Archive十一月 2018

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

每个SID上的反射

我们已经对每架飞机的SID(标准仪表离场)程序进行了分类,现在就可以计算飞机在每个SID上产生反射的比例。结果表明,在T跑道,有89%的飞机产生了反射,在K跑道,有75%的飞机产生了反射。D跑道的飞机不会产生反射。这也在情理之中,因为T跑道的飞机距离接收机和信标很近(实际上,笔者可以看到飞机在他的接收机附近经过),而D跑道,则离接收机和信标很远。

现在我们正在研究T和K跑道哪一部分会产生我们在瀑布图看到的反射。下面展示的那些瀑布图,是只有在T跑道上的那些飞机的多普勒频移轨迹才能显示出来。我们可以注意到两件事:首先,所有的飞机(除了前两架),在录音开始时已经飞走了,都产生了可探测的反射。其次,反射的形状如下:在1300Hz附近开始相当平坦,持续一分钟,然后相当快地穿过0HZ,强度增加,过0HZ后消失。

这意味着在飞机从36L跑道起飞后不久就可以探测到反射。当飞机在SSY R-321上爬升时,也可以看见反射。在这条航线上的反射是反向散射:接收机几乎位于连接2.3GHz信标和飞机的线段内。接收机的天线是直接指向飞机的。过了0HZ后,飞机掉头飞离了接收机。它现在接收机天线的背面,所以反射很快就消失了。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

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利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

下面的瀑布图显示了飞机在K跑道上爬升的多普勒频移轨迹。我们看到,当多普勒频移穿过0HZ时,反射仅在很短的一段时间内可见。当飞机通过SSY DME 2.7并右转至航向026°时,就会发生这种情况。在这种情况下,飞机集中在接收机天线的主梁处,那里是一个很好的反向散射位置,是飞机航迹中离接收机最近的一点。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

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利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载三:每个标准仪表离场飞行产生的反射)

结束语

在这篇文章中,我们已经看到,在适当的发射机和广播条件下,在微波波段接收飞机散射并不困难。这在业余界很常见,人们经常在VHF、UHF和微波波段观察飞机散射情况,甚至将其用于通信。也有有很多材料报道飞机散射的不同情况。然而,笔者从未见过一项研究,其中的飞机散射多普勒频移轨迹匹配飞机的位置和速度的数据如此详细,这篇文章中使用的就是这种方式。

目前,ADS-B是获取飞机位置和速度数据的一种非常方便的方法。有几个在线来源,如adsbexchange.com网站,它可以实时传输或下载用作以后的分析。或者,也可以直接在飞机散射接收机的位置接收1090Mhz处的ADS-B传输。

图中所示的数字是在这个Jupyter笔记本上画的。笔者已经在GitHub存储库中包含了支持数据(npz瀑布图文件和ADS-BJSON数据),用来帮助那些对此感兴趣的人能够再次运行笔记。希望这个笔记可以作为一个起点,用来帮助那些自己做实验,需要处理和绘图ADS-B数的人。

为了使业余无线电团体对诸如空中交通和空中交通管制等话题感兴趣,笔者对马德里-巴拉哈斯使用的SID进行了深入的讨论。当然,与业余无线电相关的空中交通问题比这篇文章中出现的要多得多。读者可能想阅读和实验以下几点:VOR,DME,TACAN,NDB,ILS,初级雷达和次级雷达,ADS-B,C模式的应答器,ACARS,VDL,HFDL,Inmarsat AERO,海洋航线和通讯,HF SELCAL,VHF和UHF ATC,METAR和VOLMET等。

封面:史上第一次,业余爱好者拥有地球同步轨道转发器

封面:史上第一次,业余爱好者拥有地球同步轨道转发器

封面:史上第一次,业余爱好者拥有地球同步轨道转发器

封面图片:2018年11月14日,第一颗业余无线电地球同步转发器已成功在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。

“November-Alpha-One-Sierra-Sierra, this is Kilo-Six-Whiskey-Alpha-Oscar.”

这段呼叫,可能是地面上一名有执照的业余无线电操作员和国际空间站上的一名宇航员之间对话的开始。

但是,当国际空间站以每小时17500英里的速度在250英里上空呼啸而过时,与空间站的联络可能只会持续10分钟。

通过空间站和其他卫星进行的业余无线电通信一直局限于低轨道,在航天器经过的覆盖区域内提供短窗口进行通信。这种情况会随着SpaceX周四下午从肯尼迪航天中心发射一颗卡塔尔通信卫星ES‘hal-2进入赤道上空的地球同步轨道而改变。

AMSAT(国际业余卫星组织)主席Joe Spier,K6WAO说:“我们从来没有在地球同步轨道上建造过应答器,目前这个在我们头顶上空的中继站,是那些业余无线电爱好者们一直以来的梦想。”

ES‘hal-2卫星预计将定位在东经25.5°。

设备要求

X波段10GHz下行链路:

  • 在巴西或泰国这样多雨地区需要89厘米的抛物面天线
  • 在覆盖最佳地区需要60厘米左右的抛物面天线
  • 在波束峰值-2dB的地区需要75厘米的抛物面天线
  • 窄带(NB):线性垂直极化
  • 宽带(WB):线性水极化

S波段2.4GHz 窄带上行链路:

  • 窄带模式,如SSB,CW
  • 5W额定上行链路功率(22.5dBi天线增益,75cm抛物面天线)
  • 右旋圆极化

S波段2.4GHz 宽带上行链路(DATV):

  • 宽带模式,DVB-S2
  • EIRP峰值为53dBW(2.4米抛物面天线100W功率)
  • 右旋圆极化

今日物语

一旦有人得到一台卫星电台,那么卫星网络就会成为他们的主要的无线电来源。

Bruce Morrow

Bruce Morrow(出生于1935年)是美国广播电台的一名表演者,因其职业而被称为“Cousin Brucie”。Morrow的第一次演出是在百慕大群岛的ZBM-AM,在那里他被称为“重锤”。

封面:史上第一次,业余爱好者拥有地球同步轨道转发器

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

接下来我们介绍WSJT-X中微弱信号数字协议的工作原理,以及软件开发的过程。

上两期连载重点介绍微弱信号通信程序WSJT-X的功能。该软件为大量业余无线电活动提供了工具,包括低功率远距离通信、流星散射、月面反射、精确频率测量等,所有这些都可以在相对较小的电台设备下实现。基于现代通信和信息论,WSJT-X协议和软件可以将有效的信噪比提高10~15dB。

本期开始我们将概述一些数字通信理论的基本原理,包括一些让大多数业余爱好者都能参与讨论的例子。我们比较了WSJT-X中的八种微弱信号协议,并解释了它们是如何取得令人印象深刻的性能的。最后,我们会介绍编写WSJT-X软件的工具和合作的过程。我们认为,热诚的爱好者将他们的算法,编程技巧以及兴趣投入到这项爱好中是很重要的。

许多业余无线电爱好者希望对这些微弱信号协议的工作原理以及它们是如何开发的有更深入的了解。希望这篇文章能满足他们的愿望。

数字通信原理

数字通信将数字信息从源头传送到一个或多个目的地。在这里,数字信息被调制到载波上并通过无线电信道传输。传输数据的基本单位是信道符号。符号代表数字,依次由比特组成。调制器可以在每个符号中发送m个信息比特,使用2m不同的波形来表示从0到2m-1之间的符号值。不同的波形可能有不同的振幅、相位、频率或形状。WSJT-X波形由等幅正弦曲线构成。MSK144协议使用交错正交相移键控调制(OQPSK),其波形可以保持恒定包络。所有其他模式使用频移键控(FSK),使用不同的音调频率来表示每个符号值。二进制调制(m=1)意味着一次传输一比特。除了一种WSJT-X模式之外,所有的调制方式都采用了较大m值的调制方式。

通过向数字消息中添加受控冗余,可以获得显著的好处,从而可以识别和纠正传输过程中的错误。简单重复每个符号是一种低效的冗余形式。为了获得更强大的冗余能力,我们可以将k个符号长的信息序列以一种受控的方式映射到另一串更长且唯一的字符序列,后者有n个符号长,称为码字。这种技术就是前向纠错(FEC)。WSJT-X协议使用的块码中,n和k的值是固定的,标记为(n,k)。整数参数q可以用来定义代码可用符号值的范围,类似于我们用于调制方案的m。然后,参数Q=2q被称为代码的字母表大小。代码符号所代表的值从0到Q-1,每个码字都传递kq比特的信息。冗余量以n/k比为特征,其倒数k/n为编码率。这种k到n映射方案及其对应的n对k逆变换的数学基础设计构成了现代通信理论的一个重要分支。

要想正确地接收这些符号,要求发送电台和接收电台之间时间和频率是精确同步的。为了在常见的业余电台中实现这一点,每个WSJT-X协议都采用了这种同步模式:将已知符号的序列与所携带的信息符号交织在一起。软件解调算法首先寻找已知的模式,从而确定频率和时间偏移,以及接收到的符号之间的边界位置。

具体来说,JT65模式使用(63,12)q=6,因此Q=2q=64的代码。它的编码率为k/n=0.19,其调制使用m=6,因此需要2m=64种信号单音用于频移键控,外加一个信号单音用于同步。

让我们将传输和接收过程划分为一系列独立的步骤(参见图1)。这些步骤大致对应于WSJT-X源代码块。步骤1-5在发射端进行,步骤6-9在接收端进行。

  • 1.生成一个消息
  • 2.将消息压缩为每个符号q位的k个符号
  • 3.增加纠错冗余以产生n个符号的码字
  • 4.添加同步模式并调制到载波上
  • 5.通过无线电信道发送调制波形
  • 6.接收、同步和解调以产生n个符号,其中一些可能是错误的
  • 7.解码n个接收到的符号以恢复k个无错误的消息符号
  • 8.解压缩k个符号,以人可读的形式恢复原始信息
  • 9.向接收用户发送消息

最关键的是步骤3和步骤7。步骤7可能需要大部分的计算资源。

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

在开发协议时,我们希望选择一个有效的编码方式,即使在接收到的码字被破坏时,也要最大限度地恢复传输的消息。同样重要的是要考虑在目标传播路径上可能出现的衰减、多普勒频率漂移和干扰。我们需要一种高效的解码算法,它可以在合理的计算时间内执行,并确保错误解码很少。

WSJT-X协议

信息结构

步骤2和步骤8涉及数据的无损压缩和解压缩。此过程称为信息的信源编码。WSJT-X协议JT4、JT9、JT 65、QRA64和MSK144都使用结构化消息,将联络过程中所需要的明文基本信息编码为精确的kq=72比特位长的数据包。数据包包含两个28比特位长的字段,一个通常用于呼号,另一个15比特位长的字段用于网格定位、信号报告、确认或是73等。此外还有一个比特位用于标记编码任意字母数字文本的数据包,最多可达13个字符。特殊情况下允许对其他信息进行有效编码,例如附加呼号前缀(Za/KA2ABC)或后缀(G8XYZ/P)。这么做的目的是将用于最小联络的常见消息压缩在固定72比特位长的数据包里。FT8使用类似的信源编码,通过添加3个额外的比特来提供灵活性和空间,这些比特可用于定义多达14种增强的消息类型。

为什么呼号是28比特位,网格定位是15位?标准的业余呼号由一个或两个字符前缀组成,其中至少一个必须是字母,后面跟着一个数字和一个到三个字母的后缀。在这些规则中,可能的呼号数为37×36×10×27×27×27×27,或略多于2.62亿。数字27和37之所以出现,是因为在前三个位置和最后三个位置中,有一个字符、字母或者数字可能不存在。因为2的28次方大于2.68亿,所以28位就足够了。同样,地球上四位的网格定位符的数目为180×180=32400,小于2的15次方,因此网格定位符可以用15位进行唯一的编码。

28比特位用来代表标准呼号有点太多,会剩下超过600万个空槽。其中一些已分配给特殊的消息组件,如CQ、DE和QRZ。CQ后面可以跟着三位数,以表明应答频率。在流星散射模式MSK144中,如果KA2ABC在50.260上呼叫,并发送消息“CQ 290 KA2ABC FN20”,这意味着他或她将在50.290上收听。可以发送形式为±xx或R±xx的数字信号报告来代替网格定位。根据JT 65模式的最初定义,数值信号报告值“xx”位于-30到-01dB的范围内。新的程序版本将这个范围扩展到了-50到49dB, 适用于除JT65以外的所有模式。国家前缀或后缀可附加在其中一个呼号上。当使用这些复合呼号的功能时,将发送额外的信息来代替网格定位,或者使用上面提到的六百万个可用空槽中的一些。

我们的压缩算法支持从CQ AA到CQ ZZ的消息。这样的消息是通过在呼号位填写E9AA到E9ZZ的伪呼号来编码的。在接收端,这些呼叫将转换回CQ AA到CQ ZZ的形式。让用户可以发送定向CQ消息,如CQ DX、CQ EU或CQ VT。

纠错码

WSJT-X中的每个协议都采用了不同的编码、调制方案和同步模式。目标是优化每一种模式对特定类型传播的有效性。在某种程度上,最终的代码选择也反映了我们自己对通信理论的历史发展日益熟悉的过程。JT65使用里德-所罗门码,JT4、JT9和WSPR都使用稳健的卷积码。这种编码码是由业余无线电爱好者PhilKarn,KA9最早Q应用到业余无线电上的。这些都是著名的纠错码,已经被深入研究半个多世纪了。我们最新模式使用的是最先进的编码,接近于这一研究领域的前沿。MSK144和FT8使用低密度奇偶校验(LDPC)码,QRA64是多进制重复累积码(QRA),这是一种特殊类型的非二进制LDPC码。每种模式的完整技术规范可以在WSJT-X用户指南和我们公开的源代码中找到。

慢模式的协议细节

图2在WSJT-X瀑布图上显示了各种慢模式的示例。还包括一个未调制的载波和一个25WPM CW信号。这些信号是在2500Hz参考带宽内,以-10dB的信噪比产生的。在WSJT-X模式中,WSPR的带宽最小,为5.9Hz,JT65的带宽为177.6Hz。JT4、JT9、JT65和QRA64使用1分钟的定时发送和接收序列,与UTC同步。FT8使用15秒序列,WSPR使用2分钟序列。

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

表1概述了慢模式的一些设计参数。FEC的类型用LDPC表示,是低密度奇偶校验,C代表卷积码,RS代表里德-所罗门码,QRA用代表多阵列重复累积码。选定的键控速率使传输的长度在FT8和其他模式下分别约为13秒和48秒。对于JT4、JT9、JT65和QRA 64模式来说,通常会在传输结束时给消息解码和接收操作员留下足够的时间,以便在下一分钟开始之前决定如何回复。对于15秒的T/R序列,FT8会有更严格限制。可选的自动测序功能允许软件根据接收到的信息生成合适的消息。选择键控速率的确切值,以便在每秒12000个样本的情况下,每个信道符号的数字样本数是一个整数,没有任何候选因数会大于7。这一有利的选择使得一些数字信号处理算法效率更高。

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

接下来,我们按发展的时间顺序来介绍这几种模式:JT65发明于2003年,JT4于2007年,WSPR于2008年,JT9于2012年,QRA64于2016年,FT8于2017年。

JT65:JT65协议的详细描述发表在QEX上。其信道符号的一半用于同步,在最低信号单音频率上使用伪随机模式。其他符号使用2m=64种不同信号单音携带编码信息。特殊功能(只用于月面反射EME)可以传达EME风格的“OOO”信号报告和被解释为RO、RRR和73的短消息。EME子模式JT65B和JT65C使用的信号单音间隔比JT65A大2倍和4倍。JT65在MF和HF波段已经变成非常受欢迎的低功率DXing,同样的,EME在VHF和更高波段上也很受欢迎。

JT4:每个信道符号携带一个信息比特(最重要的比特)和一个同步比特。因此,50%的传输能量用于同步。JT4A到JT4G的子模式的差异在调制音频的间隔上,分别是波特率为4.375时的1、2、4、9、18、36和72倍。多样化的子模式在收到多普勒频移影响的传播路径上是有帮助的。例如,JT4F经常用于10GHz频段的EME通信。

WSPR:它被设计用来广播探测而不是双向通讯,它与其他WSJT-X慢模式不同,它使用消息长度k=50位和2分钟T/R序列。信息包通常包括一个28位的呼号,一个15位的网格定位,以及一个在dBm中传送的7位发射机功率。替代格式可以使用两个传输序列来传递复合呼号和/或六位格网定位。典型的WSPR用法已发表在QST上。

JT9:用8个信号单音频率来传递信息,另外一个用来同步。JT9 A-H慢速子模式分别采用波特率为1.736时的1,2,4,8,16,32和64倍的信号单音间隔。JT9A (通常简称JT9)使用的带宽不到JT65的10%,对于稳定、不失真的信号,比JT65敏感约2dB。由于这些原因,JT9在HF波段上很受欢迎。

QRA64:一种用于EME和其他极微弱信号传播的实验模式。其内部代码由Nico Palermo,IV3NWV设计。同步是通过使用三个7×7Costas阵列来完成的。子模式QRA64 A-E分别采用1.736波特率的1、2、4、8和16倍信号单音间隔。早期测试表明,QRA64A对MF和HF的弱信号工作非常有效,对VHF和UHF波段的EME也非常有效。子模式QRA64C-E在24GHz的微波波段上非常适合EME。

FT8:是为传播条件而特别设计的,例如在50MHz上的多跳突发电离E层传播。这种传播信号弱、衰减大、开放时间短。于是人们特别希望快速完成可靠的、可确认的联络。发送和接收的时间序列是15秒而不是1分钟。较短的传输时间意味着FT8的灵敏度与其他慢模式相比在条件相当的情况下低约6dB。信息包包括75位的消息和12位循环冗余校验(CRC),这有助于确保极低的误码率。该模式采用6.25波特的8信号单音FSK,并且同步采用3个7×7的Costas阵列。据PSK Reporter网站(见图3)的一张快照显示,FT8在2017年初夏推出后迅速流行起来。

用WSJT通联全球:(连载三:背后的原理)

DX:P29RR 巴布亚新几内亚

DX:P29RR  巴布亚新几内亚

P29RR:Roly, ZL1BQD将于2018年11月20日至12月4日期间在Papua New Guinea(IOTA编号:OC-034)上线操作。他将操作在HF波段,主要使用FT8模式操作。他也将在2018年11月24-25日期间参加CQWW,DX,CW竞赛。

Papua New Guinea(巴布亚新几内亚)位于太平洋西南部的一个岛屿国家,主要涵盖新几内亚岛东半部,西邻印度尼西亚的巴布亚省,南部和东部分别与澳大利亚和所罗门群岛隔海相望。

巴布亚新几内亚拥有丰富的自然资源,包括矿产和可再生资源,如森林,海洋(包括全球主要剩余金枪鱼资源的很大一部分),以及农业的某些部分,人民所得约为2,084美元(2015年估计)。

巴布亚新几内亚主要是以农业为主,据2003年资料显示,农业占巴布亚新几内亚经济34%。主要出口有矿产和农产咖啡、可可、椰干、棕油、橡胶、木材及海产等。

DX:P29RR  巴布亚新几内亚

DX:KP3RE 库莱布拉岛

DX:KP3RE  库莱布拉岛

KP3RE:KP3RE团队将于2019年2月22-24日期间在Culebra Island(IOTA编号:NA-249)上线操作。团队成员:KP4RV,KP4VP,KP3LR,KP4RD和其他业余无线电爱好者。

Culebra Island(库莱布拉岛)是全球十大“世外桃源”海岛美景之一。长约11公里,宽3公里,面积26平方公里。无长流河,缺少淡水,土壤贫瘠。雷萨卡山,海拔197米,为岛上最高点。

西距主岛30公里,东距维尔京群岛的圣托马斯岛25公里。石灰岩岛屿。人口937(1980),大多集中在南部半岛上的库莱布拉镇,以捕鱼、畜牧为生。东南深水湾内的格兰德港设有美国军事基地。周围有库莱布里塔等小岛布列。辟为鸟类保护区。

库莱布拉岛安乐蜥是指一类大型的树栖性蜥蜴,全世界大约有250种,属鬣鳞蜥科,安乐蜥属,主要分布在北美洲和南美洲,以及西印度群岛气候温暖的地区。

DX:KP3RE  库莱布拉岛

锦绣江南的一颗璀璨明珠(上)

——探访常熟星海无线电博物馆

 

新年伊始,锦绣江南新添了一颗璀璨明珠。

今年1月5日上午,在著名的江苏省常熟市辛庄镇,一座名为“星海”的无线电博物馆揭幕开馆了。苏州市和常熟市的领导以及国内一些无线电收藏家和爱好者出席了开馆仪式。

常熟是座具有2500余年的古城,历史上文化名人辈出,在近代又有“沙家浜”抗日故事名闻天下。这个新开馆的星海无线电博物馆所在的辛庄镇就位于“沙家浜”的西边。博物馆总面积1500余平方米,馆内展出了自无线电技术及各类器材的发明与应用以来各历史阶段的1000余件珍品,分为欧洲区、美洲区、中国区、互动区、视听区和音响体验区,所有区域全部对游客免费开放。博物馆馆主陆海宇先后担任过村书记、村办企业厂长、实业公司总经理、集团公司董事长,他是一位无线电爱好者,也是收音机及音响收藏的超级发烧友。

我是那天中午赶到的,已经错过了隆重热闹开馆仪式,馆主和嘉宾都去用餐了,馆前广场上空无一人。我敲开大门,留守的工作人员热情地接待了我这位不速之客,让我进馆随意参观。

一楼大厅展出的展品主要是各个时期的收音机,从手掌大小的便携式干电池电子管收音机到立柜式附带电唱机的落地收音机,应有尽有,引人穿越时光进入无线电的百余年历史。

据资料记载:19世纪末为快速开发的商业无线电提供了舞台,那时有众多的无线电技术早期贡献者,——如伟大的奥斯特、安培、法拉弟、亨利等等。 然而,真正的转折是1873年苏格兰人麦克斯韦尔,他提出了电磁场理论,是那个被后来者深爱而传遍全球的杰出方程的创始人。 1888年,德国物理学家赫兹在对电磁波的发生、检测及其属性的测量中进行了一系列着名的实验后,发了电磁波理论;1894年意大利的青年学生马可尼在电磁波理论指引下,完成了无线电通信实验, 1904年,当英国人弗莱明发明了第一个真空二极管“弗莱明真空管”时,一个暗示将来发展的机遇出现了。1906年,德福斯特在弗莱明真空管中加了一个栅格网,制成了第一个三极真空管,为无线电广播的诞生奠定了基础。从此,无线电一发不可收拾,成为与人们生活息息相关的好帮手、好朋友。

走进一楼展厅,首先映入眼帘的是一个落地收音机的方阵,排列整齐的近二十台柜式收音机犹如一个迎宾的仪仗队。据了解,像这样的由美、英、德等国生产的柜式电子管收音电唱一体机在馆内共有200多台!继而就是一排排的大立柜,就像百货商场里的货架,上面摆满了世界各地早期生产的电子管、晶体管收音机1000余台,琳琅满目的各类珍品令人目不暇接。在一张玻璃方桌里,展示了一组袖珍电子管收音机。用今天的眼光去看,这种便携式使用干电池的电子管收音机与后来的半导体收音机相比似乎还显得笨重。要知道在电子管时代,能把收音机做这么小是多么地不容易,仅电子管的体积就比半导体管要大数十倍,而且所需干电池体积也比半导体收音机大得多。我看到一台摩托罗拉公司1948年前后的产品,型号:5a7a 四电子管收音机,还有一台是馆主收藏的体积最小的袖珍电子管收音机。四管外差,单(中)波段。这些都是那个时代的精品,它们是半导体收音机的前辈。

就在我看得入迷之时,馆主领着一群宾客回到了展厅,面对他的藏品,他亲自做起了讲解员。他说:“我13岁开始组装矿石收音机、电子管、晶体管收音机,20多岁开始收集各色收音机,有资金后又放眼世界。”这里1500多平方米的博物馆内有无线电发展史上的许多孤品和珍品。他不无得意地介绍着,“我这里都是宝贝!”是的,作为馆主年少时也曾走过与那个时代广大爱好无线电者一样的爱好之路——组装矿石机、电子管、晶体管收音机。DIY成为业余生活中津津乐道的事情。过去他是这个水乡小镇唯一订阅《无线电》杂志的人,按陆海宇先生的话说在当地他一个孤独的爱好者。多年来征战商海,仍然对无线电、HIFI音响有着执着爱好。几十年来一直坚持收藏收音机、电台、电视机、音响、电影机等多门类无线电相关历史产品,矢志不移。多年前他萌发了筹办无线电博物馆的想法,经过三年积极筹备,终于梦想成真。馆主对记者笑称:“我这里收藏的是无线电历史!”

 

【未完待续】

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LOFTER:suhuotui(BA4ST)   http://suhuotui.lofter.com/post/1cd5432f_12c74a446

锦绣江南的一颗璀璨明珠(下)

【接前面 “锦绣江南新添一颗璀璨明珠(上)” 

我随着参观的人群走进二楼大厅,这里展出的都是一些与无线电收音机相关的电气精品。这里有上世纪三十年代、当时最先进的磁带开盘录音机;有各式手摇唱机,留声机,电视机和电影放映机;还有各种军用通信设备等等。其中一台古董蜡刻留声机可谓镇馆之宝——1877年,爱迪生制造出人类史上第一部留声机,开始储存媒体的领域。在这一百多年来,不断推陈出新,从最初以锡箔制滚筒,钢针播放,导致每个滚筒只能播放几次即耗损, 到现代镭射影音储存软体的DVD,已在21世纪展现出无以伦比的影音境界。这里有一台爱迪生改良后的蜡刻留声机,是1913年的产品,已经98岁了,保存得还非常好,且能正常使用!

我既是无线电收音机的爱好者,又是“火腿”(无线电通信爱好者)。我不仅迷恋众多的早期的无线电收音机,更关注馆内二楼展厅展出的一批早期的军用无线电通信设备。这里有我们“火腿”十分熟悉的“139”、“239”、“339”以及77型军用收信机,还有背负式军用电台“硅两瓦”和“小八一”,“大八一”等军用电台。改革开放后,在我国恢复业余电台活动初期,我们曾经靠着这些退役的军用电台在空中大显身手。看到那一字排开的各种军用电台,我手痒痒的,恨不得上去打开电源,再过一把瘾。这时,馆主陪同的人群里有一位老人在“硅两瓦”前面站住了,原来他就是南京无线电厂的龚剑泉老前辈,上世纪七十年代他奉命参与设计这种小型军用电台。他接过馆主的话茬,激动地告诉观众:

硅2瓦短波电台是“71”型电子管2瓦电台(电影《英雄儿女》王成使用过的那种)的换代产品,1971年生产定型,供我军团以下步兵分队使用,能单工收发调幅话和等幅报,并能进行单工插入收发等幅报。重量8.5千克,比原“71”型电台减轻重量75%。配有斜天线和鞭状天线。用鞭状天线时,战士可背负电台在匍匐前进等状态下工作,保持运动中通信。全机共用29只三极管,14只二极管……。龚剑泉先生介绍说,开始这机子的功放管质量不稳定,经常要烧坏,后来他们与生产管子的厂家一起攻关,解决了技术问题,专门生产了一种功放管特供“硅两瓦”使用,之后,就不再有这种故障发生了。老人家述说往事,如数家珍,尽管这种机子已经被历史所淘汰,但是,在馆内灯光照耀下,时隔四十年的“硅两瓦”电台一点也没有褪色,骄傲地向所有参观者诉说它曾经的辉煌。

二楼展厅除了展出我军的军用电台之外,还有一套全新的美军“海陆空”收发报机。馆主说:“这是西电公司生产的,包括了飞机上用的、陆地上用的、潜艇上用的。是从库存淘来的新品,很难得。” 在参观的人群中有一位嘉宾,是德生公司的梁总,他对这套曾经历了二战的风云“藏品”十分好奇,他搬起电台旁边的一台部件,仔细看了看铭牌上的英文向人们介绍说,这就是电台的“天调”。

当馆主知道我是当天的来宾和观众中唯一的一位火腿时,欣然与我交换了名片,欢迎我经常去作客。据馆主介绍,目前这个星海无线电博物馆的场地还太小,他还有1300多台珍贵的无线电器材躺在另外的仓库里无处可放。馆主说“我这里还专门开辟一块青少年无线电科普活动中心,所有的测试器材齐全,为青少年和无线电技术爱好者提供一个器材组装、动手操作和实践、实验的场所。”我想,这才是他开设无线电博物馆的真谛。这也催生出了他和全国近百名无线电专家、学者、收藏家的一个新梦想,建设一个全新的超大型无线电博物馆,更好、更全面的展现无线电历史,科学需要倡导,科学需要传承,让我们的下一代健康成长,为了孩子们更美好的明天。于是,我就在他的一份给当地政府领导的呼吁书上郑重地签上了我的姓名。

 离开星海无线电博物馆,我的心情久久不能平静。开办民间博物馆也是一个地区经济和文化发展的具体体现,这样的事情也许只有在今天多元化的社会里才能办到。衷心希望星海无线电博物馆开馆后,能更好地服务于广大群众,成为一个全国性的爱好者交流的平台,青少年科普基地。

【续完】

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

ADS-B数据

笔者使用过的ADS-B数据可以在adsbexchange.com网站的历史数据存档中下载。他建议大家每GB捐款10块钱,用来帮助支付带宽成本。数据每天以压缩文件的形式下载。每个压缩文件包含一个带有ADS-B数据的JSON文件。你还可以看到JSON数据的格式

使用json库在Python中加载JSON数据。不幸的是,JSON数据偶尔会出现一些奇怪的现象(比如列表中额外的逗号),因此在json库能够接受所有文件作为有效JSON之前,需要进行一些字符串处理。

由于加载JSON文件的速度非常慢,一旦数据被加载并按地理位置进行文件处理,就会将其保存到一个中间文件中,以便在以后的执行中把它更快的加载出来。

pymap3d库用于坐标转换。在ECEF坐标下计算多普勒频移。使用CartopyOpenStreetMap一起绘制地图。

下图显示了10:00 UTC-12:00 UTC之间所有经过录制信标区域的飞机的航迹。航迹用多普勒频移显示,红色代表正向多普勒频移,蓝色代表反向多普勒频移。地图上出现的大多数飞机都是从巴拉哈斯的36L和36R跑道起飞的,因为巴拉哈斯通常向北飞行(起飞跑道为36L和36R,降落跑道为32L和32R)。

信标的位置用橙色的圆圈显示,而笔者的接收机的位置用红色的圆圈显示。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

每架飞机的多普勒频移轨迹现在可以叠加在瀑布图上,以匹配每架飞机的反射。在下面的图片中你就可以看到。每一个多普勒频移轨迹都显示飞机的呼号国际民航组织(ICAO)的十六进制标识。笔者亲自挑选了所有反射2.3GHz信标的飞机,并用橙色标出了它们的航迹。未产生可见反射的飞机航迹用白色标记。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

既然笔者已经亲自选择了哪架飞机产生了反射,而哪一架飞机没有反射,我们就可以重新绘制飞机航迹的地图,用红色标记产生反射的飞机,用蓝色标记没有反射的飞机。如下图所示。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

我们可以看到,飞机产生反射的可能性在很大程度上取决于飞机飞行的航线。这就促使了我们更详细地研究飞机的航线。

从巴拉哈斯出发的航班

地图上出现的大多数飞机都是从巴拉哈斯(马德里-巴拉哈斯)机场的36L和36R跑道起飞的。这些飞机飞行的航线称为标准仪表离场,或SID。有关于某些机场的SID资料,可在相关的AIP(航空信息资料汇编)中找到。西班牙机场的AIP可在ENAIRE网上找到。

第36L跑道的白天SID如下图所示。它们被标识为最终定位的名称、修订版SID的编号以及指示初始路线的字母。目前为BARDI2K, BARDI2T, CCS1K, CCS1T, NANDO2N, PINAR2N, RBO1N, SIE1K, SIE1T, VTB1K, VTB1T, ZMR1K and ZMR1T。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

下图更详细地显示了最初的航线。在K跑道起飞的飞机直接飞向SSY VOR,然后经SSY R-001飞至SSY DME 2.7,然后右转至026°以截获并跟随BRA R-001。在T跑道上起飞的飞机直接飞向SSY VOR,然后左转至291°以截获飞至SSY DME 5.7的SSY R-321(VTB1T为6.8)。然后,视航线而定,左转或右转。在N跑道上起飞的飞机直接飞向SSY VOR,然后经过SSY R-017到达SSY DME 5.6,然后右转截获飞至BRA DME 12的BRA R-005。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

第36R跑道的白天SID如下图所示。目前为BARDI5W, CCS4W, NANDO1D, PINAR1D, RBO1D, SIE2W, VTB1D, ZMR2W。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

下图显示了最初航线的详细情况。在W跑道上起飞的飞机沿跑道向BRA DME 5飞行,然后经BRA R-001到达BRA DME 7,然后右转进入SSY R-017。经D跑道起飞的飞机航向016°至BRA DME 5.8以截获并跟随RBOR-222的航向。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

下一步我们的研究是根据飞行中的SID对其进行分类。该算法简单但有效。对于每个SID,我们选择一个航路点,并分配给该SID的所有飞机,这些飞机都是在一定距离内飞过的。计算飞机航迹与航路点之间距离的算法也很简单:只考虑JSON数据中的位置,而不是考虑它们之间的插值。虽然算法简单,但能够对所有的飞机进行分类,而且没有任何差错。

分类结果如下图所示。每个SID都以不同的颜色显示。没有任何SID飞行的飞机用黑色显示。这些是巡航飞行中的飞机,大多数是沿UN865和UN870高度航线飞行的。不用关心它们,因为它们都没有产生任何可见的反射。我们可以看到,在所有可能的SID中,只有K、T和D跑道在使用。为了保持每条跑道的交通畅通,不使用N和W跑道也在情理之中:飞机从36L跑道飞离使用321º航向或跑道方向;而飞机从36R跑道飞离使用016º航向。

利用2.3GHz信号检测航空器:(连载二:ADS-B数据和飞机航迹)

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

WSJT-X慢模式所带来的极高灵敏度在VHF和更高的波段特别重要,尤其是在诸如月面反射这样传播路径十分困难的链路上。简单地说,EME通信在这些模式下至少比CW或其他传统模式“容易10分贝”。在VHF和UHF波段上,数字EME的默认模式是JT65。新的QRA64模式在这些波段上使用的也越来越多,JT4和QRA64在2.3GHz及更高频段上用于EME。

据我们所知,至少有3个业余无线电爱好者只使用小型单一八木的电台,并在2米波段通联过100多个不同的国家。当然,大多数必要的联络都是在EME上进行的。图5显示了Thomas Hartig,DL1VPL使用12单元八木来完成他的2米波段DXCC奖。另一个“用最少的资源做最多的事情”的例子是Rex Moncur(VK7MO)的10GHz便携式EME,如图6所示。Rex的装置包括一个10GHz变频器,一个50W固态功率放大器,和一个2.5英尺(75厘米)安装在一个可折叠的三脚架上的抛物面天线。他已经使用JT4和QRA64模式与此设备进行了数百次EME联络。与他通联的电台大多数都在欧洲,离他的位置很近。

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

设备控制和频率校准

WSJT-X提供了支持几乎所有现代电台的CAT控制(通过计算机控制电台)。电台和计算机之间的必要通信是通过USB或串行端口进行的。相关的设备控制功能包括T/R切换、频率和模式设置,以及诸如分频作业和EME路径的自动多普勒补偿等选项。我们软件的CAT控制部分使用了一个名为Hamlib的开源码库,许多活跃的业余无线电爱好者都对此做出了贡献。

WSJT-X的许多功能所使用的信号检测带宽不超过几赫兹,这就要求我们更加注重频率精度和稳定性。WSJT-X提供了能够精确校准电台频率和利用广播信号进行精确频率测量的工具。校准过程在可靠的已知频率下通过一系列基于载波信号的预置频率自动循环来工作。我们发现,主要城市的AM广播电台可以在频谱的低频端充当频率校准器,而在北美,我们在更高的频率上使用WWV和CHU的标准时间和频率广播。世界上其他地区也有类似的短波信号。在校准过程中,软件通过USB将电台频率置于列表中的每个频率向下偏移1500Hz处。如图7所示,在WSJT-X瀑布图中,检测到的信号载波出现在约1500Hz频率左右处。

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

现代基于频率合成技术的电台,能够测量出来的与1500Hz之间的微小偏差将与频率成正比关系。你可以简单地将在最高可靠频率上测量到的频率偏移(以Hz为单位)除以标称频率本身(以MHz单位)来使近似地校准电台。例如,如图7所示,通过对WWV 20MHz信号的测量得到了24.6Hz的偏移。结果显示,校准常数为24.6/20=1.23。这个数字可以在设置窗口的频率选项卡上输入(见图8)。通过将直线的截距和斜率与整个校准测量序列进行拟合,可以实现更精确的校准,如图9所示。完成此任务的软件工具包含在WSJT-X中,详细的使用说明可在网上找到。在带有CAT接口的电台上使用这些工具,可以把电台频率的准确度校准到1Hz以上,这在定期的ARRL测频试验中非常有效,也很有竞争力。

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

飞机散射

ISCAT模式对于利用高空飞行器反射信号的微波联络特别有效。ISCAT能很好地处理多普勒频移现象的快速变化和持续在一秒钟左右的短脉冲信号。VK3HZ,使用一根60厘米直径的抛物面天线和7W的功率移动工作在10GHz频段,和VK7MO保持联络,将自己在10GHz频段的网格定位积分增加到了80多个。他们最长的联络距离超过900公里(560英里)。

回波模式

回波模式允许你对来自月球的信号回波进行灵敏度测试,即使它们因为信号太弱而无法被人耳听到。在这种模式下,WSJT-X传输1500Hz的固定信号单音2.3秒,等待来自月球的回波的前沿大约0.2秒,记录接收到的信号2.3秒,然后分析、取均值并显示结果。整个周期每6秒重复一次,程序自动计算和补偿不断变化的多普勒频移现象。如图10中的屏幕截图所示,回波应该出现在频率偏移为0Hz的窗口中心处。

用WSJT通联全球:(连载二:月面反射与小型设备)

电台的要求和综述

使用WSJT-X的电台与其他使用计算机辅助的模式没有什么不同。你会需要一个SSB收发信机,一根天线,一台最好年龄不超过6-8年的计算机,和一个显示器,至少1024×768像素分辨率。计算机到电台的接口通常需要一个串口或等效的USB设备进行T/R切换;使用你设备的Vox(声控)也可以。如果你的设备支持,T/R切换可以使用CAT指令,或串行端口信号的CAT连接或单独的端口。计算机声卡(或等效)的输出应连接到电台的数据模式音频输入,如果没有数据模式音频输入,则应连接到麦克风输入。接收到的音频应该连接到计算机的线路输入或麦克风输入中。处理这些连接的辅助设备可广泛用于自制项目或商业产品。最近的一些电台内置了所有的设备,所以在计算机和电台之间只需要一根USB连接线。你还需要一种方法可以使计算机的时钟与UTC同步在±1秒内。更多的详细信息和安装说明可以阅读WSJT-X用户指南。我们特别推荐的是基本操作教程和每种模式的可下载样例文件。你可以从线上支持论坛获得特定设置问题的答案。

在连载三、四中,我们概述了通信理论的一些基本原理,描述了每个WSJT-X协议的特点,并解释了这个看起来几乎全是不可思议的项目是如何运作的。然后,我们将简要概述了项目的合作软件开发工具和过程。