统集成可提高飞行安全性和操作熟练度。
通过结合 VOR 和 GPS，飞行员可以确保在所有飞行条件下导航准确可靠，保持最高标准的空中交通安全和效率。
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