おい、ハブル！
現在、興味深く興味深い一方で、その説明が PDF 形式で 500 ページもかからない通信規格はそれほど多くありません。 デコードが容易な信号の XNUMX つは、航空ナビゲーションで使用される VHF 全方向性無線ビーコン (VOR) 信号です。
VOR ビーコン (c) wikimedia.org
まず、読者への質問です。全方向性受信アンテナを使用して方向を決定できるように信号を生成するにはどうすればよいですか? 答えはカットの下にあります。
一般情報
システム (VOR) は前世紀の 50 年代から航空ナビゲーションに使用されており、VHF 周波数範囲 100 ～ 200 MHz で動作する比較的短距離の無線ビーコン (108 ～ 117 km) で構成されています。 さて、ギガヘルツの時代では、そのような周波数に関連して超高周波という名前はおかしく聞こえますが、それ自体が次のことを物語っています。 年 この標準ですが、ちなみに、ビーコンはまだ機能します 、400〜900 kHzの中波範囲で動作します。
飛行機に指向性アンテナを設置するのは構造的に不便であるため、ビーコンへの方向に関する情報を信号自体にどのようにエンコードするかという問題が生じました。 「指での」操作原理は次のように説明できます。 緑色の細い光線を発し、そのランプが 1 分に XNUMX 回回転する通常のビーコンがあると想像してみましょう。 明らかに、XNUMX 分に XNUMX 回、閃光が見られますが、そのような XNUMX 回の閃光には多くの情報が含まれません。 ビーコンに XNUMX つ目を追加しましょう 無指向性 灯台の光が北の方向を「通過」した瞬間に点滅する赤いランプ。 なぜなら点滅の周期とビーコンの座標がわかっているため、赤と緑の点滅の間の遅延を計算することで、北の方位を知ることができます。 それは簡単です。 やるべきことは同じですが、ラジオを使用します。 これは位相を変えることで解決しました。 送信には XNUMX つの信号が使用されます。XNUMX つ目の位相は一定（基準）、XNUMX つ目の位相（可変）は放射の方向に応じて複雑に変化します。各角度には独自の位相シフトがあります。 したがって、各受信機は、ビーコンの方位角に比例した「独自の」位相シフトを持つ信号を受信します。 「空間変調」技術は、特殊なアンテナ (アルフォード ループ、KDPV を参照) と特殊な、かなりトリッキーな変調を使用して実行されます。 実はこれがこの記事の主題です。
50 年代から運用され、モールス信号による通常の AM 変調で信号を送信する通常のレガシー ビーコンがあると想像してみましょう。 おそらくかつて、ナビゲーターは実際にヘッドフォンでこれらの信号を聞き、定規とコンパスを使って地図上に方向をマークしていたのでしょう。 信号に新しい機能を追加したいと考えていますが、古い機能との互換性が「壊れない」ようにする必要があります。 このトピックはよく知られたもので、新しいものではありません... 次のように行われました - 低周波 30 Hz トーンが AM 信号に追加され、基準位相信号の機能を実行し、高周波成分が周波数によってエンコードされました9.96 KHz の周波数で変調し、可変位相信号を送信します。 0 つの信号を選択し、位相を比較することで、360 ～ XNUMX 度の範囲の希望の角度、つまり希望の方位角が得られます。 同時に、これらすべてが「通常の方法で」ビーコンを聞くことを妨げることはなく、古い AM 受信機との互換性も維持されます。
理論から実践に移りましょう。 SDR レシーバーを起動し、AM 変調と 12 KHz 帯域幅を選択しましょう。 VOR ビーコン周波数はオンラインで簡単に見つけることができます。 スペクトル上では、信号は次のようになります。
この場合、ビーコン信号は 113.950 MHz の周波数で送信されます。 中央には、簡単に認識できる振幅変調線とモールス信号信号 (.- - ... AMS、アムステルダム、スキポール空港を意味します) が見えます。 キャリアから 9.6 KHz の距離付近に、XNUMX 番目の信号を送信する XNUMX つのピークが見えます。
信号を WAV (MP3 ではありません。非可逆圧縮は信号の構造全体を「破壊」します) で録音し、GNU Radio で開きます。
デコード
ステップ1。 記録された信号が含まれるファイルを開き、それにローパス フィルターを適用して、最初の基準信号を取得しましょう。 GNU Radio グラフを図に示します。
結果: 30 Hz の低周波信号。
ステップ2: 可変位相信号をデコードします。 上で述べたように、周波数は 9.96 KHz にあります。これをゼロ周波数に移動して FM 復調器に供給する必要があります。
GNU ラジオグラフ:
以上です、問題は解決しました。 XNUMX つの信号が表示されます。その位相差は、受信機から VOR ビーコンまでの角度を示します。
信号にはかなりのノイズが含まれており、最終的に位相差を計算するには追加のフィルタリングが必要になる可能性がありますが、原理が明確であることを願っています。 位相差の求め方を忘れた人のために、次の図を示します。 :
幸いなことに、これらすべてを手動で行う必要はありません。 Python で、WAV ファイルから VOR 信号をデコードします。 実際、彼の研究が私にこのテーマを研究するきっかけを与えてくれました。
興味のある方は、コンソールでプログラムを実行し、すでに記録されているファイルから完成した角度を度単位で取得できます。
航空ファンは、RTL-SDR と Raspberry Pi を使用して独自のポータブル受信機を作成することもできます。 ちなみに、「実際の」平面では、このインジケーターは次のようになります。
画像©
まとめ
このような「前世紀からの」シグナルは、分析にとって間違いなく興味深いものです。 まず、これらは非常にシンプルで現代的な DRM、特に GSM では、「指で」デコードすることはもはや不可能です。 これらは受け入れ可能であり、鍵や暗号化はありません。 第二に、おそらく将来的にはそれらは歴史となり、衛星ナビゲーションやより現代的なデジタル システムに取って代わられるでしょう。 第三に、そのような規格を研究すると、前世紀の他の回路や要素ベースを使用して問題がどのように解決されたかについて、興味深い技術的および歴史的な詳細を学ぶことができます。 したがって、受信機の所有者は、動作中にそのような信号を受信するようにアドバイスできます。
いつものように、みんなで幸せな実験をします。
出所： habr.com