El tema de recibir y analizar ondas ultralargas es muy interesante, pero rara vez se menciona en Habré. Tratemos de llenar el vacío y veamos cómo funciona.
Transmisor VLF en Japón (c) en.wikipedia.org/wiki/Very_low_frequency
VLF
Las frecuencias ultrabajas se consideran frecuencias del rango de radio con una frecuencia inferior a 30 KHz. El interés en ellos por parte de los militares apareció hace mucho tiempo, cuando quedó claro que las ondas de radio de una longitud de onda tan larga (¡longitud de onda de hasta 100 km!) Pueden penetrar en el agua y pueden usarse para comunicarse con submarinos. Es difícil decir quién inventó este método, pero ya en 1943, se lanzó en Alemania el transmisor Goliath , que transmite datos a submarinos en frecuencias de 15-25 kHz. Después de la guerra, el transmisor fue desmontado, transportado a la URSS y reiniciado, y según Wikipedia, todavía funciona.
La eficiencia de cualquier antena depende de la longitud de onda, y para longitudes de onda muy largas, la eficiencia de la antena también es muy baja: en megavatios, la potencia radiada (EIRP) es de solo 30-50 kW. Sin embargo, la posibilidad de transmisión encubierta de señales a submarinos es muy atractiva, por lo que no detuvo a nadie; estos sistemas, por supuesto, funcionan ahora. Es muy difícil transmitir señales VLF, pero cualquiera puede recibirlas. Ni siquiera necesita un receptor de radio para esto, las frecuencias de 20-30 KHz están bastante disponibles para una tarjeta de sonido de PC normal. Tendremos que coger un cable más largo, conectarlo a la entrada de la tarjeta de sonido e ir con un portátil a algún lugar del bosque o en el campo, donde no haya interferencias industriales. Aunque las tecnologías modernas brindan una forma mucho más conveniente de recibir: en línea usando SDR.Por ejemplo, puede ver el panorama del receptor de la Universidad holandesaTwente :
Todas las líneas verticales son sistemas actuales. El resultado es asombroso, el espectro VLF está "atascado" no menos que la transmisión nocturna en la banda de transmisión FM. Veamos qué podemos ver aquí.
En frecuencias de 12-15 KHz, vemos etiquetas relacionadas con el sistema de navegación por radio ruso Alpha (el nombre completo es RSDN-20 - Sistema técnico de radio de navegación de largo alcance). Según Wikipedia, los transmisores de Alpha funcionan a 11,9, 12,6 y 14,8 kHz, y el sistema proporciona una precisión de posicionamiento de hasta 1,5 km. Sin embargo, no se ven impulsos en el panorama, tal
Recepción
Cómo se reciben las señales de frecuencia ultrabaja no es una cuestión menos interesante. Pero por razones obvias, prácticamente no existe información detallada sobre equipos de comunicación con submarinos en fuentes abiertas. La idea general se puede entender a partir de la imagen:
Propagación de la señal sobre el horizonte © IEEE Communications Magazine 1981
Como puede ver, se usa un cable largo como antena, que simplemente se extiende detrás del bote o se sostiene a cierta profundidad mediante una boya especial. Las antenas en sí mismas, obviamente, no son secretas, Google puede encontrar fácilmente un pdf con una descripción:
la longitud del cable de 700 m es impresionante, pero afortunadamente para nosotros, "en tierra" todo es mucho más simple, y no se requieren antenas gigantes como estas, puede recibir señales VLF incluso en Antena portátil MiniWhip ubicada en el balcón.
Registro y análisis
Ahora veamos la estructura de la señal de radio transmitida. Como ejemplo, tomé una señal DHO38 aleatoria transmitida a 23,4 kHz desde Alemania. Para la grabación, seleccionamos la frecuencia y la modulación como se muestra en la figura, y hacemos clic en el botón Grabación de audio.
El archivo resultante se puede abrir en el programa gratuito Signals Analyzer . De la imagen, es obvio que la señal usa modulación de frecuencia (FSK):
apliquemos el demodulador FSK, obtenemos una secuencia de bits:
por cierto, la velocidad de transmisión es de 200 bits por segundo; para ver youtube, definitivamente no es suficiente, pero para un submarino a una profundidad de 30 m aún así y eso no está mal. Y, como puede imaginar, la comunicación VLF es unidireccional: la tripulación del barco no puede responder desde debajo del agua.
Consideremos la señal con más detalle. Guardemos el archivo obtenido después del decodificador FSK en WAV. Por supuesto, no podremos recibir el contenido de la transmisión; lo más probable es que la señal esté encriptada. Pero puede ver la estructura de un flujo de bits "expandiéndolo" en una imagen 2D usando Python. Si los datos contienen fragmentos repetidos (por ejemplo, el flujo se divide en paquetes de cierta longitud), esto será claramente visible en la imagen.
Fuente
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)No conocemos los parámetros de la transferencia, así que repasaremos todas las opciones de salida. El resultado será un conjunto de archivos que se parece a esto:
Es fácil ver que a un cierto ancho de la imagen, algunos patrones se adivinan fácilmente. Bitstream ampliado:
Los interesados pueden experimentar con el ancho de la imagen por su cuenta, el principio, espero, sea claro. La pendiente de las líneas se debe al hecho de que las frecuencias del transmisor y del receptor no coinciden. Por supuesto, para obtener un flujo de bits completo, 20 líneas de código claramente no son suficientes, y escribir un demodulador digital con PLL está claramente más allá del alcance de este artículo. Y en general, esto no tiene mucho sentido: la señal está encriptada de todos modos, e incluso con datos de bits, no haremos nada más. Aunque quienes lo deseen pueden intentar buscar patrones por su cuenta.
Conclusión
Como puede ver, el estudio de tales sistemas de comunicación tiene un interés no solo técnico, sino también histórico. Y a frecuencias ultrabajas todavía hay muchas señales interesantes, incluidas las de origen natural, por ejemplo, resonancias Schumann en frecuencias de 10-20 Hertz.
Como beneficio adicional para quienes hayan leído hasta aquí: quienes deseen ver "en vivo" cómo funcionan la transmisión y la recepción en tales frecuencias pueden intentar recibir la estación alemana Pinneberg , que transmite informes meteorológicos en forma abierta a 147,3 kHz. Puede decodificar la señal utilizando diferentes programas, por ejemplo MultiPSK. También puede considerar la decodificación usando Python, si lo desea, escriba en los comentarios.
Como de costumbre, buena suerte a todos.