Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория

1 1629
+2

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теорияAircraft Scatter, или коротко AS (реже - ACS) - это радиосвязь (практически - только УКВ) посредством рассеивания (отражения) сигнала от самолетов. Технология далеко не новая, весьма «объезженная» на дистанциях в сотни километров, но оперирующая главным образом узкополосными видами модуляции, серьезным оборудованием с уровнем эффективной излучаемой мощности (ЭИМ, она же - ERP) от 30 дБВт, коэффициентом шума приемника порядка одного децибела и ниже, LF-спектроанализаторами с режимом отображения «водопада» (для поиска сигнала по доплеровскому сдвигу частоты сигнала) и используемая, как правило, многоопытными операторами, для которых не проблема  организовать полноценное QSO длительностью в несколько десятков секунд.

Может ли быть этому хоть при каких-то условиях некий представляющий интерес  «асимметричный ответ» со стороны многочисленной когорты операторов-любителей 3 категории, на УКВ массово владеющих современными моно- или дуал-бэндовыми портативными FM-радиостанциями с выходной мощностью 7...8 Вт и чувствительностью приемного тракта порядка 0,2 мкВ (при соотношении сигнал/шум 10 дБ)?

Казалось бы, ответ очевиден: ну конечно же нет! Вроде как сравниваем Лексус и Ладу-«копейку».

Но - давайте не будем торопиться мерить все «на глазок», а проведем достаточно скрупулезное аналитическое исследование, основанное на известном не один десяток лет «бистатическом радарном уравнении», которое лежит и в основе расчетов радиотрасс с AS.

 

Заодно - не будем путать это уравнение с достаточно широко известной программой AirScout, которая в режиме реального времени (требуется подключение к интернет) лишь показывает периоды возможного отражения сигнала от самолетов, движущихся хотя бы временно вдоль прямой линии (или пересекающих ее) между двумя потенциальными AS-корреспондентами, находящимися в зоне видимости этих самолетов одновременно (см.скриншот; розовые значки). Но – ничего не говорящая об уровнях отраженных сигналов. Если у кого-то возникнут вопросы по ее настройке – готов отдельно изложить то, что делал своими руками.

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория 

Еще два слова о программе AirScout (автор DL2ALF, Frank http://www.airscout.eu/downloads.html). Она без проблем настраивается и работает по крайней мере под Win7, однако... показывает подозрительно густой рой самолетов относительно проверенного он-лайн монитора летящих воздушных судов по имени Flightradar24 http://www.flightradar24.com/61.18,46.38/6, на который при этом AirScout якобы опирается, нигде впрямую на это не указывая.

Говорю «проверенного» - по той причине, что мне доступен визуальный контроль позиций самолетов до дальности порядка 100 км прямо из окна с высокого этажа; как от Шереметьево (до него 5 км), так и в западной и юго-западной части подлета к аэропорту Внуково (45 км); особенно в темное время суток.

 

Вернемся к «радарному уравнению», на основе которого шведским радиолюбителем SM6FHZ в Excel был выполнен калькулятор уровня отраженного сигнала и времени нахождения самолета в створе диаграммы направленной антенны, выложенный по адресу: http://www.2ingandlin.se/ACS.htm (перевод очень содержательной страницы сайта прилагаю)

У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера 

Автор настоящей статьи также перевел на русский язык и сам этот калькулятор, несколько пополнив дополнительными расчетами (в т.ч.для коротких трасс), полезными данными и графическим пояснением. В таком виде его можно взять прямо здесь:

У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера 

Возжелавшие заиметь весьма удобный, достаточно интуитивный и бесплатный программный LF-спектроанализатор Spectran, на котором были представлены примеры в статье SM6FHZ, могут получить его по этой ссылке: http://ua3vvm.qrz.ru/spectran.htm

 

Хотя рекомендую скачать из сети куда более «продвинутые» (и тоже бесплатные) виртуальные инструменты SpectrumLab или VisualAnalyzer.

 

Для начала нашего исследования обратим внимание на максимальные доплеровские сдвиги частот для диапазонов 144-146 и 430-440 МГц исходя из типичной магистральной скорости большинства реактивных самолетов порядка 800…850 км/ч. Видим, что на 144-146 МГц эта величина едва превосходит 200 Гц, увеличиваясь примерно до 650 Гц (втрое) на диапазоне 430-440 МГц. То есть она при определенных условиях отражения сигнала от самолета крайне существенна даже на 144-146 МГц и для цифровых видов модуляций, и для SSB, и даже - для CW, если использовать узкополосные телеграфные фильтры. А вот на куда более широкополосный NFM доплеровский сдвиг частоты всегда будет иметь незначительное влияние, что позволяет в нашем аналитическом исследовании про него цинично забыть.

Однако, широкополосность NFM - по сравнению даже с SSB - заметно «выйдет боком» в аспекте уровня шумов в приемном тракте; и чтобы этого максимально избежать, нам надлежит использовать модуляционную ширину канала не в 25, а в минимальные 12,5 кГц. Такой режим есть, например, во множестве доступных по цене VHF/UHF-«портативок» от Kenwood: UVF-8, F8-Dual, UVF-Dual Max (не посчитайте это рекламой; просто примеры).

По ходу – краткий «ликбез» по взаимоотношению коэффициента шума приемника в дБ и чувствительностью в мкВ при заданной полосе пропускания:

1) Есть заданная матушкой-Природой шумовая константа, равная -174 дБм/Гц (т.е. -174 дБ относительно 1 мВт мощности на частотную полсу шириной в 1 Герц при температуре 290 градусов по Кельвину, или +17 градусов по Цельсию).

2) Пусть есть полоса пропускания приемника при заданном виде модуляции (NFM), равная 12,5 кГц (12500 Гц), которую в логарифмической мере относительно одного Герца мы можем вычислить как 10*lg(12500) = 41 дБ

3) Теперь можем посчитать минимально возможный уровень шума при полосе 12,5 кГц: -174 + 41 = -133 дБм

4) Смотрим в тех.параметры радиостанции и видим, например, ее чувствительность при соотношении сигнал/шум 10 дБ, равную 0,2 мкВ в полосе 12,5 кГц. Выражаем это значение на 50-омной нагрузке в дБм как: 20*lg(0,2мкВ*0,000001/0,2236) = -121 дБм

5) Поскольку это значение для соотношения сигнал/шум 10 дБ, физический уровень шума приемника будет следующим: -121 – 10 = -131 дБм.

6) Сравнивая результаты п.3 и п.5, видим, что они отличаются на абсолютное значение 133 – 131 = 2 дБ. Это и есть коэффициент шума приемника в дБ в нашем конкретном случае. Вот на это значение мы и будем опираться в дальнейшей аналитике.

Для пользователей SSB/CW-трансиверов на всякий случай приведу готовую таблицу соотношения коэффициента шума и чувствительности приемника в мкВ и дБм, характерных для этих видов модуляции.

 

Только пользоваться этими величинами нужно осторожно, потому что эфир на разных диапазонах будет содержать шумы разной природы, иногда в десятки раз превосходящие шумовой порог приемника.

 

Далее - переходим к вычислениям, интуитивно чувствуя, что с NFM-«портативок» мы явно не получим AS даже в полсотни километров. При этом сразу же закрадывается мысль: а тогда оно вообще нам надо?

Однозначно нет, если:

-Над головой или рядом нет сколь-нибудь существенного авиатрафика;

-Вокруг - малая «пересеченка» местности с одновременной возможностью установки УКВ-антенны на высотах выше леса или плотной застройки;

Вполне да, если:

-Радиостанция находится близ регулярной авиатрассы или еще лучше - аэропорта;

-Вокруг - сильно пересеченная местность (или - вокруг малая «пересеченка», но вы - в приличной низине типа долины реки; или близким холмом закрыт сектор интересного направления на «ближних» корреспондентов);

-Вдоль авиатрассы до потенциального корреспондента  - минимум десяток-полтора километров густого леса или вблизи - несколько километров плотной высотной городской застройки, а у вас нет возможности установки антенны выше нескольких метров над землей;

 

Видим, что есть немало обстоятельств, вполне способствующих экспериментам на VHF/UHF-NFM с «короткой» дистанцией AS даже по краям мегаполисов и в пригородах (где обычно немало и облетных авиатрасс, и застройки), и уж тем более - между не очень удаленными населенными пунктами в гористой местности или малоэтажными поселениями среди лесов, благо ныне даже и в таких местах УКВ-«портативок» - хватает. Так что все же посчитаем, насколько эта дистанция коротка, исходя из того, что разборчивость NFM-сигнала еще вполне приемлема при соотношении сигнал-шум не ниже 8 дБ. Разумеется, что в таких экспериментах на рациях следует отключать режим AutoSquelch, чтобы чувствительность приемного тракта могла быть выведена на максимум. А учитывая крайнюю недолговременность AS, в QSO явно придется напрочь отказаться от фонетического алфавита и повторов в пользу улучшения дикции, использования наиболее ходовых сокращений и Q-кодов. С точки зрения разборчивости, пожалуй, даже будет предпочтителен Тэн-код.

Если по каким-то причинам вам не доступен к использованию онлайновый Flightradar24, даю найденную ссылку на комплект неновых аэронавигационных карт России, чтобы определить, будет ли вам доступен «короткий» AS вообще, и если да, то куда он позволит «стрелять» (в архиве - 221 МБ): http://dfiles.ru/files/jdc8j806r   

В этих картах, не сильно изменяющихся от года к году, следует ориентироваться на сплошные черные линии. Останется только визуально определить (если вы близ такой линии), в какое время рядом с вашим QTH осуществляют пролет крупные воздушные суда регулярного внутреннего и международного авиасообщения. «Круче» всего - «трансконтиненталы»: это летающие ретрансляторы максимального размера с прибавкой отраженного сигнала до 4-х с лишним дБ относительно самых массовых самолетов Аirbus-319 и Boeing-737 (или что тоже самое - примерно с прибавкой примерно четверти дистанции).

Кстати, исходя из информации на веб-странице SM6FHZ, «короткий» AS должен практически одинаково неплохо проявляться не только при вертикальном отражении от «брюха» самолета и крыльев при нахождении корреспондентов буквально под траекторией полета, но и от борта с хвостовым оперением, т.к. отражающие площади оказываются сравнимы.

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория 

Наконец - расчетные результаты (на трассах, проходящих над пунктами А и Б; именно такие расчитывает калькулятор). Вот что у нас получается на диапазонах VHF/UHF для «короткого» AS-NFM при размерах кроссполяризационных антеннYagi, вполне приемлемых даже для полевых экспериментов:

 

Таблица 1 (нижние полетные эшелоны до 4000 м в радиусе примерно 40 км от аэропортов)

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория 

Диапазон частот: 144-146 МГц; Коэфф.шума приемника 2 дБ; NFM 12,5 кГц; Выходная мощность передатчика 7 Вт; Потери в фидере 0,5 дБ; Усиление кросс-антенны Ga=11 дБ (примерная длина траверсы - около 2м); самолет-ретранслятор - типа Аirbus-319/ Boeing-737, средняя скорость 500 км/ч

 

Таблица 2 (верхний полетный эшелон порядка 10 000 м, транзитный)

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория 

Диапазон частот: 144-146 МГц; Коэфф.шума приемника 2 дБ; NFM 12,5 кГц; Выходная мощность передатчика 7 Вт; Потери в фидере 0,5 дБ; Усиление кросс-антенны Ga=11 дБ (примерная длина траверсы Yagi - около 2м); самолет-ретранслятор - типа Аirbus-319/ Boeing-737, средняя скорость 850 км/ч

 

Таблица 3 (нижние полетные эшелоны до 4000 м в радиусе примерно 40 км от аэропортов)

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория

Диапазон частот: 430-440 МГц; Коэфф.шума приемника 2 дБ; NFM 12,5 кГц; Выходная мощность передатчика 7 Вт; Потери в фидере 1 дБ; Усиление кросс-антенны Ga=14 дБ (примерная длина траверсы Yagi - около 2м); самолет-ретранслятор - типа Аirbus-319/ Boeing-737, средняя скорость 500 км/ч

 

Таблица 4 (верхний полетный эшелон порядка 10 000 м, транзитный)

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория 

Диапазон частот: 430-440 МГц; Коэфф.шума приемника 2 дБ; NFM 12,5 кГц; Выходная мощность передатчика 7 Вт; Потери в фидере 1 дБ; Усиление кросс-антенны Ga=14 дБ (примерная длина траверсы Yagi - около 2м); самолет-ретранслятор - типа Аirbus-319/ Boeing-737, средняя скорость 850 км/ч

 

Видим, что в условиях random-QSO отведенные на него расчетные максимум 22 секунды - это уже операторский «высший пилотаж» самоорганизации, причем - с обоих концов радиотрассы. Впрочем - есть к чему стремиться.

 

На закуску: полноценный VHF-трансивер (1-я категория) в условиях AS-NFM.

Таблица 5 (верхний полетный эшелон порядка 10 000 м, транзитный)

Air Scatter на... «портативки»? Пока - теория

Диапазон частот: 144-146 МГц; Коэфф.шума приемника 1 дБ; NFM 12,5 кГц; Выходная мощность передатчика 50 Вт; Потери в фидере 0,5 дБ; Усиление кросс-антенны Ga=11 дБ (примерная длина траверсы Yagi  - около 2м); самолет-ретранслятор - типа Аirbus-319/ Boeing-737, средняя скорость 850 км/ч

 

Выводы:

1. В условиях плотной приземной радиотени, для экспериментов с «коротким» AS близ аэропортов вполне пригодны оба диапазона: и 144-146, и 430-440 МГц;

2. Тот же «короткий» AS на транзитных авиамагистралях (верхний полетный эшелон), с разумным ожидаемым временем существования радиоканала, реализуем лишь на диапазоне 144-146 Мгц;

3. Заметную роль в создание условий наиболее длительного существования канала связи при «коротком» AS играет угол места антенны на обоих концах радиотрассы.

4. Принципиальная противонаправленность параметров роста усиления антенны (т.е.сужения диаграммы направленности) и длительности рабочего интервала «короткого»AS, зависимого от времени нахождения самолета в створе антенн, приводит как к неизбежному ограничению усиления антенны, так и уменьшению дистанции, увеличение которой становится возможно лишь при значительном росте мощности передатчика.

 

Примечание. На диапазоне 430-440 МГц (и без того вторичном) нижние частоты, с разрешенным FM либо всеми видами модуляции, напрочь перекрываются диапазоном LPD (мягко говоря, не способствующем минимальному уровню местных помех). Поэтому для экспериментов по «короткому» AS с применением «портативок» куда целесообразней использовать пока еще негусто заселенный участок 438-440 МГц.

 

DIM  


Источник | Опубликовал: DIM


и поделитесь с друзьями в соц сетях:


Комментарии (1)

Добавить комментарий

Похожие новости