Эй Хабр!
Қазіргі уақытта, бір жағынан, қызықты және қызықты, екінші жағынан, олардың сипаттамасы PDF форматындағы 500 бетті алмайтын байланыс стандарттары көп емес. Дешифрлеуге оңай осындай сигналдардың бірі - аэронавигацияда қолданылатын VHF көп бағытты радиомаяк (VOR) сигналы.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Біріншіден, оқырмандарға сұрақ: бағытты жан-жақты қабылдау антеннасының көмегімен анықтауға болатындай сигналды қалай жасауға болады? Жауап кесіндінің астында.
жалпы ақпарат
жүйе (VOR) өткен ғасырдың 50-жылдарынан бастап аэронавигация үшін қолданыла бастады және 100-200 МГц жиілік диапазонында жұмыс істейтін салыстырмалы түрде қысқа қашықтықтағы радиомаяктардан (108-117 км) тұрады. Қазір, гигагерц дәуірінде мұндай жиіліктерге қатысты өте жоғары жиілік атауы күлкілі болып көрінеді және өзі туралы айтады. жасы бұл стандарт, бірақ айтпақшы, маяктар әлі де жұмыс істейді , 400-900 кГц орташа толқын диапазонында жұмыс істейді.
Ұшаққа бағытталған антеннаны орналастыру құрылымдық жағынан ыңғайсыз, сондықтан сигналдың өзінде маяк бағыты туралы ақпаратты қалай кодтау мәселесі туындады. «Саусақтарда» жұмыс принципін келесідей түсіндіруге болады. Бізде жасыл жарықтың тар сәулесін жіберетін кәдімгі маяк бар деп елестетіп көрейік, оның шамы минутына 1 рет айналады. Минутына бір рет жарықтың жарқылын көретініміз анық, бірақ мұндай жарқылдың біреуі көп ақпаратты тасымалдамайды. Маякқа екіншісін қосайық бағытсыз маяк сәулесі солтүстікке қарай «өткен» сәтте жыпылықтайтын қызыл шам. Өйткені жыпылықтау кезеңі мен маяк координаталары белгілі, қызыл және жасыл жыпылықтаулар арасындағы кідірісті есептеу арқылы солтүстікке қарай азимутты білуге болады. Бәрі оңай. Дәл солай істеу керек, бірақ радионы пайдалану. Бұл фазаларды өзгерту арқылы шешілді. Тасымалдау үшін екі сигнал қолданылады: біріншісінің фазасы тұрақты (анықтамалық), екіншісінің фазасы (айнымалы) сәулелену бағытына байланысты күрделі түрде өзгереді - әрбір бұрыштың өз фазалық ығысуы болады. Осылайша, әрбір қабылдағыш маякқа азимутқа пропорционалды «өз» фазалық ығысуымен сигнал алады. «Кеңістіктік модуляция» технологиясы арнайы антенна (Alford Loop, KDPV қараңыз) және арнайы, өте күрделі модуляция арқылы жүзеге асырылады. Бұл шын мәнінде осы мақаланың тақырыбы.
Бізде 50-ші жылдардан бері жұмыс істеп келе жатқан және Морзе коды бойынша қарапайым AM модуляциясында сигналдарды беретін кәдімгі ескі маяк бар деп елестетейік. Мүмкін, бір кездері навигатор бұл сигналдарды құлаққаппен тыңдап, картада сызғыш пен циркульдің көмегімен бағыттарды белгілеген. Біз сигналға жаңа функцияларды қосқымыз келеді, бірақ ескілерімен үйлесімділікті «бұзбау» үшін. Тақырып таныс, жаңа ештеңе жоқ... Ол былай орындалды – АМ сигналына эталондық-фазалық сигнал қызметін атқаратын төменгі жиілікті 30 Гц тон және жиілік бойынша кодталған жоғары жиілікті компонент қосылды. айнымалы фазалық сигналды тарататын 9.96 кГц жиіліктегі модуляция. Екі сигналды таңдау және фазаларды салыстыру арқылы біз 0-ден 360 градусқа дейінгі қажетті бұрышты аламыз, бұл қажетті азимут. Сонымен қатар, мұның бәрі маякты «әдеттегідей» тыңдауға кедергі жасамайды және ескі AM қабылдағыштарымен үйлесімді болып қалады.
Теориядан практикаға көшейік. SDR қабылдағышын іске қосайық, AM модуляциясын және 12 кГц өткізу қабілеттілігін таңдаңыз. VOR маяк жиіліктерін желіде оңай табуға болады. Спектрде сигнал келесідей көрінеді:
Бұл жағдайда маяк сигналы 113.950 МГц жиілікте беріледі. Орталықта сіз оңай танылатын амплитудалық модуляция сызығын және Морзе коды сигналдарын көре аласыз (.- - ... бұл AMS, Амстердам, Шипхол әуежайы дегенді білдіреді). Тасымалдаушыдан шамамен 9.6 кГц қашықтықта екінші сигналды жіберетін екі шың көрінеді.
Сигналды WAV форматында жазып алайық (MP3 емес - жоғалтқан қысу сигналдың бүкіл құрылымын «өлтіреді») және оны GNU Radio-да ашайық.
Декодтау
қадам 1. Жазылған сигналы бар файлды ашайық және оған бірінші анықтамалық сигналды алу үшін төмен жиілікті сүзгіні қолданайық. GNU Радио графигі суретте көрсетілген.
Нәтиже: 30 Гц жиіліктегі төмен жиілікті сигнал.
қадам 2: айнымалы фазалық сигналды декодтау. Жоғарыда айтылғандай, ол 9.96 кГц жиілікте орналасқан, біз оны нөлдік жиілікке жылжытып, FM демодуляторына беруіміз керек.
GNU радиографиясы:
Міне, мәселе шешілді. Біз екі сигналды көреміз, олардың фазалық айырмашылығы қабылдағыштан VOR маякына дейінгі бұрышты көрсетеді:
Сигнал өте шулы және фазалар айырмашылығын есептеу үшін қосымша сүзгілеу қажет болуы мүмкін, бірақ принцип анық деп үміттенемін. Фазалар айырмашылығы қалай анықталатынын ұмытқандар үшін сурет :
Бақытымызға орай, мұның бәрін қолмен жасаудың қажеті жоқ: қазірдің өзінде бар Python-да WAV файлдарынан VOR сигналдарын декодтау. Шындығында, оның зерттеуі мені осы тақырыпты зерттеуге шабыттандырды.
Қызығушылық танытқандар бағдарламаны консольде іске қосып, қазірдің өзінде жазылған файлдан аяқталған бұрышты градуспен ала алады:
Авиация әуесқойлары тіпті RTL-SDR және Raspberry Pi көмегімен өздерінің портативті қабылдағыштарын жасай алады. Айтпақшы, «нақты» ұшақта бұл көрсеткіш келесідей көрінеді:
Сурет ©
қорытынды
Мұндай «өткен ғасырдағы» сигналдар талдау үшін қызықты. Біріншіден, олар өте қарапайым, заманауи DRM немесе, әсіресе, GSM, енді «саусақпен» декодтау мүмкін емес. Олар қабылдауға ашық және кілттері немесе криптографиясы жоқ. Екіншіден, болашақта олар тарихқа айналып, спутниктік навигация мен заманауи цифрлық жүйелермен алмастырылатын шығар. Үшіншіден, мұндай стандарттарды зерделеу өткен ғасырдың басқа схемалары мен элементтік базасын пайдаланып есептердің қалай шешілгені туралы қызықты техникалық және тарихи мәліметтерді білуге мүмкіндік береді. Сондықтан қабылдағыш иелеріне олар әлі жұмыс істеп тұрғанда мұндай сигналдарды алуға кеңес беруге болады.
Әдеттегідей, барлығына қуанышты эксперименттер.
Ақпарат көзі: www.habr.com