Haai Habr!
Tans is daar nie soveel kommunikasiestandaarde wat aan die een kant nuuskierig en interessant is nie, aan die ander kant beslaan hul beskrywing nie 500 bladsye in PDF-formaat nie. Een hiervan, maklik om te dekodeer, is die VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) sein wat in lugnavigasie gebruik word.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Om mee te begin, 'n vraag vir lesers - hoe om 'n sein te vorm sodat dit met behulp van 'n omnirigting-ontvangsantenna moontlik is om die rigting te bepaal? Die antwoord is onder die knie.
Algemene inligting
System (VOR) word sedert die 50's van die vorige eeu vir lugnavigasie gebruik, en bestaan uit betreklik kortafstand-radiobakens (100-200 km), wat in die VHF-frekwensiereeks van 108-117 MHz werk. Nou, in die era van gigahertz, klink die naam baie hoë frekwensie in verhouding tot sulke frekwensies snaaks en spreek op sigself van ouderdom van hierdie standaard, maar terloops, bakens werk steeds werk in die mediumgolfreeks van 400-900 kHz.
Die plasing van 'n rigtingantenna op 'n vliegtuig is struktureel ongerieflik, so die probleem het ontstaan van hoe om inligting oor die rigting na die baken in die sein self te enkodeer. Die beginsel van werking "op die vingers" kan soos volg verduidelik word. Kom ons stel ons voor dat ons 'n gewone baken het wat 'n smal straal groen lig uitstuur, waarvan die lamp 1 keer per minuut draai. Dit is duidelik dat ons een keer per minuut 'n ligflits sal sien, maar een so 'n flits dra nie veel inligting nie. Kom ons voeg 'n tweede een by die vuurtoring nie rigtinggewend 'n rooi lamp wat flikker op die oomblik wanneer die bakenstraal die rigting na die noorde "verbygaan". Omdat die flitsperiode en bakenkoördinate is bekend, deur die vertraging tussen rooi en groen flitse te bereken, kan jy die asimut na die noorde vind. Alles is eenvoudig. Dit bly om dieselfde te doen, maar met die hulp van die radio. Dit is opgelos deur die fases te verander. Twee seine word vir transmissie gebruik: die fase van die eerste is konstant (verwysing), die fase van die tweede (veranderlike) verander op 'n komplekse manier na gelang van die rigting van bestraling - elke hoek het sy eie faseverskuiwing. Dus sal elke ontvanger 'n sein ontvang met "sy eie" faseverskuiwing wat eweredig is aan die asimut na die baken. Die tegnologie van "ruimtelike modulasie" word uitgevoer met behulp van 'n spesiale antenna (Alford Loop, sien KDPV) en 'n spesiale, taamlik moeilike modulasie. Wat eintlik die onderwerp van hierdie artikel is.
Kom ons stel ons voor dat ons 'n gewone erfenisbaken het wat sedert die 50's werk en seine in die gewone AM-modulasie in Morsekode uitstuur. Waarskynlik, eens op 'n tyd, het die navigator regtig na hierdie seine in oorfone geluister en die aanwysings met 'n liniaal en 'n kompas op die kaart gemerk. Ons wil nuwe kenmerke by die sein voeg, maar op 'n manier wat nie versoenbaarheid met die oues "breek" nie. Die onderwerp is bekend, niks nuuts nie ... Dit is soos volg gedoen - 'n laefrekwensie 30 Hz-toon is by die AM-sein gevoeg, wat as 'n verwysingsfasesein dien, en 'n hoëfrekwensie-komponent wat deur frekwensiemodulasie by 'n frekwensie van 9.96 kHz, wat 'n veranderlike fasesein oordra. Deur twee seine te kies en die fases te vergelyk, kry ons die verlangde hoek van 0 tot 360 grade, wat die verlangde asimut is. Terselfdertyd belemmer dit alles nie om "op die gewone manier" na die baken te luister nie en bly versoenbaar met ou AM-ontvangers.
Kom ons beweeg van teorie na praktyk. Kom ons begin die SDR-ontvanger, kies die AM-modulasie en die bandwydte van 12 kHz. VOR-bakenfrekwensies kan maklik op die web gevind word. Op die spektrum lyk die sein soos volg:
In hierdie geval word die bakensein teen 'n frekwensie van 113.950 MHz versend. Die maklik herkenbare amplitudemodulasielyn en Morsekode seine (.- - ... wat AMS, Amsterdam, Schiphol-lughawe beteken) is in die middel sigbaar. Rondom op 'n afstand van 9.6 kHz vanaf die draer, is twee pieke sigbaar, wat die tweede sein oordra.
Kom ons teken die sein in WAV op (nie MP3 nie - kompressie met verlies sal die hele struktuur van die sein "doodmaak") en maak dit oop in GNU Radio.
Dekodering
Stap 1. Kom ons maak die lêer met die aangetekende sein oop en pas 'n laagdeurlaatfilter daarop toe om die eerste verwysingsein te kry. Die GNU Radio-grafiek word in die figuur getoon.
Resultaat: 'n lae frekwensie sein met 'n frekwensie van 30 Hz.
Stap 2: dekodeer die veranderlike fase sein. Soos hierbo genoem, is dit geleë op 'n frekwensie van 9.96 kHz, ons moet dit na nulfrekwensie oordra en dit na die FM-demodulator voer.
GNU Radio grafiek:
Alles, die taak is opgelos. Ons sien twee seine, waarvan die faseverskil die hoek van die ontvanger na die VOR-baken aandui:
Die sein is redelik raserig, en addisionele filtering kan nodig wees vir die finale berekening van die faseverskil, maar die beginsel is hopelik duidelik. Vir diegene wat vergeet het hoe die faseverskil bepaal word, die prentjie is van :
Gelukkig kan dit alles met die hand nie gedoen word nie: daar is reeds in Python wat VOR-seine van WAV-lêers dekodeer. Eintlik het sy studie my geïnspireer om hierdie onderwerp te bestudeer.
Diegene wat wil, kan die program in die konsole laat loop en die voltooide hoek in grade van die reeds aangetekende lêer kry:
Lugvaartaanhangers kan selfs hul eie draagbare ontvanger maak met 'n RTL-SDR en 'n Raspberry Pi. Terloops, op 'n "regte" vliegtuig lyk hierdie aanwyser so iets:
Beeld ©
Gevolgtrekking
Sulke seine "van die vorige eeu" is beslis interessant vir ontleding. Eerstens, hulle is redelik eenvoudig, moderne DRM, of selfs meer GSM, so dit is onmoontlik om so "op die vingers" te dekodeer. Hulle is oop vir ontvangs, hulle het nie sleutels en kriptografie nie. Tweedens, miskien sal hulle in die toekoms geskiedenis word en vervang word deur satellietnavigasie en meer moderne digitale stelsels. Derdens, die studie van sulke standaarde laat jou toe om interessante tegniese en historiese besonderhede uit te vind van hoe probleme opgelos is op ander stroombane en elementbasis van die vorige eeu. Die eienaars van ontvangers kan dus aangeraai word om sulke seine te ontvang terwyl hulle nog werk.
Soos gewoonlik, sterkte met jou eksperimente.
Bron: will.com