Szia Habr!
Jelenleg nem sok olyan kommunikációs szabvány létezik, amely egyrészt érdekes és érdekes, másrészt a leírásuk nem tart 500 oldalt PDF formátumban. Az egyik ilyen könnyen dekódolható jel a léginavigációban használt VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) jel.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Először is egy kérdés az olvasókhoz: hogyan lehet olyan jelet generálni, hogy egy mindenirányú vevőantennával meg lehessen határozni az irányt? A válasz a vágás alatt van.
Általános információk
Rendszer (VOR) a múlt század 50-es évei óta használják légi navigációra, és viszonylag kis hatótávolságú (100-200 km) rádiójeladókból áll, amelyek a 108-117 MHz VHF frekvenciatartományban működnek. Most, a gigahertz korszakában az ilyen frekvenciákhoz képest nagyon magas frekvencia név viccesen hangzik, és önmagában arról beszél, kor ez a szabvány, de mellesleg a jelzőfények továbbra is működnek , a 400-900 kHz-es középhullám-tartományban működik.
Az irányított antenna elhelyezése egy repülőgépen szerkezetileg kényelmetlen, ezért felmerült a probléma, hogy hogyan lehet magában a jelben kódolni az irányjelző információt. Az „ujjakon” való működés elve a következőképpen magyarázható. Képzeljük el, hogy van egy közönséges jelzőfényünk, amely keskeny zöld fénysugarat bocsát ki, amelynek lámpája percenként 1-szer forog. Nyilvánvalóan percenként egyszer látunk egy villanást, de egy ilyen villanás nem hordoz sok információt. Adjunk hozzá egy másodikat a jelzőfényhez nem irányított egy piros lámpa, amely abban a pillanatban villog, amikor a világítótorony sugara „elhalad” az északi irányba. Mert a felvillanások periódusa és a jelzőfény koordinátái ismertek, a piros és a zöld felvillanások közötti késleltetés kiszámításával megtudhatja az északi irányszöget. Ez egyszerű. Továbbra is ugyanazt kell tennie, csak a rádió használatával. Ezt a fázisok megváltoztatásával oldották meg. Az átvitelhez két jelet használnak: az első fázisa állandó (referencia), a második (változó) fázisa komplex módon változik a sugárzás irányától függően - minden szögnek megvan a maga fáziseltolása. Így minden vevő egy „saját” fáziseltolású jelet kap, amely arányos a jeladó irányszögével. A „térbeli modulációs” technológiát egy speciális antenna (Alford Loop, lásd KDPV) és egy speciális, meglehetősen trükkös moduláció segítségével hajtják végre. Ami valójában ennek a cikknek a témája.
Képzeljük el, hogy van egy közönséges örökölt jeladónk, amely az 50-es évek óta működik, és a jeleket közönséges AM modulációval továbbítja Morse kóddal. Valószínűleg valamikor a navigátor valóban fülhallgatóban hallgatta ezeket a jeleket, és vonalzóval és iránytűvel jelölte meg az irányt a térképen. Új funkciókkal szeretnénk kiegészíteni a jelet, de úgy, hogy ne „bontsuk meg” a kompatibilitást a régiekkel. Ismerős a téma, semmi új... Ez a következőképpen történt - az AM jelhez egy alacsony frekvenciájú 30 Hz-es hang került, amely referencia-fázisú jel funkciót lát el, és egy nagyfrekvenciás komponens, amelyet frekvencia kódol. moduláció 9.96 KHz frekvencián, változó fázisú jel továbbítása. Két jel kiválasztásával és a fázisok összehasonlításával megkapjuk a kívánt szöget 0 és 360 fok között, ami a kívánt irányszög. Ugyanakkor mindez nem zavarja a jeladó „szokásos módon” hallgatását, és kompatibilis marad a régebbi AM vevőkkel.
Térjünk át az elméletről a gyakorlatra. Indítsuk el az SDR vevőt, válasszuk az AM modulációt és a 12 KHz sávszélességet. A VOR jeladó frekvenciái könnyen megtalálhatók az interneten. A spektrumban a jel így néz ki:
Ebben az esetben a beacon jelet 113.950 MHz frekvencián továbbítják. Középen a jól felismerhető amplitúdómodulációs vonal és Morse-kód jelek láthatók (.- - ... ami AMS-t, Amszterdamot, Schiphol repülőteret jelenti). A vivőtől körülbelül 9.6 KHz-es távolságban két csúcs látható, amelyek a második jelet továbbítják.
Rögzítsük a jelet WAV-ban (nem MP3-ban - a veszteséges tömörítés „megöli” a jel teljes szerkezetét), és nyissuk meg a GNU Rádióban.
Dekódolás
Lépés 1. Nyissuk meg a rögzített jelet tartalmazó fájlt, és alkalmazzunk rá egy aluláteresztő szűrőt, hogy megkapjuk az első referenciajelet. A GNU Radio grafikonja az ábrán látható.
Eredmény: alacsony frekvenciájú jel 30 Hz-en.
Lépés 2: dekódolja a változó fázisú jelet. Mint fentebb említettük, 9.96 KHz-es frekvencián található, át kell mozgatnunk a nulla frekvenciára és betáplálni az FM demodulátorba.
GNU Radio grafikon:
Ennyi, probléma megoldva. Két jelet látunk, amelyek fáziskülönbsége a vevő és a VOR jeladó közötti szöget jelzi:
A jel elég zajos, és további szűrésre is szükség lehet, hogy végre kiszámoljuk a fáziskülönbséget, de remélem az elv egyértelmű. Aki elfelejtette a fáziskülönbség meghatározásának módját, annak egy kép innen :
Szerencsére mindezt nem kell manuálisan megtennie: már van Pythonban a VOR jelek dekódolása WAV fájlokból. Valójában az ő tanulmánya inspirált a téma tanulmányozására.
Az érdeklődők a konzolban futtathatják a programot és a már rögzített fájlból megkaphatják a kész szöget fokban:
A repülés rajongói akár saját hordozható vevőt is készíthetnek RTL-SDR és Raspberry Pi segítségével. Egyébként egy „igazi” síkon ez a mutató valahogy így néz ki:
Kép ©
Következtetés
Az ilyen „múlt századi” jelek mindenképpen érdekesek az elemzés szempontjából. Először is, ezek meglehetősen egyszerűek, modern DRM-ek vagy különösen GSM-ek, már nem lehet „ujjain” dekódolni. Nyitottak az elfogadásra, és nincs kulcsuk vagy titkosításuk. Másodszor, a jövőben talán történelemmé válnak, és helyüket a műholdas navigáció és a modernebb digitális rendszerek veszik át. Harmadszor, az ilyen szabványok tanulmányozása lehetővé teszi, hogy érdekes technikai és történelmi részleteket tudjon meg arról, hogyan oldották meg a problémákat a múlt századi áramkörök és elembázisok használatával. Így a vevőkészülék tulajdonosainak azt tanácsolhatjuk, hogy az ilyen jeleket még működés közben is fogadják.
Szokás szerint mindenkinek kellemes kísérletezést.
Forrás: will.com