Përshëndetje, Habr!
Aktualisht, nuk ka shumë standarte komunikimi që, nga njëra anë, janë shumë interesante dhe tërheqëse, dhe nga ana tjetër, përshkrimi i tyre nuk zë 500 faqe në format PDF. Një nga këto, që është e lehtë për t'u dekoduar, është sinjali VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR), i cili përdoret në aeronavigacion.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Fillimisht, një pyetje për lexuesit — si mund të formohet sinjali në mënyrë që me një antenë pranuese të paqartë të jetë e mundur të përcaktohet drejtimi? Përgjigja më poshtë.
Informacion i përgjithshëm
Sistemi (VOR) është përdorur për aeronavigacion që nga vitet '50 të shekullit të kaluar dhe përbëhet nga radio-majakë me distancë relativisht të vogël (100-200 km), që funksionojnë në gamën e frekuencave VHF 108-117 MHz. Tani, në epokën e gigaherëve, emri gama shumë e lartë për këto frekuenca tingëllon qesharake dhe vetë thotë për moshën të këtij standardi, por për këndvështrimin, ende punojnë majakët , që funksionojnë në gamën e valëve të mesme 400-900 kHz.
Vendosja e një antene drejtuese në aeroplan është ndërtimisht e pakëndshme, kështu që lindi nevoja për ta koduar informacionin mbi drejtimin në vetë sinjalin e majakut. Principi i funksionimit “me gishta” mund të shpjegohet kështu. Imagjinoni se kemi një majak të zakonshëm, që dërgon një rreze të ngushtë dritë të gjelbër, lampë e cila rrotullohet një herë në minutë. Është e qartë se një herë në minuta ne do të shohim një shpërthim drite, por një shpërthim i tillë nuk ka shumë informacion. Le të shtojmë një të dytë pa drejtim një dritë në ngjyrë të kuqe, që shpërthen në momentin kur rrezeja e flamurit "kalon" drejtimin në veri. Duke qenë se periudha e shpërthimeve dhe koordinatat e flamurit janë të njohura, duke llogaritur vonesën mes shpërthimeve të kuqe dhe të gjelbra, mund të zbulojmë azimutin në veri. E gjitha është e thjeshtë. Mbetej të bëhet e njëjta gjë, por me ndihmën e radios. Kjo u zgjidh me anë të ndryshimit të fazave. Për transmetim përdoren dy sinjale: faza e parë është e qëndrueshme (reference), faza e dytë (variable) ndryshon në mënyrë komplekse në varësi të drejtimit të shpërndarjes — çdo kënd korrespondon me një zhvendosje të vetme të fazës. Kështu, çdo pranues do të marrë një sinjal me "zhvendosjen" e tij të fazës, proporcionale me azimutin e flamurit. Teknologjia e "modulimit hapësinor" realizohet me anë të një antene speciale (Alford Loop, shiko KDPV) dhe një modulimi të veçantë, mjaft të mençur. Kjo, në fakt, është tema e këtij artikulli.
Imagjinoni se kemi një flamur legjendar, që punon që nga vitet 50, dhe transmeton sinjale në modulimin AM të zakonshëm duke përdorur alfabetsin Morse. Ka disa kohë, ndoshta, pilotët në të vërtetë i dëgjonin këto sinjale me kufje dhe shënonin drejtimet me një linjë dhe kompas në hartë. Ne duam të shtojmë funksione të reja në sinjal, por në një mënyrë që "të mos prishim" kompatibilitetin me të vjetrat. Tema është e njohur, asgjë nuk është e re... Kjo u realizua kështu — në sinjalin AM u shtua një ton i ulët 30 Hz, i cili kryen funksionin e sinjalit reference-phase, dhe një komponentë me frekuencë të lartë, e koduar me modulim frekuence në 9.96 kHz, e cila transmeton sinjalin variable phase. Duke ndarë dy sinjale dhe duke krahasuar fazat, ne marrim këndin e dëshiruar nga 0 deri në 360 gradë, i cili është azimuti i nevojshëm. Në të njëjtën kohë, e gjithë kjo nuk do ta pengojë dëgjimin e flamurit "në mënyrë të zakonshme" dhe mbetet e kompatibilshme me pranuesit e vjetër AM.
Të kalojmë nga teoria në praktikë. Të nisim pranuesin SDR, zgjedhim modulimin AM dhe gjerësinë e brezit 12 kHz. Frekuencat e flamurëve VOR mund të gjenden lehtësisht në rrjet. Në spektrin, sinjali duket si më poshtë:
Në këtë rast, sinjali i flamurit transmetohet në frekuencën 113.950 MHz. Në qendër shikohet një linjë e njohshme e modulimit të amplitudës dhe sinjale të koduara me alfabetsin Morse (.- — … që do të thotë AMS, Amsterdami, aeroporti Schiphol). Rreth 9.6 kHz larg nga mbartësi shihen dy maja, që transmetojnë sinjalin e dytë.
Të regjistroni sinjalin në WAV (jo MP3 — kompresimi me humbje do të "vrasë" të gjithë strukturën e sinjalit) dhe ta hapni atë në GNU Radio.
Dekodimi
Hapi 1. Të hapim skedarin me sinjalin e regjistruar dhe t'i aplikojmë një filtrit të ulët, për të marrë sinjalin e parë reference. Grafikja e GNU Radio është e ilustruar në figurë.
Rezultati: sinjal i ulët me frekuencë 30 Hz.
Hapi 2: dekodojmë sinjalin variable phase. Siç u tha më sipër, ai ndodhet në frekuencën 9.96 kHz, na nevojitet ta kurojmë atë në frekuencën zero dhe ta dërgojmë në FM-demodulator.
Grafiku i GNU Radio:
E gjithë kjo, problemi është zgjidhur. Ne shohim dy sinjale, ndryshimi i fazave të cilëve tregon këndin nga prijësi deri te VOR-majaka:
Sinjali është mjaft i zhurmshëm, dhe për llogaritjen përfundimtare të ndryshimit të fazës mund të nevojitet filtrimi shtesë, por shpresoj se principi është i qartë. Për ata që kanë harruar si përcaktohet ndryshimi i fazës, kjo është një imazh nga :
Fatmirësisht, të gjitha këto nuk është e nevojshme t'i bësh manualisht: ekziston tashmë një në Python, i cili dekodon sinjalet VOR nga skedarët WAV. Në fakt, studimi i tij më frymëzoi për të hetuar këtë temë.
Ata që dëshirojnë mund ta ekzekutojnë programin në konsol dhe të marrin këndin e gatshëm në gradë nga një skedar i regjistruar tashmë:
Të apasionuarit pas aviacionit madje mund të bëjnë një pranues portativ nga RTL-SDR dhe Raspberry Pi. Për ironi, në një aeroplan "të vërtetë" ky tregues duket më shumë kështu:
Image ©
Përfundim
Sinjalet e këtij lloji "nga shekulli i kaluar" janë padyshim të interesuara për analizë. Së pari, ato janë mjaft të thjeshta, DRM moderne ose akoma më shumë GSM, nuk do të mund të dekodohen kështu "me gishta". Ato janë të hapura për mbulim, nuk kanë çelësa dhe kriptografi. Së dyti, ndoshta, në të ardhmen ato do të kalojnë në histori dhe do të zëvendësohen nga navigimi satelitor dhe sisteme më moderne dixhitale. Së treti, studimi i standartëve të tillë lejon të dihen detaje interesante teknike dhe historike se si u zgjidhën detyrat me arkitekturë dhe baza përbërëse të shekulli të kaluar. Kështu, pronarëve të pranuesve mund t'u rekomandohet të pranojnë këto sinjale, derisa ato të funksionojnë ende.
Si zakonisht, uroj eksperimente të suksesshme për të gjithë.
Burimi: habr.com
