O tópico de recepção e análise de ondas ultralongas é muito interessante, mas raramente é mencionado no Habré. Vamos tentar preencher a lacuna e ver como funciona.
Transmissor VLF no Japão (c) en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency
VLF
As frequências ultrabaixas são consideradas frequências da faixa de rádio com uma frequência inferior a 30 KHz. O interesse dos militares por eles apareceu há muito tempo, quando ficou claro que as ondas de rádio de um comprimento de onda tão longo (comprimento de onda de até 100 km!) Podem penetrar na água e podem ser usadas para se comunicar com submarinos. É difícil dizer quem inventou esse método, mas já em 1943, o transmissor Goliath foi lançado na Alemanha , transmitindo dados para submarinos em frequências de 15-25 kHz. Após a guerra, o transmissor foi desmontado, transportado para a URSS e reiniciado e, segundo a Wikipedia, ainda funciona.
A eficiência de qualquer antena depende do comprimento de onda e, para ondas muito longas, a eficiência da antena também é extremamente baixa - em megawatts, a potência irradiada (EIRP) é de apenas 30-50 kW. No entanto, a possibilidade de transmissão encoberta de sinais para submarinos é muito atraente, de modo que não impediu ninguém - esses sistemas, é claro, funcionam agora. É muito difícil transmitir sinais VLF, mas qualquer pessoa pode recebê-los. Você nem precisa de um receptor de rádio para isso, as frequências de 20-30 KHz são bastante acessíveis para uma placa de som de PC comum. Teremos que pegar um cabo mais longo, conectá-lo na entrada da placa de som e ir com um laptop em algum lugar da floresta ou em um campo onde não haja interferência industrial. Embora as tecnologias modernas forneçam uma maneira muito mais conveniente de recebimento - on-line usando SDR.Por exemplo, você pode ver o panorama do receptor da Universidade HolandesaTwente :
Todas as linhas verticais são sistemas atuais. O resultado é incrível, o espectro VLF está "congestionado" não menos do que a transmissão noturna na banda de transmissão FM. Vamos ver o que podemos ver aqui.
Nas frequências de 12-15 KHz, vemos tags relacionadas ao sistema de navegação de rádio russo Alpha (o nome completo é RSDN-20 - Sistema Técnico de Rádio de Navegação de Longo Alcance). De acordo com a Wikipedia, os transmissores Alpha operam a 11,9, 12,6 e 14,8 KHz, e o sistema fornece uma precisão de posicionamento de até 1,5 km. No entanto, no panorama, nenhum pulso é visível, talvez
Recepção
Como os sinais de frequência ultrabaixa são recebidos não é uma questão menos interessante. Mas por motivos óbvios, praticamente não há informações detalhadas sobre equipamentos de comunicação com submarinos em código aberto. A ideia geral pode ser entendida na imagem:
Propagação de sinal além do horizonte © IEEE Communications Magazine 1981
Como você pode ver, um fio longo é usado como antena, que simplesmente se estende atrás do barco ou é segurado a uma certa profundidade por uma bóia especial. As antenas em si, obviamente, não são secretas, o pdf com uma descrição é facilmente encontrado pelo Google:
O comprimento do cabo de 700 m é impressionante, mas felizmente para nós, "em terra" tudo é muito mais simples e tais antenas gigantes não são necessárias, você pode receber sinais de VLF mesmo em antena portátil MiniWhip localizada na varanda.
Gravação e análise
Agora vamos ver a estrutura do sinal de rádio transmitido. Por exemplo, peguei um sinal DHO38 aleatório transmitido a 23,4 kHz da Alemanha. Para a gravação, selecionamos a frequência e modulação conforme mostrado na figura e clicamos no botão Gravação de Áudio.
O arquivo resultante pode ser aberto no programa gratuito Signals Analyzer . Pela imagem é óbvio que o sinal usa modulação de frequência (FSK):
Vamos aplicar o demodulador FSK, temos uma sequência de bits:
A propósito, a taxa de transmissão é de 200 bits por segundo - para assistir o youtube, definitivamente não é o suficiente, mas para um submarino a uma profundidade de 30m mesmo assim e isso não é ruim. E, como você pode imaginar, a comunicação VLF é unilateral - a tripulação do barco não pode responder debaixo d'água.
Vamos considerar o sinal com mais detalhes. Vamos salvar o arquivo obtido após o decodificador FSK em WAV. É claro que não poderemos receber o conteúdo da transmissão - o sinal provavelmente está criptografado. Mas você pode ver a estrutura de um bitstream "expandindo-o" em uma imagem 2D usando Python. Se os dados contiverem fragmentos repetidos (por exemplo, o fluxo é dividido em pacotes de um determinado comprimento), isso será claramente visível na imagem.
Fonte
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)Não sabemos os parâmetros da transferência, então vamos apenas examinar todas as opções de saída. O resultado será um conjunto de arquivos semelhante a este:
É fácil ver que em uma determinada largura da imagem, alguns padrões são facilmente adivinhados. Bitstream ampliado:
Os interessados podem experimentar a largura da imagem por conta própria; o princípio, espero, é claro. A inclinação das linhas se deve ao fato de as frequências do transmissor e do receptor não coincidirem. Obviamente, para obter um fluxo de bits completo, 20 linhas de código claramente não são suficientes, e escrever um demodulador digital com PLL está claramente além do escopo deste artigo. E, em geral, não há muito sentido nisso - o sinal ainda está criptografado e, mesmo com dados de bits, não faremos mais nada. Embora aqueles que desejam, possam tentar procurar padrões por conta própria.
Conclusão
Como você pode ver, o estudo de tais sistemas de comunicação não é apenas de interesse técnico, mas também histórico. E em frequências ultrabaixas ainda existem muitos sinais interessantes, incluindo aqueles de origem natural, por exemplo, ressonâncias Schumann em frequências de 10-20 Hertz.
Como um bônus para quem leu até agora: aqueles que desejam ver "ao vivo" como a transmissão e recepção funcionam nessas frequências podem tentar receber a estação alemã Pinneberg , que transmite boletins meteorológicos em formato aberto a 147,3 kHz. Você pode decodificar o sinal usando diferentes programas, por exemplo MultiPSK. Você também pode considerar a decodificação usando Python, se quiser, escreva nos comentários.
Como de costume, boa sorte a todos.