في الوقت الحالي ، لا يوجد الكثير من معايير الاتصال التي ، من ناحية ، مثيرة للاهتمام ومثيرة للفضول ، من ناحية أخرى ، لا يستغرق وصفها 500 صفحة بتنسيق PDF. واحدة من هذه ، سهلة فك التشفير ، هي إشارة منارة الراديو VHF Omni-Direction (VOR) المستخدمة في الملاحة الجوية.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
أولاً ، سؤال للقراء - كيف يتم إنشاء إشارة بحيث يمكن باستخدام هوائي استقبال متعدد الاتجاهات تحديد الاتجاه؟ الجواب تحت الخفض.
معلومات عامة
و متعددة الاتجاهات نطاق عال جدا تردد وقد استخدم (VOR) نظام الملاحة الجوية منذ 50s من القرن الماضي، ويتكون من منارات قصيرة نسبيا نطاق الراديو (100-200 كم) العاملة في نطاق التردد VHF 108-117 ميغاهيرتز. الآن ، في عصر الجيجاهيرتز ، يبدو الاسم ذو التردد العالي جدًا بالنسبة لمثل هذه الترددات مضحكًا ويتحدث في حد ذاته عن عمر هذا المعيار ، ولكن بالمناسبة ، لا تزال إشارات NDB تعمل في نطاق الموجة المتوسطة من 400-900 كيلو هرتز.
يعد وضع هوائي اتجاهي على الطائرة أمرًا غير مريح بشكل بناء ، لذا نشأت مشكلة كيفية تشفير المعلومات حول الاتجاه إلى المنارة في الإشارة نفسها. يمكن تفسير مبدأ "على الأصابع" على النحو التالي. لنتخيل أن لدينا منارة عادية ترسل شعاعًا ضيقًا من الضوء الأخضر ، يدور المصباح منه مرة واحدة في الدقيقة. من الواضح أننا سنرى وميضًا من الضوء مرة واحدة في الدقيقة ، لكن مثل هذا الفلاش لا يحمل الكثير من المعلومات. دعنا نضيف ثاني غير اتجاهي للمنارةمصباح أحمر يومض عندما "يمر" شعاع المنارة باتجاه الشمال. لان فترة التوهجات وإحداثيات المنارة معروفة ، وحساب التأخير بين الومضات الحمراء والخضراء ، يمكنك إيجاد السمت في الشمال. انه سهل. يبقى أن تفعل الشيء نفسه ، ولكن بمساعدة الراديو. تم حل هذا عن طريق تغيير المراحل. بالنسبة للإرسال ، يتم استخدام إشارتين: المرحلة الأولى ثابتة (مرجعية) ، وتتغير طور المرحلة الثانية (المتغيرة) بطريقة معقدة اعتمادًا على اتجاه الإشعاع - لكل زاوية تحول طور خاص بها. وهكذا ، سيستقبل كل مستقبل إشارة مع إزاحة طور "خاصة به" تتناسب مع سمت المنارة. يتم تنفيذ تقنية "التشكيل المكاني" باستخدام هوائي خاص (Alford Loop ، انظر KDPV) وتعديل خاص ذكي إلى حد ما. وهو ، في الواقع ، موضوع هذا المقال.
دعنا نتخيل أن لدينا منارة قديمة منتظمة تعمل منذ الخمسينيات وتنقل الإشارات في تعديل شفرة AM Morse التقليدي. ربما ، في يوم من الأيام ، استمع الملاح فعليًا إلى هذه الإشارات باستخدام سماعات الرأس وحدد الاتجاهات بمسطرة وبوصلة على الخريطة. نريد إضافة وظائف جديدة للإشارة ، ولكن حتى لا "نقطع" التوافق مع الوظائف القديمة. الموضوع مألوف ، لا شيء جديد ... تم القيام به على النحو التالي - تمت إضافة نغمة بتردد منخفض 30 هرتز إلى إشارة AM ، والتي تعمل كمرحلة مرجعية للإشارة ، ومكون عالي التردد مشفر بواسطة تعديل التردد على تردد 9.96 كيلو هرتز ، والذي ينقل إشارة طور متغير باختيار إشارتين ومقارنة المراحل ، نحصل على الزاوية المرغوبة من 0 إلى 360 درجة ، وهي السمت المرغوب. حيث،كل هذا لن يضر بالاستماع إلى المنارة "بشكل طبيعي" والبقاء متوافقًا مع أجهزة استقبال AM القديمة.
دعنا ننتقل من النظرية إلى التطبيق. لنبدأ جهاز استقبال SDR ، ونختار تعديل AM وعرض النطاق الترددي 12 كيلو هرتز. يمكن العثور على ترددات VOR بسهولة على الشبكة. على الطيف ، تبدو الإشارة كما يلي:
في هذه الحالة ، يتم إرسال إشارة المنارة بتردد 113.950 ميجاهرتز. يوجد في الوسط خط تعديل سعة وإشارات يمكن التعرف عليها بسهولة في شفرة مورس (.- - ... مما يعني AMS ، أمستردام ، مطار شيفول). على مسافة 9.6 كيلو هرتز من الموجة الحاملة ، يمكن رؤية ذرتين ، تنقل الإشارة الثانية.
دعنا نسجل الإشارة في WAV (ليس MP3 - الضغط مع فقد البيانات سوف "يقتل" بنية الإشارة بأكملها) ونفتحها في راديو جنو.
فك
الخطوة 1 . لنفتح الملف بالإشارة المسجلة ونطبق مرشح تمرير منخفض عليه للحصول على الإشارة المرجعية الأولى. يظهر الرسم البياني لراديو جنو في الشكل.
النتيجة: إشارة منخفضة التردد عند 30 هرتز.
الخطوة 2 : فك شفرة إشارة الطور المتغير. كما ذكرنا سابقًا ، فهو يقع على تردد 9.96 كيلو هرتز ، ونحن بحاجة إلى نقله إلى تردد صفري وتزويده بمزيل التشكيل FM.
جنو راديو الرسم البياني:
هذا كل شيء ، تم حل المشكلة. نرى إشارتين ، يشير اختلاف الطور منهما إلى الزاوية من جهاز الاستقبال إلى منارة VOR:
الإشارة صاخبة تمامًا ، وقد تكون هناك حاجة إلى ترشيح إضافي للحساب النهائي لفرق الطور ، ولكن نأمل أن يكون المبدأ واضحًا. بالنسبة لأولئك الذين نسوا كيفية تحديد فرق المرحلة ، صورة من aviation.stackexchange.com:
لحسن الحظ ، ليس عليك القيام بكل هذا يدويًا: هناك مشروع Python جاهز يقوم بفك تشفير إشارات VOR من ملفات WAV. في الواقع ، ألهمتني دراستها لدراسة هذا الموضوع.
يمكن للمهتمين تشغيل البرنامج في وحدة التحكم والحصول على زاوية جاهزة بالدرجات من ملف مسجل بالفعل:
يمكن لعشاق الطيران أن يجعلوا أنفسهم جهاز استقبال محمول من RTL-SDR و Raspberry Pi. بالمناسبة ، على متن طائرة "حقيقية" ، يبدو هذا المؤشر كالتالي:
Image © www.aopa.org
خاتمة
مثل هذه الإشارات "من القرن الماضي" مثيرة للاهتمام بالتأكيد للتحليل. أولاً ، إنها إدارة DRM بسيطة جدًا وحديثة أو حتى GSM ، فلن تتمكن من فك تشفير مثل هذا على أصابعك. إنها مفتوحة لتلقيها ، وليس لديهم مفاتيح ولا تشفير. ثانيًا ، من الممكن أن يصبحوا في المستقبل تاريخًا وسيحل محلهم نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية وأنظمة رقمية أكثر حداثة. ثالثًا ، تسمح لك دراسة هذه المعايير باكتشاف تفاصيل فنية وتاريخية مثيرة للاهتمام حول كيفية حل المشكلات على دوائر مختلفة وقاعدة عناصر في القرن الماضي. لذلك يمكن نصح مالكي أجهزة الاستقبال باستقبال مثل هذه الإشارات أثناء استمرار عملهم.
كالعادة حظا سعيدا للجميع