Actuellement, il n'y a pas tellement de standards de communication qui, d'une part, sont curieux et intéressants, d'autre part, leur description ne prend pas 500 pages au format PDF. L'un d'entre eux, facile à décoder, est le signal VHF Omni-directional Radio Beacon (VOR) utilisé dans la navigation aérienne.
VOR Beacon (c) wikimedia.org
Tout d'abord, une question aux lecteurs - comment générer un signal afin que l'utilisation d'une antenne de réception omnidirectionnelle puisse déterminer la direction? La réponse est sous la coupe.
informations générales
Le système de portée omnidirectionnelle à très haute fréquence (VOR) est utilisé pour la navigation aérienne depuis les années 50 du siècle dernier et consiste en des radiobalises à portée relativement courte (100-200 km) fonctionnant dans la gamme de fréquences VHF 108-117 MHz. Maintenant, à l'époque du gigahertz, le nom de très haute fréquence par rapport à de telles fréquences semble drôle et parle en soi de l' âge de cette norme, mais au fait, les balises NDB fonctionnent toujours , fonctionnant dans la gamme d'ondes moyennes de 400-900 KHz.
Placer une antenne directionnelle sur un aéronef n'est pas pratique du point de vue constructif, de sorte que le problème s'est posé de savoir comment coder des informations sur la direction de la balise dans le signal lui-même. Le principe de "sur les doigts" peut être expliqué comme suit. Imaginons que nous ayons une balise ordinaire qui envoie un faisceau étroit de lumière verte, dont la lampe tourne une fois par minute. Évidemment, une fois par minute, nous verrons un flash de lumière, mais un de ces flashs ne contient pas beaucoup d'informations. Ajoutons une seconde non directionnelle à la baliseune lampe rouge qui clignote lorsque le faisceau du phare "passe" la direction nord. Parce que la période des fusées éclairantes et les coordonnées de la balise sont connues, en calculant le délai entre les flashs rouge et vert, vous pouvez trouver l'azimut au nord. C'est simple. Il reste à faire de même, mais avec l'aide de la radio. Cela a été résolu en changeant les phases. Deux signaux sont utilisés pour la transmission: la phase du premier est constante (référence), la phase du second (variable) change de manière complexe en fonction de la direction du rayonnement - chaque angle a son propre déphasage. Ainsi, chaque récepteur recevra un signal avec son "propre" déphasage proportionnel à l'azimut de la balise. La technologie de la «modulation spatiale» est réalisée à l'aide d'une antenne spéciale (Alford Loop, voir KDPV) et d'une modulation spéciale, plutôt intelligente. Ce qui, en fait, est le sujet de cet article.
Imaginons que nous ayons une balise traditionnelle qui fonctionne depuis les années 50 et transmet des signaux dans la modulation habituelle du code AM Morse. Probablement, il était une fois, le navigateur écoutait ces signaux avec des écouteurs et marquait les directions avec une règle et des boussoles sur la carte. Nous voulons ajouter de nouvelles fonctions au signal, mais pour ne pas «casser» la compatibilité avec les anciennes. Le sujet est familier, rien de nouveau ... Cela a été fait comme suit - une tonalité basse fréquence 30 Hz a été ajoutée au signal AM, qui sert de phase de référence du signal, et une composante haute fréquence codée par modulation de fréquence à une fréquence de 9,96 KHz, qui transmet un signal de phase variable. En sélectionnant deux signaux et en comparant les phases, nous obtenons l'angle souhaité de 0 à 360 degrés, qui est l'azimut souhaité. Où,tout cela ne fera pas de mal d'écouter la balise "normalement" et restera compatible avec les anciens récepteurs AM.
Passons de la théorie à la pratique. Commençons par le récepteur SDR, choisissez la modulation AM et la bande passante de 12 KHz. Les fréquences VOR peuvent être facilement trouvées sur le net. Sur le spectre, le signal ressemble à ceci:
Dans ce cas, le signal de la balise est transmis à une fréquence de 113,950 MHz. Au centre il y a une ligne de modulation d'amplitude facilement reconnaissable et des signaux en code Morse (.- -… qui signifie AMS, Amsterdam, Schiphol aéroport). Autour à une distance de 9,6 kHz de la porteuse, deux pics sont visibles, transmettant le deuxième signal.
Enregistrons le signal en WAV (pas en MP3 - la compression avec perte "tuera" toute la structure du signal) et l'ouvrons dans GNU Radio.
Décodage
Étape 1 . Ouvrons le fichier avec le signal enregistré et appliquons-lui un filtre passe-bas pour obtenir le premier signal de référence. Le graphe GNU Radio est illustré dans la figure.
Résultat: un signal basse fréquence à 30 Hz.
Étape 2 : décodez le signal de phase variable. Comme mentionné ci-dessus, il est situé à une fréquence de 9,96 KHz, nous devons le transférer à la fréquence zéro et le transmettre au démodulateur FM.
GNU Radio Graph:
Voilà, problème résolu. Nous voyons deux signaux dont la différence de phase indique l'angle entre le récepteur et le VOR:
le signal est assez bruyant et un filtrage supplémentaire peut être nécessaire pour le calcul final de la différence de phase, mais le principe est, espérons-le, clair. Pour ceux qui ont oublié comment la différence de phase est déterminée, une photo de aviation.stackexchange.com:
Heureusement, vous n'avez pas à faire tout cela manuellement: il existe un projet Python prêt à l'emploi qui décode les signaux VOR à partir de fichiers WAV. En fait, l'étudier m'a inspiré à étudier ce sujet.
Les personnes intéressées peuvent exécuter le programme dans la console et obtenir un angle prêt à l'emploi en degrés à partir d'un fichier déjà enregistré: les
fans d'aviation peuvent même se fabriquer un récepteur portable à partir de RTL-SDR et Raspberry Pi. D'ailleurs, sur un "vrai" avion, cet indicateur ressemble à ceci:
Image © www.aopa.org
Conclusion
De tels signaux "du siècle dernier" sont certainement intéressants pour l'analyse. Premièrement, ce sont des DRM assez simples, modernes, ou encore plus GSM, vous ne pourrez pas décoder comme ça sur vos doigts. Ils sont ouverts à la réception, ils n'ont pas de clés et pas de cryptographie. Deuxièmement, il est possible qu’à l’avenir, ils deviennent de l’histoire et soient remplacés par la navigation par satellite et des systèmes numériques plus modernes. Troisièmement, l'étude de ces normes vous permet de découvrir des détails techniques et historiques intéressants sur la façon dont les problèmes ont été résolus sur un circuit et une base d'éléments différents du siècle dernier. Ainsi, les propriétaires de récepteurs peuvent être invités à recevoir ces signaux pendant qu'ils fonctionnent encore.
Comme d'habitude, bonne chance à tous.