Hey Habr!
Am Moment ginn et net vill Kommunikatiounsnormen, déi engersäits virwëtzeg an interessant sinn, op der anerer Säit, hir Beschreiwung hëlt net 500 Säiten am PDF-Format. Een esou Signal dat einfach ass ze decodéieren ass de VHF Omni-Directional Radio Beacon (VOR) Signal dat an der Loftnavigatioun benotzt gëtt.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Als éischt eng Fro fir d'Lieser: wéi e Signal ze generéieren sou datt d'Richtung mat enger omnidirektionaler Empfangsantenne bestëmmt ka ginn? D'Äntwert ass ënner dem Schnëtt.
Allgemeng Informatiounen
System (VOR) gouf zënter de 50er Jore vum leschte Joerhonnert fir d'Loftnavigatioun benotzt, a besteet aus relativ kuerzfristeg Radiobeaconen (100-200 km), déi am VHF-Frequenzberäich 108-117 MHz funktionnéieren. Elo, an der Ära vu Gigahertz, kléngt den Numm ganz héich Frequenz par rapport zu esou Frequenzen witzeg a schwätzt u sech selwer Alter dëser Norm, mee iwwregens, Beaconen Aarbecht nach , fonctionnéiert am Mëttelwellenberäich 400-900 kHz.
Eng Richtungsantenne op engem Fliger ze placéieren ass strukturell onbequem, sou datt de Problem opgestan ass wéi d'Informatioun iwwer d'Richtung op de Beacon am Signal selwer codéiert gëtt. De Prinzip vun der Operatioun "op de Fanger" kann wéi follegt erkläert ginn. Loosst eis virstellen datt mir e gewéinleche Beacon hunn, deen e schmuele Strahl vu gréngt Liicht schéckt, d'Lampe vun där 1 Mol pro Minutt rotéiert. Selbstverständlech, eemol d'Minutt wäerte mir e Blëtz vu Liicht gesinn, awer een esou Blëtz bréngt net vill Informatioun. Loosst eis en zweeten op d'Beacon derbäi net-directional eng rout Luucht, déi am Moment blénkt, wann de Liichttuermstrahl d'Richtung no Norden "passéiert". Well d'Period vun de Blëtzer an d'Koordinate vum Beacon sinn bekannt; duerch d'Berechnung vun der Verzögerung tëscht de roude a grénge Blëtzer kënnt Dir den Azimut no Norden erausfannen. Et ass einfach. Et bleift déi selwecht Saach ze maachen, awer de Radio ze benotzen. Dëst gouf geléist andeems d'Phasen geännert goufen. Zwee Signaler gi fir d'Transmissioun benotzt: d'Phas vun der éischter ass konstant (Referenz), d'Phas vun der zweeter (variabel) ännert sech op eng komplex Manéier ofhängeg vun der Stralungsrichtung - all Wénkel huet seng eege Phaseverschiebung. Also kritt all Empfänger e Signal mat senger "eegener" Phaseverschiebung, proportional zum Azimut zum Beacon. D'Technologie "raimlech Modulatioun" gëtt mat enger spezieller Antenne (Alford Loop, kuckt KDPV) an enger spezieller, zimlech komplizéierter Modulatioun duerchgefouert. Wat ass eigentlech d'Thema vun dësem Artikel.
Loosst eis virstellen datt mir en gewéinleche Legacy Beacon hunn, deen zënter de 50er funktionnéiert a Signaler an der normaler AM Modulatioun am Morse Code iwwerdroen. Wahrscheinlech, eemol, huet de Navigator tatsächlech dës Signaler an Kopfhörer gelauschtert an d'Richtungen mat engem Lineal a Kompass op der Kaart markéiert. Mir wëllen nei Funktiounen un d'Signal bäidroen, awer sou datt d'Kompatibilitéit net mat den alen "briechen". D'Thema ass vertraut, näischt Neies ... Et gouf wéi follegt gemaach - e Low-Frequenz 30 Hz Ton gouf zum AM Signal bäigefüügt, deen d'Funktioun vun engem Referenzphase Signal ausféiert, an eng Héichfrequenz Komponent, kodéiert duerch Frequenz Modulatioun mat enger Frequenz vun 9.96 KHz, e verännerleche Phasesignal iwwerdroen. Andeems Dir zwee Signaler auswielt an d'Phasen vergläicht, kréie mir de gewënschten Wénkel vun 0 bis 360 Grad, wat de gewënschten Azimut ass. Zur selwechter Zäit stéiert dat alles net fir de Beacon ze lauschteren "op déi üblech Manéier" a bleift kompatibel mat eeler AM Empfänger.
Loosst eis vun der Theorie op d'Praxis goen. Loosst eis den SDR Empfänger starten, wielt AM Modulatioun an 12 KHz Bandbreedung. VOR Beacon Frequenzen kënnen einfach online fonnt ginn. Am Spektrum gesäit d'Signal esou aus:
An dësem Fall gëtt de Beacon-Signal mat enger Frequenz vun 113.950 MHz iwwerdroen. Am Zentrum kënnt Dir déi liicht erkennbar Amplitudemodulatiounslinn a Morsecode Signaler gesinn (.- - ... dat heescht AMS, Amsterdam, Schiphol Airport). Ronderëm op enger Distanz vun 9.6 KHz vum Carrier sinn zwee Peaks ze gesinn, déi dat zweet Signal iwwerdroen.
Loosst eis d'Signal op WAV notéieren (net MP3 - lossy Kompressioun wäert d'ganz Struktur vum Signal "killen") an et am GNU Radio opmaachen.
Decodéieren
Schrëtt 1. Loosst eis d'Datei mat dem opgeholle Signal opmaachen an e Low-Pass-Filter opmaachen fir dat éischt Referenzsignal ze kréien. D'GNU Radio Grafik gëtt an der Figur gewisen.
Resultat: niddereg Frequenz Signal op 30 Hz.
Schrëtt 2: decodéieren d'variabel Phase Signal. Wéi uewen ernimmt, ass et op enger Frequenz vun 9.96 KHz lokaliséiert, mir mussen et op d'Nullfrequenz réckelen an et an den FM Demodulator fidderen.
GNU Radio Grafik:
Dat ass et, de Problem geléist. Mir gesinn zwee Signaler, de Phasendifferenz vun deem de Wénkel vum Empfänger op de VOR-Beacon weist:
D'Signal ass zimmlech Kaméidi, an zousätzlech Filter kann erfuerderlech sinn fir endlech de Phasendifferenz ze berechnen, awer ech hoffen datt de Prinzip kloer ass. Fir déi, déi vergiess hunn, wéi de Phasendifferenz bestëmmt ass, e Bild vun :
Glécklecherweis musst Dir dëst net alles manuell maachen: et gëtt et schonn am Python, decoding VOR Signaler aus WAV Fichieren. Eigentlech huet seng Etude mech inspiréiert dëst Thema ze studéieren.
Déi interesséiert kënnen de Programm an der Konsole lafen an de fäerdege Wénkel a Grad aus der scho opgeholler Datei kréien:
Aviatioun Fans kënne souguer hiren eegene portable Empfänger mat engem RTL-SDR an engem Raspberry Pi maachen. Iwwregens, op engem "richtegen" Fliger gesäit dësen Indikator sou eppes aus:
Bild ©
Konklusioun
Esou Signaler "aus dem leschte Joerhonnert" sinn definitiv interessant fir Analyse. Éischtens, si si ganz einfach, modern DRM oder, besonnesch, GSM, et ass net méi méiglech "op den Fanger" ze decodéieren. Si sinn op fir Akzeptanz an hu keng Schlësselen oder Kryptografie. Zweetens, vläicht wäerte se an Zukunft Geschicht ginn an duerch Satellitennavigatioun a méi modern digital Systemer ersat ginn. Drëttens, esou Standarden studéieren erlaabt Iech interessant technesch an historesch Detailer ze léieren wéi Problemer mat anere Circuit an Element Basis vum leschte Joerhonnert geléist goufen. Also Receiver Besëtzer kënnen ugeroden esou Signaler ze kréien iwwerdeems se nach schaffen.
Wéi gewinnt, glécklech Experimenter jiddereen.
Source: will.com