Hoy Habr!
Sa kasalukuyan, walang maraming mga pamantayan sa komunikasyon na, sa isang banda, ay kakaiba at kawili-wili, sa kabilang banda, ang kanilang paglalarawan ay hindi tumatagal ng 500 mga pahina sa format na PDF. Ang isang ganoong signal na madaling i-decode ay ang VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) signal na ginagamit sa air navigation.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Una, isang tanong para sa mga mambabasa: kung paano bumuo ng isang signal upang ang direksyon ay matukoy gamit ang isang omnidirectional receiving antenna? Ang sagot ay nasa ilalim ng hiwa.
Pangkalahatang impormasyon
Sistema (VOR) ay ginagamit para sa air navigation mula noong 50s ng huling siglo, at binubuo ng medyo maikling-range na mga radio beacon (100-200 km), na tumatakbo sa VHF frequency range na 108-117 MHz. Ngayon, sa panahon ng gigahertz, ang pangalan na napakataas na dalas na may kaugnayan sa gayong mga frequency ay nakakatawa at sa kanyang sarili ay nagsasalita ng edad ang pamantayang ito, ngunit sa pamamagitan ng paraan, gumagana pa rin ang mga beacon , tumatakbo sa medium wave range na 400-900 kHz.
Ang paglalagay ng directional antenna sa isang eroplano ay hindi maginhawa sa istruktura, kaya lumitaw ang problema kung paano i-encode ang impormasyon tungkol sa direksyon sa beacon sa signal mismo. Ang prinsipyo ng operasyon "sa mga daliri" ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod. Isipin natin na mayroon tayong ordinaryong beacon na nagpapadala ng makitid na sinag ng berdeng ilaw, ang lampara na umiikot ng 1 oras bawat minuto. Malinaw, isang beses sa isang minuto makakakita tayo ng isang flash ng liwanag, ngunit ang isang flash ay hindi nagdadala ng maraming impormasyon. Magdagdag tayo ng pangalawa sa beacon di-direksyon isang pulang lampara na kumikislap sa sandaling ang lighthouse beam ay "dumadaan" sa direksyon sa hilaga. kasi ang panahon ng mga pagkislap at ang mga coordinate ng beacon ay kilala; sa pamamagitan ng pagkalkula ng pagkaantala sa pagitan ng pula at berdeng mga pagkislap, maaari mong malaman ang azimuth sa hilaga. Simple lang. Ito ay nananatiling gawin ang parehong bagay, ngunit gamit ang radyo. Nalutas ito sa pamamagitan ng pagbabago ng mga yugto. Dalawang signal ang ginagamit para sa paghahatid: ang yugto ng una ay pare-pareho (sanggunian), ang yugto ng pangalawa (variable) ay nagbabago sa isang kumplikadong paraan depende sa direksyon ng radiation - ang bawat anggulo ay may sariling phase shift. Kaya, ang bawat receiver ay makakatanggap ng isang senyas na may "sariling" phase shift nito, na proporsyonal sa azimuth sa beacon. Ang teknolohiyang "spatial modulation" ay isinasagawa gamit ang isang espesyal na antenna (Alford Loop, tingnan ang KDPV) at isang espesyal, medyo nakakalito na modulasyon. Alin talaga ang paksa ng artikulong ito.
Isipin natin na mayroon tayong ordinaryong legacy beacon, na gumagana mula noong 50s, at nagpapadala ng mga signal sa ordinaryong AM modulation sa Morse code. Malamang, noong unang panahon, talagang pinakinggan ng navigator ang mga signal na ito sa mga headphone at minarkahan ang mga direksyon gamit ang ruler at compass sa mapa. Nais naming magdagdag ng mga bagong function sa signal, ngunit sa paraang hindi "masira" ang pagiging tugma sa mga luma. Pamilyar ang paksa, walang bago... Ginawa ito bilang mga sumusunod - isang mababang frequency na 30 Hz tone ang idinagdag sa AM signal, na gumaganap ng function ng isang reference-phase signal, at isang high-frequency na bahagi, na naka-encode ng frequency modulasyon sa dalas na 9.96 KHz, na nagpapadala ng variable na phase signal. Sa pamamagitan ng pagpili ng dalawang signal at paghahambing ng mga phase, nakuha namin ang nais na anggulo mula 0 hanggang 360 degrees, na siyang nais na azimuth. Kasabay nito, ang lahat ng ito ay hindi makagambala sa pakikinig sa beacon "sa karaniwang paraan" at nananatiling tugma sa mga mas lumang AM receiver.
Lumipat tayo mula sa teorya patungo sa pagsasanay. Ilunsad natin ang SDR receiver, piliin ang AM modulation at 12 KHz bandwidth. Ang VOR beacon frequency ay madaling mahanap online. Sa spectrum, ganito ang hitsura ng signal:
Sa kasong ito, ang beacon signal ay ipinapadala sa dalas ng 113.950 MHz. Sa gitna makikita mo ang madaling makikilalang amplitude modulation line at Morse code signals (.- - ... na nangangahulugang AMS, Amsterdam, Schiphol Airport). Sa paligid sa layo na 9.6 KHz mula sa carrier, dalawang peak ang nakikita, na nagpapadala ng pangalawang signal.
I-record natin ang signal sa WAV (hindi MP3 - ang lossy compression ay "papatayin" ang buong istraktura ng signal) at buksan ito sa GNU Radio.
Pagde-decode
Hakbang 1. Buksan natin ang file gamit ang naitalang signal at maglapat ng low-pass na filter dito para makuha ang unang reference signal. Ang GNU Radio graph ay ipinapakita sa figure.
Resulta: mababang frequency signal sa 30 Hz.
Hakbang 2: decode ang variable phase signal. Tulad ng nabanggit sa itaas, ito ay matatagpuan sa dalas ng 9.96 KHz, kailangan nating ilipat ito sa zero frequency at ipakain ito sa FM demodulator.
GNU Radio graph:
Iyon lang, nalutas ang problema. Nakikita namin ang dalawang senyales, ang pagkakaiba sa phase kung saan ay nagpapahiwatig ng anggulo mula sa receiver hanggang sa VOR beacon:
Ang signal ay medyo maingay, at ang karagdagang pag-filter ay maaaring kailanganin upang sa wakas ay makalkula ang pagkakaiba sa bahagi, ngunit umaasa ako na ang prinsipyo ay malinaw. Para sa mga nakalimutan kung paano tinutukoy ang pagkakaiba ng bahagi, isang larawan mula sa :
Sa kabutihang palad, hindi mo kailangang gawin ang lahat ng ito nang manu-mano: mayroon na sa Python, nagde-decode ng mga signal ng VOR mula sa mga WAV file. Actually, naging inspirasyon ko ang pag-aaral niya para pag-aralan ang paksang ito.
Maaaring patakbuhin ng mga interesado ang programa sa console at makuha ang natapos na anggulo sa mga degree mula sa naitala na file:
Ang mga tagahanga ng aviation ay maaaring gumawa ng sarili nilang portable receiver gamit ang RTL-SDR at Raspberry Pi. Sa pamamagitan ng paraan, sa isang "tunay" na eroplano ang tagapagpahiwatig na ito ay mukhang ganito:
Larawan Β©
Konklusyon
Ang ganitong mga senyales "mula sa huling siglo" ay tiyak na kawili-wili para sa pagsusuri. Una, ang mga ito ay medyo simple, modernong DRM o, lalo na, GSM, hindi na posible na mag-decode "sa iyong mga daliri". Bukas sila sa pagtanggap at walang mga susi o cryptography. Pangalawa, marahil sa hinaharap sila ay magiging kasaysayan at mapapalitan ng satellite navigation at mas modernong mga digital system. Pangatlo, ang pag-aaral ng mga naturang pamantayan ay nagbibigay-daan sa iyo na matuto ng mga kawili-wiling teknikal at makasaysayang detalye kung paano nalutas ang mga problema gamit ang iba pang circuitry at base ng elemento noong nakaraang siglo. Kaya ang mga may-ari ng receiver ay maaaring payuhan na makatanggap ng mga naturang signal habang sila ay nagtatrabaho pa.
Gaya ng dati, masayang eksperimento sa lahat.
Pinagmulan: www.habr.com