Ehi Habr!
Attualmente, ùn sò micca tanti standard di cumunicazione chì, da una banda, sò curiosi è interessanti, da l'altra banda, a so descrizzione ùn occupa micca 500 pagine in formatu PDF. Unu di questi, faciule da decodificà, hè u signalu VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) utilizatu in a navigazione aerea.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Per principià, una quistione per i lettori - cumu per furmà un signalu per chì cù l'aiutu di una antenna di ricezione omnidirezionale hè pussibule di determinà a direzzione? A risposta hè sottu u cut.
Infurmazioni ghjugna
sistemu (VOR) hè stata aduprata per a navigazione aerea dapoi l'anni 50 di u seculu passatu, è hè custituita da balise radio di distanza relativamente corta (100-200 km), chì operanu in a gamma di freccia VHF di 108-117 MHz. Avà, in l'era di gigahertz, u nome di freccia assai alta in relazione à tali frequenze sona divertente è in sè stessu parla di età di stu standard, ma per via, i balise sò sempre travagliendu operante in a gamma d'onda media di 400-900 kHz.
A pusà una antenna direzzione in un aviò hè strutturalmente inconveniente, cusì u prublema hè ghjuntu di cumu codificà l'infurmazioni nantu à a direzzione à u faro in u signale stessu. U principiu di u funziunamentu "nantu à i dita" pò esse spiegatu cusì. Imaginemu chì avemu un faro ordinariu chì manda un fasciu strettu di luce verde, a lampada di quale gira 1 volta per minutu. Ovviamente, una volta un minutu videremu un lampu di luce, ma un tali flash ùn porta micca assai infurmazione. Aghjunghjemu un secondu à u faro non-direzionale un lampu rossu lampendu à u mumentu chì u fasciu di faro "passa" a direzzione à u nordu. Perchè u periodu di lampu è e coordinate di faro sò cunnisciuti, calculendu u ritardu trà i lampi rossi è verdi, pudete truvà l'azimut à u nordu. Tuttu hè simplice. Resta à fà u listessu, ma cù l'aiutu di a radiu. Questu hè stata risolta da cambià e fasi. Dui signali sò usati per a trasmissione: a fase di u primu hè custanti (riferimentu), a fase di u sicondu (variable) cambia in modu cumplessu secondu a direzzione di a radiazione - ogni angulu hà u so propiu shift. Cusì, ogni receptore riceverà un signalu cù "u so propiu" spostamentu di fase proporzionale à l'azimut à u faro. A tecnulugia di "modulazione spaziale" hè realizata cù una antenna speciale (Alford Loop, vede KDPV) è una modulazione speciale, piuttostu complicata. Chì hè veramente u tema di stu articulu.
Imaginemu chì avemu una balisa legata ordinaria chì opera dapoi l'anni 50 è trasmette signali in a modulazione AM abituale in codice Morse. Probabilmente, una volta, u navigatore hà veramente intesu sti signali in cuffie è hà marcatu l'indicazione cù una regula è una bussola nantu à a mappa. Vulemu aghjunghje novi funziunalità à u signale, ma in una manera chì ùn "rompe" a cumpatibilità cù i vechji. U tema hè familiar, nunda di novu ... Hè statu fattu cusì - un tonu di freccia 30 Hz hè aghjuntu à u signale AM, chì agisce cum'è un signalu di fase di riferimentu, è un cumpunente d'alta freccia codificata da modulazione di frequenza à una frequenza di 9.96 kHz, trasmettenu un signalu di fase variabile. Selezziunate dui signali è paragunendu e fasi, avemu l'angolo desideratu da 0 à 360 gradi, chì hè l'azimut desideratu. À u listessu tempu, tuttu questu ùn interferiscenu micca à sente u faro "in u modu di solitu" è ferma cumpatibile cù i vechji receptori AM.
Passemu da a teoria à a pratica. Cuminciamu u ricevitore SDR, selezziunate a modulazione AM è a larghezza di banda di 12 kHz. E frequenze di balise VOR ponu esse facilmente truvate in u web. Nant'à u spettru, u signale pare cusì:
In questu casu, u signale di u faro hè trasmessu à una freccia di 113.950 MHz. A linea di modulazione di amplitude facilmente ricunniscibile è i signali di codice Morse (.- - ... chì significa AMS, Amsterdam, Schiphol Airport) sò visibili in u centru. Intornu à una distanza di 9.6 kHz da u traspurtadore, sò visibili duie cime, trasmettenu u sicondu signalu.
Scrivemu u signale in WAV (micca MP3 - a compressione di perdita "ucciderà" tutta a struttura di u signale) è apre in GNU Radio.
Decodificazione
mossa 1. Apertura u schedariu cù u signale arregistratu è applicà un filtru low pass per ottene u primu signalu di riferenza. U graficu GNU Radio hè mostratu in a figura.
Risultatu: un signalu di freccia bassa cù una frequenza di 30 Hz.
mossa 2: decodificà u signale di fase variabile. Cumu l'esitatu sopra, hè situatu à una freccia di 9.96 kHz, avemu bisognu di trasfiriri à a freccia zero è alimentate à u demodulatore FM.
Graficu GNU Radio:
Tuttu, u compitu hè risoltu. Avemu vistu dui signali chì a so differenza di fase indica l'angolo da u receptore à u VOR:
U signale hè abbastanza rumoroso, è un filtru supplementu pò esse necessariu per u calculu finali di a diffarenza di fasa, ma u principiu hè speremu chjaru. Per quelli chì anu scurdatu cumu a diferenza di fasa hè determinata, a stampa hè da :
Fortunatamente, tuttu questu manualmente ùn pò micca esse fattu: ci hè digià in Python chì decodifica i segnali VOR da i schedari WAV. In verità, u so studiu m'hà inspiratu à studià stu tema.
Quelli chì vulianu ponu eseguisce u prugramma in a cunsola è uttene l'angolo finitu in gradi da u schedariu digià arregistratu:
I fan di l'aviazione ponu ancu fà u so propiu receptore portatile utilizendu un RTL-SDR è un Raspberry Pi. Per via, in un aviò "veru", questu indicatore s'assumiglia à questu:
Image ©
cunchiusioni
Tali signali "di l'ultimu seculu" sò sicuramente interessanti per l'analisi. Prima, sò abbastanza sèmplice, mudernu DRM, o ancu più GSM, cusì hè impussibile di decodificà "in i diti" cusì. Sò aperti per a ricezione, ùn anu micca chjavi è criptografia. Siconda, forsi in u futuru diventeranu a storia è esse rimpiazzati da a navigazione satellitare è sistemi digitali più muderni. In terzu, u studiu di tali normi permette di scuprite i dettagli tecnichi è storichi interessanti di cumu si sò risolti i prublemi nantu à altri circuiti è elementi di basa di u seculu passatu. Allora i pruprietarii di i receptori ponu esse cunsigliati per riceve tali signali mentre sò sempre travagliendu.
Comu solitu, bona furtuna cù i vostri esperimenti.
Source: www.habr.com