Sprzęt do monitorowania VLF za pomocą vlfrx-tools

Spośród oprogramowania używanego wsród entuzjastów VLF warto zauważyć vlfrx-tools autorstwa Paula Nicholsona. Rolą tego artykułu jest pokazanie konkretnego przykładu instalacji używanej do nasłuchu VLF, w tym do dekodowania transmisji ebnaut. W celu kompensacji zmian częstotliwości próbkowania karty dźwiękowej zastosowano sygnał odniesienia 1PPS (1 impuls na sekundę) z odbiornika GPS. Opis rozdzielacza do sygnału 1PPS dostępny jest tu: Proste źródło sygnału 1PPS

W zakresie VLF nie występują szybkie zmiany fazy sygnału nawet przy propagacji na duże odległości. Dzięki temu możliwy jest odbiór bardzo słabych sygnałów, pod warunkiem dobrej stabilizacji częstotliwości po stronie nadawczej i odbiorczej. W praktyce stosuje się stabilizację za pomocą wzorca GPS. Umożliwia to analizę sygnałów o częstotliwości rzędu 10kHz z rozdzielczością rzędu 1uHz.

Opis jak użyć vlfrx-tools z tą konfiguracją sprzętową opisany zostanie w kolejnym artykule na stronie klubnl.pl.

Opis instalacji

Uproszczony schemat instalacji umieszczony jest na Rys 1., składa się ona z:

komputera z zainstalowanym systemem Debian/GNU Linux 8
zewnętrznej karty dźwiękowej Creative EMU-0204 (można by było użyć również np. wewnętrznej karty dźwiękowej w laptopie)
anteny aktywnej na pasmo VLF, w tym wypadku jest to zmodyfikowana antena PA0RDT mini-whip
odbiornika GPS z prostym buforem/ rozdzielaczem do sygnału 1PPS, oraz z prostym układem do optoizolacji i formowania tego sygnału

Rys 1. Uproszczony schemat instalacji

Sygnał 1PPS pochodzi ze źródła opisanego w artykule Proste źródło sygnału 1PPS

Podłączenie do karty dźwiękowej pokazane jest na Rys 2.

Rys 2. Interfejs do karty dźwiękowej

Sygnał 1PPS podany jest na wejście L karty dźwiękowej. Sygnał ten jest używany jest do korekty częstotliwości próbkowania karty, zakłocenie tego sygnału (np. przez 50Hz w wypadku występowania pętli masy) powoduje problemy z tą korekcją. Z tego powodu zastosowano izolację galwaniczną sygnału 1PPS, sygnał ten jest dodatkowo formowany przez układ RC. Do zasilania transoptora wykorzystano napięcie +5V obecne na gnieździe wejścia L tej karty. W przypadku innych kart można wyprowadzić zasilanie z karty lub użyć zewnętrznego zasilacza lub w ostateczności baterii.

Do odbioru VLF zastosowano zmodyfikowana antene aktywną PA0RDT mini-whip z “anteną” w postaci 50cm przewodu (a nie kawałka laminatu tak jak w orginale). Antena ta będzie przedmiotem osobnego artykułu. Jest ona zasilana z zasilacza 20V przez dodatkowy filtr RC, sygnał z anteny wyprowadzony jest na wejście R karty dźwiękowej przez transformator na pasmo dżwiękowe (z modemu lub jakiegoś innego sprzętu telefonicznego). Izolacja galwaniczna zapobiega to dostawaniu się zakłóceń z masy laptopa (50Hz, zakłocenia od zasilacza impulsowego laptopa itp) na wejście anteny. Zakłocenia te oprócz najbardziej widocznej składowej 50Hz (i harmonicznych) zawierają również szerokopasmowy szum, który pogarsza istotnie S/N odbieranych sygnałów VLF.

Uruchomienie

Podstawowym problemem przy odbiorze VLF jest sygnał o częstotliwości sieci energetycznej 50Hz (oraz jego harmoniczne), oraz szerokopasmowy szum z zasilaczy impulsowych i innych źródeł. Podczas uruchomienia proponuję zastosować zasilanie wszystkich bloków z baterii: bateria w laptopie, zasilanie akumulatorowe anteny VLF itp. Należy również zadbać o możliwie jak najlepsze uziemienie anteny na VLF jeśli jest to antena na składową elektryczną.

Karta dźwiękowa EMU-0204 umożliwia niezależną regulację wzmocnienia kanału L i R. Każdy kanał ma wskaźnik w postaci dwóch diód LED: zielonej (jeśli sygnał wejściowy jest większy niż -12dB w stosunku do maksymalnego zakresu przetwornika) i czerwonej (jeśli sygnał wejściowy przekracza zakres pomiarowy przetwornika).

Wzmocnienie kanału L, do którego podłączony jest uformowany sygnał 1PPS, należy ustawić tak, aby impuls miał amplitudę około 80% zakresu przetwornika. Wzmocnienie kanału R należy ustawić na ja największe (aby jak najlepiej wykorzystać rozdzielczość przetwornika), ale tak aby w podczas normalnej pracy przetwornik nie był za często przesterowany (dopuszczalne jest przesterowanie podczas niektórych wyładowań atmosferycznych).

Konfiguracja oprogramowania vlf-rx tools zostanie przedstawiona w następnym artykule.

Autor: Jacek SQ5BPF