Hej Habr!
Nuntempe ne ekzistas tiom da komunikaj normoj, kiuj unuflanke estas kuriozaj kaj interesaj, aliflanke ilia priskribo ne okupas 500 paĝojn en PDF-formato. Unu el ĉi tiuj, facile malkodigebla, estas la signalo VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) uzata en aernavigado.
VOR Signostango (c) wikimedia.org
Komence, demando por legantoj - kiel formi signalon, por ke helpe de ĉiudirekta ricevanta anteno eblas determini la direkton? La respondo estas sub la tranĉo.
Ĝeneralaj informoj
sistemo (VOR) estis uzata por aera navigacio ekde la 50-aj jaroj de la lasta jarcento, kaj konsistas el relative mallongdistancaj radiosignoj (100-200 km), funkciigante en la UHF-frekvencintervalo de 108-117 MHz. Nun, en la epoko de gigaherco, la nomo tre altfrekvenco rilate tiajn frekvencojn sonas amuza kaj en si mem parolas pri aĝo de ĉi tiu normo, sed cetere, signostangoj daŭre funkcias funkcianta en la meza ondo gamo de 400-900 kHz.
Meti unudirektan antenon sur aviadilo estas strukture maloportuna, tiel ke la problemo ekestis kiel kodi informojn pri la direkto al la signostango en la signalo mem. La principo de operacio "sur la fingroj" povas esti klarigita jene. Ni imagu, ke ni havas ordinaran signostangon, kiu elsendas mallarĝan faskon de verda lumo, kies lampo turniĝas 1 fojon por minuto. Evidente, unufoje en minuto ni vidos lumbrilon, sed unu tia fulmo ne portas multe da informoj. Ni aldonu duan al la lumturo nedirekta ruĝa lampo fulmanta en la momento kiam la lumradio "pasas" la direkton norden. Ĉar la fulmperiodo kaj signokoordinatoj estas konataj, kalkulante la prokraston inter ruĝaj kaj verdaj ekbriloj, vi povas trovi la azimuton norde. Ĉio estas simpla. Restas fari la samon, sed helpe de la radio. Ĉi tio estis solvita ŝanĝante la fazojn. Du signaloj estas uzataj por transsendo: la fazo de la unua estas konstanta (referenco), la fazo de la dua (varia) ŝanĝiĝas en kompleksa maniero depende de la direkto de radiado - ĉiu angulo havas sian propran fazŝanĝon. Tiel, ĉiu ricevilo ricevos signalon kun "sia propra" fazŝanĝo proporcia al la azimuto al la signostango. La teknologio de "spaca modulado" estas efektivigita uzante specialan antenon (Alford Loop, vidu KDPV) kaj specialan, sufiĉe malfacilan moduladon. Kiu estas fakte la temo de ĉi tiu artikolo.
Ni imagu, ke ni havas ordinaran heredan signostangon, kiu funkcias ekde la 50-aj jaroj kaj elsendas signalojn en la kutima AM-modulado en morsa kodo. Verŝajne, iam, la navigisto vere aŭskultis ĉi tiujn signalojn en aŭdiloj kaj markis la direktojn per regulo kaj kompaso sur la mapo. Ni volas aldoni novajn funkciojn al la signalo, sed en maniero, kiu ne "rompas" kongruon kun la malnovaj. La temo estas konata, nenio nova... Ĝi estis farita jene - al la AM-signalo aldoniĝis malaltfrekvenca 30 Hz-tono, kiu funkcias kiel referencfaza signalo, kaj altfrekvenca komponanto kodita per frekvenca modulado ĉe frekvenco de 9.96 kHz, elsendante varian fazsignalon. Elektante du signalojn kaj komparante la fazojn, ni ricevas la deziratan angulon de 0 ĝis 360 gradoj, kiu estas la dezirata azimuto. Samtempe ĉio ĉi ne malhelpas la aŭskultadon de la signostango "laŭ la kutima maniero" kaj restas kongrua kun malnovaj AM-riceviloj.
Ni transiru de teorio al praktiko. Ni komencu la SDR-ricevilon, elektu la AM-moduladon kaj la bendolarĝon de 12 kHz. VOR-lumofrekvencoj facile troveblas en la reto. Sur la spektro, la signalo aspektas jene:
En ĉi tiu kazo, la signostango estas elsendita kun frekvenco de 113.950 MHz. La facile rekonebla amplitudmodullinio kaj morskodaj signaloj (.- - ... kio signifas AMS, Amsterdamo, Schiphol Flughaveno) estas videblaj en la centro. Ĉirkaŭ je distanco de 9.6 kHz de la portanto, du pintoj estas videblaj, elsendante la duan signalon.
Ni registri la signalon en WAV (ne MP3 - perda kunpremo "mortigos" la tutan strukturon de la signalo) kaj malfermu ĝin en GNU Radio.
Malkodado
paŝi 1. Ni malfermu la dosieron kun la registrita signalo kaj apliku al ĝi malaltpasan filtrilon por ricevi la unuan referencan signalon. La grafikaĵo de GNU Radio estas montrita en la figuro.
Rezulto: malaltfrekvenca signalo kun frekvenco de 30 Hz.
paŝi 2: malkodi la varian fazan signalon. Kiel menciite supre, ĝi situas ĉe frekvenco de 9.96 kHz, ni devas transdoni ĝin al nula frekvenco kaj nutri ĝin al la FM-demodulilo.
GNU Radiografiko:
Ĉio, la tasko estas solvita. Ni vidas du signalojn kies fazdiferenco indikas la angulon de la ricevilo ĝis la VOR:
La signalo estas sufiĉe brua, kaj plia filtrado povas esti postulata por la fina kalkulo de la fazdiferenco, sed la principo estas espereble klara. Por tiuj, kiuj forgesis, kiel la fazdiferenco estas determinita, la bildo estas de :
Feliĉe, ĉio ĉi permane ne povas esti farita: jam ekzistas en Python kiu malkodas VOR-signalojn de WAV-dosieroj. Efektive, lia studo inspiris min studi ĉi tiun temon.
Tiuj, kiuj deziras, povas ruli la programon en la konzolo kaj akiri la pretan angulon en gradoj de la jam registrita dosiero:
Aviadaj ŝatantoj eĉ povas fari sian propran porteblan ricevilon uzante RTL-SDR kaj Raspberry Pi. Cetere, sur "reala" aviadilo, ĉi tiu indikilo aspektas kiel ĉi tio:
Bildo ©
konkludo
Tiaj signaloj "el la lasta jarcento" estas certe interesaj por analizo. Unue, ili estas sufiĉe simplaj, modernaj DRM, aŭ eĉ pli GSM, do estas neeble malkodi "sur la fingroj" tiel. Ili estas malfermitaj por ricevo, ili ne havas ŝlosilojn kaj kriptografion. Due, eble en la estonteco ili fariĝos historio kaj estos anstataŭigitaj per satelita navigado kaj pli modernaj ciferecaj sistemoj. Trie, la studo de tiaj normoj ebligas al vi ekscii interesajn teknikajn kaj historiajn detalojn pri kiel problemoj estis solvitaj sur aliaj cirkvitoj kaj elementa bazo de la lasta jarcento. Do la posedantoj de riceviloj povas esti konsilitaj ricevi tiajn signalojn dum ili ankoraŭ funkcias.
Kiel kutime, bonŝancon kun viaj eksperimentoj.
fonto: www.habr.com