Несколько недель назад мы опубликовали о некоторых экспериментальных работах по методам локализации по времени прихода (TDoA) на устройствах KiwiSDR. Идея состоит в том, что общедоступные KiwiSDR, размещённые по всему миру, можно использовать для определения физических координат любого передатчика в диапазоне 0–30 МГц с использованием метода TDoA. Эта функция недавно была активирована и доступна бесплатно через любой KiwiSDR.
KiwiSDR — это HF SDR стоимостью US$299, который может одновременно контролировать весь диапазон 0–30 МГц. Он разработан как веб-ориентированное и совместно используемое устройство, что означает: владелец KiwiSDR, или любой, кому они предоставили доступ, может настраивать и слушать его через веб-браузер по интернету. Многие общедоступные KiwiSDR можно найти и просмотреть по списку на sdr.hu или по силе сигнала и местоположению на этом сайте.
Одной из особенностей KiwiSDR является GPS-вход, который позволяет работать от точного времени, а также предоставляет данные о местоположении. Разность времен прихода (TDoA) — это метод определения направления, который основывается на измерении разницы во времени приема сигнала на нескольких приёмниках, рассеянных на некотором расстоянии. Чтобы выполнить это, требуется точный синхронизированный с каждым приёмником час. GPS обеспечивает это и может точно синхронизировать часы KiwiSDR по всему миру.
Совсем недавно всем KiwiSDR выпустили бета-обновление (журнал изменений), которое позволяет легко выполнять вычисление TDoA на них. Так как многие KiwiSDR являются общедоступными, это означает, что прямо сейчас любой может перейти к веб-интерфейсу KiwiSDR и запустить расчёт направления. Вам даже не нужно владеть KiwiSDR, чтобы сделать это, поэтому это первая свободно доступная RF-система определения направления, доступная публике. Это может быть полезно для локализации сигналов вроде станций с номерами, военных передач, пиратских станций, глушилок и неопознанных источников шума.
Использование
Запуск задачи TDoA проще простого: используйте графический интерфейс KiwiSDR OpenWebRX, чтобы выбрать сигнал и выбрать два или более приёмников для использования в расчёте.
Если вы хотите попробовать это, то проще всего начать с ВЧ/НИУ/ГВ (менее 1,6 МГц), поскольку такие сигналы, как правило, распространяются к приёмникам только через прямую наземную волну. Сигналы небесной (sky) волны в диапазоне HF устранять труднее, так как они могут идти на большие расстояния, пролетая, пружиня и преломляясь в ионосфере, из-за чего трудно точно определить, откуда они приходят, поскольку отскоки приводят к трудно предсказуемой задержке во времени прибытия. Но если вы примерно знаете местоположение передатчика, можно выбрать ближайшие KiwiSDR-приёмники, что, возможно, обеспечит приём сигнала напрямую через наземную волну, а не через sky-wave. Более продвинутые пользователи могут попробовать использовать приёмники, разбросанные дальше на похожем расстоянии от предполагаемого местоположения передатчика. Это поможет обеспечить одинаковые расстояния пропуска и, следовательно, идентичные задержки.
Чтобы начать, выполните следующие шаги (мы также рекомендуем прочитать текст справки, который доступен, если нажать кнопку «Помощь» на расширении TDoA):
- Откройте KiwiSDR, который может принимать сигналы, которые вам интересно локализовать. Вы можете просматривать KiwiSDR по карте и качеству сигнала на этом сайте.
- В выпадающем меню «extension» в правом нижнем окне управления выберите TDoA и дважды проверьте, что режим модуляции приемника установлен в «IQ».
- Теперь вы должны увидеть карту в верхней части экрана. Эта карта отображает все KiwiSDR в мире, у которых включена GPS и, следовательно, могут использоваться для TDoA.
На карте также отображаются несколько известных передатчиков белым цветом с зелёными маркерами, которые можно использовать для практики TDoA. Нажатие на известный передатчик автоматически настроит KiwiSDR на эту станцию.
- Настройтесь на сигнал, который вы хотите локализовать. Убедитесь, что полоса пропускания приемника охватывает сигнал.
- now нужно найти две или более KiwiSDR на карте, которые могут принимать сигнал, который вас интересует. (Две дадут вам линию возможных местоположений, в то время как три могут позволить точно определить сигнал. Но мы рекомендуем начинать с двух или трёх, поскольку большее число приёмников может привести к сбою расчёта).
Чтобы проверить, может ли KiwiSDR на карте принимать сигнал, дважды щёлкните по его маркеру. Это откроет выбранный KiwiSDR в новом окне браузера, с настройкой на станцию интереса. Если у вас есть примерное представление о местоположении передатчика, попробуйте выбрать KiwiSDR так, чтобы они окружали передатчик.
- Как только вы найдёте KiwiSDR, который принимает сигнал, закройте второе окно приёмника KiwiSDR, которое вы только что открыли, и вернитесь к исходному окну KiwiSDR. Теперь вместо двойного щёлчка просто кликните один раз по пину KiwiSDR на карте, с которым вы подтвердили приём. Это добавит этот KiwiSDR в окно в левом нижнем углу. Это окно отображает KiwiSDR, которые будут использоваться в расчёте TDoA.
Убедитесь, что рядом с выбранным KiwiSDR отображается «XX GPS fixes/min». Если возникнет ошибка, удалите этот KiwiSDR и выберите другой.
- Когда вы найдёте две или более KiwiSDR, которые принимают сигнал интереса, переместите карту туда, где вы хотели бы, чтобы отображалась тепловая карта результатов TDoA. Расположение карты KiwiSDR определяет место отображения тепловой карты TDoA.
- Нажмите кнопку «отправить», чтобы начать расчёты TDoA. Сервер KiwiSDR соберёт 30 секунд выборок с каждого из ваших выбранных KiwiSDR, а затем выполнит алгоритм TDoA на сервере KiwiSDR. Весь процесс займёт примерно 1–3 минуты.
- После завершения можно просмотреть результаты, используя выпадающее меню рядом с кнопкой «отправить», чтобы выбрать «Карта TDoA»
Функция KiwiSDR TDoA всё ещё находится на стадии тестирования и может работать нестабильно. Если вы получаете сообщение «Octave Error», попробуйте обновить страницу KiwiSDR и повторить попытку с другими приёмниками. Иногда появляется ошибка, говоряшая о том, что GPS у KiwiSDR не обновлялся некоторое время. В таком случае просто удалите этот приёмник и выберите другой. Также замечено, что если вы слишком далеко увеличиваете масштаб карты, алгоритм TDoA иногда возвращает «Octave error». Попробуйте немного приблизиться к примерно ожидаемому местоположению. KiwiSDRs также могут обслуживать не более четырех одновременных пользователей, поэтому в пиковые периоды может случаться занятость.
На форумах KiwiSDR Мартин G8JNJ также привёл список полезных советов, которые он обнаружил. Например, он рекомендует выбирать KiwiSDR, размещённые равномерно вокруг предполагаемого местоположения передатчика (если оно известно). В идеале их также следует подбирать в противоположных парах (например, одна пара к северу и к югу передатчика и одна пара к востоку и западу от него).
Результаты
Мы несколько раз тестировали новую функцию TDoA. Ниже приведены примеры достигнутых нами результатов.
США: NLK на 24.6 кГц.
Это военный передатчик, расположенный в Сиэтле, штат Вашингтон. При трёх приёмниках, окружающих передатчик, нам удалось получить достаточно близкую к истинному местоположению отметку, которая подтверждается известной позицией.
Европа: ДФ77 (DCF77) — часовой передатчик на 77,5 кГц.
Это немецкий длинноволновый часовой передатчик. Опять же при трёх приемниках мы смогли приблизительно точно определить сигнал.
Австралия: местная радиостанция MW на 549 кГц.
Здесь мы пытались локализовать австралийскую радиостанцию диапазона MW. К сожалению, в Австралии не хватает KiwiSDR, а из имеющихся лишь три имели GPS, и двое из них находились рядом друг с другом. Имея всего фактически две станции, мы могли получить лишь линию возможных местоположений. Сопоставляя с известным местоположением, отображённым на Google Maps, мы подтвердили, что передатчик расположен на этой линии.
Мы также протестировали несколько сигналов на более высоких частотах. Как упоминалось ранее, всё выше VLF/LF/MW (то есть HF-диапазоны) намного сложнее локализовать, так как сигнал может пролетать через атмосферу и вызывать дополнительные задержки во времени прибытия. Эти задержки могут приводить к проблемам с измерениями времени прихода. Поэтому для таких сигналов важно находить приёмники ближе к передатчику или располагать их на большем расстоянии на одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы у каждого были идентичные пропуски и, следовательно, идентичные задержки.
При локализации HF-сигнала в полностью неизвестном месте рекомендуется начинать с двух или трёх приёмников, проверять тепловую карту и постепенно добавлять приёмники в горячие участки тепловой карты, удаляя приёмники, оказавшиеся в более прохладных зонах. Так можно постепенно сузить круг до тех приёмников, которые ближе к источнику сигнала и, следовательно, с большей вероятностью принимают сигнал напрямую, а не через отражения от ионосферы.
Буззер (UVB-76)
Используя описанную ранее технику, мы попытались локализовать источник буззера (UVB-76), русской номерной станции на частоте 4,625 МГц. В итоге мы пришли к приведённым ниже результатам. По тепловой карте буззер, по-видимому, находится где-то в окрестностях Санкт-Петербурга. В 2014 году исследователи станций с номерами на priyom.org получили анонимную подсказку от участника, указывающую на место передачи к северу от Санкт-Петербурга. Результаты тепловой карты TDoA, похоже, подтверждают правильность анонимной подсказки.
Итоговые слова
На данный момент, похоже, самой большой проблемой является нехватка активных KiwiSDR по всему миру. Чем больше активных KiwiSDR, тем лучше результаты определения направления. В данный момент Северная Европа и США представлены достаточно хорошо, но остальной мир — нет. Азия, Африка, Россия и Южная Америка особенно недостают. Также не все KiwiSDR используют GPS. Если вы управляете KiwiSDR, пожалуйста, подумайте о включении GPS. Ещё одна проблема — многие KiwiSDR страдают от слабого приёма и плохих антенн, поэтому не все активные приёмники действительно полезны.
В будущем мы ожидаем, что эта функция будет только улучшаться, благодаря людям, стоящим за ней, Джону Сиймонсу и Кристофу Майеру, которые усердно работают над улучшением результатов. Например, одним из возможных будущих улучшений может стать использование методов трассировки лучей для учета задержек, вызванных прохождением сигнала через отражения от неба. Обновление (15 июля 2018 г.): теперь можно также выводить результаты на Google Maps.
Если вы хотите приобрести KiwiSDR и внести вклад в первую в мире свободно доступную систему TDoA, вы можете сделать это сразу на Amazon или Seeed Studios за 299 долларов США, или подождать распродажи на massdrop.com, где устройство часто продаётся со скидкой до US$100.
Источник:
