GB3ANG zoals gezien in Spectran door G3LNM, in Cantley nabij Norwich.
De auteur is, na het lezen van het artikel Reflections, geschreven door Ray Scrivens G3LNM, aangemoedigd om aan dit aspect van amateur radio nader aandacht te gaan besteden. Download Reflections.pdf (3.7MB). Tevens is het onderwerp actueler geworden na het verschijnen van een artikel in Radcom Maart 2006, geschreven door Walter Blanchard, G3JKV.
Indien men het signaal van een geschikt VHF Baken bekijkt in het watervalbeeld van een daartoe geschikt programma zoals Spectran, dan is de kans groot dat er naast het originele signaal, ook kopieën van dit signaal worden waargenomen die in frequentie verschoven zijn. Deze kopieën, de "extra" signalen, worden veroorzaakt door reflecties van het radiosignaal tegen bewegende vliegtuigen en de frequentieverschuiving wordt veroorzaakt door het Dopplereffect. Hierbij hangt het hoger of lager worden van de frequentie af van hoe het vliegtuig zich beweegt ten opzichte van de waarnemer en bron. Een goed voorbeeld van deze Doppler verschuiving is te zien in een schermopname van Spectran, gemaakt door Ray G3LNM, van het radiosignaal van het baken in Dundee, GB3ANG. Dit baken bevindt zich op 330 mijl afstand van zijn QTH, Cantley nabij Norwich. Het directe signaal is nog net te zien (verticale streepjeslijn) en is zeer veel zwakker dan het door het vliegtuig gereflecteerde signaal, welke van een lage naar een hoge (audio)frequentie het beeld schuin doorloopt.
Een ander voorbeeld, zie hieronder, geeft het gereflecteerde signaal weer van het baken GB3SSS met antennerichting West, in Poldhu Cornwall. Dit signaal werd ontvangen door Lionel G3PPT in Truro Cornwall. Hierbij valt op dat het het gereflecteerde signaal nu juist veel zwakker is dan het hoofdsignaal. Dit komt doordat Cornwall niet in, maar onder 1 van de Vluchthoofdroutes naar Engeland ligt en deze route, en daarmee ook de zich daarin bewegende vliegtuigen, bevindt zich niet tussen baken en waarnemer. Deze zwakke (zij)reflecties worden veelvuldig van dit baken waargenomen.
In de praktijk blijken de vliegtuigreflecties relatief zwak te zijn, omdat het reflectieproces gepaard gaat met veel verliezen. De reflecties kunnen vele minuten aanhouden en de signalen kunnen daarbij tientallen Herzen in frequentie verschoven zijn. Over het algemeen zijn de gereflecteerde signalen redelijk zuiver en zonder veel vervorming.
Om met een van de huidige digitale modes verbindingen te maken via gereflecteerde vliegtuigsignalen, zal niet makkelijk verlopen. De meeste van deze digitale modes hebben een weliswaar een ingebouwde frequentie bijregeling (AFC), maar deze bijregeling is onvoldoende voor de grote frequentieverschuivingen die veel van de waargenomen reflecties hebben. De gevoeligheid van de huidige digitale modes is vrij hoog, maar behoudens de pieken tijdens de reflecties, echter niet hoog genoeg om de meeste (zwakkere) gereflecteerde signalen te detecteren. Tevens zullen de systemen met meertonen slechter presteren door het veelvoud aan gelijktijdige reflecties.
Een mooi probleem dus om op te lossen!
Er is echter wel 1 digitale mode geschikt voor communicatie via gereflecteerde signalen, die zowel het signaal goed uit de ruis haalt en geen synchronisatie nodig heeft. Dat is de Hellschreiber mode, later ook genoemd Feldhell, een basisvorm van Fax en uitgevonden door Rudolf Hell omstreeks 1930. In zijn basisvorm is de snelheid van Hellschreiber ongeveer 2 tekens per seconde en hiervoor zijn met succes programma's geschreven voor de PC met een geluidskaart.
Hellschreiber, is een zgn. "Fuzzy" mode ("Vage" digitale mode) wat betekent dat de zender geen codering gebruikt en de ontvanger niet bepaald wanneer er data aanwezig is. De beslissing van de aanwezigheid van en het starten en stoppen van een signaal ligt bij de mens zelf. De mens zelf decodeert dan op gehoor of visueel met behulp van zijn hersens en laat dit niet over aan de computer cq. machine. Dit is het geval bij CW, Fax en Hellschreiber.
Een goede bron voor informatie hierover en andere zogenaamde "Fuzzy" modes is te vinden op de Website van Murray Greenman ZL1BPU:
En in het bijzonder:
Hellschreiber is op de normale snelheid echter niet voldoende gevoelig voor ons doel om gereflecteerde signalen goed te detecteren. Echter in 1999 ontwikkelde de auteur, G3PPT, een zeer trage vorm van deze Hell mode, om toen te dienen als vervanging voor QRSS (zeer trage CW). Deze trage Hell mode is Slowfeld genoemd en is met zijn 3 tekens (karakters) per minuut, erg traag maar zeer gevoelig (leesbaarheid tot op circa 30 dB onder AWGN in 3 KHz Bandbreedte) en is heel geschikt voor ons doel. In plaats van conventionele digitale filters, worden bij deze Slowfeld mode "Bins " (frequentie's van de FFT) uit het watervalscherm van de Fast Fourier Transformatie (FFT) genomen en afgebeeld als (deel van) het teken. Om het probleem te vermijden om nauwkeurig op 1 "Bin" af te stemmen en afgestemd te blijven, worden er meerdere stroken (met tekens) parallel op het scherm weergegeven, zodat er minstens op 1 strook tekens zichtbaar is en bij verloop in frequentie schuiven de tekens naar de nabijgelegen strook (naar beneden of naar boven). Het originele Slowfeld programma was geschreven voor Windows 95 met gebruik van de geluidskaart, nog in de oerdagen van de PC. Helaas werkt dit programma niet meer met de modernere versies van Windows. Een algehele revisie van Slowfeld liet al (te) lang op zich wachten en is nu met behulp van Borland C++ Builder V6 uitgevoerd.
Deze, op de moderne Windows aangepaste, versie van Slowfeld werd allereerst uitgetest op het radiopad tussen G3SMW in Marlow en G3LNM in Cantley. G3SMW zond op 144 MHz USB met Slowfeld met 3 tekens per minuut op een Halo en 30 Watt TX Output. G3LNM benutte voor ontvangst een FT857 met een 4 elements J-Beam Quad antenne horizontal gepolariseerd. De eerste resultaten zijn hieronder weergegeven. De individuele tekens zijn duidelijk zichtbaar op diverse stroken, maar ondanks manmoedige pogingen, is het toch niet goed mogelijk de (Doppler) verschuivende signalen met muisklikken voldoende te blijven volgen. Let ook op de meervoudige reflecties in het watervalscherm !.
Na wat gepuzzel vond de auteur een belangrijke doorbraak! Hiermee werd een aangepaste versie van Slowfeld geschreven, waarbij door het programma nu uit de sterkste "Bin" gekozen werd in een wat breder gemaakte doorlaat. Ook werden de tekens nu op 1 strook weergeven. Dit scheelde veel moeizaam geklik om het signaal te volgen en het was nu met de nieuwe weergave veel duidelijker leesbaar, dan met tekens die her en der op het scherm stonden. Voor signalen die echter veel in frequentie verschoven zijn, blijft het verschuiven van de doorlaat d.m.v. klikken met de muis, noodzakelijk. Een audio opname van de signalen van 24-02-2006 werd nu "afgespeeld" via het nieuwe Slowfeld programma en de resultaten waren een openbaring. Zie het resultaat hieronder.
Daarna werden met dit nieuwe programma "tweeweg" testen uitgevoerd tussen G3LNM en PA0OCD. Signalen en tekens werden aan beide zijden ontvangen. Zie de schermweergaves hieronder. PA0OCD benutte in eerste instantie 400 Watt output en een 7 elements horizontale Yagi maar reduceerde het vermogen in latere tests tot 100 Watt. G3LNM gebruikte circa 50 Watt output en een 4 elements horizontale Yagi.
Gedurende de testen, richtten G3LNM en PA0OCD ook de antennes naar G3PPT in Cornwall, die daar voor ontvangst een FT-817 gebruikte met een op zolder gemonteerde 7 elements horizontale ZL-special. Niets werd ontvangen van PA0OCD en slechts 1 (vreemd) teken werd ontvangen van G3LNM zoals hieronder weergegeven.
Deze "magere" ontvangst op locatie G3PPT was teleurstellend, maar wellicht niet verrassend als er op de kaart naar de locaties van de deelnemende stations wordt gekeken:
Het pad van Midden-Cornwall richting Oost-Noord-Oost, gaat over het hoge deel van Dartmoor. En als de afstand toeneemt, neemt de tijd ook af voor deze locatie, dat een vliegtuig zich in een voor Reflecties ("Scatter") geschikte positie bevindt. Veel vliegtuigen dalen naar of stijgen juist op van omringende vliegvelden en blijven niet op grote hoogte wat van belang is voor Scatter over grote afstand en de korte-lijn vluchten, die niet dalen of opstijgen, vliegen juist weer op lagere hoogtes. Anderzijds echter geven de schermopnames van G3LNM van baken GB3ANG aan, dat een Scatter afstand van meer dan 300 Mijlen mogelijk moet zijn. Het vluchtverkeer is boven Engeland en Noord Europa vrij druk, zoals te zien is in het volgende plaatje:
Het vergde slechts lichte aanpassingen om een Slowfeld versie te maken speciaal toegesneden op Scatter gebruik, en deze versie heet SlowfeldXPAS. (AS voor Airplane Scatter). Dit programma heeft 3 snelheden nl.: 3 tekens/ minuut, de snelheid die voor de eerste testen werd gebruikt, en 6 en 12 tekens/minuut. Het verhogen van de snelheid verlaagd echter de gevoeligheid en het moet nog in de praktijk blijken of de hogere snelheden meer informatie overbrengen tijdens de pieken van de reflecties of dat "zeker maar traag" een betere aanpak is. Veel zal afhangen van het radiopad en de uitrusting van de stations aan beide zijden.
De laatste versie van SlowfeldXpas kan hier "gedownload" worden:
Attentie: Het Zip-bestand bevat ook alle bestanden om het programma in oudere versies van Windows (ouder dan versie XP), te laten werken. Al deze bestanden moeten wel in 1 "Directory" staan.
Er zijn door G3LNM twee MP3 bestanden gemaakt tijdens de opname van 3 Tekens/Minuut Slowfeld signalen en deze bestanden kunnen hieronder gedownload worden. Deze bestanden kunnen daarna afgespeeld worden op een software MP3 speler en met de juiste keuze van de software geluidsmixer van de geluidskaart, in de stand voor opname op "What u hear" (in W2K en WXP) , kan daarna in SlowfeldXpas deze audio opname weergegeven worden. Hiermee krijgt men een beetje "gevoel" hoe het programma werkt en wat de beste instellingen zijn. Het is als het ware alsof je bij G3LNM in de shack zit.
Sinds we met het maken van verbindingen via Vliegtuig Radio Reflecties op VHF zijn begonnen, met het programma SlowfeldXPAS, hebben we vernomen dat er ook een groep Australische amateurs hiermee bezig is, zij het dan met een andere aanpak. Zij benutten hierbij, met enig succes, standaard digitale modes om bij sterkere signalen, informatie met een hogere snelheid over te brengen. Deze aanpak is toepasbaar, echter zal deze niet opgaan bij ontvangst van de soms zeer zwakke signalen en signalen veroorzaakt door een veelvoud aan reflecties door de vele vliegtuigen in ons dichtbevolkte luchtruim in Noord-Europa. Zie:
Lionel Sear, G3PPT, Maart 2006.
Met veel hulp en ondersteuning van:
Bernard Spencer, G3SMW.
Ray Scrivens, G3LNM.
Paulus W. Straks, PA0OCD.
Ko Versteeg, NL9222.
THIS SOFTWARE IS PROVIDED ''AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
Namings for products in the software and this manual, that are registered trademarks, are not separately marked. The same applies to copyrighted material. Therefore the missing (r) or (c) character does not implicate, that the naming is a free trade name. Furthermore the used names do not indicate patent rights or anything similar.