موضوع استقبال وتحليل الموجات فائقة الطول مثير جدًا للاهتمام ، لكن نادرًا ما يتم ذكره في حبري. دعنا نحاول ملء الفراغ ونرى كيف يعمل.
جهاز إرسال VLF في اليابان (ج) en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency
VLF
تعتبر الترددات المنخفضة للغاية بمثابة ترددات لمدى الراديو بتردد أقل من 30 كيلو هرتز. ظهر الاهتمام بها من قبل الجيش منذ فترة طويلة ، عندما أصبح واضحًا أن موجات الراديو ذات الطول الموجي الطويل (يصل طولها إلى 100 كيلومتر!) يمكن أن تخترق المياه ، ويمكن استخدامها للتواصل مع الغواصات. من الصعب تحديد من اخترع هذه الطريقة ، ولكن بالفعل في عام 1943 ، تم إطلاق جهاز إرسال Goliath في ألمانيا ، ونقل البيانات إلى الغواصات بترددات 15-25 كيلو هرتز. بعد الحرب ، تم تفكيك جهاز الإرسال ونقله إلى الاتحاد السوفيتي وإعادة تشغيله ، ووفقًا لـ Wikipedia ، فإنه لا يزال يعمل.
تعتمد كفاءة أي هوائي على الطول الموجي ، وبالنسبة للموجات الطويلة جدًا ، تكون كفاءة الهوائي منخفضة جدًا أيضًا - عند ميغاوات ، تبلغ القدرة المشعة (EIRP) 30-50 كيلو واط فقط. ومع ذلك ، فإن إمكانية الإرسال السري للإشارات إلى الغواصات جذابة للغاية ، لذا لم يوقف أي شخص - هذه الأنظمة ، بالطبع ، لا تزال تعمل حتى اليوم. من الصعب جدًا إرسال إشارات VLF ، ولكن يمكن لأي شخص استقبالها. لا تحتاج حتى إلى جهاز استقبال راديو لهذا الغرض ، فالترددات من 20 إلى 30 كيلوهرتز يمكن الوصول إليها تمامًا لبطاقة صوت الكمبيوتر العادية. سيتعين علينا أخذ كابل أطول ، وتوصيله بمدخل بطاقة الصوت والذهاب مع كمبيوتر محمول في مكان ما في الغابة أو في الميدان ، حيث لا يوجد تدخل صناعي. على الرغم من أن التقنيات الحديثة توفر طريقة أكثر ملاءمة للاستلام - عبر الإنترنت باستخدام حقوق السحب الخاصة.على سبيل المثال ، يمكنك رؤية بانوراما جهاز استقبال الجامعة الهولنديةتفينتي :
جميع الخطوط العمودية هي أنظمة حالية. والنتيجة مذهلة ، طيف VLF "محشور" بما لا يقل عن البث المسائي على نطاق البث FM. دعونا نرى ما يمكننا رؤيته هنا.
عند الترددات من 12 إلى 15 كيلوهرتز ، نرى علامات متعلقة بنظام الملاحة الراديوي الروسي Alpha (الاسم الكامل هو RSDN-20 - نظام راديو تقني للملاحة طويلة المدى). وفقًا لـ Wikipedia ، تعمل أجهزة إرسال Alpha على 11.9 و 12.6 و 14.8 كيلو هرتز ، ويوفر النظام دقة تحديد المواقع تصل إلى 1.5 كم. ومع ذلك ، لا توجد نبضات مرئية في البانوراما ، ربما
استقبال
كيف يتم استقبال إشارات التردد المنخفض للغاية ليس أقل إثارة للاهتمام. ولكن لأسباب واضحة ، لا يوجد عمليًا معلومات مفصلة حول معدات الاتصال بالغواصات في المصادر المفتوحة. يمكن فهم الفكرة العامة من الصورة:
انتشار الإشارة عبر الأفق © IEEE Communications Magazine 1981
كما ترون ، يتم استخدام سلك طويل كهوائي ، إما يمتد ببساطة خلف القارب أو يتم تثبيته على عمق معين بواسطة عوامة خاصة. من الواضح أن الهوائيات نفسها ليست سرية ، ويمكن بسهولة العثور على ملف pdf مع وصف بواسطة Google:
طول الكابل 700 متر مثير للإعجاب ، ولكن لحسن الحظ بالنسبة لنا ، "على الأرض" كل شيء أبسط بكثير ، ومثل هذه الهوائيات العملاقة غير مطلوبة ، يمكنك استقبال إشارات VLF حتى على هوائي محمول MiniWhip يقع على الشرفة.
التسجيل والتحليل
الآن دعنا نرى هيكل إشارة الراديو المرسلة. على سبيل المثال ، أخذت إشارة DHO38 عشوائية مرسلة عند 23.4 كيلو هرتز من ألمانيا. للتسجيل ، نختار التردد والتعديل كما هو موضح في الشكل ، ونضغط على زر تسجيل الصوت.
يمكن فتح الملف الناتج في برنامج Signals Analyzer المجاني . من الصورة ، من الواضح أن الإشارة تستخدم تعديل التردد (FSK):
دعنا نطبق مزيل تشكيل FSK ، نحصل على سلسلة من البتات:
بالمناسبة ، معدل الإرسال هو 200 بت في الثانية - لمشاهدة youtube ، بالتأكيد ليس كافيًا ، ولكن لغواصة على عمق 30 مترًا حتى مع ذلك وهذا ليس سيئا. وكما قد تتخيل ، فإن اتصال VLF هو اتجاه واحد - لا يمكن لطاقم القارب الإجابة من تحت الماء.
دعنا نفكر في الإشارة بمزيد من التفصيل. دعونا نحفظ الملف الذي تم الحصول عليه بعد فك تشفير FSK في WAV. بالطبع ، لن نتمكن من استقبال محتويات الإرسال - من المرجح أن تكون الإشارة مشفرة. ولكن يمكنك رؤية بنية تدفق البتات عن طريق "توسيعها" إلى صورة ثنائية الأبعاد باستخدام Python. إذا كانت البيانات تحتوي على أي أجزاء متكررة (على سبيل المثال ، يتم تقسيم الدفق إلى حزم بطول معين) ، فسيكون هذا مرئيًا بوضوح على الصورة.
مصدر
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)لا نعرف معلمات النقل ، لذلك سنستعرض جميع خيارات الإخراج. ستكون النتيجة مجموعة من الملفات التي تبدو كالتالي: من
السهل رؤية أنه عند عرض معين للصورة ، يمكن تخمين بعض الأنماط بسهولة. تم تكبير Bitstream:
يمكن للمهتمين تجربة عرض الصورة بمفردهم ، وآمل أن يكون المبدأ واضحًا. يرجع ميل الخطوط إلى حقيقة أن ترددات المرسل والمستقبل غير متطابقة. بالطبع ، للحصول على دفق بتات كامل ، من الواضح أن 20 سطرًا من التعليمات البرمجية ليست كافية ، ومن الواضح أن كتابة مزيل التشكيل الرقمي باستخدام PLL خارج نطاق هذه المقالة. وبشكل عام ، ليس هناك معنى كبير في هذا - لا تزال الإشارة مشفرة ، وحتى مع البيانات بت ، لن نفعل أي شيء آخر. على الرغم من أن أولئك الذين يرغبون في محاولة البحث عن أنماط بأنفسهم.
خاتمة
كما ترى ، فإن دراسة أنظمة الاتصالات هذه ليست تقنية فحسب ، بل هي أيضًا ذات أهمية تاريخية. وفي الترددات فائقة الانخفاض ، لا يزال هناك العديد من الإشارات المثيرة للاهتمام ، بما في ذلك تلك ذات الأصل الطبيعي ، على سبيل المثال ، صدى شومان عند ترددات تتراوح بين 10 و 20 هيرتز.
كمكافأة لأولئك الذين قرأوا حتى الآن: أولئك الذين يرغبون في مشاهدة كيفية عمل الإرسال والاستقبال على مثل هذه الترددات "الحية" يمكنهم محاولة استقبال محطة Pinneberg الألمانية ، التي تبث تقارير الطقس في شكل مفتوح عند 147.3 كيلو هرتز. يمكنك فك شفرة الإشارة باستخدام برامج مختلفة ، على سبيل المثال MultiPSK. يمكنك أيضًا التفكير في فك التشفير باستخدام Python ، إذا أردت ، اكتب التعليقات.
كالعادة حظا سعيدا للجميع