Hei Habr!
Ar hyn o bryd, nid oes llawer o safonau cyfathrebu sydd, ar y naill law, yn chwilfrydig ac yn ddiddorol, ar y llaw arall, nid yw eu disgrifiad yn cymryd 500 o dudalennau mewn fformat PDF. Un signal o'r fath sy'n hawdd ei ddadgodio yw'r signal VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) a ddefnyddir mewn llywio awyr.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Yn gyntaf, cwestiwn i ddarllenwyr: sut i gynhyrchu signal fel y gellir pennu'r cyfeiriad gan ddefnyddio antena derbyn omnidirectional? Mae'r ateb o dan y toriad.
Gwybodaeth gyffredinol
System (VOR) wedi'i ddefnyddio ar gyfer llywio awyr ers 50au'r ganrif ddiwethaf, ac mae'n cynnwys goleuadau radio ystod gymharol fyr (100-200 km), sy'n gweithredu yn yr ystod amledd VHF 108-117 MHz. Nawr, yn oes gigahertz, mae'r enw amledd uchel iawn mewn perthynas ag amleddau o'r fath yn swnio'n ddoniol ac ynddo'i hun yn sôn am oed y safon hon, ond gyda llaw, mae bannau yn dal i weithio , yn gweithredu yn yr ystod tonnau canolig 400-900 kHz.
Mae gosod antena cyfeiriadol ar awyren yn strwythurol anghyfleus, felly cododd y broblem o sut i amgodio gwybodaeth am y cyfeiriad i'r golau yn y signal ei hun. Gellir esbonio'r egwyddor o weithredu "ar y bysedd" fel a ganlyn. Gadewch i ni ddychmygu bod gennym oleuad cyffredin sy'n anfon pelydryn cul o olau gwyrdd, y mae ei lamp yn cylchdroi 1 amser y funud. Yn amlwg, unwaith y funud fe welwn fflach o olau, ond nid yw un fflach o'r fath yn cario llawer o wybodaeth. Gadewch i ni ychwanegu ail un at y beacon angyfeiriadol lamp goch sy’n fflachio ar hyn o bryd pan mae trawst y goleudy yn “pasio” y cyfeiriad tua’r gogledd. Achos mae cyfnod y fflachiadau a chyfesurynnau'r beacon yn hysbys; trwy gyfrifo'r oedi rhwng y fflachiadau coch a gwyrdd, gallwch ddarganfod yr azimuth i'r gogledd. Mae'n syml. Mae'n dal i wneud yr un peth, ond gan ddefnyddio'r radio. Datryswyd hyn trwy newid y cyfnodau. Defnyddir dau signal ar gyfer trosglwyddo: mae cam y cyntaf yn gyson (cyfeirnod), mae cam yr ail (amrywiol) yn newid mewn ffordd gymhleth yn dibynnu ar gyfeiriad yr ymbelydredd - mae gan bob ongl ei shifft cam ei hun. Felly, bydd pob derbynnydd yn derbyn signal gyda'i shifft cam “ei hun”, sy'n gymesur â'r azimuth i'r beacon. Mae'r dechnoleg “modiwleiddio gofodol” yn cael ei chyflawni gan ddefnyddio antena arbennig (Alford Loop, gweler KDPV) a modiwleiddio arbennig, braidd yn anodd. Pa un yw pwnc yr erthygl hon mewn gwirionedd.
Gadewch i ni ddychmygu bod gennym ni begwn etifeddiaeth gyffredin, yn gweithredu ers y 50au, ac yn trosglwyddo signalau mewn modiwleiddio AC arferol yng nghod Morse. Yn ôl pob tebyg, unwaith ar y tro, fe wrandawodd y llywiwr ar y signalau hyn mewn clustffonau a marcio'r cyfarwyddiadau gyda phren mesur a chwmpawd ar y map. Rydyn ni am ychwanegu swyddogaethau newydd i'r signal, ond mewn ffordd sy'n peidio â “torri” cydnawsedd â'r hen rai. Mae'r pwnc yn gyfarwydd, dim byd newydd... Fe'i gwnaed fel a ganlyn - ychwanegwyd tôn 30 Hz amledd isel at y signal AM, gan gyflawni swyddogaeth signal cyfnod cyfeirio, a chydran amledd uchel, wedi'i hamgodio yn ôl amlder modiwleiddio ar amledd o 9.96 KHz, gan drawsyrru signal cyfnod newidiol. Trwy ddewis dau signal a chymharu'r cyfnodau, rydym yn cael yr ongl a ddymunir o 0 i 360 gradd, sef yr azimuth a ddymunir. Ar yr un pryd, ni fydd hyn i gyd yn ymyrryd â gwrando ar y beacon “yn y ffordd arferol” ac mae'n parhau i fod yn gydnaws â derbynwyr AC hŷn.
Gadewch i ni symud o theori i ymarfer. Gadewch i ni lansio'r derbynnydd SDR, dewis modiwleiddio AM a lled band 12 KHz. Gellir dod o hyd i amleddau beacon VOR yn hawdd ar-lein. Ar y sbectrwm, mae'r signal yn edrych fel hyn:
Yn yr achos hwn, trosglwyddir y signal beacon ar amledd o 113.950 MHz. Yn y canol gallwch weld y llinell modiwleiddio amplitude hawdd ei hadnabod a signalau cod Morse (.- - ... sy'n golygu AMS, Amsterdam, Maes Awyr Schiphol). O gwmpas pellter o 9.6 KHz o'r cludwr, mae dau gopa i'w gweld, gan drosglwyddo'r ail signal.
Gadewch i ni gofnodi'r signal yn WAV (nid MP3 - bydd cywasgu colledus yn “lladd” strwythur cyfan y signal) a'i agor yn GNU Radio.
Dadgodio
Cam 1. Gadewch i ni agor y ffeil gyda'r signal wedi'i recordio a chymhwyso hidlydd pas-isel iddo i gael y signal cyfeirio cyntaf. Dangosir y graff GNU Radio yn y ffigur.
Canlyniad: signal amledd isel ar 30 Hz.
Cam 2: dadgodio'r signal cyfnod newidiol. Fel y soniwyd uchod, mae wedi'i leoli ar amlder o 9.96 KHz, mae angen inni ei symud i'r amledd sero a'i fwydo i'r demodulator FM.
Graff Radio GNU:
Dyna ni, problem wedi'i datrys. Rydym yn gweld dau signal, y mae eu gwahaniaeth cyfnod yn nodi'r ongl o'r derbynnydd i'r beacon VOR:
Mae'r signal yn eithaf swnllyd, ac efallai y bydd angen hidlo ychwanegol i gyfrifo'r gwahaniaeth cyfnod yn olaf, ond rwy'n gobeithio bod yr egwyddor yn glir. I'r rhai sydd wedi anghofio sut mae'r gwahaniaeth cyfnod yn cael ei bennu, llun o :
Yn ffodus, nid oes rhaid i chi wneud hyn i gyd â llaw: mae yna eisoes yn Python, dadgodio signalau VOR o ffeiliau WAV. A dweud y gwir, fe wnaeth ei astudiaeth fy ysbrydoli i astudio'r pwnc hwn.
Gall y rhai sydd â diddordeb redeg y rhaglen yn y consol a chael yr ongl orffenedig mewn graddau o'r ffeil a gofnodwyd eisoes:
Gall cefnogwyr hedfan hyd yn oed wneud eu derbynnydd cludadwy eu hunain gan ddefnyddio RTL-SDR a Raspberry Pi. Gyda llaw, ar awyren "go iawn" mae'r dangosydd hwn yn edrych fel hyn:
Delwedd ©
Casgliad
Mae signalau o'r fath “o'r ganrif ddiwethaf” yn bendant yn ddiddorol i'w dadansoddi. Yn gyntaf, maent yn DRM eithaf syml, modern neu, yn enwedig, GSM, nid yw bellach yn bosibl dadgodio “ar eich bysedd”. Maent yn agored i'w derbyn ac nid oes ganddynt allweddi na cryptograffeg. Yn ail, efallai yn y dyfodol y byddant yn dod yn hanes ac yn cael eu disodli gan lywio lloeren a systemau digidol mwy modern. Yn drydydd, mae astudio safonau o'r fath yn caniatáu ichi ddysgu manylion technegol a hanesyddol diddorol am sut y cafodd problemau eu datrys gan ddefnyddio cylchedau eraill a sylfaen elfennau'r ganrif ddiwethaf. Felly gellir cynghori perchnogion derbynyddion i dderbyn signalau o'r fath tra eu bod yn dal i weithio.
Yn ôl yr arfer, hapus arbrofion pawb.
Ffynhonnell: hab.com