{"id":1526,"date":"2022-06-16T09:21:01","date_gmt":"2022-06-16T09:21:01","guid":{"rendered":"https:\/\/klubnl.pl\/wpr\/?p=1526"},"modified":"2022-07-04T23:25:54","modified_gmt":"2022-07-04T23:25:54","slug":"analysis-of-zevs-messages","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/klubnl.pl\/wpr\/2022\/06\/16\/analysis-of-zevs-messages\/","title":{"rendered":"Analiza komunikat\u00f3w ZEVS"},"content":{"rendered":"

Rosja do komunikacji ze swoimi podwodnymi okr\u0119tami atomowymi u\u017cywa komunikacji w pa\u015bmie ELF na cz\u0119stotliwo\u015bci 82 Hz (tak: herce, nie kiloherce, nie megaherce). Nadajnik nazywa si\u0119 ZEVS, wi\u0119cej informacji tu: http:\/\/www.vlf.it\/zevs\/zevs.htm<\/a><\/p>\n

Na stronie KLUBNL.PL uruchomi\u0142em wiele lat temu grabber pokazuj\u0105cy widmo w okolicach 82Hz dost\u0119pny tu: https:\/\/klubnl.pl\/wpr\/index.php\/klubnl-pl-grabbers\/grabber-zevs-82hz\/<\/a><\/p>\n

Grabber liczy co 60s widmo w zakresie 80-84 Hz i wykonuje z tego wykresy. Pliki z widmem nie s\u0105 kasowane, wi\u0119c przez szcz\u0119\u015bliwy przypadek dysponuj\u0119 histori\u0105 plik\u00f3w od 25 sierpnia 2021 roku do teraz (10 lipca 2022 roku).<\/p>\n

A skoro ju\u017c mia\u0142em dane, postanowi\u0142em zrobi\u0107 analiz\u0119 jak wygl\u0105daj\u0105 te komunikaty i jak cz\u0119sto s\u0105 nadawane.<\/p>\n

\"Example
Widmo przyk\u0142adowej transmisji ZEVS. Sygna\u0142 w okolicy 83.3-83.5Hz to lokalne zak\u0142\u00f3cenia<\/figcaption><\/figure>\n

<\/p>\n

Co to jest ZEVS<\/h4>\n

ZEVS jest nadajnikiem zlokalizowanym na p\u00f3\u0142wyspie Kola w Rosji. Nadaje on na cz\u0119stotliwo\u015bci oko\u0142o 82Hz.<\/p>\n

Fale radiowe s\u0105 w stanie wnikn\u0105\u0107 w przewodnik na g\u0142\u0119boko\u015b\u0107 proporcjonaln\u0105 do d\u0142ugo\u015bci fali (tzw efekt nask\u00f3rkowo\u015bci). Przy cz\u0119stotliwo\u015bci 82Hz d\u0142ugo\u015b\u0107 fali to oko\u0142o 3500km, wi\u0119c fale radiowe o tej cz\u0119stotliwo\u015bci potrafi\u0105 wnikn\u0105\u0107 bardzo g\u0142\u0119boko nawet w dobrze przewodz\u0105ce medium. A takim przewodz\u0105cym medium jest te\u017c s\u0142ona woda oceaniczna, w kt\u00f3rej g\u0142\u0119boko schowana jest rosyjska flota atomowych okr\u0119t\u00f3w podwodnych.<\/p>\n

Jak wygl\u0105da transmiSja ZEVS<\/h4>\n

ZEVS u\u017cywa modulacji MFSK (multiple frequency shift keying). Nadawane s\u0105 4-minutowe sygna\u0142y na cz\u0119stotliwo\u015bciach wok\u00f3\u0142 82Hz co 0.2Hz: 80.8Hz, 81.0Hz, 81.2Hz, 81.4Hz, 81.6Hz, 81.8Hz, 82.0Hz, 82.2Hz, 82.4Hz, 82.6Hz, 82.8Hz, 83.0Hz, 83.2Hz.<\/p>\n

Komunikat zaczyna si\u0119 sygna\u0142em na 82Hz kt\u00f3ry trwa przynajmniej 4 minuty (czas jednego symbolu). Potem nadawane jest zwykle 7 symboli (o cz\u0119stotliwo\u015bci innej ni\u017c 82Hz). Nast\u0119pnie nadawane jest 82Hz przez przynajmniej czas jednego symbolu (zwykle d\u0142u\u017cej), potem mo\u017ce by\u0107 nadany kolejny komunikat.<\/p>\n

Pr\u0119dko\u015b\u0107 transmisji jest bardzo ma\u0142a. Jeden symbol trwa 4 minuty, wi\u0119c pr\u0119dko\u015b\u0107 to 0.00416 baud. Jeden symbol mo\u017ce mie\u0107 12 mo\u017cliwych warto\u015bci (cz\u0119stotliwo\u015bci), wi\u0119c wypadkowa pr\u0119dko\u015b\u0107 transmisji jest\u00a0 0.05 bit\/s.<\/p>\n

Przy tej pr\u0119dko\u015bci transmisji mo\u017cliwe s\u0105 jedynie komunikaty typu „wynurz si\u0119 i nawi\u0105\u017c z nami \u0142\u0105czno\u015b\u0107” (czyli transmisji na wy\u017cszych cz\u0119stotliwo\u015bciach, albo \u0142\u0105czno\u015bci satelitarnej).<\/p>\n

Analiza ZEVS<\/h4>\n

Grabber ZEVS<\/a> u\u017cywa vtnspec<\/a> z pakietu oprogramowania vlfrx-tools<\/a>. Moje skrypty produkuj\u0105 co 60 sekund pliki zawieraj\u0105ce amplitud\u0119 i faz\u0119 sygna\u0142u na cz\u0119stotliwo\u015bciach w przedziale 80-84Hz. Pliki te nie s\u0105 kasowane, wi\u0119c mam histori\u0119 od czasu uruchomienia grabbera (25 sierpnia 2021 roku).<\/p>\n

Oprogramowanie do analizy dost\u0119pne jest na github: https:\/\/github.com\/sq5bpf\/zevs-analysis<\/a>\u00a0, surowe dane dost\u0119pne s\u0105 na stronie https:\/\/klubnl.pl\/zevs\/<\/a> .<\/p>\n

Nazwy plik\u00f3w to czas unixowy (sekundy od 1 stycznia 1970). Interesuje nas pierwsza kolumna – cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 i czwarta kolumna – warto\u015b\u0107 skuteczna sygna\u0142u. Poni\u017cej przyk\u0142adowy fragment pliku:<\/p>\n

80.00000800 2.080809e-05 -6.614392e-06 1.543902e-05\r\n80.01667460 -9.690319e-07 -1.231563e-05 8.735385e-06\r\n80.03334120 -1.651825e-05 -1.124793e-05 1.413097e-05\r\n80.05000780 3.791154e-05 4.053642e-05 3.924593e-05\r\n80.06667440 -1.471637e-05 5.985279e-06 1.123377e-05\r\n80.08334100 -9.629256e-06 -3.050421e-05 2.261890e-05\r\n80.10000760 2.780673e-05 -5.441355e-05 4.320908e-05\r\n80.11667420 1.100251e-05 -1.696162e-05 1.429601e-05\r\n80.13334080 -9.189010e-06 9.730371e-06 9.463563e-06\r\n80.15000740 -1.405457e-05 1.576747e-05 1.493560e-05\r\n80.16667400 1.738760e-05 -1.409283e-05 1.582618e-05\r\n80.18334060 -1.262028e-05 1.509170e-05 1.391098e-05\r\n80.20000720 8.167513e-06 -4.741268e-06 6.677870e-06<\/pre>\n
Napisa\u0142em skrypt parse_zevsdir.py pokazuj\u0105cy dla ka\u017cdej cz\u0119stotliwo\u015bci ZEVS kt\u00f3ra cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 (80.8Hz, 81.0Hz, 81.2Hz, 81.4Hz, 81.6Hz, 81.8Hz, 82.0Hz, 82.2Hz, 82.4Hz, 82.6Hz, 82.8Hz, 83.0Hz, 83.2Hz) ma najsilniejszy poziom sygna\u0142u. Kolumny to czas unixowy, cz\u0119stotliwo\u015b\u0107, numer tej cz\u0119stotliwo\u015bci, stosunek poziomu sygna\u0142u na tej cz\u0119stotliwo\u015bci do \u015bredniego poziomu sygna\u0142u dla reszty cz\u0119stotliwo\u015bci. Poni\u017cej przyk\u0142adowy fragment pliku produkowanego przez ten program zevs_freqs_sort.txt:<\/p>\n
1632377640 82.0 6 3.995966126481902\r\n1632377700 82.0 6 4.556940016791662\r\n1632377760 82.0 6 4.633025466806067\r\n1632377820 82.0 6 3.3868055060207185\r\n1632377880 82.0 6 4.740975119809921\r\n1632377940 82.0 6 5.11617772048708\r\n1632378000 81.8 5 4.459848476522538\r\n1632378060 81.8 5 4.015745251712207\r\n1632378120 81.8 5 4.694808175258413\r\n1632378180 81.8 5 4.106103048877824\r\n1632378240 81.0 1 3.5646719240089353\r\n1632378300 81.0 1 3.615036406798705\r\n1632378360 81.0 1 4.2008744417491215\r\n1632378420 81.0 1 5.590069419164877\r\n1632378480 82.2 7 3.146938764362389\r\n1632378540 82.2 7 4.295193254532285\r\n1632378600 82.2 7 4.868673065778755\r\n1632378660 82.2 7 4.732058527394183\r\n1632378720 80.8 0 4.15435113800186\r\n1632378780 80.8 0 4.522000216433235<\/pre>\n
Drugi skrypt find_zevs_transmissions.py szuka w tych danych sekwencji:82Hz , komunikat z cz\u0119stotliwo\u015bci innych ni\u017c 82Hz, 82Hz. Kolumny w pliku wynikowym to: data i czas UTC, ilo\u015b\u0107 ton\u00f3w w komunikacie, cz\u0119stotliwo\u015bci ton\u00f3w w komunikacie, cz\u0119stotliwo\u015bci zmienione na format tekstowy (ka\u017cdej cz\u0119stotliwo\u015bci przyporz\u0105dkowana jest jedna litera), ilo\u015b\u0107 wyst\u0105pie\u0144 tego komunikatu w pliku. Przyk\u0142adowy fragment pliku produkowanego przez ten program zevs_messages.txt:<\/p>\n
2021-08-26 04:08:00+00:00 | 7 tones: [81.8, 81.8, 81.8, 80.8, 81.8, 81.8, 81.8] fffAfff ( 1 )\r\n2021-08-26 04:40:00+00:00 | 7 tones: [82.4, 81.6, 81.4, 80.8, 82.4, 81.6, 81.4] IEdAIEd ( 1 )\r\n2021-08-27 06:04:00+00:00 | 7 tones: [81.4, 82.6, 82.6, 80.8, 81.4, 82.6, 82.6] djjAdjj ( 1 )\r\n2021-08-27 06:36:00+00:00 | 7 tones: [82.6, 82.8, 81.0, 80.8, 82.6, 82.8, 81.0] jKbAjKb ( 1 )\r\n2021-08-27 11:52:00+00:00 | 7 tones: [81.0, 81.0, 82.8, 80.8, 81.0, 81.0, 82.8] bbKAbbK ( 2 )\r\n2021-08-27 22:48:00+00:00 | 7 tones: [82.2, 82.2, 81.0, 80.8, 82.2, 82.2, 81.0] hhbAhhb ( 1 )\r\n2021-08-28 03:32:00+00:00 | 7 tones: [82.4, 81.0, 82.6, 80.8, 82.4, 81.0, 82.6] IbjAIbj ( 1 )\r\n2021-08-29 05:16:00+00:00 | 7 tones: [81.6, 81.4, 81.8, 80.8, 81.6, 81.4, 81.8] EdfAEdf ( 1 )\r\n2021-08-30 04:28:00+00:00 | 7 tones: [82.8, 81.0, 81.0, 80.8, 82.8, 81.0, 81.0] KbbAKbb ( 1 )\r\n2021-08-31 03:48:00+00:00 | 7 tones: [81.0, 81.4, 82.8, 80.8, 81.0, 81.4, 82.8] bdKAbdK ( 1 )\r\n2021-09-01 05:40:00+00:00 | 7 tones: [81.2, 83.0, 82.6, 80.8, 81.2, 83.0, 82.6] CljAClj ( 1 )\r\n2021-09-10 07:28:00+00:00 | 7 tones: [82.4, 81.6, 81.0, 80.8, 82.4, 81.6, 81.0] IEbAIEb ( 1 )\r\n2021-09-11 03:20:00+00:00 | 7 tones: [82.8, 83.0, 82.6, 80.8, 82.8, 83.0, 82.6] KljAKlj ( 1 )<\/pre>\n
Dzi\u0119ki temu oprogramowaniu mo\u017cemy znale\u017a\u0107 zar\u00f3wno sekwencj\u0119 ton\u00f3w poszczeg\u00f3lnych komunikat\u00f3w, jak i wygenerowa\u0107 spektrogramy poszczeg\u00f3lnych transmisji. I dzi\u0119ki temu mamy przegl\u0105d typowych komunikat\u00f3w ZEVS.<\/p>\n
Typy komunikat\u00f3w ZEVS<\/h4>\n
Najcz\u0119stszy komunikat zaczyna si\u0119 od\u00a0 cz\u0119stotliwo\u015bci 82Hz (czas symbolu 4 minuty), potem 7 symboli (cz\u0119stotliwo\u015bci inne ni\u017c 82Hz, czas symbolu 4 minuty), a potem zn\u00f3w 82Hz, zwykle przez d\u0142u\u017cszy czas (wielokrotnie wi\u0119cej ni\u017c 4 minuty). Ten typ kounikatu wyst\u0119puje najcz\u0119\u015bciej.<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Cz\u0119sto r\u00f3wnie\u017c nadawana jest cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 82Hz przez d\u0142ugi czas (nawet wielu godzin), potem\u00a0 7 symboli, a potem zn\u00f3w 82Hz.<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
W wielu systemach<\/a> stosuj\u0105cych sygnalizacj\u0119 MFSK stosowany jest dodatkowy ton sygnalizuj\u0105cy powt\u00f3rzenie poprzedniego (repeat tone). W przypadku ZEVS nie jest to stosowane i widzimy tony podw\u00f3jnej, lub nawet potr\u00f3jnej d\u0142ugo\u015bci. Poni\u017cej wida\u0107 trzy symbole o tej samej cz\u0119stotliwo\u015bci obok siebie:<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Komunikaty mog\u0105 by\u0107 wysy\u0142ane dosy\u0107 cz\u0119sto, jeden po drugim. W takim przypadku po transmisji nadawane jest 82Hz, do czasu drugiego komunikatu. Poni\u017cej widzimy no\u015bn\u0105 82Hz, potem 7 symboli, potem zn\u00f3w no\u015bn\u0105 82Hz, zn\u00f3w 7 symboli (najprawdopodobniej od drugiego komunikatu) i zn\u00f3w no\u015bn\u0105 82Hz:<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
W niekt\u00f3rych przypadkach no\u015bna 82Hz pomi\u0119dzy komunikatami skr\u00f3cona jest do czasu jednego symbolu. Poni\u017cej trzy komunikaty wys\u0142ane w kr\u00f3tkim czasie po sobie: d\u0142uga no\u015bna 82Hz, komunikat 7 symboli, 82Hz o d\u0142ugo\u015bci 2 symboli, komunikat 7 symboli, 82Hz o d\u0142ugo\u015bci jednego symbolu, komunikat 7 symboli, d\u0142uga no\u015bna 82Hz:\"\"<\/p>\n
Okazuje si\u0119 \u017ce zdarzaj\u0105 si\u0119 komunikaty, kt\u00f3re maj\u0105 inn\u0105 liczb\u0119 symboli ni\u017c 7. Poni\u017cej no\u015bna 82Hz, 2 symbole, no\u015bna 82Hz, 7 symboli, no\u015bna 82Hz. Nie wiemy czy to jest jeden komunikat, czy dwa komunikaty (z czego jeden ma tylko 2 symbole):<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Mo\u017cliwe s\u0105 r\u00f3wnie\u017c komunikaty nie ko\u0144cz\u0105ce si\u0119 82Hz. Poni\u017cej jeden symbol 82Hz, 4 symbole komunikatu, d\u0142uga przerwa, jeden symbol 82Hz, komunikat 7 symboli i d\u0142uga no\u015bna 82Hz. Nie wiem czy to jest pr\u00f3ba odwo\u0142ania komunikatu, czy w pierwszym komunikacie sygna\u0142 zosta\u0142 st\u0142umiony przez z\u0142\u0105 propagacj\u0119 (nie wygl\u0105da na to):<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Sekwencja symboli w drugim komunikacie mo\u017ce by\u0107 r\u00f3wnie\u017c inna ni\u017c 7 symboli. Poni\u017cej mamy no\u015bn\u0105 82Hz, 7 symboli, 1 symbol 82Hz, 8 dobrze widocznych symboli, 2 mniej widoczne symbole o cz\u0119stotliwo\u015bci 80.8Hz (nie mo\u017cna by\u0107 pewnym czy to nie jest zak\u0142\u00f3cenie), no\u015bna 82Hz:<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Czasem r\u00f3wnie\u017c zdarzaj\u0105 si\u0119 przeskoki cz\u0119stotliwo\u015bci poza cz\u0119stotliwo\u015bci normalnie u\u017cywane przez ZEVS. Poni\u017cej wida\u0107 dodatkow\u0105 cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 kt\u00f3ra si\u0119 pojawi\u0142a na pocz\u0105tku czwartego symbolu. Nie wiem czy to jest zak\u0142\u00f3cenie, czy faktycznie zosta\u0142o to nadawne przez ZEVS:<\/p>\n
\"\"<\/p>\n
Jak cz\u0119sto pojawiaj\u0105 si\u0119 poszczeg\u00f3lne komunikaty<\/h4>\n
Komunikaty powinny by\u0107 zaszyfrowane, a wi\u0119c losowe dla postronnego obserwatora.. W przedstawionej analizie pojedy\u0144czy komunikat nie powtarza si\u0119 cz\u0119\u015bciej ni\u017c 3 razy (oko\u0142o 316 unikalnych komunikat\u00f3w z 401 wykrytych).<\/p>\n
Podsumowanie<\/h4>\n
Opublikowa\u0142em zestaw danych z nas\u0142uchu ZEVS z okresu 9 miesi\u0119cy (z przerwami oko\u0142o 2 miesi\u0119cy). Opublikowa\u0142em r\u00f3wnie\u017c oprogramowanie kt\u00f3re umo\u017cliwia automatyczn\u0105 analiz\u0119 tych danych:<\/p>\n