Navigation Systems (Navigation Systems - YouTube)

Aside from pilotage and dead reckoning, other forms of navigation are also available to
pilots through the use of electronic navigational aids, or NAV aids for short. These
systems transmit signals to aircraft through radio waves and tell pilots where they are
and where to go. Before we get into what these systems are and how they work, we
first need to review radio waves and antennas.
Radio waves are a type of electromagnetic radiation. Artificially generated radio waves
are used for fixed and mobile communication, broadcasting, radar, computer networks,
and of course, navigation. These artificially generated radio waves are created from
antennas. Antennas convert the electric current of a signal into a radio wave so it can
travel through space to a receiving antenna, which then converts it back into an electric
current to be used by a receiver.
The antennas on an airplane are all different sizes and shapes. This is because they
receive or transmit different types of radio waves. There are three different types of
waves, each with different characteristics. They are ground waves, sky waves, and
space waves. Ground waves are lower frequency waves that travel close to the surface
of the Earth and will in fact follow the curvature of the Earth.
The lower the frequency of a wave, the further the signal will be able to travel. These
ground waves travel reliably and predictably along the same route day after day, not
being influenced by outside factors. Sky waves are higher frequency waves that can
also travel for long distances, but instead of following the curvature of the earth, the
waves are refracted or bent by the ionosphere and sent back down to earth.
Using sky waves, high frequency radios can send messages across oceans using only
50 to 100 watts of power. Space waves consist of very high frequency waves or higher
that neither bend nor refract. These waves travel in a straight line passing through the
ionosphere and allow navigation from space. Most major navigation systems these
days operate with signals broadcasting as space waves.
Objects between the transmitter and receiver may reflect and block the signal. This
means that the waves have to have a line of sight between the two for the signal to be
received. For aircraft, the airplane has to be within line of sight of the navigational aid in
order for the system to work. One of the oldest types of Navid still in use today is called
the Non directional radio beacon or NDB.
While NDB's are not as common in the United States as they used to be, they are still
used in other countries around the world and NDB is simply just a groundbased AM
radio transmitter that transmits radio waves in all directions. In the United States, these
NDB's operate on the frequency range of 190 to 535 kHz. Because NDB's operate in
this low to medium frequency band, they are not subjected to the line of sight
limitations of space waves.
To navigate via NDB's, pilots need to have installed in their aircraft and automatic
Direction Finder, or ADF. The face of an ADF contains a needle that points to the
relative bearing of the NDB. The relative bearing is the number of degrees, measured
clockwise, between the aircraft's heading and the direction from which the bearing is
taken from. You can use this simple formula to calculate the magnetic bearing to the
station.
Magnetic heading plus relative bearing equals magnetic bearing. For example, if your
airplane is flying a heading of 030 and the ADF is indicating a relative bearing of 120,
then that means that the NDB is at a relative bearing of 150 degrees. If you wanted to
fly towards the NDB, 150 would be the initial heading to turn to.
When flying directly toward the NDB, the needle will look like this, pointed straight up at
the NDB station. Once crossing over it, the needle will reverse direction, but still point
at the NDB as you fly away from it. It is possible to track both towards and away from
an NDB station. This sounds really easy right? Just keep the needle straight up and
you'll fly right towards the station. Well, in a no wind situation that would probably be
just fine.
However, most of the time there is in fact wind. If a pilot were to keep the needle
straight up on a windy day as they were navigating, they'd be doing a procedure called
a homing. Homing is not a recommended procedure to follow, as you would not be
flying in a straight line. Instead of homing, tracking should be used to fly from station to
station in a straight line. Tracking involves compensating for the wind by turning slightly
into the wind and thereby staying on course.
When you are on course and tracking to the station, the airplane's wind correction
angle should equal the number of degrees the ADF is deflected from. Straight up Ndb's
can be spotted on sectional charts with this magenta colored symbol. In the vicinity of
the symbol you will find a box containing the name of the NDB, frequency ID and
associated Morse code.
Before you can actually navigate via an NDB, you need to tune and identify the desired
station. Tuning in a station is pretty easy, just look up the frequency on your chart and
enter it into your receiver. After it's entered, we need to confirm that we are receiving
the correct station and that it is operational. As part of an NDB's transmission, they'll
send out their ID in Morse code format. We the pilots, must listen to the Morse code.
And verify that it matches what's printed on our chart. After we've identified the station,
we can use it for navigation. However, since there is no flag on the instrument to advise
us whether or not it is operating properly, we must continue to monitor the Morse code
for as long as we intend on using the station. Luckily, we can turn down the volume so
it's not as obnoxious. There are four different classes of NDB's.
They all operate on the same principles, but the different classes contrast and how far
away their signal can be reached. The weakest of all NDB's is the Compass Locator.
This low powered NDB uses less than 25 watts of power, giving it a range of only 15
nautical miles. The other three classes are labeled as Medium, High, High and High
High, with each offering progressively larger ranges.
To receive a signal from an NDB the aircraft's ADF is able to determine the relative
bearing from the aircraft to the NDB station, This is accomplished through the use of
two antennas on board the aircraft, one being the loop antenna, the other being the
sense antenna. The loop antenna is a directional antenna containing 2 or more
stationary loops of wire looking at just one loop. If radio waves hit the loop in any
direction other than directly perpendicular, a voltage will be induced over the antenna.
By using multiple loops oriented in different headings, the system can deduce, down to
two possible headings, that the signal is coming from both 180 degrees apart. To
remove this ambiguity, the sense antenna is also used. This antenna, which is more or
less just a straight wire, looks at the electrical field of the signal receiving an identical
signal from all directions.
Looking at the phase of the signal and not the amplitude, the ADF receiver compares
the sense antenna signal with the loop antenna and is able to remove the ambiguity
and deduce the relative bearing of the NDB station. Now before you start relying on
Ndbs for navigation, you should be aware of its limitations. The first of many errors is
called the thunderstorm effect.
During a thunderstorm, the ADF needle will be temporarily deflected towards the
lightning strikes instead of the NDB. Next is the night effect, where NDB signals can be
refracted by the ionosphere and return as sky waves. This effect is largest during the
dawn and dusk hours. This can cause interference with distant NDB stations.
Mountains can also have an effect on the NDB signal as they can reflect the NDB
signal.
Finally, there's the coastal effect. As the airplane is flying across a coastline, the ADF
needle will bend slightly towards the coastline when crossing it at an angle. All of these
errors result in erroneous bearing information which affects the ADF needle. Since the
pilot has to monitor the NDB Morse code. Hearing any static on that frequency along
with the ADF needle acting erratically are two indicators that there may be an error and
what you are receiving.
While Indy bees are a dying technology, our next Navid is still very much alive and
much more common in the National Airspace System. This type of Navid is called a
Very High Frequency Omnidirectional range, also known as a VOR.
 Sistemas de Navegação (Navigation Systems - YouTube)

Além da pilotagem e do cálculo estimado, outras formas de navegação também estão

disponíveis para os pilotos por meio do uso de auxílios eletrônicos à navegação, ou
auxílios NAV, para abreviar. Esses sistemas transmitem sinais para aeronaves por
meio de ondas de rádio e informam aos pilotos onde eles estão e para onde ir. Antes
de entrarmos no que são esses sistemas e como eles funcionam, primeiro precisamos
revisar as ondas de rádio e as antenas.
As ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética. Ondas de rádio geradas
artificialmente são usadas para comunicação fixa e móvel, transmissão, radar, redes
de computadores e, claro, navegação. Essas ondas de rádio geradas artificialmente
são criadas a partir de antenas. As antenas convertem a corrente elétrica de um sinal
em uma onda de rádio para que ela possa viajar pelo espaço até uma antena
receptora, que então a converte de volta em uma corrente elétrica para ser usada por
um receptor.
As antenas de um avião têm tamanhos e formas diferentes. Isso ocorre porque eles
recebem ou transmitem diferentes tipos de ondas de rádio. Existem três tipos
diferentes de ondas, cada uma com características diferentes. São ondas terrestres,
ondas celestes e ondas espaciais. As ondas terrestres são ondas de baixa frequência
que viajam perto da superfície da Terra e, de fato, seguem a curvatura da Terra.
Quanto menor a frequência de uma onda, mais longe o sinal será capaz de viajar.
Essas ondas terrestres viajam de forma confiável e previsível ao longo da mesma rota
dia após dia, não sendo influenciadas por fatores externos. As ondas do céu são
ondas de frequência mais alta que também podem viajar por longas distâncias, mas,
em vez de seguir a curvatura da Terra, as ondas são refratadas ou dobradas pela
ionosfera e enviadas de volta à Terra.
Usando ondas do céu, os rádios de alta frequência podem enviar mensagens através
dos oceanos usando apenas 50 a 100 watts de potência. As ondas espaciais
consistem em ondas de frequência muito alta ou superior que não se dobram nem
refratam. Essas ondas viajam em linha reta passando pela ionosfera e permitem a
navegação a partir do espaço. A maioria dos principais sistemas de navegação
atualmente opera com sinais transmitidos como ondas espaciais.
Objetos entre o transmissor e o receptor podem refletir e bloquear o sinal. Isso
significa que as ondas precisam ter uma linha de visão entre as duas para que o sinal
seja recebido. Para aeronaves, o avião deve estar dentro da linha de visão do auxílio à
navegação para que o sistema funcione. Um dos tipos mais antigos de Navid ainda em
uso hoje é chamado de farol de rádio não direcional ou NDB.
Embora os NDBs não sejam tão comuns nos Estados Unidos como costumavam ser,
eles ainda são usados em outros países ao redor do mundo e o NDB é simplesmente
um transmissor de rádio AM terrestre que transmite ondas de rádio em todas as
direções. Nos Estados Unidos, esses NDBs operam na faixa de frequência de 190 a
535 kHz. Como os NDBs operam nessa faixa de frequência baixa a média, eles não
estão sujeitos às limitações da linha de visão das ondas espaciais.
Para navegar via NDB's, os pilotos precisam ter instalados em suas aeronaves um
Direction Finder automático, ou ADF. A face de um ADF contém uma agulha que
aponta para o rumo relativo do NDB. O rumo relativo é o número de graus, medido no
sentido horário, entre o rumo da aeronave e a direção de onde o rumo é retirado. Você
pode usar esta fórmula simples para calcular o rumo magnético para a estação.
Rumo magnético mais rumo relativo é igual a rumo magnético. Por exemplo, se seu
avião está voando em um rumo de 030 e o ADF está indicando um rumo relativo de
120, isso significa que o NDB está em um rumo relativo de 150 graus. Se você
quisesse voar em direção ao NDB, 150 seria o rumo inicial para o qual recorrer.
Ao voar diretamente para o NDB, a agulha ficará assim, apontada diretamente para a
estação NDB. Depois de passar por cima dele, a agulha inverterá a direção, mas ainda
apontará para o NDB enquanto você voa para longe dele. É possível rastrear na
direção e na distância de uma estação NDB. Isso parece muito fácil, certo? Basta
manter a agulha para cima e você voará direto para a estação. Bem, em uma situação
sem vento, isso provavelmente seria ótimo.
No entanto, na maioria das vezes há vento de fato. Se um piloto mantivesse a agulha
reta em um dia ventoso enquanto navegava, estaria fazendo um procedimento
chamado homing. Homing não é um procedimento recomendado a seguir, pois você
não estaria voando em linha reta. Em vez de homing, o rastreamento deve ser usado
para voar de uma estação para outra em linha reta. O rastreamento envolve
compensar o vento virando-se ligeiramente contra o vento e, assim, mantendo-se no
curso.
Quando você está no curso e seguindo para a estação, o ângulo de correção do vento
do avião deve ser igual ao número de graus do qual o ADF é desviado. Ndbs diretos
podem ser vistos em gráficos secionais com este símbolo de cor magenta. Nas
proximidades do símbolo, você encontrará uma caixa contendo o nome do NDB, o ID
da frequência e o código Morse associado.
Antes de poder realmente navegar por meio de um NDB, você precisa sintonizar e
identificar a estação desejada. Sintonizar uma estação é muito fácil, basta procurar a
frequência em seu gráfico e inseri-la em seu receptor. Depois de inserido, precisamos
confirmar que estamos recebendo a estação correta e que está operacional. Como
parte da transmissão de um NDB, eles enviarão seu ID no formato de código Morse.
Nós, os pilotos, devemos ouvir o código Morse.
E verifique se corresponde ao que está impresso em nosso gráfico. Depois de
identificarmos a estação, podemos usá-la para navegação. No entanto, como não há
sinalizador no instrumento para nos avisar se ele está funcionando corretamente ou
não, devemos continuar monitorando o código Morse enquanto pretendemos usar a
estação. Felizmente, podemos diminuir o volume para que não seja tão desagradável.
Existem quatro classes diferentes de NDBs.
Todos eles operam com os mesmos princípios, mas as diferentes classes contrastam
e a que distância seu sinal pode ser alcançado. O mais fraco de todos os NDBs é o
localizador de bússola. Este NDB de baixa potência usa menos de 25 watts de
potência, dando-lhe um alcance de apenas 15 milhas náuticas. As outras três classes
são rotuladas como Média, Alta, Alta e Alta Alta, cada uma oferecendo faixas
progressivamente maiores.
Para receber um sinal de um NDB, o ADF da aeronave é capaz de determinar o rumo
relativo da aeronave para a estação NDB. Isso é feito por meio do uso de duas
antenas a bordo da aeronave, uma sendo a antena de loop e a outra sendo o sentido
antena. A antena de loop é uma antena direcional contendo 2 ou mais loops
estacionários de fio olhando para apenas um loop. Se as ondas de rádio atingirem o
loop em qualquer direção que não seja diretamente perpendicular, uma voltagem será
induzida na antena.
Ao usar vários loops orientados em diferentes direções, o sistema pode deduzir, até
duas direções possíveis, que o sinal está vindo de ambos com 180 graus de distância.
Para remover essa ambigüidade, a antena sensora também é usada. Esta antena, que
é mais ou menos apenas um fio reto, olha para o campo elétrico do sinal recebendo
um sinal idêntico de todas as direções.
Observando a fase do sinal e não a amplitude, o receptor ADF compara o sinal da
antena de detecção com a antena de loop e é capaz de remover a ambigüidade e
deduzir o rumo relativo da estação NDB. Agora, antes de começar a confiar no Ndbs
para navegação, você deve estar ciente de suas limitações. O primeiro de muitos erros
é chamado de efeito de tempestade.
Durante uma tempestade, a agulha ADF será temporariamente desviada para os
relâmpagos em vez do NDB. O próximo é o efeito noturno, onde os sinais NDB podem
ser refratados pela ionosfera e retornar como ondas do céu. Este efeito é maior
durante o amanhecer e o anoitecer. Isso pode causar interferência em estações NDB
distantes. As montanhas também podem afetar o sinal NDB, pois podem refletir o sinal
NDB.
Finalmente, há o efeito costeiro. Como o avião está voando ao longo da costa, a
agulha do ADF se curvará ligeiramente em direção à costa ao cruzá-la em um ângulo.
Todos esses erros resultam em informações de rolamento errôneas que afetam a
agulha do ADF. Já que o piloto tem que monitorar o código NDB Morse. Ouvir
qualquer estática nessa frequência junto com a agulha do ADF agindo de forma
irregular são dois indicadores de que pode haver um erro e o que você está
recebendo.
Enquanto as abelhas Indy são uma tecnologia em extinção, nosso próximo Navid
ainda está muito vivo e muito mais comum no Sistema Nacional de Espaço Aéreo.
Esse tipo de Navid é chamado de intervalo omnidirecional de frequência muito alta,
também conhecido como VOR.