Еј Хабр!
Во моментов, нема многу комуникациски стандарди кои, од една страна, се љубопитни и интересни, од друга страна, нивниот опис не зазема 500 страници во PDF формат. Еден таков сигнал кој лесно се декодира е сигналот VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) што се користи во воздушната навигација.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Прво, прашање до читателите: како да се генерира сигнал за да може да се одреди насоката со помош на сенасочна приемна антена? Одговорот е под сечењето.
Општи информации
Систем (VOR) се користи за воздушна навигација уште од 50-тите години на минатиот век и се состои од радио светилници со релативно краток домет (100-200 km), кои работат во фреквентен опсег VHF 108-117 MHz. Сега, во ерата на гигахерци, името многу висока фреквенција во однос на таквите фреквенции звучи смешно и само по себе зборува за возраст овој стандард, но патем, светилниците сè уште работат , кои работат во опсег на средни бранови 400-900 kHz.
Поставувањето насочена антена на авион е структурно незгодно, па се појави проблемот како да се кодираат информации за насоката кон светилникот во самиот сигнал. Принципот на работа „на прстите“ може да се објасни на следниов начин. Да замислиме дека имаме обичен светилник кој испраќа тесен зрак на зелено светло, чија светилка се ротира 1 пат во минута. Очигледно, еднаш во минута ќе видиме блесок на светлина, но еден таков блиц не носи многу информации. Ајде да додадеме втор на светилникот ненасочен црвена светилка која трепка во моментот кога зракот на светилникот го „поминува“ правец кон север. Бидејќи периодот на трепкањата и координатите на светилникот се познати; со пресметување на доцнењето помеѓу црвените и зелените трепкања, можете да го дознаете азимутот на север. Едноставно е. Останува да се направи истото, но со користење на радио. Ова беше решено со промена на фазите. За пренос се користат два сигнала: фазата на првиот е константна (референтна), фазата на втората (променлива) се менува сложено во зависност од насоката на зрачењето - секој агол има свое фазно поместување. Така, секој приемник ќе добие сигнал со свое „сопствено“ фазно поместување, пропорционално на азимутот на светилникот. Технологијата „просторна модулација“ се изведува со помош на специјална антена (Alford Loop, види KDPV) и специјална, прилично незгодна модулација. Што всушност е темата на оваа статија.
Ајде да замислиме дека имаме обичен наследен светилник, кој работи од 50-тите години и пренесува сигнали во обична AM модулација во Морзеова шифра. Веројатно, некогаш одамна, навигаторот всушност ги слушал овие сигнали во слушалки и ги означувал насоките со линијар и компас на картата. Сакаме да додадеме нови функции на сигналот, но на таков начин да не ја „скршиме“ компатибилноста со старите. Темата е позната, ништо ново... Направено е на следниов начин - на AM сигналот е додаден нискофреквентен тон од 30 Hz кој врши функција на референтно-фазен сигнал и високофреквентна компонента, кодирана по фреквенција модулација на фреквенција од 9.96 KHz, пренесувајќи променлив фазен сигнал. Со избирање на два сигнала и споредување на фазите, го добиваме саканиот агол од 0 до 360 степени, што е саканиот азимут. Во исто време, сето ова нема да се меша во слушањето на светилникот „на вообичаен начин“ и останува компатибилно со постарите AM приемници.
Да преминеме од теорија во пракса. Ајде да го стартуваме SDR-приемникот, да избереме AM модулација и пропусен опсег од 12 KHz. Фреквенциите на светилникот VOR лесно може да се најдат на интернет. На спектарот, сигналот изгледа вака:
Во овој случај, сигналот на светилникот се пренесува на фреквенција од 113.950 MHz. Во центарот можете да ја видите лесно препознатливата линија за модулација на амплитудата и сигналите на Морзеовиот код (.- - ... што значи AMS, Амстердам, аеродромот Шипхол). На растојание од 9.6 KHz од носачот, видливи се два врва, кои го пренесуваат вториот сигнал.
Ајде да го снимиме сигналот во WAV (не MP3 - компресијата со загуби ќе ја „убие“ целата структура на сигналот) и да го отвориме во GNU Radio.
Декодирање
Чекор 1. Ајде да ја отвориме датотеката со снимениот сигнал и да примениме нископропусен филтер за да го добиеме првиот референтен сигнал. Графикот на радио GNU е прикажан на сликата.
Резултат: сигнал со ниска фреквенција на 30 Hz.
Чекор 2: дешифрирајте го сигналот за променлива фаза. Како што споменавме погоре, се наоѓа на фреквенција од 9.96 KHz, треба да ја преместиме на нулта фреквенција и да ја нахраниме на демодулаторот FM.
GNU радио графикон:
Тоа е тоа, проблемот е решен. Гледаме два сигнали, чија фазна разлика го означува аголот од приемникот до светилникот VOR:
Сигналот е доста бучен и можеби ќе биде потребно дополнително филтрирање за конечно да се пресмета фазната разлика, но се надевам дека принципот е јасен. За оние кои заборавиле како се одредува фазната разлика, слика од :
За среќа, не мора сето ова да го правите рачно: веќе постои во Python, декодирање VOR сигнали од WAV-датотеки. Всушност, неговата студија ме инспирираше да ја проучувам оваа тема.
Заинтересираните можат да ја стартуваат програмата во конзолата и да го добијат готовиот агол во степени од веќе снимената датотека:
Обожавателите на авијацијата можат дури и да направат свој пренослив приемник користејќи RTL-SDR и Raspberry Pi. Патем, на „вистинска“ рамнина овој индикатор изгледа вака:
Слика ©
Заклучок
Ваквите сигнали „од минатиот век“ се дефинитивно интересни за анализа. Прво, тие се прилично едноставни, модерни DRM или, особено, GSM, веќе не е можно да се декодираат „на прстите“. Тие се отворени за прифаќање и немаат клучеви или криптографија. Второ, можеби во иднина тие ќе станат историја и ќе бидат заменети со сателитска навигација и посовремени дигитални системи. Трето, проучувањето на таквите стандарди ви овозможува да научите интересни технички и историски детали за тоа како се решавале проблемите со користење на други кола и елементи од минатиот век. Така, на сопствениците на приемниците може да им се советува да примаат такви сигнали додека сè уште работат.
Како и обично, среќни експерименти сите.
Извор: www.habr.com