Saat ini belum banyak standar komunikasi yang di satu sisi membuat penasaran dan menarik, di sisi lain deskripsinya tidak mengambil 500 halaman dalam format PDF. Salah satunya, mudah didekode, adalah sinyal VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) yang digunakan dalam navigasi udara.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Pertama, pertanyaan kepada pembaca - bagaimana cara menghasilkan sinyal sehingga menggunakan antena penerima omnidirectional dapat menentukan arah? Jawabannya ada di bawah potongan.
informasi Umum
Sistem Jangkauan Omni-directional (VOR) frekuensi sangat tinggi telah digunakan untuk navigasi penerbangan sejak tahun 50-an abad lalu, dan terdiri dari beacon radio jarak pendek (100-200 km) yang beroperasi dalam rentang frekuensi VHF 108-117 MHz. Sekarang, di zaman gigahertz, nama frekuensi sangat tinggi dalam kaitannya dengan frekuensi semacam itu terdengar lucu dan dengan sendirinya berbicara tentang usia standar ini, tetapi omong-omong, suar NDB masih berfungsi , beroperasi dalam rentang gelombang menengah 400-900 kHz.
Menempatkan antena pengarah pada pesawat terbang secara konstruktif tidak nyaman, sehingga timbul masalah tentang bagaimana menyandikan informasi tentang arah ke suar dalam sinyal itu sendiri. Prinsip "di jari" dapat dijelaskan sebagai berikut. Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki suar biasa yang mengirimkan berkas cahaya hijau sempit, yang lampunya berputar sekali dalam satu menit. Jelas sekali, sekali dalam satu menit kita akan melihat kilatan cahaya, tetapi satu kilatan cahaya semacam itu tidak membawa banyak informasi. Mari tambahkan non-directional kedua ke beaconlampu merah yang berkedip saat berkas mercusuar "melewati" arah utara. Karena periode flare dan koordinat suar diketahui, menghitung penundaan antara kilatan merah dan hijau, Anda dapat menemukan azimuth ke utara. Itu mudah. Itu tetap melakukan hal yang sama, tetapi dengan bantuan radio. Ini diselesaikan dengan mengubah fase. Untuk transmisi, dua sinyal digunakan: fase pertama konstan (referensi), fase kedua (variabel) berubah secara kompleks bergantung pada arah radiasi - setiap sudut memiliki pergeseran fase sendiri-sendiri. Jadi, setiap penerima akan menerima sinyal dengan pergeseran fasa "sendiri" yang sebanding dengan azimuth ke suar. Teknologi "modulasi spasial" dilakukan dengan menggunakan antena khusus (Alford Loop, lihat KDPV) dan modulasi khusus yang agak pintar. Sebenarnya, yang menjadi topik artikel ini.
Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki suar warisan biasa yang telah beroperasi sejak tahun 50-an dan mengirimkan sinyal dalam modulasi kode AM Morse yang biasa. Mungkin, pada suatu waktu, navigator benar-benar mendengarkan sinyal ini dengan headphone dan menandai arah dengan penggaris dan kompas di peta. Kami ingin menambahkan fungsi baru ke sinyal, tetapi agar tidak "merusak" kompatibilitas dengan yang lama. Topiknya sudah familiar, tidak ada yang baru ... Itu dilakukan sebagai berikut - nada frekuensi rendah 30 Hz ditambahkan ke sinyal AM, yang berfungsi sebagai fase referensi sinyal, dan komponen frekuensi tinggi yang dikodekan oleh modulasi frekuensi pada frekuensi 9,96 KHz, yang mentransmisikan sinyal fase variabel. Dengan memilih dua sinyal dan membandingkan fase, kami mendapatkan sudut yang diinginkan dari 0 hingga 360 derajat, yang merupakan azimuth yang diinginkan. Di mana,semua ini tidak ada salahnya untuk mendengarkan suar dengan "cara biasa" dan tetap kompatibel dengan receiver AM yang lama.
Mari beralih dari teori ke praktik. Mari mulai penerima SDR, pilih modulasi AM dan bandwidth 12 KHz. Frekuensi VOR dapat dengan mudah ditemukan di internet. Pada spektrum, sinyalnya terlihat seperti ini:
Dalam hal ini, sinyal beacon ditransmisikan pada frekuensi 113.950 MHz. Di tengahnya ada jalur modulasi amplitudo yang mudah dikenali dan sinyal dalam kode Morse (.- -… yang berarti AMS, Amsterdam, bandara Schiphol). Sekitar pada jarak 9,6 kHz dari pembawa, dua puncak terlihat, memancarkan sinyal kedua.
Mari kita merekam sinyal dalam WAV (bukan MP3 - kompresi lossy akan "mematikan" seluruh struktur sinyal) dan membukanya di GNU Radio.
Decoding
LANGKAH 1 . Mari buka file dengan sinyal yang direkam dan terapkan filter low-pass untuk mendapatkan sinyal referensi pertama. Grafik GNU Radio ditunjukkan pada gambar.
Hasilnya: sinyal frekuensi rendah pada 30 Hz.
Langkah 2 : memecahkan kode sinyal fase variabel. Seperti disebutkan di atas, itu terletak pada frekuensi 9,96 KHz, kita perlu mentransfernya ke frekuensi nol dan memasukkannya ke demodulator FM.
GNU Radio Graph:
Itu saja, masalah terpecahkan. Kami melihat dua sinyal, perbedaan fasa menunjukkan sudut dari penerima ke suar VOR:
Sinyal cukup berisik, dan penyaringan tambahan mungkin diperlukan untuk kalkulasi akhir perbedaan fasa, tetapi prinsipnya mudah-mudahan jelas. Bagi mereka yang lupa bagaimana perbedaan fase ditentukan, gambar dari Aviation.stackexchange.com:
Untungnya, Anda tidak perlu melakukan semua ini secara manual: ada proyek Python yang sudah jadi yang menerjemahkan sinyal VOR dari file WAV. Sebenarnya, mempelajarinya menginspirasi saya untuk mempelajari topik ini.
Mereka yang tertarik dapat menjalankan program di konsol dan mendapatkan sudut siap pakai dalam derajat dari file yang sudah direkam:
Penggemar penerbangan bahkan dapat menjadikan dirinya sendiri sebagai penerima portabel dari RTL-SDR dan Raspberry Pi. Ngomong-ngomong, di pesawat "asli", indikator ini terlihat seperti ini:
Gambar © www.aopa.org
Kesimpulan
Sinyal seperti itu "dari abad terakhir" pasti menarik untuk dianalisis. Pertama, mereka cukup sederhana, DRM modern, atau bahkan lebih dari GSM, Anda tidak akan dapat memecahkan kode seperti ini dengan jari Anda. Mereka terbuka untuk menerima, mereka tidak memiliki kunci dan tidak ada kriptografi. Kedua, ada kemungkinan di masa depan akan menjadi sejarah dan akan digantikan oleh navigasi satelit dan sistem digital yang lebih modern. Ketiga, studi tentang standar semacam itu memungkinkan Anda untuk mengetahui detail teknis dan historis yang menarik tentang bagaimana masalah diselesaikan di sirkuit dan basis elemen yang berbeda pada abad terakhir. Jadi, pemilik penerima dapat disarankan untuk menerima sinyal seperti itu saat mereka masih bekerja.
Seperti biasa, semoga sukses untuk semuanya.