Хеј Хабр!
Тренутно нема много комуникационих стандарда који су, с једне стране, радознали и занимљиви, а са друге стране њихов опис не заузима 500 страница у ПДФ формату. Један такав сигнал који је лако декодирати је ВХФ вишесмерни радио фар (ВОР) сигнал који се користи у ваздушној навигацији.
ВОР Беацон (ц) викимедиа.орг
Прво, питање за читаоце: како генерисати сигнал тако да се правац може одредити помоћу омнидирекционе пријемне антене? Одговор је испод реза.
Опште информације
Систем (ВОР) се користи за ваздушну навигацију од 50-их година прошлог века, а састоји се од радио фарова релативно кратког домета (100-200 км), који раде у ВХФ фреквенцијском опсегу 108-117 МХз. Сада, у ери гигахерца, назив веома висока фреквенција у односу на такве фреквенције звучи смешно и сам по себи говори о старости овај стандард, али успут, светионици и даље раде , који раде у средњем таласном опсегу 400-900 кХз.
Постављање усмерене антене на авион је конструктивно незгодно, па је настао проблем како кодирати информацију о правцу ка фару у самом сигналу. Принцип рада "на прстима" може се објаснити на следећи начин. Замислимо да имамо обичан светионик који шаље уски сноп зелене светлости, чија се лампа окреће 1 пут у минути. Очигледно, једном у минуту ћемо видети блесак светлости, али један такав блиц не носи много информација. Хајде да додамо други светионику неусмерени црвена лампа која трепери у тренутку када сноп светионика „прође” смер ка северу. Јер познати су период трептаја и координате фара; израчунавањем кашњења између црвеног и зеленог трептаја, можете сазнати азимут према северу. То је једноставно. Остаје да урадимо исту ствар, али користећи радио. Ово је решено променом фаза. За пренос се користе два сигнала: фаза првог је константна (референтна), фаза другог (променљива) се мења на сложен начин у зависности од правца зрачења – сваки угао има свој фазни помак. Дакле, сваки пријемник ће примити сигнал са својим „сопственим“ фазним помаком, пропорционалним азимуту према фару. Технологија „просторне модулације“ се изводи помоћу посебне антене (Алфорд Лооп, види КДПВ) и посебне, прилично лукаве модулације. Што је заправо тема овог чланка.
Замислимо да имамо обичан застарели светионик, који ради од 50-их година и емитује сигнале у обичној АМ модулацији у Морзеовом коду. Вероватно је некада давно навигатор заправо слушао ове сигнале у слушалицама и лењиром и компасом означавао правце на мапи. Желимо да сигналу додамо нове функције, али на начин да не „нарушимо“ компатибилност са старим. Тема је позната, ништа ново... Урађено је на следећи начин - АМ сигналу је додат нискофреквентни тон од 30 Хз који обавља функцију сигнала референтне фазе и високофреквентна компонента, кодирана фреквенцијом. модулација на фреквенцији од 9.96 КХз, преносећи променљиви фазни сигнал. Избором два сигнала и поређењем фаза добијамо жељени угао од 0 до 360 степени, што је жељени азимут. У исто време, све ово неће ометати слушање светионика „на уобичајен начин“ и остаје компатибилно са старијим АМ пријемницима.
Пређимо са теорије на праксу. Покренимо СДР пријемник, изаберемо АМ модулацију и пропусни опсег од 12 КХз. ВОР фреквенције фарова се лако могу пронаћи на мрежи. На спектру, сигнал изгледа овако:
У овом случају, сигнал беацон-а се преноси на фреквенцији од 113.950 МХз. У центру можете видети лако препознатљиву линију амплитудске модулације и сигнале Морзеове азбуке (.- - ... што значи АМС, Амстердам, аеродром Шипхол). Отприлике, на удаљености од 9.6 КХз од носиоца, видљива су два врха који емитују други сигнал.
Хајде да снимимо сигнал у ВАВ (не МП3 - компресија са губицима ће „убити“ целу структуру сигнала) и отворимо га у ГНУ радију.
Декодирање
Корак КСНУМКС. Хајде да отворимо датотеку са снимљеним сигналом и применимо нископропусни филтер на њега да добијемо први референтни сигнал. ГНУ Радио график је приказан на слици.
Резултат: сигнал ниске фреквенције на 30 Хз.
Корак КСНУМКС: декодирање сигнала променљиве фазе. Као што је горе поменуто, налази се на фреквенцији од 9.96 КХз, потребно је да га померимо на нулту фреквенцију и убацимо у ФМ демодулатор.
ГНУ радио график:
То је то, проблем решен. Видимо два сигнала, чија фазна разлика указује на угао од пријемника до ВОР светионика:
Сигнал је прилично бучан и можда ће бити потребно додатно филтрирање да би се коначно израчунала фазна разлика, али надам се да је принцип јасан. За оне који су заборавили како се одређује фазна разлика, слика из :
На срећу, не морате све ово да радите ручно: већ постоји у Питхон-у, декодирање ВОР сигнала из ВАВ датотека. Заправо, његова студија ме је инспирисала да проучавам ову тему.
Заинтересовани могу покренути програм у конзоли и добити готов угао у степенима из већ снимљене датотеке:
Љубитељи авијације могу чак и да направе сопствени преносиви пријемник користећи РТЛ-СДР и Распберри Пи. Иначе, на „правом“ авиону овај индикатор изгледа отприлике овако:
Слика ©
Закључак
Овакви сигнали „из прошлог века” су свакако занимљиви за анализу. Прво, они су прилично једноставни, модерни ДРМ или, посебно, ГСМ, више није могуће декодирати „на прсте“. Отворени су за прихватање и немају кључеве или криптографију. Друго, можда ће у будућности они постати историја и бити замењени сателитском навигацијом и модернијим дигиталним системима. Треће, проучавање оваквих стандарда омогућава вам да научите занимљиве техничке и историјске детаље о томе како су проблеми решени коришћењем других кола и елемената из прошлог века. Тако да се власницима пријемника може саветовати да примају такве сигнале док још раде.
Као и обично, срећни експерименти свима.
Извор: ввв.хабр.цом