Hai Habr!
Pada masa ini, tidak banyak piawaian komunikasi yang, di satu pihak, ingin tahu dan menarik, sebaliknya, penerangan mereka tidak mengambil 500 halaman dalam format PDF. Satu isyarat sedemikian yang mudah untuk dinyahkod ialah isyarat Radio Beacon (VOR) Omni-directional VHF yang digunakan dalam navigasi udara.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Pertama, soalan untuk pembaca: bagaimana untuk menjana isyarat supaya arah boleh ditentukan menggunakan antena penerima omnidirectional? Jawapannya adalah di bawah keratan.
Maklumat am
Sistem (VOR) telah digunakan untuk navigasi udara sejak 50-an abad yang lalu, dan terdiri daripada suar radio jarak pendek (100-200 km), beroperasi dalam julat frekuensi VHF 108-117 MHz. Sekarang, dalam era gigahertz, nama frekuensi yang sangat tinggi berhubung dengan frekuensi sedemikian kedengaran lucu dan dengan sendirinya bercakap tentang umur standard ini, tetapi dengan cara ini, suar masih berfungsi , beroperasi dalam julat gelombang sederhana 400-900 kHz.
Meletakkan antena arah pada kapal terbang adalah menyusahkan dari segi struktur, jadi masalah timbul tentang cara mengekod maklumat tentang arah ke suar dalam isyarat itu sendiri. Prinsip operasi "pada jari" boleh dijelaskan seperti berikut. Bayangkan kita mempunyai suar biasa yang memancarkan pancaran cahaya hijau yang sempit, yang lampunya berputar 1 kali seminit. Jelas sekali, sekali seminit kita akan melihat kilatan cahaya, tetapi satu denyar tersebut tidak membawa banyak maklumat. Mari tambahkan yang kedua pada suar tidak berarah lampu merah yang berkelip pada saat pancaran rumah api "melepasi" arah ke utara. Kerana tempoh kilatan dan koordinat suar diketahui; dengan mengira kelewatan antara kilat merah dan hijau, anda boleh mengetahui azimut ke utara. Mudah sahaja. Ia tetap melakukan perkara yang sama, tetapi menggunakan radio. Ini telah diselesaikan dengan menukar fasa. Dua isyarat digunakan untuk penghantaran: fasa pertama adalah malar (rujukan), fasa kedua (pembolehubah) berubah dengan cara yang kompleks bergantung pada arah sinaran - setiap sudut mempunyai anjakan fasa sendiri. Oleh itu, setiap penerima akan menerima isyarat dengan anjakan fasa "sendiri", berkadar dengan azimut kepada suar. Teknologi "modulasi ruang" dijalankan menggunakan antena khas (Alford Loop, lihat KDPV) dan modulasi khas yang agak rumit. Yang sebenarnya topik artikel ini.
Mari kita bayangkan bahawa kita mempunyai suar warisan biasa, beroperasi sejak tahun 50-an, dan menghantar isyarat dalam modulasi AM biasa dalam kod Morse. Mungkin, suatu ketika dahulu, pelayar benar-benar mendengar isyarat ini dalam fon kepala dan menandakan arah dengan pembaris dan kompas pada peta. Kami ingin menambah fungsi baharu pada isyarat, tetapi dengan cara yang tidak "memecahkan" keserasian dengan yang lama. Topik itu biasa, tiada yang baharu... Ia dilakukan seperti berikut - nada 30 Hz frekuensi rendah telah ditambahkan pada isyarat AM, melaksanakan fungsi isyarat fasa rujukan dan komponen frekuensi tinggi, dikodkan mengikut frekuensi modulasi pada frekuensi 9.96 KHz, menghantar isyarat fasa berubah-ubah. Dengan memilih dua isyarat dan membandingkan fasa, kami memperoleh sudut yang dikehendaki dari 0 hingga 360 darjah, iaitu azimut yang dikehendaki. Pada masa yang sama, semua ini tidak akan mengganggu mendengar suar "dengan cara biasa" dan kekal serasi dengan penerima AM yang lebih lama.
Mari kita beralih dari teori kepada amalan. Mari lancarkan penerima SDR, pilih modulasi AM dan lebar jalur 12 KHz. Frekuensi suar VOR boleh didapati dengan mudah dalam talian. Pada spektrum, isyarat kelihatan seperti ini:
Dalam kes ini, isyarat suar dihantar pada frekuensi 113.950 MHz. Di bahagian tengah anda boleh melihat garis modulasi amplitud yang mudah dikenali dan isyarat kod Morse (.- - ... yang bermaksud AMS, Amsterdam, Lapangan Terbang Schiphol). Sekitar pada jarak 9.6 KHz dari pembawa, dua puncak kelihatan, memancarkan isyarat kedua.
Mari rakam isyarat dalam WAV (bukan MP3 - mampatan lossy akan "mematikan" keseluruhan struktur isyarat) dan membukanya dalam Radio GNU.
Penyahkodan
Langkah 1. Mari buka fail dengan isyarat yang dirakam dan gunakan penapis laluan rendah padanya untuk mendapatkan isyarat rujukan pertama. Graf Radio GNU ditunjukkan dalam rajah.
Keputusan: isyarat frekuensi rendah pada 30 Hz.
Langkah 2: menyahkod isyarat fasa berubah. Seperti yang dinyatakan di atas, ia terletak pada frekuensi 9.96 KHz, kita perlu mengalihkannya ke frekuensi sifar dan menyuapnya kepada penyahmodulasi FM.
Graf Radio GNU:
Itu sahaja, masalah selesai. Kami melihat dua isyarat, perbezaan fasa yang menunjukkan sudut dari penerima ke suar VOR:
Isyaratnya agak bising, dan penapisan tambahan mungkin diperlukan untuk akhirnya mengira perbezaan fasa, tetapi saya harap prinsipnya jelas. Bagi mereka yang terlupa bagaimana perbezaan fasa ditentukan, gambar dari :
Nasib baik, anda tidak perlu melakukan semua ini secara manual: sudah ada dalam Python, menyahkod isyarat VOR daripada fail WAV. Sebenarnya kajian beliau memberi inspirasi kepada saya untuk mengkaji topik ini.
Mereka yang berminat boleh menjalankan program dalam konsol dan mendapatkan sudut siap dalam darjah dari fail yang telah direkodkan:
Peminat penerbangan juga boleh membuat penerima mudah alih mereka sendiri menggunakan RTL-SDR dan Raspberry Pi. Dengan cara ini, pada satah "sebenar" penunjuk ini kelihatan seperti ini:
Imej Β©
Kesimpulan
Isyarat sedemikian "dari abad yang lalu" pastinya menarik untuk dianalisis. Pertama, ia agak mudah, DRM moden atau, terutamanya, GSM, tidak lagi boleh menyahkod "pada jari anda". Mereka terbuka kepada penerimaan dan tidak mempunyai kunci atau kriptografi. Kedua, mungkin pada masa hadapan mereka akan menjadi sejarah dan digantikan dengan navigasi satelit dan sistem digital yang lebih moden. Ketiga, mengkaji piawaian tersebut membolehkan anda mempelajari butiran teknikal dan sejarah yang menarik tentang cara masalah diselesaikan menggunakan litar dan asas elemen lain pada abad yang lalu. Jadi pemilik penerima boleh dinasihatkan untuk menerima isyarat sedemikian semasa mereka masih bekerja.
Seperti biasa, selamat mencuba semua.
Sumber: www.habr.com