{"id":96636,"date":"2020-10-13T07:42:45","date_gmt":"2020-10-13T05:42:45","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/opredelyaem-napravlenie-na-aeroport-s-pomoshhyu-rtl-sdr-i-gnu-radio"},"modified":"2020-10-13T07:42:45","modified_gmt":"2020-10-13T05:42:45","slug":"opredelyaem-napravlenie-na-aeroport-s-pomoshhyu-rtl-sdr-i-gnu-radio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/opredelyaem-napravlenie-na-aeroport-s-pomoshhyu-rtl-sdr-i-gnu-radio","title":{"rendered":"Wir bestimmen die Richtung zum Flughafen mit RTL-SDR und GNU Radio","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Hallo, Habr!<\/p>\n

Derzeit gibt es nicht viele Kommunikationsstandards, die einerseits interessant und bemerkenswert sind, andererseits aber nicht 500 Seiten im PDF-Format beanspruchen. Einer dieser leicht dekodierbaren Standards ist das VHF Omni-direktionale Funkfeuer (VOR), das in der Luftfahrtnavigation verwendet wird.<\/p>\n

\"Wir
\nVOR Beacon (c) wikimedia.org<\/i><\/p>\n

Zun\u00e4chst eine Frage an die Leser \u2014 wie kann man ein Signal so formen, dass man mit einer omnidirektionalen Empfangsantenne die Richtung bestimmen kann? Die Antwort im Folgenden.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Allgemeine Informationen<\/h2>\n

\nSystem Very High Frequency Omni-directional Range<\/a><\/noindex> (VOR) wird seit den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts in der Luftfahrtnavigation eingesetzt und besteht aus relativ kurzen Reichweitenradiosendern (100-200 km), die im Frequenzbereich von VHF 108-117 MHz arbeiten. Heute, im Zeitalter der Gigahertz, klingt die Bezeichnung \u201eVery High Frequency\u201c f\u00fcr solche Frequenzen lustig und deutet bereits auf das Alter<\/i> dieses Standards hin, aber \u00fcbrigens, es gibt immer noch aktive Sender NDB<\/a><\/noindex>, die im Bereich der Mittelwellen von 400-900 kHz arbeiten. <\/p>\n

Die Anbringung einer gerichteten Antenne an einem Flugzeug ist konstruktiv unpraktisch, daher stellte sich die Aufgabe, wie man die Informationen \u00fcber die Richtung zum Leuchtturm im Signal kodieren kann. Das Prinzip der Funktionsweise kann man als folgend erkl\u00e4ren: Stellen Sie sich vor, wir h\u00e4tten einen normalen Leuchtturm, der einen schmalen Strahl gr\u00fcnes Licht sendet, dessen Lampe sich einmal pro Minute dreht. Offensichtlich werden wir einmal pro Minute einen Lichtblitz sehen, doch ein solcher Blitz enth\u00e4lt nicht viel Information. F\u00fcgen wir dem Leuchtturm ein zweites hinzu. gerichtetes<\/i> Eine rote Lampe, die aufleuchtet, wenn der Strahl des Feuers zum Norden weist. Da die Zeitintervalle der Lichtblitze und die Koordinaten des Feuers bekannt sind, kann durch Berechnung der Verz\u00f6gerung zwischen dem roten und dem gr\u00fcnen Lichtblitz der Azimut zum Norden ermittelt werden. Ganz einfach. Das gleiche Prinzip wurde dann auch mit Radio angewendet. Es wurde durch Phasenverschiebung gel\u00f6st. F\u00fcr die \u00dcbertragung werden zwei Signale verwendet: Die Phase des ersten ist konstant (Referenz), w\u00e4hrend die Phase des zweiten (variabel) in komplexer Weise je nach Strahlungsrichtung variiert \u2013 jedem Winkel entspricht eine bestimmte Phasenverschiebung. So erh\u00e4lt jeder Empf\u00e4nger ein Signal mit seiner eigenen Phasenverschiebung, proportional zum Azimut zum Feuer. Die Technologie der \u201er\u00e4umlichen Modulation\u201c erfolgt durch eine spezielle Antenne (Alford Loop, siehe KDPV) und eine besondere, recht raffinierte Modulation. Dies ist das zentrale Thema dieses Artikels.<\/p>\n

Stellen wir uns vor, wir haben ein gew\u00f6hnliches Legacy-Bake, das seit den 50er Jahren arbeitet und Signale im Standard-AM-Modulationsformat mit Morsezeichen \u00fcbertr\u00e4gt. Wahrscheinlich hat der Navigator irgendwann einmal wirklich diese Signale \u00fcber Kopfh\u00f6rer geh\u00f6rt und Richtungen mit einem Lineal und einem Zirkel auf der Karte eingetragen. Wir m\u00f6chten dem Signal neue Funktionen hinzuf\u00fcgen, ohne dabei die Kompatibilit\u00e4t mit den alten Systemen zu beeintr\u00e4chtigen. Das Konzept ist bekannt, nichts ist neu... Folgendes wurde erreicht: Zu dem AM-Signal wurde ein niederfrequenten Ton von 30 Hz hinzugef\u00fcgt, der die Funktion des Referenzphasen-Signals \u00fcbernimmt, und eine hochfrequente Komponente, die mithilfe von Frequenzmodulation bei 9,96 kHz den Variablenphasensignal \u00fcbertr\u00e4gt. Durch die Extraktion der beiden Signale und den Vergleich der Phasen erhalten wir den gesuchten Winkel von 0 bis 360 Grad, der den ben\u00f6tigten Azimut darstellt. Dabei kann das Beacon weiterhin \"herk\u00f6mmlich\" geh\u00f6rt werden und bleibt mit den alten AM-Empf\u00e4ngern kompatibel. <\/p>\n

Kommen wir von der Theorie zur Praxis. Starten wir einen SDR-Empf\u00e4nger, w\u00e4hlen wir AM-Modulation und eine Bandbreite von 12 kHz. Die Frequenzen der VOR-Baken lassen sich leicht im Internet finden. Im Spektrum sieht das Signal wie folgt aus:<\/p>\n

\"Wir
\n
\nIn diesem Fall wird das Funkfeuer auf einer Frequenz von 113,950 MHz \u00fcbertragen. In der Mitte ist eine deutlich sichtbare Amplitudenmodulationslinie und die Signale in Morsecode (.- \u2014 \u2026 was AMS, Amsterdam, Flughafen Schiphol bedeutet). Um die Tr\u00e4gersignal sind zwei Peaks sichtbar, die das zweite Signal \u00fcbertragen und bei 9,6 kHz liegen. <\/p>\n

Lassen Sie uns das Signal im WAV-Format aufnehmen (nicht im MP3-Format \u2013 verlustbehaftete Kompression \"zerst\u00f6rt\" die gesamte Signalstruktur) und in GNU Radio \u00f6ffnen.<\/p>\n

Dekodierung<\/h2>\n

\nSchritt 1<\/b>\u00d6ffnen Sie die Datei mit dem aufgezeichneten Signal und wenden Sie einen Tiefpassfilter an, um das erste Referenzsignal zu erhalten. Das GNU Radio-Diagramm ist auf dem Bild dargestellt.<\/p>\n

\"Wir
\n
\nErgebnis: Ein niederfrequentes Signal mit einer Frequenz von 30 Hz.<\/p>\n

\"Wir
\n
\nSchritt 2<\/b>: dekodieren des variablen Phasensignals. Wie bereits erw\u00e4hnt, befindet es sich bei einer Frequenz von 9,96 kHz; wir m\u00fcssen es auf die Nullfrequenz \u00fcbertragen und an den FM-Demodulator weiterleiten.<\/p>\n

GNU Radio-Diagramm:<\/p>\n

\"Wir
\n
\nDas ist alles, die Aufgabe ist gel\u00f6st. Wir sehen zwei Signale, deren Phasendifferenz den Winkel vom Empf\u00e4nger zum VOR-Funkfeuer angibt:<\/p>\n

\"Wir
\n
\nDas Signal ist ausreichend verrauscht, und f\u00fcr die endg\u00fcltige Berechnung der Phasendifferenz k\u00f6nnte eine zus\u00e4tzliche Filterung erforderlich sein, aber das Prinzip sollte klar sein. F\u00fcr diejenigen, die vergessen haben, wie die Phasendifferenz bestimmt wird, ein Bild aus aviation.stackexchange.com<\/a><\/noindex>:<\/p>\n

\"Wir
\n
\nGl\u00fccklicherweise muss man das alles nicht manuell machen: Es gibt bereits ein fertiges Projekt<\/a><\/noindex> in Python, das VOR-Signale aus WAV-Dateien dekodiert. Tats\u00e4chlich hat mich dessen Studium dazu inspiriert, dieses Thema weiter zu erforschen.<\/p>\n

Interessierte k\u00f6nnen das Programm in der Konsole ausf\u00fchren und den berechneten Winkel in Grad aus einer bereits aufgenommenen Datei erhalten:<\/p>\n

\"Wir
\n
\nLuftfahrtenthusiasten k\u00f6nnen sich sogar einen tragbaren Empf\u00e4nger aus RTL-SDR und Raspberry Pi bauen. \u00dcbrigens sieht dieser Indikator in einem \"echten\" Flugzeug ungef\u00e4hr so aus:<\/p>\n

\"Wir
\nBild © www.aopa.org<\/a><\/noindex><\/p>\n

Fazit<\/h2>\n

\n\u00c4hnliche Signale \"aus dem letzten Jahrhundert\" sind definitiv interessant f\u00fcr die Analyse. Erstens sind sie relativ einfach; modernes DRM oder erst recht GSM lassen sich so simpel nicht mehr dekodieren. Sie sind empfangsbereit, enthalten keine Schl\u00fcssel oder Kryptografie. Zweitens k\u00f6nnten sie in Zukunft Geschichte werden und durch Satellitennavigation sowie modernere digitale Systeme ersetzt werden. Drittens erm\u00f6glicht das Studium solcher Standards, interessante technische und historische Details dar\u00fcber zu erfahren, wie Probleme mit anderen Schaltungstechniken und Komponenten des letzten Jahrhunderts gel\u00f6st wurden. Daher wird den Besitzern von Empf\u00e4ngern geraten, diese Signale zu nutzen, solange sie noch verf\u00fcgbar sind.<\/p>\n

Wie immer, w\u00fcnsche ich allen erfolgreiche Experimente.
\n
Quelle: habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

\u041f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442, \u0425\u0430\u0431\u0440! \u0412 \u043d\u0430\u0441\u0442\u043e\u044f\u0449\u0435\u0435 \u0432\u0440\u0435\u043c\u044f \u0441\u0443\u0449\u0435\u0441\u0442\u0432\u0443\u0435\u0442 \u043d\u0435 \u0442\u0430\u043a \u0443\u0436 \u043c\u043d\u043e\u0433\u043e \u0441\u0442\u0430\u043d\u0434\u0430\u0440\u0442\u043e\u0432 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438, \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0435 \u0441 \u043e\u0434\u043d\u043e\u0439 \u0441\u0442\u043e\u0440\u043e\u043d\u044b, \u043b\u044e\u0431\u043e\u043f\u044b\u0442\u043d\u044b \u0438 \u0438\u043d\u0442\u0435\u0440\u0435\u0441\u043d\u044b, \u0441 \u0434\u0440\u0443\u0433\u043e\u0439 \u0441\u0442\u043e\u0440\u043e\u043d\u044b, \u0438\u0445 \u043e\u043f\u0438\u0441\u0430\u043d\u0438\u0435 \u043d\u0435 \u0437\u0430\u043d\u0438\u043c\u0430\u0435\u0442 500 \u0441\u0442\u0440\u0430\u043d\u0438\u0446 \u0432 \u0444\u043e\u0440\u043c\u0430\u0442\u0435 PDF. \u041e\u0434\u043d\u0438\u043c \u0438\u0437 \u0442\u0430\u043a\u0438\u0445, \u043d\u0435\u0441\u043b\u043e\u0436\u043d\u044b\u0445 \u0434\u043b\u044f \u0434\u0435\u043a\u043e\u0434\u0438\u0440\u043e\u0432\u0430\u043d\u0438\u044f, \u044f\u0432\u043b\u044f\u0435\u0442\u0441\u044f \u0441\u0438\u0433\u043d\u0430\u043b VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR), \u0438\u0441\u043f\u043e\u043b\u044c\u0437\u0443\u0435\u043c\u044b\u0439 \u0432 \u0430\u044d\u0440\u043e\u043d\u0430\u0432\u0438\u0433\u0430\u0446\u0438\u0438. 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