Օդանավակայանի ուղղության որոշում RTL-SDR և GNU ռադիոյի միջոցով

Հե՜յ Հաբր։

Ներկայումս շատ քիչ են հաղորդակցման ստանդարտները, որոնք մի կողմից հետաքրքրասեր են և հետաքրքիր, մյուս կողմից՝ դրանց նկարագրությունը PDF ձևաչափով 500 էջ չի զբաղեցնում։ Այդպիսի ազդանշաններից մեկը, որը հեշտ է վերծանել, օդային նավագնացության մեջ օգտագործվող VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) ազդանշանն է:

VOR Beacon (գ) wikimedia.org

Նախ՝ հարց ընթերցողներին. ինչպե՞ս գեներացնել ազդանշան, որպեսզի ուղղությունը որոշվի՝ օգտագործելով միակողմանի ընդունող ալեհավաք: Պատասխանը կտրվածքի տակ է։

Ընդհանուր տեղեկություններ

Համակարգ Շատ բարձր հաճախականության Omni-directional Range (VOR) օդային նավագնացության համար օգտագործվում է անցյալ դարի 50-ական թվականներից և բաղկացած է համեմատաբար փոքր հեռահարության ռադիոփարոսներից (100-200 կմ), որոնք աշխատում են VHF հաճախականության տիրույթում 108-117 ՄՀց: Հիմա, գիգահերցի դարաշրջանում, նման հաճախականությունների հետ կապված շատ բարձր հաճախականության անվանումը ծիծաղելի է հնչում և ինքնին խոսում է դրա մասին. տարիքը այս ստանդարտը, բայց, ի դեպ, փարոսները դեռ աշխատում են NDB, գործում է միջին ալիքի 400-900 կՀց տիրույթում։

Ինքնաթիռի վրա ուղղորդող ալեհավաք տեղադրելը կառուցվածքային առումով անհարմար է, ուստի խնդիր առաջացավ, թե ինչպես կարելի է կոդավորել տեղեկատվությունը դեպի փարոս ուղղության մասին հենց ազդանշանում: «Մատների վրա» գործողության սկզբունքը կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. Եկեք պատկերացնենք, որ մենք ունենք սովորական փարոս, որը արձակում է կանաչ լույսի նեղ ճառագայթ, որի լամպը պտտվում է րոպեում 1 անգամ։ Ակնհայտ է, որ րոպեն մեկ մենք կտեսնենք լույսի բռնկում, բայց այդպիսի բռնկումը շատ տեղեկատվություն չի պարունակում: Փարոսին ավելացնենք երկրորդը ոչ ուղղորդված կարմիր լամպ, որը բռնկվում է այն պահին, երբ փարոսի ճառագայթը «անցնում է» դեպի հյուսիս։ Որովհետեւ Հայտնի են առկայծումների ժամանակաշրջանը և փարոսի կոորդինատները, կարմիր և կանաչ փայլատակումների միջև ուշացումը հաշվարկելով՝ կարող եք պարզել ազիմուտը դեպի հյուսիս: Դա պարզ է. Մնում է նույն բանն անել, բայց ռադիոյով։ Սա լուծվեց փուլերը փոխելով։ Հաղորդման համար օգտագործվում է երկու ազդանշան՝ առաջինի փուլը հաստատուն է (տեղեկանք), երկրորդի (փոփոխական) փուլը փոխվում է բարդ ձևով՝ կախված ճառագայթման ուղղությունից՝ յուրաքանչյուր անկյուն ունի իր փուլային տեղաշարժը։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր ընդունիչ կստանա ազդանշան իր «սեփական» փուլային տեղաշարժով, որը համաչափ է փարոսի ազիմուտին: «Տարածական մոդուլյացիայի» տեխնոլոգիան իրականացվում է հատուկ ալեհավաքի (Alford Loop, տես KDPV) և հատուկ, բավականին բարդ մոդուլյացիայի միջոցով: Ինչն է իրականում այս հոդվածի թեման:

Եկեք պատկերացնենք, որ մենք ունենք սովորական ժառանգական փարոս, որը գործում է 50-ականներից և ազդանշաններ է փոխանցում սովորական AM մոդուլյացիայով Մորզեի կոդով: Հավանաբար, ժամանակին նավիգատորն իրականում ականջակալներով լսել է այդ ազդանշանները և քարտեզի վրա քանոնով ու կողմնացույցով նշել ուղղությունները։ Մենք ցանկանում ենք ազդանշանին ավելացնել նոր գործառույթներ, բայց այնպես, որ «չխախտենք» համատեղելիությունը հների հետ։ Թեման ծանոթ է, ոչ մի նոր բան... Դա արվել է հետևյալ կերպ՝ AM ազդանշանին ավելացվել է ցածր հաճախականությամբ 30 Հց տոն, որը կատարում է ռեֆերենս-ֆազային ազդանշանի ֆունկցիա և բարձր հաճախականության բաղադրիչ՝ կոդավորված հաճախականությամբ։ մոդուլյացիա 9.96 ԿՀց հաճախականությամբ՝ փոխանցելով փոփոխական փուլային ազդանշան։ Ընտրելով երկու ազդանշան և համեմատելով փուլերը՝ մենք ստանում ենք ցանկալի անկյունը 0-ից մինչև 360 աստիճան, որը ցանկալի ազիմուտն է։ Միևնույն ժամանակ, այս ամենը չի խանգարի փարոսը «սովորական ձևով» լսելուն և համատեղելի է ավելի հին AM ընդունիչների հետ:

Տեսությունից անցնենք պրակտիկայի։ Եկեք գործարկենք SDR ընդունիչը, ընտրենք AM մոդուլյացիան և 12 ԿՀց թողունակությունը: VOR փարոս հաճախականությունները հեշտությամբ կարելի է գտնել առցանց: Սպեկտրի վրա ազդանշանն ունի հետևյալ տեսքը.

Այս դեպքում փարոսային ազդանշանը փոխանցվում է 113.950 ՄՀց հաճախականությամբ: Կենտրոնում դուք կարող եք տեսնել հեշտությամբ ճանաչելի ամպլիտուդի մոդուլյացիայի գիծը և Մորզեի կոդի ազդանշանները (.- - ... ինչը նշանակում է AMS, Ամստերդամ, Շիպհոլ օդանավակայան): Կրիչից մոտ 9.6 ԿՀց հեռավորության վրա տեսանելի են երկու գագաթներ, որոնք փոխանցում են երկրորդ ազդանշանը:

Եկեք ձայնագրենք ազդանշանը WAV-ով (ոչ թե MP3. կորստի սեղմումը «կսպանի» ազդանշանի ամբողջ կառուցվածքը) և բացենք այն GNU Radio-ում:

Վերծանում

Քայլ 1. Եկեք բացենք ֆայլը ձայնագրված ազդանշանով և դրա վրա կիրառենք ցածր անցումային զտիչ՝ ստանալու առաջին հղումային ազդանշանը։ GNU ռադիոգրաֆիկը ներկայացված է նկարում:

Արդյունքը՝ ցածր հաճախականության ազդանշան 30 Հց հաճախականությամբ:

Քայլ 2: վերծանել փոփոխական փուլային ազդանշանը: Ինչպես նշվեց վերևում, այն գտնվում է 9.96 ԿՀց հաճախականության վրա, մենք պետք է տեղափոխենք այն զրոյական հաճախականության և կերակրենք այն FM դեմոդուլյատորին:

GNU ռադիոգրաֆիկ.

Վերջ, խնդիրը լուծված է։ Մենք տեսնում ենք երկու ազդանշան, որոնց փուլային տարբերությունը ցույց է տալիս ընդունիչից դեպի VOR փարոս անկյունը.

Ազդանշանը բավականին աղմկոտ է, և փուլային տարբերությունը վերջնականապես հաշվարկելու համար կարող է պահանջվել լրացուցիչ զտում, բայց հուսով եմ, որ սկզբունքը պարզ է: Նրանց համար, ովքեր մոռացել են, թե ինչպես է որոշվում փուլային տարբերությունը, նկար aviation.stackexchange.com:

Բարեբախտաբար, այս ամենը պետք չէ ձեռքով անել. արդեն կա ավարտված նախագիծ Python-ում՝ վերծանելով VOR ազդանշանները WAV ֆայլերից: Իրականում նրա ուսումնասիրությունն ինձ ոգեշնչեց ուսումնասիրելու այս թեման։

Ցանկացողները կարող են գործարկել ծրագիրը կոնսոլում և արդեն գրանցված ֆայլից ստանալ ավարտված անկյունը աստիճաններով.

Ավիացիայի երկրպագուները կարող են նույնիսկ սեփական դյուրակիր ընդունիչ պատրաստել՝ օգտագործելով RTL-SDR և Raspberry Pi: Ի դեպ, «իրական» հարթության վրա այս ցուցանիշը նման է հետևյալին.

Պատկեր © www.aopa.org

Ամփոփում

«Անցյալ դարի» նման ազդանշանները միանշանակ հետաքրքիր են վերլուծության համար։ Նախ, դրանք բավականին պարզ են, ժամանակակից DRM կամ, հատկապես, GSM, այլևս հնարավոր չէ վերծանել «ձեր մատների վրա»: Նրանք բաց են ընդունման համար և չունեն բանալիներ կամ ծածկագրություն: Երկրորդ, գուցե ապագայում դրանք դառնան պատմություն և փոխարինվեն արբանյակային նավիգացիայով և ավելի ժամանակակից թվային համակարգերով։ Երրորդ, նման ստանդարտների ուսումնասիրությունը թույլ է տալիս ծանոթանալ հետաքրքիր տեխնիկական և պատմական մանրամասներին, թե ինչպես են խնդիրները լուծվել անցյալ դարի այլ սխեմաների և տարրերի բազայի միջոցով: Այսպիսով, ընդունիչի սեփականատերերին կարելի է խորհուրդ տալ նման ազդանշաններ ստանալ մինչ նրանք դեռ աշխատում են:

Ինչպես միշտ, ուրախ փորձեր բոլորին:

Source: www.habr.com