DGPS. Що це таке, з чим його їдять, як послухати та декодувати ці сигнали.

 

    GPS (Global Positioning System) є супутниковою навігаційною системою, що дозволяє визначити своє місцезнаходження на Землі з використанням сигналів, які передають супутники. Вона працює за принципом триангуляції, коли приймач отримує сигнали від кількох супутників, визначаючи відстань до кожного з них за часом, протягом якого сигнал йде від супутника до приймача. Однак сигнал може бути спотворений через різні фактори:

Атмосферні явища (наприклад, процеси, що відбуваються в іоносфері та тропосфері).

Точність годинників на супутниках (хоча вони дуже точні, все ж є невеликі похибки).

Множинні відбиття сигналу від будівель чи земної поверхні (ефект "multipath" або мультиплексування).

Погана геометрія супутників (коли супутники знаходяться близько один до одного на небі).

Похибки орбіти супутників

 

    Все це призводить до неточності визначення місцезнаходження, що може коливатися від декількох метрів до десятків метрів у залежності від умов (або як карта ляже).

    Для усунення та коригування цих похибок була розроблена технологія DGPS, яка покращує точність традиційної GPS-системи, забезпечуючи набагато точніші вимірювання координат завдяки використанню корекційних сигналів від стаціонарних базових станцій. DGPS може покращити точність GPS на кілька порядків — з рівня декількох метрів до сантиметрів або навіть міліметрів, залежно від умов і методу корекції.

    Тобто основа цієї системи - базова наземна станція, або як її ще називають контрольно - коригувальна станція (ККС). Вона знаходяться в певній точці земної кулі. Координати цієї станції відомі з дуже великою точністю. Вона отримує  сигнали від супутників GPS і порівнює їх з власними відомими координатами. Оскільки її місце розташування вже відоме, вона може визначити величину похибки (диференційна похибка або дифпохибка) GPS-сигналу у своєму регіоні.   Ця похибка передаеться по радіо в діапазоні довгих хвиль (від 283.5 КГц до 325 КГц). Модуляція MSK, швидкість передачі або 100 або 200 бод. Дальність дїї таких ККС - від 50 до 300 км.  

Методи корекції сигналів:

RTK (Real-Time Kinematic) — це метод, який забезпечує найбільшу точність, до кількох сантиметрів або навіть міліметрів. RTK використовує фазову корекцію сигналів GPS, що дозволяє зменшити похибки в реальному часі.

Post-Processing (PPK) — цей метод застосовується після збору даних і дозволяє обробити сигнал та отримати точність до сантиметрів, але не в реальному часі.

Типи систем DGPS:

1. Морська DGPS: Використовується в морському судноплавстві для забезпечення точності навігації.
2. Наземна DGPS: Застосовується в сільському господарстві, на транспорті та в інших галузях, де важлива точність на землі.
3. Мобільні DGPS-системи: Використовуються на транспортних засобах, таких як автомобілі чи літаки, для навігації в реальному часі.

Як виглядає наземна станція ? 

    Мені вдалося віднайти в інтернеті декілька фото. Загальний вигляд станції такий. Непримітна цегляна хатинка. Чимось нагадує привідний маяк (NDB). Конструкція та розміри антени підказують, що частота передачі складає десь 300 КГц (на око).  

  З лівого боку на щоглі, заввишки метра чотири розташована купа GPS антен. 

       В середині приміщення знаходиться серверна стійка з обладнанням. На верху стійки знаходиться комп'ютер Advantech IPC-610 Industrial PC а внизу чотири GPS приймачі Trimble 4000RL IIR Precision GPS Receiver. В іншій частині хатинки знаходиться радіопередавач. Фото передавача нажаль не було.

     Що ж, спробуємо разом прийняти ці сигнали, декодувати їх, та поглянути що там передається. 

    Для цього буде потрібно приймач, щоб зміг прийняти передачу у верхній боковій смузі та програму - декодер.

     Для наглядності я буду використовувати свій KiwiSDR та MultiPSK. Станом на березень 2020 року на території України для морської навігації було три маяки.

    Мені вдалося прийняти сигнали лише Одеського маяка. Зрозуміло, що російські нелюди знищили маяк на острові Зміїний, та функціонування Єнікальського маяка, що у Криму під питанням. Декілька днів я моніторив цю частоту. Нічого не вдалося мені прийняти.

    Список частот маяків ТУТ.  PDF файл з морськими маяками по країнах  тут.

    А тепер як я це роблю і що в мене виходить. Щоб програма - декодер найкраще декодувала сигнал, приймач налаштовую на 1 КГц нижче від робочої частоти (це при умові приймання сигналу в USB). Так як частота передачі Одеського маяка складає 297.0 Кгц, приймач налаштовую на 296.0 КГц.

 

    В MultiPSK вибираю режим прийому DGPS (програма має бути активована до професійної версії). Далі перевірте, щоб фіолетовий курсор на водоспаді знаходився по центру сонограми. За мить почнуть декодуватися пакети.

    

 Одне з повідомлень.

11/11/2024 19:20:34
Message type        : 1 (Differential GPS corrections)
Station number      : 86 (Odesskiy UKR 297.0 kHz TXID 086 200bps)
Z-count             : 2082 ( 20 mn 49.2 s )
Sequence count      : 2
Number of words     : 17
Health              : 2 (UDRE scale factor=0.5)
Sat. ID|SF|UDRE|Pseudorange corr.  |Range rate corr.|IOD|CRC
25     |0 |<=1m|      -4.84 m      |   0.000 m/s    |77 |OK
31     |0 |<=1m|      -8.84 m      |   0.000 m/s    |58 |OK
20     |0 |<=1m|      -9.24 m      |   0.000 m/s    |57 |OK
26     |0 |<=1m|     -14.60 m      |   0.000 m/s    |31 |OK
18     |0 |<=1m|     -10.30 m      |   0.000 m/s    |203|OK
11     |0 |<=1m|      -9.02 m      |   0.000 m/s    |233|OK
29     |0 |<=1m|      -5.18 m      |   0.000 m/s    |29 |OK
28     |0 |<=1m|      -7.40 m      |   0.000 m/s    |6  |OK
12     |0 |<=1m|      -9.02 m      |   0.000 m/s    |59 |OK
5      |0 |<=1m|      -9.66 m      |   0.000 m/s    |4  |OK
    

    Як видно для супутника GPS з ідентифікатором 25 корекція відстані складає 4 метри 84 сантиметри, тобто супутник видає більші значення відстаней для цієї локації, а для 26 похибка взагалі складає 14 метрів 60 сантиметрів.

    Хто полюбляє DX-інг, можуть пополювати за далекими маяками, благо діапазон всього складає якихось там 41.5 КГц.

 

До зустрічі !

73 ! de UT2YR

HFDL. "Причепурюємо" отримані дані.

     

    На заставці зображено головне вікно програми. Воно лаконічно розповідає про те, що програма може. Це свого роду "покращувач", який відображає дані у читабельному для нас вигляді. 

    Сьогодні я розповім як встановити і як бавитися з цією програмою. Програма написана австралійцем Майком Сімпсоном. Вона, на відміну від PC-HFDL, безкоштовна. 

    Але з нею є один ньюанс. Вона не працює в локалізованих версіях Windows. Лише в Американській. Спроба запустити її, наприклад в українській, призведе до помилок. Текст помилок для мене абсолютно ні на що не натякає. Покажу лише тут їх скріншоти. 

        

    Пробував змінити локалі. Не допомогло. Може хтось знає як вирішити цю проблему. Зрешту для моніторингу на комп встановив Американську десятку, щоб потім не гадати в чому справа. І все прекрасно працює без нарікань.

    Програму скачати можна звідси. 

    В архіві присутні два каталоги та рідмішка.

 

    

    В Display-Launcher знаходиться інстальник самої програми, в Display-Updates апдейти, які потрібно буде скопіювати в каталог програми після її встановлення. 

    В каталозі Display-Launcher знаходиться архів. Розпакуйте його. Там буде інсталяційний пакет DLsetup20. Запустіть його.

 
     Автор просить не встановлювати його програму в Program Files, тому встановіть, куди вам буде зручніше. Я встановив собі її в D:\Display Launcher

 

     

    Зручно буде, коли на робочому столі буде жити ярлик до цієї програми.

 

     

Одразу після встановлення її не запускаю, тому що потрібно її оновити.

 

   

    

    Перейдіть в Display-Updates

 

  

    

та його вміст

перепишіть у D:\Display Launcher. Звісно система запитає чи переписати файли поверху. Перепишіть.

    

    Думаю, що все вийшло. Запустіть PC-HFDL та налаштуйте приймач на одну з частот, на якій в даний час працює одна з наземних станцій і видно передачу пакетів між літаками та станцією.

   Далі на робочому столі клікніть два рази по ярлику

    Відкриється меню програмного пакету. Насправді це не одна програма, а набір програм в її середині. Нас цікавить PC- HFDL-DISPLAY. Клікніть по зображенню літака.

    Зараз потрібно ввести кількість одночасно працюючих копій PC-HFDL. Програма має можливості впорядковувати дані одночасно з 25 копій. Тобто, маючи широкосмуговий сдр, потужний комп'ютер, можна моніторити одночасно 25 частот та впорядковувати всі прийняті пакети в одній базі. В моєму варіанті працює одна копія. Можливо, я відтворю експеримент Нільса DK8OK і поділюся в блозі своїми враженнями стосовно одночасного прийому пакетів з декілька частот.

    Але зараз тисніть 1, так як на даний час запущена лише одна копія PC-HFDL. І натисніть OK.

    Програма повідомить, що не вказано вірний шлях до журналів, де зберігаються всі прийняті пакети. Натисніть OK.

    Вискочить наступне повідомлення. Натисніть OK.

    Нарешті перед вами головне вікно програми.

     

    Час налаштувати шлях до файлу журналу PC-HFDL. Виберіть Options -> PC_HFDL Log 1 Path.

     Перейдіть в каталог PC-HFDL і виберіть каталог logfiles. Далі натисніть Open.

     Ось присутній файл журналу за восьме листопада. Виберіть його та натисніть Open.

     Тепер програма знає що і звідки потрібно брати. Для початку відображення "причепурених" даних натисніть Start.

    

    У вікні, що з'явиться, натисніть Yes.

   

 Ура ! Запрацювало.
     

 

 

    Насолоджуйтесь. 

    До зустрічі !

    73 ! de UT2YR

 

HFDL. Спостерігаємо за літаками з допомогою радіо та без інтернету.

    Я з вами давно не бавився моніторингом. Саме моніторингом літаків. В мене в блозі описані дві станції моніторингу  (ось тут)  та пристуні деякі роздуми з приводу вірного встановлення антени для спостереження за тим хто куди і коли летить. Але практика каже, що максимум, наскільки далеко ви побачите літака при цих умовах - це радіус 400 кілометрів. Погодьтеся, що це немало, але можна й більше. Це пов'язано з тим, що зв'язок між літаком і землею в основному здійснюється на УКХ та НВЧ. Але якщо літак знаходиться поза зоною досяжності  наземної станції через обмежений «радіогоризонт» цих діапазонів (зрозуміло що в цьому кривизна планети та властивості розповсюдження хвиль цих діапазонів є головними чинниками), він повинен підтримувати зв’язок через супутник або КХ. 

    Для використання в цих цілях КХ, людство розробило протокол передачі інформації HFDL (High Frequence Data Link). Він був розроблений корпорацією ARINC. Ознайомитися з ним можна в специфікації 635-4. Передача HFDL ведеться на КХ у верхній боковій смузі з піднесучою 1400 кГц та швидкістю до 1800 бод. Модуляція 2-PSK, 4-PSK або 8-PSK з ефективним бітрейтом 300, 600, 1200 або 1800 біт/сек.

    Система зв'язку HFDL складається з 15 наземних станцій (Ground Station), стратегічно розкиданих по всій земній кулі. Місця вибрані таким чином, щоб незалежно від місцезнаходження літака в повітрі, він міг би обмінюватися інформацією з однією з них. Враховані також частоти, на яких працюють ці станції, в незалежності від стану іоносфери, зміни дня та ночі. 

    Ось на мапі DxAtlas зображені всі станції. Вони позначені жовтими прямокутниками з написами GS та порядковими номерами.

    Система використовує понад 150 КХ-частот з TDMA-слотами синхронізованими з допомогою GPS. Початку передачі інформації передує несуча (попередній ключ або сквіттер). Я в інтернеті знайшов декілька малюнків, що це показують. Один цикл довжиною 32 секунди складається з 13 часових інтервалів (слотів) TDM, починаючи з сквіттера довжиною 249 мс, який генерує наземна станція у слот «0». Він досить потужний в порівнянні з іншими сигналами, які як правило більш слабкі. Програмне забезпечення автоматично синхронізується з цим сквіттером.

 

 

    Режим є високоефективним і передачі також містять власну позначку часу (UTC) і таблицю всіх активних частот/станцій мережі. Це все забезпечує синхронність передачі даних та повноту інформації про мережу. Нижче на малюнку відображені наземні станції, та частоти на яких вони працюють. В списку відсутні станції №10 та №12. №10 знаходилася в Аннаполісі, а №12 в Анкоріджі. На даний момент вони не працюють.  

    Низькі частоти використовуються вночі, високі - вдень. Швидкі зміни частоти відбуваються в широкому діапазоні поблизу сходу/заходу сонця. Принаймні дві різні частоти на одну наземну станцію, якщо це дозволяють ресурси цих станцій.

    Орієнтуйтеся на наступний розклад частот на яких працюють наземні станції. Зелені прямокутники - час коли ця частота активна. Сірий прямокутник - темний період доби в даній місцевості. Час відображено в UTC. А для DX-інгу згенеруйте прогноз проходження хвиль у вашій місцевості з допомогою програми Voacap.

 

    Станції відображені в алфавітному порядку. 

 

    Досить цікавий сайт  присутній в інтернеті. Раджу ознайомитися з його вмістом. Тут ви знайдете багато цінної інформації щодо вмісту пакетів, що передаються між літаками та наземними станціями. Не хочу тут повторюватися та копіпастити що там є, але обов'язково туди зазерніть.

    Найпоширенішими програмами-декодерами HFDL є MultiPSK та PC-HFDL. Тут ви разом зі мною покрутите PC-HFDL. Програма досить популярна серед тих, хто захоплюється спостеріганням за літаками в такий спосіб. 

    Для "тренування", або спроби побавитися в "а це що таке ?" надаю розгорнуту портативну версію цієї програми. Вам достатньо лише буде розгорнути архів в зручний для вас каталог та запустити програму. Якщо сподобається і будете користуватися на постійний - обов'язково її придбайте. Програма платна.

    Отже скачайте архів.

    Станьте курсором миші на файл, натисніть праву кнопку і в меню виберіть "Видобути все..."

    Запустіть застосунок PCHFDL2042

    
    Виберіть System Option -> Soundcard Configuration

    Виберіть звукову карту, з допомогою якої будете приймати пакети. Покладіть відмітку на Select Mic Input потім натисніть OK.

    Подайте на мікрофонний вхід звукової карти сигнал з приймача (зрозуміло, що приймач перед цим потрібно налаштувати на відповідну частоту та вибрати режим верхньої бічної смуги USB).

    Ось і пішли перші пакети

    Щодо налаштувань. Найкращі результати моніторингу будуть досягнуті з такими налаштуваннями:

PREAMBLE ON - для керування зміщенням звукової частоти приймача
SPDU OFF - потрібно лише тимчасово увімкнути, щоб побачити сквіттери нової        невідомої наземної станції
MPDU ON - переглядати пакети MPDU
LPDU ON - переглядати LPDUs в MPDU
BDU ON - переглядати BDU
VERBOSE ON - побачити більше деталей, як-от реєстрацію літака з адресою ICAO24
HFNPDU ON - дивіться регулярні звіти про положення
HEX OFF - потрібно лише для налагодження

    Ось так це буде виглядати в програмі.

     В опціях можна відображати результати декодованих пакетів з допомогою сторонніх програм: Google Earth та DxAtlas. Потрібно лише покласти галку  навпроти назви програми, яку будете використовувати. Наприклад Google Earth.

    Тоді в кореневому каталогу де встановлена PC-HFDL з'явиться два файли aircraft та groundstation 

 

    Файл з розташуванням наземних станцій можна скачати звідси . Клікніть по  ньому два рази. Запуститься Google Earth і в списку зліва розкрийте groundstation.kml Для прикладу виберіть GS5 - станцію що знаходиться в Окленді (Нова Зеландія).

    

    На зображенні планети  відобразиться Нова Зеландія з вказанням місцезнадження ціє наземної станції.

    Збільшість масштаб.

   Ще збільшіть. Ось так вона виглядає.

    Галка у вікні Sys Table розповість про ідентифікатори станцій, їх місцезнаходження, кількість частот, що використовуються та які саме.

    Галка у вікні Squitters відобразить поточний стан станцій

     А коли в опціях ви виберете замість Google Earth Dx Atlas, 

  тоді будуть відображатися на площині місцеположення рейсів на даний час.

або азимутальна карта

або глобус. На ваш смак, лише кнопки вчасно натискай.

    А тепер про можливу проблему та костиль що її вирішить. Якщо при запуску програми ви побачите наступне повідомлення - я вас вітаю. Ви виграли в лотерею.

    При спробі вибрати звукову карту, що вбудована в комп'ютер, видасть що вона відсутня.

        Ситуацію рятує дешева китайська USB звукова карта. Хто би міг подумати, що станеться така халепа.

     Наостанок анонсую додаткову програму, що дозволить "виймати" з прийнятих пакетів дані та привести їх для зручного аналізу. Програма називається PC-HFDL-DISPLAY. Її інтерфейс зображений нижче на малюнку.

     Нажаль, вона не дуже розповсюджена в інтернеті. Сайт розробника лежить, тому архів  можете скачати звідси .

    Але розмова про неї буде наступного разу.  

До зустрічі !

73 ! de UT2YR