Ryšiai per orlaivius

Istorija ir teorija

Pagrindinis AS principas

Dar 70-ųjų metų pradžioje UTB entuziastai pastebėdavo, kad QSO metų pasitaikydavo nepaaiškinamas reiškinys, kurio metu korespondento signalo stiprumas trumpam pagerėdavo ir vėl sugrįždavo į pradinį lygį. Tuomet aiškaus šio efekto paaiškinimo nebuvo, ir jį siedavo su kažkuriais reikškiniai atmosferoje ir troposferoje. Tik 80-ais metais radijo mėgėjai sutapatino šį efekta su lektuvais ir pradėjo tyrinėti šį reiškinį plačiau.

Buvo suprantama, kad šis efektas atsiranda tuomet, kai radijo trasoje tarp korespondentų praskrenda lektuvas. Tačiau nebuvo iki galo aišku kokie būtent fizikiniai procesai įtakoja šį efekta. Vyravo keletas nuomonių:

• Tiesioginiai radijo bangų atspindžiai nuo lektuvo korpuso
• Atspindžiai nuo kondensacijos pėdsako, kuris lieka už lėktuvo
• Radijo bangų refrakcija dėl temperatūrų skirtumo zonoje, kuri lieka už lėktuvo jo varikliams išmetant karštą orą.

Buvo kiekvienos teorijos šalininkai ir priešininkai. Laikui bėgant kolegialiai buvo pritarta nuomonei, kad pagrindinis ir juntamiausias efektas – tai tiesioginiai radijo bangų atspindžiai nuo lėktuvo korpuso. Ir šis efektas radijo mėgėjų tarpe buvo pavadintas Airplane/Aircraft Scatter (AS). Tačiau taip pat pripažįstama, kad ir kiti du fizikiniai procesai taip pat prisideda prie AS efekto, viskas tiesiogiai priklauso nuo lėktuvo tipo ir dydžio.

"Aircraft Scatter" teorija yra gerai žinoma, nuo pirmosios RADAR sistemos atsiradimo II pasaulinio karo pabaigoje. Radaro skleidžiami signalai naudojami orlaivio padėčiai, aukščiai ir greičiui nustatyti. Jei siųstuvas ir imtuvas yra skirtingose vietose, tai yra Išneštosios Radiolokacinės Sistemos modelis . Šios lygties taikymo sritis yra apskaičiuoti trasos nuostoliu tarp TX ir RX. Eesant ypatingoms aplinkybėms, priimamas signalas pagerėdavo iki 20 ... 30 dB).

Pagrindinės sąlygos AS yra labai paprastos:

1. Lėktuvas turi būti tiesioginėje radijo matomumo zonoe (TMZ)
2. Lėktuvas turi būti labai arti sklidimo(susikirtimo) zonos tarp TX ir RX

Reikia akcentuoti, kad kalbama būtent apie tiesioginę radijo matomumo zoną, kuri skiriasi nuo tiesioginio optinio matomumo ir dėl UTB bangų savybės „užlinkti“, yra didesnė, nei optinė. Jei Žemės paviršius būtų idealus sferinis, tai TMZ būtų apskaičiuojama pagal šią gerai žinomą formulę: TMZ = 4.12*( sqr h1 + sqr h2) kur TMZ yra atstumas kilometrais, o h1 ir h2 – TX ir RX antenų aukštis ASL m. Jei laikytume, kad RX ir TX ASL lygus 0, tai maksimalus atstumas priklausomai nuo lėktuvo aukščio būtų toks:

Darant prielaidą, kad civilinių orlaivių maksimalus kreiserinis aukštis yra apie 12000 m, galime apskaičiuoti maksimalius galimus atstumus tipinėms TX / RX vietoms (su elevacija virš jūros lygio). Žiūrint iš TX arba RX taško, tai parodyta šioje diagramoje:

Norint gauti visą AS ryšio ilgio, turime sudėti abu atstumus TX ir RX. Mes galime tikėtis nuo 900 km (kai stočių antenos yra jūros lygyje) iki 1200 km (kai stotys yra kalnuose). Iš tiesų atrodo, kad atstumai, viršijantys 800 km, yra gana sudėtingi, bet tikrai realūs.

Atminkite, kad aukščiau pateikta lygtis galioja tiktai idealus žemės paviršiaus atveju. Yra aibė veiksnių, kurie gali dramatiškai sumažinti atstumą, pvz., vietinės ar tolimosios kliūtys, landšafto nelygumai. Todėl kalbant apie AS svarbu turėti omenyje, kad bet kokia kliūtis gali tiesiog užstoti toli esanti lėktuvą ir mes negalėsime pasiekti maksimalaus ryšio atstumo. Šioje vietoje svarbu paminėti apie minimalų naudotiną elevacijos kampą (MNEK).

Paveiksle matome, kad TX pusėje yra kliūtis ir skaičiavimuose turi būti imamas domėn minimalus naudojamas kampas ε usable. Raudonu rėmeliu pažymėtas lėktuvas būtų teoriškai TMZ, bet jį užstoja kalnas ir todėl yranetinkamas AS QSO pravedimui.

Jei yra prieinamas elevacijos duomenų žemėlapis modelis, užduotis yra apskaičiuoti ε kiekviename atskirame taške per visą kelią iki lėktuvo. Norint gauti εmin reikšmę, mes tiesiog ieškome visų ε maksimalių reikšmių. Tai yra didžiausia kliūtis kelyje atsižvelgiant į žemės kreivumą ir žemės pakilimo obstrukcija. Kaip matėte paveiksliuke, kelyje nuo TX iki kliūties yra galima ir mažesnė ε reikšmė, bet tai neturi prasmės, nes tokiame aukštyje nėra lėktuvų. Jei TX antenos aukštis yra gana aukštas (h >> 0), o horizontas daugiausia yra atviras, minimalus kampas gali turėti ir neigiamas reikšmes (εmin <0). Atlikdami skaičiavimus abiejuose kelio taškuose (TX ir RX) ir nustatydami abu kreives ant diagramos, lengvai matome susikirtimo zoną. Ši sritis yra viršutinėje pusėje, maksimalus kreiserinis aukštis, kurį gali turėti civilinis orlaivis (apie 12000 m). Gautas trikampis yra sritis, kurioje orlaivis "matomas" abiejuose kelio galuose (abipusis matomumas) ir yra žemiau didžiausio kreiserinio aukščio.

Ši rožinės spalvos sritis vadinama "karšta zona", kurioje AS (ir teoriškai) ryšys yra įmanomas.

Kas yra reikalinga darbui per AS?

Apskaičiavę kelią tarp dviejų stočių ir "karštą zoną", turime nustatyti lėktuvo padėtį, judėjimo kryptį ir aukštį. Yra keletas būdų gauti tokią informaciją realiuoju laiku.

1. Naudoti ADS-B imtuvą. Tai imtuvas kuris dirba 1090MHz dažniu ir priima visą tarnybinę informaciją, kurią siunčia lėktuvas. Šio sprendimo trūkumas yra tas, kad net turint gerą imtuvą ir išorinę anteną, jūs gausite informaciją iš lėktuvų tik ~200km spinduliu. Mums tai visiškai netinka, nes visa AS mintis yra užmegzti QSO su korespondentu iki 800km atstumu.

2. Naudoti informaciją iš Interneto. Yra keletas bendruomenių skrydžio entuziastų projektų, kurie dirba skirtuose serveriuose. Dauguma iš jų pateikia tinklalapius, kurie žemėlapyje parodo orlaivio pozicijas realiame laike. Kai kurie iš jų teikia papildomą tekstinę informaciją specialiems tikslams (dažnai JSON formatu). Naudojant šią tekstinę informaciją ir specializuotą programinę įrangą galima stebėti lėktuvų judėjimą ir planuoti AS ryšius

Kokią programinę įrangą naudoti?

FlightRadar24

Privalumai:

• Nereikia diegti, tiesiog WEB puslapis
• Plačiausia informaciją apie visus civilinius lėktuvus esančius oro erdvėje

Trūkumai:

• Nėra tiesiogiai skirtas AS planavimui
• Reiklus PC resursams
• Sąlyginai nemokamas
• Nepatogus naudojimui

Tučnac hamradio contest log

Privalumai:

• Viskas viename – kontestinis UTB logeris su AS planavimo funkcija
• Parodo realiame laike tikrai nemažai AS tinkamų lėktuvų
• Dirba Linux ir MS Windows OS

Trūkumai:

• AS planavimas – tik pagalbinė funkcija
• Vartotojo sąsaja labai minimalistinė
• Nepatogu naudoti vien tik kaip AS planavimo programą

AirScout

Privalumai:

• Dedikuota programinė įranga AS QSO planavimui
• Patogus valdymas ir aiški informacija
• Nemokama

Trūkumai:

• Nepakankamas integravimas su online lėktuvų duomenų bazėmis
• Komplikuotas diegimas ir pirminiai nustatymai
• Neištaisomos klaidos
• Autorius DL2ALF nenusiteikęs atnaujinti ir palaikyti programos

Nuo ko pradėti?

Pasiruošimas

Savo pirmąją pažinti su AS siūlau pradėti nuo stebėjimo. Kaip ir bet kam UTB sferoje reikalinga atitinkama įranga. Aišku, geros kryptinės antenos, atitinkama energetika, LNA tik pagerina ir pagreitina AS QSO. Tačiau stebėjimui jums prireiks sąlyginai nesudėtingo komplekto:

• Transiveris 144MHz, su SSB/CW modomis.
• Kryptinė 7 el. antena su horizontalia poliarizacija
• Pageidautinas LNA
• Kompiuteris su AirScout programa ir Interneto ryšiu

Turint tokį komplektą jūs galite pradėti stebėti AS fiziką ir procesus klausant UTB švyturius.

Pagal Internete prieinamą informaciją susiraskite tokius UTB švyturius, kurie atitiktų sekančius kriterijus:

• Atstumas iki jūsų QTH ne daugiau 500km
• Pakankamai gera TX energetika
• Antenos diagrama – omni arba kryptis turi sutapti į jūsų QTH

Ką daryti toliau?

• Suderinkite transiverį švyturio dažniui
• Įveskite švyturio šaukinį į AirScout ir stebėkite visus potencialius lėktuvus
• Lėktuvui likus ~30 km iki susikirtimo su “karštąja zona“ ir tapus raudonam klausykite švyturio signalo stiprumo pokyčių

Lėktuvui kertant TMZ menamą liniją švyturio signalas palaipsniui stiprės, o poto vėl silpnės.

• Eksperimentuokite su įvairiais švyturiais
• Jei turite galimybę, - atlikite tokius eksperimentus ne tik 144MHz, bet 432MHz ir 1296MHz ruožuose
• Stebėkite kaip koreliuoja signalo stiprumas ir atspindžio trukmė priklausomai nuo lėktuvo tipo, dydžio, greičio, bangų ruožo.

Esminiai principai labai paprasti

• Kuo didesnis yra lėktuvas, tuo atspindėti signalai yra stipresni
• Kuo didesnis yra lėktuvas, tuo atspindėtų signalų trukmė yra ilgesnė
• Kuo aukštesnis yra naudojamas dažnis, tuo atspindėti signalai yra silpnesni ir trumpesni
• Kuo aukštesnis yra naudojamas dažnis, tuo platesnė yra atspindžio zona

Tik supratę visą AS fiziką ir išmokę naudotis programa, galite pradėti planuoti savo pirmuosius AS ryšius

Koks minimalus setup‘as yra rekomenduojamas AS ryšiams?

Aišku, geros kryptinės antenos, atitinkama energetika, LNA tik pagerina ir pagreitina AS QSO. Tačiau pradžiai jums prireiks paprasto UTB komplekto

• Transiveris 144MHz, su SSB/CW modomis ir bent 30W galingumu (* rekomenduojamas 50 – 100W galingumas)
• Kryptinė 7 el. antena su horizontalia poliarizacija
• LNA
• Kompiuteris su AirScout programa ir Interneto ryšiu

Išankstinis susitarimas dėl ryšio

Svarbu žinoti, kad paprastai AS QSO yra užmezgami pagal išankstinį susitarimą (sked). Lengviausias būdas susitarti su korespondentu dėl AS QSO sked‘o yra naudotis on-line pokalbių svetainėmis, pvz. KST čatu.

• Susiraskite čate potencialų kondentą, kuris būtų nuo jūsų 500-700 km. atstumu. Geriausia rinktis (jei žinote) tokius korespondentus, kurie turi gerą energetinį potencialą.
• Būsimajam AS skedui pasirinkite laiką ne varžybų metu
• Jei korespondentas sutinka pabandyti su jumis AS QSO, sutarkite dėl dažnio ir kas kviečia, o kas - klauso nurodytame dažnyje.
• Prisilaikykite AS QSO pravedimo procedūros ir taisyklių

AS QSO procedūra

Kadangi AS efektas trunka nuo 10 – 40 sekundžių, svarbu prisilaikyti specialios AS QSO procedūros. Plačiau apie AS QSO procedūra yra aprašyta VHF Manager’s Handbook leidinyje.

Rekomenduojama procedūra aprašyta žemiau.

Kvietimas

• QSO prasideda vienai stočiai kviečiant CQ, arba kviečiant kitą stotį, siunčiant abu šaukinius jei tai yra sked‘as. Kvietimo seka turėtų būti kuo trumpesnė. Kviečiant CW moda stenkitės naudoti gerą greitį,bet būkite tikri, kad jūsų korespondentas sugeba priimti CW tokiu greičiu.
• Nenaudokite kokio nors kito kvietimo būdo, tik viena stotis kviečia, kita klauso, kol pradeda priiminėti pirmuosius signalus.

Raportų sistema

• Naudojama standartinė RS(T) sistema, - pvz. 59(9)

Raportų perdavimo procedūra

• Raportas siunčiamas, kai operatorius turi teigiamų įrodymų, kad gavo savo korespondento, savo paties šaukinį ar jo dalį. Kontakto metu raportas negali būti keičiamas, nors signalo stiprumas gali ir pasikeisti QSO metu.
• Paprastas AS QSO, - raportas turėtų būti siunčiamas mažiausiai du kartus tarp kiekvienos šaukinių grupės.
• Varžybų AS QSO, - išplėskite raportą su papildoma informacija, kurios reikalaujama varžybų taisyklėse (pvz., ryšio eilės numeris arba lokatoriaus). Rekomenduojama siųsti raportą ir ryšio numerį keistis bent du kartus, o lokatorių tik vieną kartą po trumpos pauzės.
• Siųskite informacijos su trumpomis pertraukomis, kol gausite "R" iš savo QSO korespondento. Nesiųskite šaukinių, kai jie pirmą kartą buvo priimti teisingai.

Patvirtinimo procedūra

• Kai tik vienas operatorius priims abu šaukinius ir raportą, jis gali pradėti siųsti patvirtinimą. Tai reiškia, kad visa informacija buvo teisingai gauta. Informacija gali būti priimta iš fragmentų, tačiau operatorius užtikrina, kad tai buvo padaryta teisingai ir nedviprasmiškai.
  • Paprastas AS QSO, - patvirtinimas duodamas siunčiant R prieš raportą
  • Varžybų AS QSO, - patvirtinimas duodamas siunčiant RRR prieš raportą
• Kai vienas operatorius gauna patvirtinimo pranešimą ir visa reikalinga informacija yra priimta, jis turi patvirtinti siųsdamas seriją R. Kai kitas operatorius gavo R seriją, kontaktas yra baigtas ir jis gali atsakyti tuo pačiu būdu. Rekomenduojama išsiųsti "73" arba “GL", kad kitas operatorius žinotų, kad ryšys pilnai baigtas.

Naudingi praktiniai patarimai

• Siekdami naujų DX rekordų arba varžybų rezultatų nepamirškite apie „radijo mėgėjo etikos kodeksą (ham spirit).
• Atminkite, kad tam, kad QSO būtų laikomas galiojančiu, visa QSO informacija turi būti siunčiama tik radijo bangomis.
• Visi pokalbiai bet kokiomis kitomis priemonėmis, išskyrus radijo ryšį, daro QSO negaliojančiu, ir korespondentai privalo pradėti iš naujo taikydami visą QSO procedūrą nuo pradžios.
• Nesiųskite perteklinės informacijos, kurią QSO partneris jau turi (pvz. šaukinio, kai QSO partneris jau kviečia jus jūsų šaukiniu).
• Pakartodami informaciją savo QSO partneriui perduokite tik prašomą informaciją (pvz., neperduokite jūsų QRA lokatoriaus, kai partneris prašo siųsti tik RST raportą.
• Pirmajam jūsų AS stebėjimui jums visai nereikalingas QSO korespondentas. Pradėkte nuo švyturių stebėjimo. Kitas būdas – stebėti šalia jūsų gyvenančio UTB mėgėjo AS sked‘a su jo korespondentu.
• Visi pokalbiai bet kokiomis kitomis priemonėmis, išskyrus radijo ryšį, daro QSO negaliojančiu, ir korespondentai privalo pradėti iš naujo taikydami visą QSO procedūrą nuo pradžios.
• QSO metu jums nereikia sukioti antenos. Tiesiog ryšio metu nukreipkite ją į korespondento QTF.
• Jums nereikia kompensuoti Doplerio poslinkio, jei lėktuvas yra šalia trasos. Krintančios ir atspindinčiosios bangos fronto Doplerio poslinkis kompensuojamas.
• Jums nereikia sudėtingos įrangos, - vidutinis setup‘as puikiai tinka AS ryšiams. Aišku, EME įranga supaprastina darbą, bet tam pradžiai tiks ir viena Yagi tipo antena ir eilinis transiveris.
• Stenkitės patobulinti savo CW įgūdžius, ypač QRQ. AS QSO CW moda pavyksta lengviau dėl mažesnio SNR nei SSB, tačiau reikalauja daugiau laiko informacijos apsikeitimui. Naudojant QRQ CW padeda užbaigti QSO per vieną lėktuvo praskridimą.
• Nepasiduokite, kai lėktuvo praskridimas nesukelia reikšmingo signalo pagerinimo. Kartais atspindžiai yra neprognozuojami. Prisiminkite eksperimentinę mūsų pomėgio dalį ir bandykite dar kartą su kitais lėktuvais.
• Planuodami AS QSO SSB moda stenkitės rinktis didesnius lėktuvus, kurie užtikrina didesnį atspindėto signalo lygį, - pvz Boeing 747, 777, 787, Airbus A340, A380.
• Tariantis dėl AS QSO su potencialiastotimi, informuokite jūsų būsimą QSO korespondentą iš anksto. Pvz. „...pse sked 144.080, big AP in 10 min...“
• Išmokite stebėti lėktuvų trafiką ir taikyti palankiausią laiką tolimiausių QSO užmezgimui.
• Išnaudokite palankius skrydžiu, kuomet trasą kertą keli lėktuvai vienas paskui kitą.
• Išmokite dirbti „multi-task“ režimu, - vienu metu valdyti transiverį, komunikuoti per KST čatą, stebėti AirScout programą, atlikti įrašus į QSO žurnalą.