Le sujet de la réception et de l'analyse des ondes ultra-longues est très intéressant, mais il est rarement évoqué sur Habré. Essayons de combler le vide et voyons comment cela fonctionne.
Émetteur VLF au Japon (c) en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency
VLF
Les fréquences ultra-basses sont considérées comme des fréquences de la gamme radio avec une fréquence inférieure à 30 KHz. L'intérêt pour eux de la part des militaires est apparu il y a longtemps, lorsqu'il est devenu clair que les ondes radio d'une si longue longueur d'onde (longueur d'onde jusqu'à 100 km!) Peuvent pénétrer dans l'eau et peuvent être utilisées pour communiquer avec les sous-marins. Il est difficile de dire qui a inventé cette méthode, mais déjà en 1943, l'émetteur Goliath a été lancé en Allemagne , transmettant des données aux sous-marins à des fréquences de 15-25 kHz. Après la guerre, l'émetteur a été démonté, transporté en URSS et redémarré, et selon Wikipedia, il fonctionne toujours.
L'efficacité de toute antenne dépend de la longueur d'onde, et pour les ondes très longues, l'efficacité de l'antenne est également ultra-faible - à mégawatts, la puissance rayonnée (PIRE) n'est que de 30 à 50 kW. Cependant, la possibilité d'une transmission secrète de signaux aux sous-marins est très attrayante, elle n'a donc arrêté personne - de tels systèmes, bien sûr, fonctionnent maintenant. Il est très difficile de transmettre des signaux VLF, mais n'importe qui peut les recevoir. Vous n'avez même pas besoin d'un récepteur radio pour cela, des fréquences de 20-30 KHz sont tout à fait disponibles pour une carte son PC ordinaire. Nous devrons prendre un câble plus long, le connecter à l'entrée de la carte son et aller avec un ordinateur portable quelque part dans la forêt ou dans un champ où il n'y a pas d'interférence industrielle. Bien que les technologies modernes offrent un moyen beaucoup plus pratique de recevoir - en ligne en utilisant SDR.Par exemple, vous pouvez voir le panorama du récepteur de l'Université néerlandaiseTwente :
Toutes les lignes verticales sont des systèmes actuels. Le résultat est étonnant, le spectre VLF est "brouillé" pas moins que l'émission du soir sur la bande de diffusion FM. Voyons ce que nous pouvons voir ici.
Aux fréquences de 12 à 15 KHz, nous voyons des balises liées au système de radionavigation russe Alpha (le nom complet est RSDN-20 - Système technique radio de navigation à longue portée). Selon Wikipedia, les émetteurs d'Alpha fonctionnent à 11,9, 12,6 et 14,8 kHz, et le système offre une précision de positionnement allant jusqu'à 1,5 km. Cependant, dans le panorama, aucune impulsion n'est visible, peut-être
accueil
La manière dont les signaux ultra-basse fréquence sont reçus n'est pas moins intéressante. Mais pour des raisons évidentes, il n'y a pratiquement pas d'informations détaillées sur les équipements de communication avec sous-marins dans des sources ouvertes. L'idée générale peut être comprise à partir de l'image:
Propagation du signal au-dessus de l'horizon © IEEE Communications Magazine 1981
Comme vous pouvez le voir, un long fil est utilisé comme antenne, qui s'étire simplement derrière le bateau ou est maintenu à une certaine profondeur par une bouée spéciale. Les antennes elles-mêmes, évidemment, ne sont pas secrètes, le pdf avec une description est assez facile à trouver par Google:
La longueur de câble de 700 m est impressionnante, mais heureusement pour nous, "à terre" tout est beaucoup plus simple, et de telles antennes géantes ne sont pas nécessaires, vous pouvez recevoir des signaux VLF même sur antenne portable MiniWhip située sur le balcon.
Enregistrement et analyse
Voyons maintenant la structure du signal radio émis. A titre d'exemple, j'ai pris un signal DHO38 aléatoire transmis à 23,4 kHz depuis l'Allemagne. Pour l'enregistrement, nous sélectionnons la fréquence et la modulation comme indiqué sur la figure, et cliquons sur le bouton Enregistrement audio.
Le fichier résultant peut être ouvert dans le programme gratuit Signals Analyzer . D'après l'image, il est évident que le signal utilise la modulation de fréquence (FSK):
Appliquons le démodulateur FSK, nous obtenons une séquence de bits:
au fait, la vitesse de transmission est de 200 bits par seconde - pour regarder youtube, certainement pas assez, mais pour un sous-marin à une profondeur de 30 m, quand même et ce n'est pas mal. Et comme vous pouvez le deviner, la communication VLF est à sens unique - l'équipage du bateau ne peut pas répondre sous l'eau.
Examinons le signal plus en détail. Sauvegardons le fichier obtenu après le décodeur FSK en WAV. Bien sûr, nous ne pourrons pas recevoir le contenu de la transmission - le signal est très probablement crypté. Mais vous pouvez voir la structure d'un bitstream en le "développant" dans une image 2D en utilisant Python. Si les données contiennent des fragments répétitifs (par exemple, le flux est divisé en paquets d'une certaine longueur), cela sera clairement visible sur l'image.
La source
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)Nous ne connaissons pas les paramètres du transfert, nous allons donc simplement passer en revue toutes les options de sortie. Le résultat sera un ensemble de fichiers qui ressemble à ceci:
Il est facile de voir qu'à une certaine largeur de l'image, certains motifs sont facilement devinés. Bitstream agrandi:
Les personnes intéressées peuvent expérimenter elles-mêmes la largeur de l'image, le principe, je l'espère, est clair. La pente des lignes est due au fait que les fréquences de l'émetteur et du récepteur ne correspondent pas. Bien sûr, pour obtenir un train de bits à part entière, 20 lignes de code ne suffisent clairement pas, et l'écriture d'un démodulateur numérique avec PLL dépasse clairement le cadre de cet article. Et dans l'ensemble, cela n'a pas tellement de sens - le signal est toujours crypté, et même avec des données binaires, nous ne ferons rien d'autre. Bien que ceux qui le souhaitent puissent essayer de rechercher eux-mêmes des modèles.
Conclusion
Comme vous pouvez le voir, l'étude de ces systèmes de communication présente un intérêt non seulement technique, mais aussi historique. Et aux fréquences ultra-basses, il existe encore de nombreux signaux intéressants, y compris ceux d'origine naturelle, par exemple les résonances de Schumann à des fréquences de 10 à 20 Hertz.
En prime pour ceux qui ont lu jusqu'ici: ceux qui souhaitent voir "en direct" comment la transmission et la réception fonctionnent sur de telles fréquences peuvent essayer de recevoir la station allemande Pinneberg , qui diffuse des bulletins météorologiques sous forme ouverte à 147,3 kHz. Vous pouvez décoder le signal à l'aide de différents programmes, par exemple MultiPSK. Vous pouvez également envisager de décoder en utilisant Python, si vous le souhaitez, écrivez dans les commentaires.
Comme d'habitude, bonne chance à tous.