Topik menerima dan menganalisis gelombang ultra-panjang sangat menarik, tetapi jarang disebutkan di Habré. Mari kita coba mengisi celah tersebut dan melihat cara kerjanya.
Pemancar VLF di Jepang (c) en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency
VLF
Frekuensi ultra-rendah dianggap frekuensi jangkauan radio dengan frekuensi kurang dari 30 KHz. Ketertarikan pada mereka dari militer muncul sejak lama, ketika menjadi jelas bahwa gelombang radio dengan panjang seperti itu (panjang gelombang hingga 100 km!) Dapat menembus air, dan mereka dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan kapal selam. Sulit untuk mengatakan siapa yang menemukan metode ini, tetapi pada tahun 1943, pemancar Goliath diluncurkan di Jerman , mentransmisikan data ke kapal selam pada frekuensi 15-25 kHz. Setelah perang, pemancar dibongkar, diangkut ke Uni Soviet dan dimulai kembali, dan menurut Wikipedia, pemancar masih berfungsi.
Efisiensi antena tergantung pada panjang gelombang, dan untuk gelombang yang sangat panjang, efisiensi antena juga sangat rendah - pada megawatt, daya radiasi (EIRP) hanya 30-50 kW. Namun, kemungkinan transmisi sinyal terselubung ke kapal selam sangat menarik, sehingga tidak menghentikan siapa pun - sistem seperti itu, tentu saja, masih berfungsi hingga saat ini. Sangat sulit untuk mengirimkan sinyal VLF, tetapi siapa pun dapat menerimanya. Anda bahkan tidak memerlukan penerima radio untuk ini, frekuensi 20-30 KHz cukup terjangkau untuk kartu suara PC biasa. Kita harus mengambil kabel yang lebih panjang, menghubungkannya ke input kartu suara dan membawa laptop ke suatu tempat di hutan atau di lapangan, di mana tidak ada gangguan industri. Meskipun teknologi modern menyediakan cara yang jauh lebih nyaman untuk menerima - secara online menggunakan SDR.Misalnya, Anda bisa melihat panorama receiver Dutch UniversityTwente :
Semua garis vertikal adalah sistem saat ini. Hasilnya luar biasa, spektrum VLF “macet” tak kalah dari siaran malam di pita siaran FM. Mari kita lihat apa yang bisa kita lihat di sini.
Pada frekuensi 12-15 KHz, kami melihat tanda yang terkait dengan sistem navigasi radio Rusia Alpha (nama lengkapnya adalah RSDN-20 - Sistem Teknis Radio Navigasi Jarak Jauh). Menurut Wikipedia, pemancar Alpha beroperasi pada 11,9, 12,6 dan 14,8 kHz, dan sistem memberikan akurasi pemosisian hingga 1,5 km. Namun, tidak ada impuls yang terlihat dalam panorama, mungkin
Penerimaan
Bagaimana sinyal frekuensi ultra-rendah diterima adalah pertanyaan yang tidak kalah menarik. Tetapi untuk alasan yang jelas, praktis tidak ada informasi terperinci tentang peralatan komunikasi dengan kapal selam di sumber terbuka. Ide umumnya dapat dipahami dari gambar:
Propagasi sinyal di atas cakrawala © Majalah Komunikasi IEEE 1981
Seperti yang Anda lihat, kabel panjang digunakan sebagai antena, yang hanya membentang di belakang perahu, atau ditahan pada kedalaman tertentu oleh pelampung khusus. Antena itu sendiri, jelas bukan rahasia, pdf dengan deskripsi cukup mudah ditemukan oleh Google:
Panjang kabel 700 m sangat mengesankan, tetapi untungnya bagi kami, "di darat" semuanya jauh lebih sederhana, dan antena raksasa seperti itu tidak diperlukan, Anda dapat menerima sinyal VLF bahkan di antena portabel MiniWhip terletak di balkon.
Pencatatan dan analisis
Sekarang mari kita lihat struktur sinyal radio yang dipancarkan. Misalnya, saya mengambil sinyal DHO38 acak yang dikirim pada 23,4 kHz dari Jerman. Untuk merekam, kami memilih frekuensi dan modulasi seperti yang ditunjukkan pada gambar, dan klik tombol Rekaman Audio.
File yang dihasilkan dapat dibuka di program Penganalisis Sinyal gratis . Dari gambar tersebut terlihat jelas bahwa sinyalnya menggunakan modulasi frekuensi (FSK):
Mari kita terapkan demodulator FSK, kita mendapatkan urutan bit:
Ngomong-ngomong, tingkat transmisi 200 bit per detik - untuk menonton youtube sudah pasti tidak cukup, tetapi untuk kapal selam di kedalaman 30 m malah begitu dan itu tidak buruk. Dan seperti yang Anda duga, komunikasi VLF bersifat satu arah - awak kapal tidak dapat menjawab dari bawah air.
Mari pertimbangkan sinyal lebih detail. Mari simpan file yang diperoleh setelah decoder FSK di WAV. Tentu saja, kami tidak akan dapat menerima konten transmisi - sinyal kemungkinan besar dienkripsi. Tetapi Anda dapat melihat struktur bitstream dengan "mengembangkannya" menjadi gambar 2D menggunakan Python. Jika data mengandung fragmen yang berulang (misalnya, aliran dibagi menjadi paket dengan panjang tertentu), maka ini akan terlihat jelas pada gambar.
Sumber
from scipy.io import wavfile
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image
_, data = wavfile.read('websdr_recording_2020-11-06T15_00_00Z_23.4kHz_.wav')
print("WAV: %d samples" % data.shape[0])
for iw in range(400, 1024, 2):
print("Saving: {} of {}...".format(iw, 1024))
w, h = iw, 800
image = Image.new('RGB', (w, h))
px, py = 0, 0
for p in range(data.shape[0]):
image.putpixel((px, py), (0, data[p]//16, 0))
px += 1
if px >= w:
px = 0
py += 1
if py >= h:
break
image.save("image-%d.png" % iw)Kami tidak tahu parameter transfer, jadi kami akan membahas semua opsi keluaran. Hasilnya adalah sekumpulan file yang terlihat seperti ini:
Sangat mudah untuk melihat bahwa pada lebar gambar tertentu, beberapa pola mudah ditebak. Bitstream diperbesar:
Yang tertarik bisa bereksperimen sendiri dengan lebar gambarnya, prinsipnya saya harap jelas. Kemiringan garis disebabkan oleh fakta bahwa frekuensi pemancar dan penerima tidak cocok. Tentu saja, untuk mendapatkan bitstream yang lengkap, 20 baris kode jelas tidak cukup, dan menulis demodulator digital dengan PLL jelas di luar cakupan artikel ini. Dan pada umumnya, tidak ada artinya dalam hal ini - sinyal masih dienkripsi, dan bahkan dengan data bit, kami tidak akan melakukan hal lain. Meskipun mereka yang ingin dapat mencoba mencari pola mereka sendiri.
Kesimpulan
Seperti yang Anda lihat, studi tentang sistem komunikasi semacam itu tidak hanya bersifat teknis, tetapi juga kepentingan historis. Dan pada frekuensi ultra rendah masih banyak sinyal yang menarik, termasuk yang berasal dari alam, misalnya resonansi Schumann pada frekuensi 10-20 Hertz.
Sebagai bonus bagi mereka yang telah membaca sejauh ini: mereka yang ingin melihat "langsung" bagaimana transmisi dan penerimaan bekerja pada frekuensi seperti itu dapat mencoba untuk menerima stasiun Jerman Pinneberg , yang menyiarkan laporan cuaca dalam bentuk terbuka pada 147,3 kHz. Anda dapat memecahkan kode sinyal menggunakan program yang berbeda, misalnya MultiPSK. Anda juga dapat mempertimbangkan untuk mendekode menggunakan Python, jika Anda tertarik, tulis di komentar.
Seperti biasa, semoga sukses untuk semuanya.