Tere, Habr!
Praegu on olemas vaid vähe sidestandardeid, mis ühelt poolt on huvitavad ja innovaatilised, teiselt poolt nende kirjeldamine ei võta 500 lehekülge PDF-formaadis. Üks selline lihtne dekodeerimisega signaal on VHF-üldsuuna raadiomajakas (VOR), mida kasutatakse õhus navigeerimisel.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Küsimus lugejatele — kuidas moodustada signaal nii, et suuna määramine oleks võimalik kasutades suunamata vastuvõtuantenni? Vastus all.
Üldine teave
Süsteem (VOR) on õhus navigeerimise jaoks kasutusel olnud juba 1950. aastatest ja koosneb suhteliselt väikese ulatusega (100-200 km) raadiomajakatest, mis töötavad UHF sageduste vahemikus 108-117 MHz. Praegu, gigahertsiajal, kõlab very high frequency neile sagedustele naljakalt ja räägib iseenesest standardi vanusest aga muide töötavad endiselt majakad , mis töötavad keskmise laine vahemikus 400-900 kHz.
Suunatud antenni paigutamine lennukisse on konstruktiivselt ebamugav, seega tekkis ülesanne, kuidas kodeerida signaali suunainformatsioon majaka suunas. Tööpõhimõtet saab lihtsalt selgitada järgmiselt. Kujutage ette, et meil on tavaline majakas, mis saadab kitsast rohelise valguse kiirt, mille lamp pöördub korra minutis. Ilmselgelt näeme korra minutis valguse sähvatust, kuid üks säde ei kanna palju teavet. Lisame majakale teise suunamata punane lamp, mis süttib hetkel, kui majaka beam "läbib" suunda põhja. Kuna välgutusperiood ja majaka koordinaadid on teada, saab punase ja rohelise välgatuspinge viivituse arvutamisega määrata suuna põhja. Kõik on lihtne. Jäänud on teha sama, ainult raadio abil. See lahendati faaside muutmise teel. Edastamiseks kasutatakse kaht signaali: esimese faas on konstantne (reference), teise (variable) faas muutub keerukal viisil sõltuvalt kiirgussuunast — igale nurkadele vastab oma faasisiirde. Sel viisil saab iga vastuvõtja signaali "oma" faasisiirde, mis on proportsionaalne majaka suunaga. "Ruumilise modulatsiooni" tehnoloogia teostatakse spetsiaalse antenni (Alford Loop, vt KDPV) ja eriliku, üsna keerulise modulatsiooni abil. Just see ongi selle artikli teema.
Kujutame ette, et meil on tavaline legacy-majakas, mis töötab alates 50ndatest ja edastab signaale tavapärases AM-modulatsioonis Morse'i tähestikus. Tõenäoliselt kuulas kunagi soorik need signaalid kõrvaklappidega ja märkis suunad joonlauaga ja kompassiga kaardile. Soovime lisada signaalile uusi funktsioone, kuid nii, et "ei rikuks" vanadega ühilduvust. Teema on tuttav, midagi ei ole uut ... See tehti järgmiselt — AM-signaalile lisati madalsageduslik 30 Hz toon, mis täidab reference-phase signaali funktsiooni, ja kõrgsageduslik komponent, millel on sagedusmodulatsioon 9,96 kHz, edastades variable phase signaali. Erakonnaga kahte signaali ja võrreldes faase, saame soovitud nurga 0 kuni 360 kraadi, mis on vajalik azimuth. Samal ajal ei sega see tavalist majakat "tavalisel viisil" kuulamast ja jääb ühilduvaks vanade AM-vastuvõtjatega.
Liigume teooriast praktikale. Käivitame SDR-vastuvõtja, valime AM-modulatsiooni ja ribalaiuse 12 kHz. VOR-majakate sagedused on internetis hõlpsasti leiduvad. Spektris näeb signaal järgmise kujuga:
Antud juhul edastatakse majaka signaal sagedusel 113,950 MHz. Keskosas on selgelt äratuntav amplituudmodulatsiooni joon ja Morse'i signaalid (.- — … mis tähendab AMS, Amsterdam, lennujaam Schiphol). Ümbritsevalt 9,6 kHz kaugusel kandva sageduse juurest on näha kahte tõusu, edastades teist signaali.
Salvestame signaali WAV formaadis (mitte MP3 — kadudega kompressioon hävitab kogu signaali struktuuri) ja avame selle GNU Radios.
Dekodeerimine
Samm 1. Avame salvestatud signaali faili ja rakendame sellele madalsagedusfiltri, et saada esimene reference-signaal. GNU Radio graafik on näidatud joonisel.
Tulemus: madalsageduslik signaal sagedusega 30 Hz.
Samm 2: dekodeerime variable phase signaali. Nagu eelnevalt mainitud, asub see sagedusel 9.96 kHz, peame selle viima nullsagedusele ja edastama FM-demodulaatorile.
GNU Radio graafik:
Kõik, ülesanne on lahendatud. Näeme kahte signaali, mille faasivahe näitab nurka vastuvõtjast kuni VOR-majakani:
Signaal on piisavalt mürarikas ja lõpliku faasivahe arvutamiseks võib olla vajalik täiendav filtreerimine, kuid loodan, et printsiip on selge. Neile, kes unustasid, kuidas faasivahet määratletakse, pilt aadressilt :
Õnneks ei pea kõik seda käsitsi tegema: juba olemas Pythonis, mis dekodeerib VOR-signaale WAV-failidest. Tegelikult inspireeris selle uurimine mind selle teema uurimisele.
Soovijad saavad programmi käivitada konsoolis ja saada valmis nurga kraadides juba salvestatud failist:
Lennufännid võivad isegi teha endale kaasaskantava vastuvõtja RTL-SDR ja Raspberry Pi-st. Muide, "päris" lennukis näeb see indikaator välja umbes selline:
Image ©
Kokkuvõte
Sarnased signaalid "möödunud sajandist" on kindlasti huvitavad analüüsimiseks. Esiteks, nad on piisavalt lihtsad, kaasaegset DRM-i või veelgi enam GSM-i ei saa sel viisil dekodeerida. Need on avatud vastuvõtmiseks, neis pole võtmeid ega krüptograafiat. Teiseks, on võimalik, et tulevikus nad kaovad ajalukku ja asendatakse satelliitnavigeerimise ja kaasaegsemate digitaalsüsteemidega. Kolmandaks, selliste standardite uurimine võimaldab teada huvitavaid tehnilisi ja ajaloolisi üksikasju selle kohta, kuidas probleeme lahendati erineva skeemitehnika ja elementide alusel möödunud sajandil. Seega võib vastuvõtja omanikele soovitada selliseid signaale vastu võtta, kuni nad veel töötavad.
Nagu tavaliselt, soovin kõikidele head katsetamist.
Allikas: habr.com
