Ákvörðun stefnunnar á flugvöllinn með því að nota RTL-SDR og GNU Radio

Hæ Habr!

Eins og er eru ekki margir samskiptastaðlar sem eru annars vegar forvitnilegir og áhugaverðir, hins vegar tekur lýsing þeirra ekki 500 síður á PDF formi. Eitt slíkt merki sem auðvelt er að afkóða er VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) merki sem notað er í flugleiðsögu.

VOR Beacon (c) wikimedia.org

Í fyrsta lagi spurning fyrir lesendur: hvernig á að búa til merki þannig að hægt sé að ákvarða stefnuna með því að nota alhliða móttökuloftnet? Svarið er undir högg að sækja.

Almennar upplýsingar

System Mjög há tíðni alhliða svið (VOR) hefur verið notað í flugleiðsögu síðan á fimmta áratug síðustu aldar og samanstendur af tiltölulega skammdrægum útvarpsvitum (50-100 km), sem starfa á VHF tíðnisviðinu 200-108 MHz. Núna, á tímum gígahertz, hljómar nafnið mjög há tíðni í tengslum við slíkar tíðnir fyndið og talar í sjálfu sér um Aldur þessum staðli, en við the vegur, beacons virka enn NDB, sem starfar á meðalbylgjusviðinu 400-900 kHz.

Að setja stefnuvirkt loftnet á flugvél er byggingarlega óþægilegt, þannig að vandamálið kom upp um hvernig á að kóða upplýsingar um stefnuna að leiðarljósinu í merkinu sjálfu. Meginreglan um aðgerðir "á fingrum" má útskýra sem hér segir. Ímyndum okkur að við séum með venjulegt ljós sem sendir frá sér mjóan geisla af grænu ljósi, lampinn sem snýst 1 sinni á mínútu. Vitanlega munum við sjá ljósglampa einu sinni á mínútu, en eitt slíkt flass hefur ekki miklar upplýsingar. Við skulum bæta annarri við leiðarljósið stefnulaus rauður lampi sem blikkar á því augnabliki sem ljósgeislinn „framhjá“ stefnuna í norður. Vegna þess að tímabil blikkanna og hnit ljósvitans eru þekkt; með því að reikna út seinkunina á milli rauða og græna blikkana er hægt að finna út azimut til norðurs. Það er einfalt. Það á eftir að gera það sama, en nota útvarpið. Þetta var leyst með því að breyta áföngum. Tvö merki eru notuð til sendingar: áfangi þess fyrsta er stöðugur (viðmiðun), áfangi seinni (breytu) breytist á flókinn hátt eftir stefnu geislunarinnar - hvert horn hefur sína eigin fasaskiptingu. Þannig mun hver móttakari fá merki með sinni „eigin“ fasaskiptingu, í réttu hlutfalli við azimut við leiðarljósið. „Staðbundin mótun“ tæknin er framkvæmd með sérstöku loftneti (Alford Loop, sjá KDPV) og sérstakri, frekar erfiðri mótun. Sem er reyndar efni þessarar greinar.

Við skulum ímynda okkur að við séum með venjulegan arfleifðarvita, sem starfar síðan á 50. áratugnum, og sendir merki í venjulegri AM mótun í Morse kóða. Sennilega, einu sinni, hlustaði stýrimaðurinn í raun á þessi merki í heyrnartólum og merkti leiðbeiningarnar með reglustiku og áttavita á kortinu. Við viljum bæta nýjum aðgerðum við merkið, en á þann hátt að „brjóta“ ekki samhæfni við þær gömlu. Umræðuefnið er kunnuglegt, ekkert nýtt... Það var gert á eftirfarandi hátt - lágtíðni 30 Hz tóni var bætt við AM merkið, sem gegnir hlutverki viðmiðunarfasamerkis, og hátíðniþáttur, kóðaður með tíðni mótun á tíðninni 9.96 KHz, sendir breytilegt fasamerki. Með því að velja tvö merki og bera saman fasana fáum við æskilegt horn frá 0 til 360 gráður, sem er æskilegt azimut. Á sama tíma mun allt þetta ekki trufla hlustun á leiðarljósið „á venjulegan hátt“ og er áfram samhæft við eldri AM móttakara.

Við skulum fara frá kenningum til framkvæmda. Við skulum ræsa SDR móttakara, velja AM mótun og 12 KHz bandbreidd. Auðvelt er að finna VOR beacon tíðni á netinu. Á litrófinu lítur merkið svona út:

Í þessu tilviki er leiðarmerkið sent á tíðninni 113.950 MHz. Í miðjunni má sjá auðþekkjanlega amplitude modulation línu og morse merkja (.- - ... sem þýðir AMS, Amsterdam, Schiphol flugvöllur). Um það bil í 9.6 KHz fjarlægð frá burðarberanum eru tveir toppar sýnilegir sem senda annað merkið.

Við skulum taka merkið upp í WAV (ekki MP3 - tapsþjöppun mun „drepa“ alla uppbyggingu merksins) og opna það í GNU Radio.

Afkóðun

Skref 1. Við skulum opna skrána með skráða merkinu og beita lágrásarsíu á það til að fá fyrsta viðmiðunarmerkið. GNU Radio línuritið er sýnt á myndinni.

Niðurstaða: lágtíðnimerki við 30 Hz.

Skref 2: afkóða breytilegt fasamerki. Eins og getið er hér að ofan er hann staðsettur á tíðninni 9.96 KHz, við þurfum að færa hann á núlltíðnina og fæða hann í FM demodulator.

GNU útvarpsgraf:

Það er það, vandamál leyst. Við sjáum tvö merki, fasamunur sem gefur til kynna hornið frá móttakara að VOR-vita:

Merkið er nokkuð hávaðasamt og það gæti þurft viðbótarsíun til að loksins reikna út fasamuninn, en ég vona að meginreglan sé skýr. Fyrir þá sem hafa gleymt hvernig fasamunurinn er ákvarðaður, mynd frá aviation.stackexchange.com:

Sem betur fer þarftu ekki að gera allt þetta handvirkt: það er nú þegar lokið verkefni í Python, afkóðun VOR merki úr WAV skrám. Reyndar hvatti rannsókn hans mig til að kynna mér þetta efni.

Áhugasamir geta keyrt forritið í stjórnborðinu og fengið fullbúið horn í gráðum úr skránni sem þegar hefur verið skráð:

Flugaðdáendur geta jafnvel búið til sinn eigin færanlegan móttakara með því að nota RTL-SDR og Raspberry Pi. Við the vegur, á „alvöru“ flugvél lítur þessi vísir eitthvað svona út:

Mynd © www.aopa.org

Ályktun

Slík merki „frá síðustu öld“ eru örugglega áhugaverð til greiningar. Í fyrsta lagi eru þau frekar einföld, nútímaleg DRM eða, sérstaklega GSM, það er ekki lengur hægt að afkóða „á fingrunum“. Þeir eru opnir fyrir samþykki og hafa enga lykla eða dulmál. Í öðru lagi, ef til vill munu þau í framtíðinni verða saga og í stað þeirra koma gervihnattaleiðsögumenn og nútímalegri stafræn kerfi. Í þriðja lagi, að læra slíka staðla gerir þér kleift að læra áhugaverðar tæknilegar og sögulegar upplýsingar um hvernig vandamál voru leyst með því að nota önnur rafrásir og frumefnisgrunn síðustu aldar. Því má ráðleggja eigendum móttakara að fá slík merki á meðan þeir eru enn að vinna.

Eins og venjulega, ánægðar tilraunir allir.

Heimild: www.habr.com