Hoi Habr!
Op it stuit binne d'r net folle kommunikaasjenormen dy't oan 'e iene kant nijsgjirrich en ynteressant binne, oan' e oare kant nimt har beskriuwing net 500 siden yn PDF-formaat. Ien sa'n sinjaal dat maklik te ûntsiferjen is, is it VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) sinjaal dat wurdt brûkt yn loftnavigaasje.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Earst in fraach foar lêzers: hoe kinne jo in sinjaal generearje sadat de rjochting kin wurde bepaald mei in omnidireksjoneel ûntfangende antenne? It antwurd is ûnder de besuniging.
Algemiene ynformaasje
systeem (VOR) wurdt brûkt foar loftnavigaasje sûnt de jierren '50 fan 'e foarige ieu, en bestiet út relatyf koarte-berik radio beakens (100-200 km), operearje yn de VHF frekwinsje berik 108-117 MHz. No, yn it tiidrek fan gigahertz, klinkt de namme tige hege frekwinsje yn relaasje ta sokke frekwinsjes grappich en sprekt op himsels fan leeftyd dizze standert, mar troch de wei, beacons noch wurkje , operearje yn it mediumwelleberik 400-900 kHz.
It pleatsen fan in rjochtingsantenne op in fleantúch is struktureel ûngemaklik, sadat it probleem ûntstie fan hoe't jo ynformaasje oer de rjochting nei it beaken kodearje yn it sinjaal sels. It prinsipe fan operaasje "op 'e fingers" kin as folget ferklearre wurde. Litte wy ús foarstelle dat wy in gewoane beaken hawwe dy't in smelle straal fan grien ljocht stjoert, wêrfan de lamp 1 kear per minút draait. Fansels sille wy ien kear yn 'e minút in flits fan ljocht sjen, mar ien sa'n flits hat net folle ynformaasje. Litte wy in twadde tafoegje oan it beaken non-directional in reade lampe dy't flikkeret op it momint dat de fjoertoerstraal de rjochting nei it noarden "trochkomt". Omdat de perioade fan de flitsen en de koördinaten fan it beaken binne bekend; troch it berekkenjen fan de fertraging tusken de reade en griene flitsen, kinne jo fine út de azimut nei it noarden. It is ienfâldich. It bliuwt itselde te dwaan, mar mei de radio. Dit waard oplost troch it feroarjen fan de fazen. Twa sinjalen wurde brûkt foar oerdracht: de faze fan 'e earste is konstant (referinsje), de faze fan' e twadde (fariabele) feroaret op in komplekse manier ôfhinklik fan 'e rjochting fan' e strieling - elke hoeke hat syn eigen fazeferskowing. Sa, eltse ûntfanger sil ûntfange in sinjaal mei syn "eigen" faze ferskowing, evenredich mei de azimuth nei it beaken. De technology "romtlike modulaasje" wurdt útfierd mei in spesjale antenne (Alford Loop, sjoch KDPV) en in spesjale, nochal lestige modulaasje. Wat is eins it ûnderwerp fan dit artikel.
Litte wy ús foarstelle dat wy in gewoane legacy beacon hawwe, opereare sûnt de jierren '50, en sinjalen útstjoere yn gewoane AM-modulaasje yn Morse-koade. Wierskynlik, eartiids, de navigator eins harke nei dizze sinjalen yn koptelefoan en markearre de rjochtingen mei in liniaal en kompas op 'e kaart. Wy wolle nije funksjes tafoegje oan it sinjaal, mar op sa'n manier dat de kompatibiliteit net "brekke" mei de âlde. It ûnderwerp is bekend, neat nij ... It waard dien as folget - in lege-frekwinsje 30 Hz toan waard tafoege oan it AM-sinjaal, it útfieren fan de funksje fan in referinsje-fase sinjaal, en in hege-frekwinsje komponint, kodearre troch frekwinsje modulaasje op in frekwinsje fan 9.96 KHz, it útstjoeren fan in fariabele faze sinjaal. Troch twa sinjalen te selektearjen en de fazen te fergelykjen, krije wy de winske hoeke fan 0 oant 360 graden, dat is de winske azimut. Tagelyk sil dit alles net bemuoie mei it harkjen nei it beaken "op 'e gewoane manier" en bliuwt kompatibel mei âldere AM-ûntfangers.
Litte wy fan teory nei praktyk gean. Litte wy de SDR-ûntfanger starte, selektearje AM-modulaasje en 12 KHz-bânbreedte. VOR-beaconfrekwinsjes kinne maklik online fûn wurde. Op it spektrum sjocht it sinjaal der sa út:
Yn dit gefal wurdt it beakensinjaal útstjoerd op in frekwinsje fan 113.950 MHz. Yn it sintrum kinne jo de maklik werkenbere amplitudemodulaasjeline en Morse-koade-sinjalen sjen (.- - ... wat betsjut AMS, Amsterdam, Schiphol Airport). Rûnom op in ôfstân fan 9.6 KHz fan 'e drager binne twa peaks sichtber, dy't it twadde sinjaal útstjoere.
Litte wy it sinjaal opnimme yn WAV (net MP3 - kompresje mei ferlies sil de heule struktuer fan it sinjaal "deadzje") en iepenje it yn GNU Radio.
Dekodearjen
stap 1. Litte wy it bestân iepenje mei it opnommen sinjaal en in leechpassfilter tapasse om it earste referinsjesinjaal te krijen. De GNU Radio-grafyk wurdt werjûn yn 'e figuer.
Resultaat: lege frekwinsje sinjaal by 30 Hz.
stap 2: dekodearje de fariabele faze sinjaal. Lykas hjirboppe neamde, leit it op in frekwinsje fan 9.96 KHz, wy moatte it ferpleatse nei de nulfrekwinsje en it nei de FM-demodulator fiede.
GNU Radiografyk:
Dat is it, probleem oplost. Wy sjogge twa sinjalen, wêrfan it fazeferskil de hoeke fan 'e ûntfanger nei it VOR-beaken oanjout:
It sinjaal is nochal lûdroftich, en ekstra filtering kin nedich wêze om úteinlik it fazeferskil te berekkenjen, mar ik hoopje dat it prinsipe dúdlik is. Foar dyjingen dy't fergetten binne hoe't it fazeferskil bepaald wurdt, in foto fan :
Gelokkich hoege jo dit alles net mei de hân te dwaan: d'r is al yn Python, dekodearjen VOR sinjalen út WAV triemmen. Eigentlik ynspirearre syn stúdzje my om dit ûnderwerp te studearjen.
De belangstellenden kinne it programma yn 'e konsole útfiere en de ôfmakke hoeke yn graden krije fan it al opnommen bestân:
Aviationfans kinne sels har eigen draachbere ûntfanger meitsje mei in RTL-SDR en in Raspberry Pi. Trouwens, op in "echte" fleantúch sjocht dizze yndikator der sa út:
Ofbylding ©
konklúzje
Sokke sinjalen "út de foarige ieu" binne perfoarst nijsgjirrich foar analyze. As earste binne se frij ienfâldich, moderne DRM of, foaral, GSM, it is net mear mooglik om "op jo fingers" te dekodearjen. Se binne iepen foar akseptaasje en hawwe gjin kaaien of kryptografy. Twad, miskien yn 'e takomst sille se skiednis wurde en wurde ferfongen troch satellytnavigaasje en modernere digitale systemen. Tredde, studearje sokke noarmen kinne jo leare nijsgjirrige technyske en histoaryske details fan hoe't problemen waarden oplost mei help fan oare circuits en elemint basis fan de foarige ieu. Sa kinne eigners fan ûntfanger wurde advisearre sokke sinjalen te ûntfangen wylst se noch wurkje.
Lykas gewoanlik, lokkich eksperiminten elkenien.
Boarne: www.habr.com