嘿哈布尔！
目前，没有太多的通信标准，一方面是好奇和有趣，另一方面，它们的描述也不需要500页的PDF格式。 空中导航中使用的 VHF 全向无线电信标 (VOR) 信号就是一种易于解码的信号。
VOR 信标 (c) wikimedia.org
首先向读者提出一个问题：如何生成信号以便使用全向接收天线确定方向？ 答案就在削减之下。
一般信息
系统 VOR（VOR）自上世纪 50 年代以来一直用于空中导航，由相对短距离的无线电信标（100-200 公里）组成，在 108-117 MHz 的 VHF 频率范围内运行。 现在，在千兆赫兹时代，与此类频率相关的“甚高频”这个名称听起来很有趣，而且本身就说明了 年龄 这个标准，但顺便说一句，信标仍然有效 ，工作在中波范围400-900 kHz。
在飞机上放置定向天线在结构上并不方便，因此出现了如何在信号本身中编码有关信标方向的信息的问题。 “在手指上”的操作原理可以解释如下。 让我们想象一下，我们有一个普通的信标，它发出一束窄绿光，其灯每分钟旋转 1 次。 显然，我们每分钟都会看到一次闪光，但这样的闪光并不能携带太多信息。 让我们向信标添加第二个 无方向性 当灯塔光束“穿过”北方方向时，红灯就会闪烁。 因为闪光的周期和信标的坐标是已知的；通过计算红色和绿色闪光之间的延迟，可以找出北方的方位角。 这很简单。 仍然要做同样的事情，但使用无线电。 这是通过改变阶段来解决的。 使用两个信号进行传输：第一个信号的相位是恒定的（参考），第二个信号（变量）的相位根据辐射方向以复杂的方式变化 - 每个角度都有自己的相移。 因此，每个接收器将接收具有其“自己的”相移的信号，该相移与信标的方位角成正比。 “空间调制”技术是使用特殊的天线（Alford Loop，参见 KDPV）和特殊的、相当棘手的调制来实现的。 这实际上是本文的主题。
让我们想象一下，我们有一个普通的传统信标，自 50 年代以来一直在运行，并以莫尔斯电码的普通 AM 调制方式传输信号。 也许，很久以前，导航员实际上是通过耳机收听这些信号，并用尺子和指南针在地图上标记方向。 我们希望向信号添加新功能，但不会“破坏”与旧功能的兼容性。 这个主题很熟悉，没什么新鲜的......它是这样做的 - 低频 30 Hz 音调被添加到 AM 信号中，执行参考相位信号的功能，以及按频率编码的高频分量调制频率为 9.96 KHz，传输可变相位信号。 通过选择两个信号并比较相位，我们获得所需的 0 至 360 度角度，即所需的方位角。 同时，所有这些都不会干扰“以通常的方式”收听信标，并且仍然与较旧的 AM 接收器兼容。
让我们从理论转向实践。 让我们启动 SDR 接收器，选择 AM 调制和 12 KHz 带宽。 VOR 信标频率可以在网上轻松找到。 在频谱上，信号如下所示：
在这种情况下，信标信号以 113.950 MHz 的频率发送。 在中心，您可以看到易于识别的调幅线和莫尔斯电码信号（.- - ...这意味着AMS，阿姆斯特丹，史基浦机场）。 在距离载波约 9.6 KHz 处，可以看到两个峰值，传输第二个信号。
让我们以 WAV 格式（不是 MP3——有损压缩会“杀死”信号的整个结构）记录信号，并在 GNU Radio 中打开它。
解码
步骤1。 让我们打开包含记录信号的文件并对其应用低通滤波器以获得第一个参考信号。 GNU Radio 图如图所示。
结果：30 Hz 的低频信号。
步骤2：解码可变相位信号。 如上所述，它位于 9.96 KHz 的频率，我们需要将其移动到零频率并将其馈送到 FM 解调器。
GNU 无线电图：
就这样，问题解决了。 我们看到两个信号，其相位差表示从接收器到 VOR 信标的角度：
信号噪声很大，可能需要额外的滤波才能最终计算相位差，但我希望原理很清楚。 对于那些忘记了如何确定相位差的人，可以看一张图片 :
幸运的是，您不必手动完成所有这些操作：已经有 在 Python 中，从 WAV 文件中解码 VOR 信号。 事实上，他的研究启发了我研究这个课题。
有兴趣的人可以在控制台中运行该程序，并从已记录的文件中获取最终的角度（以度为单位）：
航空迷甚至可以使用 RTL-SDR 和 Raspberry Pi 制作自己的便携式接收器。 顺便说一句，在“真实”平面上，该指标看起来像这样：
图片©
结论
这些“来自上个世纪”的信号对于分析来说绝对是有趣的。 首先，它们非常简单，现代 DRM，或者特别是 GSM，不再可能“在手指上”解码。 它们是开放接受的，没有密钥或加密技术。 其次，也许在未来它们将成为历史，并被卫星导航和更现代的数字系统所取代。 第三，研究这些标准可以让您了解有趣的技术和历史细节，了解如何使用上世纪的其他电路和元件库解决问题。 因此，建议接收器所有者在仍在工作时接收此类信号。
和往常一样，祝大家实验愉快。
来源： habr.com