Përshëndetje, Habr!
Aktualisht, nuk ka shumë standarde komunikimi që janë, nga njëra anë, interesante dhe tërheqëse, dhe nga ana tjetër, përshkrimi i tyre nuk merr 500 faqe në formatin PDF. Një prej tyre, që është i thjeshtë për dekodim, është sinjali VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR), i përdorur në aeronautikë.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Për të filluar, një pyetje për lexuesit - si të formohet sinjali në mënyrë që me një antenë pranuese të padrejtuar të ishte e mundur të përcaktohet drejtimi? P përgjigjen poshtë.
Informacion i përgjithshëm
Sistemi (VOR) është përdorur për aeronautikë që nga vitet '50 të shekullit të kaluar, dhe përbëhet nga radarë relativisht me një distancë të vogël (100-200 km), që punojnë në intervalin e frekuencave VHF 108-117 MHz. Tani, në epokën e gigahertz, emri very high frequency për këto frekuenca tingëllon qesharake dhe vetë tregon për moshën e këtij standardi, por për fat të mirë, ende punojnë radarë , që punojnë në intervalin e valeve të mesme 400-900 KHz.
Vendosja e një antene të drejtuar në aeroplan është konstruktivisht e pakëndshme, prandaj ka lindur detyra se si të kodifikohet informacioni për drejtimin në majak brenda sinjalit të vet. Parimi i funksionimit 'në gishta' mund të shpjegohet si më poshtë. Le të paramendojmë se kemi një majak të zakonshëm, që dërgon një rreze të ngushtë dritë të gjelbër, llamba e të cilit rrotullohet një herë në minutë. Është e qartë se një herë në minutë do të shohim një shpërthim dritë, por një shpërthim i tillë nuk merr shumë informacion. Le të shtojmë një majak të dytë të pafuqishme një llampë me ngjyrë të kuqe, e cila shkëndijon në momentin kur rrezeja e përçuesit "kalon" drejtimin verior. Duke qenë se periudha e shkëndijave dhe koordinatat e farës janë të njohura, duke llogaritur vonesën mes shkëndijave të kuqe dhe të gjelbrës, mund të zbulohet azimuti në veri. E thjeshtë. Duhet bërë e njëjta gjë, por me anë të radios. Ky problem u zgjidh duke ndryshuar fazat. Për transmetim, përdoren dy sinjale: faza e parë është e qëndrueshme (reference), faza e dytë (variabël) ndryshon në mënyrë komplekse në varësi të drejtimit të rrezatimit — çdo kënd ka një zhvendosje faze të vetën. Në këtë mënyrë, çdo marrës do të marrë sinjalin me "zhvendosjen" e tij të fazës, proporcionale me azimutin në farë. Teknologjia e "modulimit hapësinor" realizohet me anë të një antene speciale (Alford Loop, shih KDPP) dhe një modulim të veçantë, mjaft të zgjuar. Kjo është pikërisht tema e këtij artikulli.
Të imagjinojmë se kemi një marshe të zakonshëm legacy, i cili funksionon që nga vitet '50, duke dërguar sinjale në modifikimin AM me kodin Morse. Ka gjasa që njëherë, pilotët vërtet e kanë dëgjuar këto sinjale në kufje dhe kanë shënuar drejtimet me një linjë dhe një kompas në hartë. Duam të shtojmë funksione të reja në sinjal, por pa 'prishur' kompatibilitetin me të vjetrat. Tema është e njohur, asgjë nuk është e re... Kjo është arritur në këtë mënyrë — një ton i ulët prej 30 Hz është shtuar në sinjalin AM, i cili shërben si referencë e fazës, dhe një përbërës i lartë, i koduar në modifikim frekuencash me një frekuencë prej 9.96 kHz, dërgon një sinjal të fazës variabile. Duke ndarë dy sinjalet dhe krahasuar fazat, ne marrim këndin e kërkuar nga 0 deri në 360 gradë, i cili është azimuti i nevojshëm. Në të njëjtën kohë, gjithçka nuk e pengon dëgjimin e marsheve në 'mënyrën e zakonshme' dhe mbetet e përshtatshme me recepitorët e vjetër AM.
Të kalojmë nga teoria në praktikë. Të fillojmë receptorin SDR, të zgjedhim modifikimin AM dhe gjatësinë e brezit prej 12 kHz. Frequencat e marsheve VOR mund të gjenden lehtësisht në internet. Në spektër, sinjali duket si më poshtë:
Në këtë rast, sinjali i faros transmetohet në frekuencën 113.950 MHz. Në qendër është një vijë e lehtë e njohur e modulimit të amplitudës dhe sinjalet në Morse (.- — … që do të thotë AMS, Amsterdam, aeroporti Schiphol). Rreth 9.6 kHz nga mbështetja janë dy maja, që transmetojnë sinjalin e dytë.
Le të regjistrojmë sinjalin në WAV (jo MP3 — kompresimi me humbje "vret" të gjithë strukturën e sinjalit) dhe ta hapim atë në GNU Radio.
Dekodimi
Hapi 1. Të hapim skedarin me sinjalin e regjistruar dhe të aplikojmë një filtrin e ulët frekuencë për të marrë sinjalin e parë referencë. Grafiku i GNU Radio është i treguar në figurë.
Rezultati: sinjali i ulët me frekuencë 30 Hz.
Hapi 2: dekodojmë sinjalin variable phase. Siç u tha më sipër, ai ndodhet në frekuencën 9.96 kHz, dhe na duhet ta transferojmë atë në frekuencën zero dhe ta dërgojmë në FM-demodulator.
Grafiku i GNU Radio:
E gjithë puna është zgjidhur. Shohim dy sinjale, ndryshimi i fazave të të cilëve tregon këndin nga reçipienci deri te farë VOR:
Sinjali është mjaft me zhurmë, dhe mund të kërkojë filtrimin e mëtejshëm për llogaritjen përfundimtare të diferencës së fazave, por shpresoj që principi është i qartë. Për ata që harruan se si përcaktohet ndryshimi i fazave, figura nga :
Falemësisht, nuk është e nevojshme të bëhet gjithçka manualisht: tashmë ekziston një në Python, që dekodifikon sinjalet VOR nga skedarët WAV. Në fakt, studimi i tij më frymëzoi të merrem me këtë temë.
Të interesuarit mund të vegzojnë programin në konsolë dhe të marrin një kënd të gatshëm në gradë nga një skedar i regjistruar:
Të apasionuarit pas aviacionit madje mund të krijojnë një marrës portativ nga RTL-SDR dhe Raspberry Pi. Çuditërisht, në një avion "të vërtetë" ky indikator duket rreth kështu:
Image ©
Përfundimi
Sinjalet «nga shekulli i kaluar» janë në të vërtetë interesante për analizë. Së pari, ato janë mjaft të thjeshta, DRM moderne ose madje GSM, nuk mund të dekodohen më lehtësisht. Ato janë të hapura për pranim, nuk kanë çelësa dhe kriptografi. Së dyti, ndoshta në të ardhmen do të shuhen dhe do të zëvendësohen nga navigacioni satelitor dhe sisteme më moderne digjitale. Së treti, studimi i standarteve të tilla lejon të kuptohen detaje interesante teknike dhe historike mbi mënyrën se si janë zgjidhur detyrat me arkitekturën dhe bazën e elementeve të shekullit të kaluar. Prandaj, pronarët e marrësve mund të këshillohen të pranojnë këto sinjale derisa ato të funksionojnë akoma.
Si zakonisht, u uroj të gjithëve eksperimente të suksesshme.
Burimi: habr.com
