Γεια σου Χαμπρ!
Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν τόσα πολλά πρότυπα επικοινωνίας που, αφενός, είναι περίεργα και ενδιαφέροντα, αφετέρου, η περιγραφή τους δεν καταλαμβάνει 500 σελίδες σε μορφή PDF. Ένα από αυτά, εύκολο στην αποκωδικοποίηση, είναι το σήμα VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) που χρησιμοποιείται στην αεροναυτιλία.
VOR Beacon (γ) wikimedia.org
Αρχικά, μια ερώτηση για τους αναγνώστες - πώς να σχηματίσετε ένα σήμα έτσι ώστε με τη βοήθεια μιας πανκατευθυντικής κεραίας λήψης να είναι δυνατός ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης; Η απάντηση είναι κάτω από το κόψιμο.
Γενικές πληροφορίες
Σύστημα Το (VOR) χρησιμοποιείται για την αεροναυτιλία από τη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα και αποτελείται από ραδιοφάρους σχετικά μικρής εμβέλειας (100-200 km), που λειτουργούν στην περιοχή συχνοτήτων VHF 108-117 MHz. Τώρα, στην εποχή των gigahertz, το όνομα πολύ υψηλής συχνότητας σε σχέση με τέτοιες συχνότητες ακούγεται αστείο και από μόνο του μιλάει για ηλικία αυτού του προτύπου, αλλά παρεμπιπτόντως, οι φάροι εξακολουθούν να λειτουργούν λειτουργούν στο εύρος μεσαίων κυμάτων 400-900 kHz.
Η τοποθέτηση μιας κατευθυντικής κεραίας σε ένα αεροσκάφος είναι δομικά άβολη, επομένως προέκυψε το πρόβλημα του τρόπου κωδικοποίησης πληροφοριών σχετικά με την κατεύθυνση προς τον φάρο στο ίδιο το σήμα. Η αρχή της λειτουργίας "στα δάχτυλα" μπορεί να εξηγηθεί ως εξής. Ας φανταστούμε ότι έχουμε έναν συνηθισμένο φάρο που εκπέμπει μια στενή δέσμη πράσινου φωτός, η λάμπα του οποίου περιστρέφεται 1 φορά ανά λεπτό. Προφανώς, μια φορά το λεπτό θα βλέπουμε μια λάμψη φωτός, αλλά ένα τέτοιο φλας δεν φέρει πολλές πληροφορίες. Ας προσθέσουμε ένα δεύτερο στον φάρο μη κατευθυντικό μια κόκκινη λάμπα που αναβοσβήνει τη στιγμή που η δέσμη του φάρου «περνά» την κατεύθυνση προς τα βόρεια. Επειδή Η περίοδος αναλαμπής και οι συντεταγμένες του φάρου είναι γνωστές, υπολογίζοντας την καθυστέρηση μεταξύ των κόκκινων και των πράσινων αναβοσβήσεων, μπορείτε να βρείτε το αζιμούθιο προς τα βόρεια. Όλα είναι απλά. Μένει να κάνουμε το ίδιο, αλλά με τη βοήθεια του ραδιοφώνου. Αυτό λύθηκε αλλάζοντας τις φάσεις. Για τη μετάδοση χρησιμοποιούνται δύο σήματα: η φάση του πρώτου είναι σταθερή (αναφορά), η φάση του δεύτερου (μεταβλητή) αλλάζει με πολύπλοκο τρόπο ανάλογα με την κατεύθυνση της ακτινοβολίας - κάθε γωνία έχει τη δική της μετατόπιση φάσης. Έτσι, κάθε δέκτης θα λάβει ένα σήμα με "δική του" μετατόπιση φάσης ανάλογη με το αζιμούθιο προς τον φάρο. Η τεχνολογία της "χωρικής διαμόρφωσης" πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια ειδική κεραία (Alford Loop, βλέπε KDPV) και μια ειδική, μάλλον δύσκολη διαμόρφωση. Το οποίο είναι στην πραγματικότητα το θέμα αυτού του άρθρου.
Ας φανταστούμε ότι έχουμε ένα συνηθισμένο φάρο παλαιού τύπου που λειτουργεί από τη δεκαετία του '50 και μεταδίδει σήματα με τη συνήθη διαμόρφωση AM σε κώδικα Μορς. Πιθανώς, μια φορά κι έναν καιρό, ο πλοηγός άκουγε πραγματικά αυτά τα σήματα στα ακουστικά και σημείωσε τις οδηγίες με έναν χάρακα και μια πυξίδα στον χάρτη. Θέλουμε να προσθέσουμε νέα χαρακτηριστικά στο σήμα, αλλά με τρόπο που να μην «σπάει» τη συμβατότητα με τα παλιά. Το θέμα είναι οικείο, τίποτα καινούργιο ... Έγινε ως εξής - ένας τόνος χαμηλής συχνότητας 30 Hz προστέθηκε στο σήμα AM, το οποίο λειτουργεί ως σήμα φάσης αναφοράς, και ένα στοιχείο υψηλής συχνότητας που κωδικοποιείται από διαμόρφωση συχνότητας στο συχνότητα 9.96 kHz, που εκπέμπει ένα σήμα μεταβλητής φάσης. Επιλέγοντας δύο σήματα και συγκρίνοντας τις φάσεις, παίρνουμε την επιθυμητή γωνία από 0 έως 360 μοίρες, που είναι το επιθυμητό αζιμούθιο. Ταυτόχρονα, όλα αυτά δεν παρεμποδίζουν την ακρόαση του beacon «με τον συνηθισμένο τρόπο» και παραμένουν συμβατά με παλιούς δέκτες AM.
Ας περάσουμε από τη θεωρία στην πράξη. Ας ξεκινήσουμε τον δέκτη SDR, επιλέξτε τη διαμόρφωση AM και το εύρος ζώνης των 12 kHz. Οι συχνότητες του φάρου VOR μπορούν να βρεθούν εύκολα στον Ιστό. Στο φάσμα, το σήμα μοιάζει με αυτό:
Σε αυτή την περίπτωση, το σήμα του φάρου μεταδίδεται σε συχνότητα 113.950 MHz. Η εύκολα αναγνωρίσιμη γραμμή διαμόρφωσης πλάτους και τα σήματα κώδικα Μορς (.- - ... που σημαίνει AMS, Άμστερνταμ, Αεροδρόμιο Schiphol) είναι ορατά στο κέντρο. Περίπου σε απόσταση 9.6 kHz από τον φορέα, είναι ορατές δύο κορυφές που μεταδίδουν το δεύτερο σήμα.
Ας ηχογραφήσουμε το σήμα σε WAV (όχι MP3 - η συμπίεση με απώλειες θα «σκοτώσει» ολόκληρη τη δομή του σήματος) και ας το ανοίξουμε στο GNU Radio.
Αποκρυπτογράφηση
Βήμα 1. Ας ανοίξουμε το αρχείο με το ηχογραφημένο σήμα και ας εφαρμόσουμε ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης σε αυτό για να λάβουμε το πρώτο σήμα αναφοράς. Το γράφημα ραδιοφώνου GNU φαίνεται στο σχήμα.
Αποτέλεσμα: σήμα χαμηλής συχνότητας με συχνότητα 30 Hz.
Βήμα 2: αποκωδικοποίηση του σήματος μεταβλητής φάσης. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, βρίσκεται σε συχνότητα 9.96 kHz, πρέπει να το μεταφέρουμε σε μηδενική συχνότητα και να το τροφοδοτήσουμε στον αποδιαμορφωτή FM.
Γράφημα ραδιοφώνου GNU:
Όλα, το έργο λύθηκε. Βλέπουμε δύο σήματα των οποίων η διαφορά φάσης δείχνει τη γωνία από τον δέκτη προς το VOR:
Το σήμα είναι αρκετά θορυβώδες και μπορεί να απαιτηθεί πρόσθετο φιλτράρισμα για τον τελικό υπολογισμό της διαφοράς φάσης, αλλά η αρχή είναι αισίως σαφής. Για όσους έχουν ξεχάσει πώς προσδιορίζεται η διαφορά φάσης, η εικόνα είναι από :
Ευτυχώς, όλα αυτά δεν μπορούν να γίνουν χειροκίνητα: υπάρχει ήδη σε Python που αποκωδικοποιεί σήματα VOR από αρχεία WAV. Στην πραγματικότητα, η μελέτη του με ενέπνευσε να μελετήσω αυτό το θέμα.
Όσοι επιθυμούν μπορούν να τρέξουν το πρόγραμμα στην κονσόλα και να πάρουν την τελική γωνία σε μοίρες από το ήδη εγγεγραμμένο αρχείο:
Οι λάτρεις της αεροπορίας μπορούν ακόμη και να φτιάξουν τον δικό τους φορητό δέκτη χρησιμοποιώντας ένα RTL-SDR και ένα Raspberry Pi. Παρεμπιπτόντως, σε ένα "πραγματικό" αεροσκάφος, αυτός ο δείκτης μοιάζει κάπως έτσι:
Εικόνα ©
Συμπέρασμα
Τέτοια σήματα «από τον περασμένο αιώνα» είναι σίγουρα ενδιαφέροντα για ανάλυση. Πρώτον, είναι αρκετά απλά, μοντέρνα DRM, ή ακόμα περισσότερο GSM, επομένως είναι αδύνατο να αποκωδικοποιηθεί "στα δάχτυλα" έτσι. Είναι ανοιχτά για υποδοχή, δεν διαθέτουν κλειδιά και κρυπτογράφηση. Δεύτερον, ίσως στο μέλλον να γίνουν ιστορία και να αντικατασταθούν από δορυφορική πλοήγηση και πιο σύγχρονα ψηφιακά συστήματα. Τρίτον, η μελέτη τέτοιων προτύπων σάς επιτρέπει να ανακαλύψετε ενδιαφέρουσες τεχνικές και ιστορικές λεπτομέρειες για το πώς επιλύθηκαν προβλήματα σε άλλα κυκλώματα και στοιχεία στοιχείων του περασμένου αιώνα. Έτσι, οι ιδιοκτήτες δεκτών μπορούν να συμβουλεύονται να λαμβάνουν τέτοια σήματα ενώ εξακολουθούν να λειτουργούν.
Ως συνήθως, καλή τύχη με τα πειράματά σας.
Πηγή: www.habr.com