Atualmente, não existem tantos padrões de comunicação que, por um lado, sejam curiosos e interessantes, por outro, sua descrição não ocupe 500 páginas em formato PDF. Um deles, fácil de decodificar, é o sinal VHF Omni-direcional Radio Beacon (VOR) usado na navegação aérea.

VOR Beacon (c) wikimedia.org
Em primeiro lugar, uma pergunta aos leitores - como gerar um sinal para que o uso de uma antena receptora omnidirecional possa determinar a direção? A resposta está sob o corte.
informação geral
O sistema de alcance omnidirecional de frequência muito alta (VOR) tem sido usado para navegação aeronáutica desde os anos 50 do século passado e consiste em balizas de rádio de alcance relativamente curto (100-200 km) operando na faixa de frequência VHF de 108-117 MHz. Já na época dos gigahertz, o nome de frequência altíssima em relação a tais frequências soa engraçado e por si só fala da idade desse padrão, mas, a propósito, os beacons NDB ainda funcionam , operando na faixa de onda média de 400-900 kHz.
Colocar uma antena direcional em uma aeronave é construtivamente inconveniente, então surgiu o problema de como codificar informações sobre a direção do farol no próprio sinal. O princípio de "nos dedos" pode ser explicado da seguinte maneira. Vamos imaginar que temos um farol comum que envia um feixe estreito de luz verde, cuja lâmpada gira uma vez por minuto. Obviamente, uma vez por minuto, veremos um flash de luz, mas um desses flashes não contém muitas informações. Vamos adicionar um segundo não direcional ao beaconuma lâmpada vermelha que pisca quando o feixe do farol "passa" na direção norte. Porque o período dos flashes e as coordenadas do farol são conhecidos, calculando o atraso entre os flashes vermelho e verde, você pode encontrar o azimute ao norte. É simples. Resta fazer o mesmo, mas com a ajuda do rádio. Isso foi resolvido alterando as fases. Para a transmissão, são utilizados dois sinais: a fase do primeiro é constante (referência), a fase do segundo (variável) muda de forma complexa dependendo da direção da radiação - cada ângulo tem seu próprio deslocamento de fase. Assim, cada receptor receberá um sinal com seu "próprio" deslocamento de fase proporcional ao azimute do farol. A tecnologia de "modulação espacial" é realizada usando uma antena especial (Alford Loop, veja KDPV) e uma modulação especial bastante inteligente. Que, na verdade, é o tema deste artigo.
Vamos imaginar que temos um farol legado regular que está em operação desde os anos 50 e transmite sinais na modulação de código AM Morse usual. Provavelmente, uma vez, o navegador realmente ouviu esses sinais com fones de ouvido e marcou as direções com uma régua e compasso no mapa. Queremos adicionar novas funções ao sinal, mas para não “quebrar” a compatibilidade com as antigas. O assunto é familiar, nada de novo ... Foi feito da seguinte forma - um tom de 30 Hz de baixa frequência foi adicionado ao sinal AM, que atua como uma fase de referência do sinal, e um componente de alta frequência, codificado por modulação de frequência a uma frequência de 9,96 KHz, transmite um sinal de fase variável. Ao selecionar dois sinais e comparar as fases, obtemos o ângulo desejado de 0 a 360 graus, que é o azimute desejado. Em que,tudo isso não vai doer ouvir o beacon da "maneira usual" e continua compatível com os antigos receptores AM.
Vamos passar da teoria à prática. Vamos iniciar o receptor SDR, escolher modulação AM e largura de banda de 12 KHz. As frequências VOR podem ser facilmente encontradas na rede. No espectro, o sinal é assim:

Neste caso, o sinal do farol é transmitido na frequência de 113,950 MHz. No centro, há uma linha de modulação de amplitude facilmente reconhecível e sinais em código Morse (.- -… que significa AMS, Amsterdã, aeroporto de Schiphol). A uma distância de 9,6 kHz da portadora, dois picos são visíveis, transmitindo o segundo sinal.
Vamos gravar o sinal em WAV (não em MP3 - a compressão com perdas "matará" toda a estrutura do sinal) e abri-lo no GNU Radio.
Decodificação
Etapa 1 . Vamos abrir o arquivo com o sinal gravado e aplicar um filtro passa-baixo para obter o primeiro sinal de referência. O gráfico GNU Radio é mostrado na figura.

Resultado: um sinal de baixa frequência em 30 Hz.

Etapa 2 : decodifique o sinal de fase variável. Como mencionado acima, ele está localizado a uma frequência de 9,96 KHz, precisamos transferi-lo para a frequência zero e alimentá-lo para o demodulador FM.
GNU Radio Graph:

É isso, problema resolvido. Vemos dois sinais, cuja diferença de fase indica o ângulo do receptor ao farol VOR:

O sinal é muito barulhento e uma filtragem adicional pode ser necessária para o cálculo final da diferença de fase, mas o princípio é esperançosamente claro. Para aqueles que se esqueceram de como a diferença de fase é determinada, uma foto de aviation.stackexchange.com:

Felizmente, você não precisa fazer tudo isso manualmente: existe um projeto Python pronto que decodifica sinais VOR de arquivos WAV. Na verdade, estudá-lo me inspirou a estudar este tópico.
Os interessados podem rodar o programa no console e obter um ângulo pronto em graus de um arquivo já gravado: os

fãs de aviação podem até fazer para si mesmos um receptor portátil RTL-SDR e Raspberry Pi. A propósito, em uma aeronave "real" este indicador se parece com este:

Imagem © www.aopa.org
Conclusão
Esses sinais "do século passado" são definitivamente interessantes para análise. Em primeiro lugar, são DRM bastante simples, modernos, ou ainda mais GSM, você não conseguirá decodificar assim nos dedos. Eles estão abertos para receber, eles não têm chaves e nem criptografia. Em segundo lugar, é possível que no futuro se tornem história e sejam substituídos pela navegação por satélite e por sistemas digitais mais modernos. Em terceiro lugar, o estudo de tais padrões permite que você descubra detalhes técnicos e históricos interessantes de como os problemas foram resolvidos em um circuito diferente e base de elemento do século passado. Portanto, os proprietários dos receptores podem ser aconselhados a receber esses sinais enquanto ainda estão trabalhando.
Como de costume, boa sorte a todos.