Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

OH7HJ · Joulukuu 21, 2011, 8.03pm

Näin hollantilaishamssin videon dopplerikokeesta 2m radiomajakan lentsikkakaiuilla, josta innostuin kokeilemaan sitä itsekin. Arto ehdotti Tuupovaarassa olevan 2 m radiomajakan OH7VHF käyttöä kokeiluun. Kokeiltaessa majakan kuulumista noin 10 - 11 km korkeudessa yli pyyhältävien reittikoneiden heijastusten kautta yllätti, että heijastuva radiomajakan kaiku oli SSB:llä tietsikan taajuusanalysaattoriohjelman avulla kuunneltuna helppo havaita ja erottaa suorasta sinkusta, lentokoneen nopeudesta johtuvan taajuussiirtymänsä eli dopplerin perusteella.

Lentokoneen nopeuden ollessa noin 850 km/h taajuussiirtymä oli 144 MHz bandilla heijastuksen alkaessa noin 200 Hz ylhäällä, ja siirtyi koneen lentäessä kuunteluasemaan nähden kyljittäin lähetysaseman taajuuden yli sitä matalammaksi. Kaiun heiketessä ja hävitessä se oli vastaavasti noin 200 Hz alhaalla lentokoneen etääntyessä. Taajuussiirtymän suuruus kasvaa kuuntelutaajuuden kasvaessa, sekä heijastavan lentsikan lähestymis- tai etääntymisnopeuden kasvaessa.

Toinen yllätys oli, että kaiku heijastui hyvin leveältä alueelta - saatoin seurata koneen kaikua antennia kääntämällä noin 120 asteen sektorissa. Kaiku siis ei rajoitu vain lähettimen ja vastaanottimen välisen suoran linjan tuntumaan, jossa lentokoneen siipien ja rungon alapinta periaatteessa toimii lähes ideaalisena ‘radiopeilinä’, vaan kone heijastaa hyvin paljon laajemmalle, myös etu- ja takasuuntaansa.

‘AirScat’-qso hamssibandeilla?

Voisiko lentokoneskatteria käyttää sitten hamssikusoihin? Kyllä voisi hyvinkin. Kuso voisi tapahtua esimerkiksi siten, että asemat seuraavat 6 m tai 2 m tai 70 cm sovitulla jaksolla antenneillaan samaa lentokonetta netin ‘lentsikkatutkan’ avulla. CW:llä sinkun pitäisi kuulua jo melko helposti.

Kaiun voimakkuuden kasvaessa lentsikan lähestyessä voi workkia jo SSB:lläkin. Koneen ollessa lähimmillään molempia asemia voi kuso syntyä ainakin lyhytaikaisesti myös FM:llä.

Ympärisäteilevänkin antennin kanssa voi lentokaikukuso onnistua, ainakin jos toisella asemalla on suunta-antenni, ja jos molemmat pääsevät CW:lle.

BC-asemien kuuntelu lentsikkaheijastuksena?

DX-kuuntelija voi kokeilla myös BC- ja TV-asemien kuulumista lentokoneheijastuksen kautta. Nämä ovat tässä kokeessa käytettyä radiomajakkaa kiitollisempia kuunneltavia ‘AirScat:in’ kautta siksi, että ne lähettävät jatkuvalla kantoaallolla. Niiden lähetysteho on kokeen radiomajakkaan verrattuna hyvin suuri, joten ularadion tai TV-aseman lentokoneheijastuksen kuuntelun pitäisi onnistua ympärisäteilevälläkin antennilla.

Etenkin VHF- ja UHF-bandeilla lähettävät asemat ovat kiitollisia kuunneltavia. Myös HF:llä voi kuunnella lentokoneheijastuksia, jos keli on niin puhdas, että häiriöt eivät sotke vastaanottoa.

Lentokone heijastaa kaikkia taajuuksia, joilla koneen koko on suurempi kuin aallonpituuden puolikas. Siis iso, kärkiväliltään 50 m lentokone heijastaa jo 80 m bandilla, ja kaikilla bandeilla taajuudeltaan siitä ylöspäin. Taajuuden ollessa matalampi on dopplersiirtymäkin vastaavasti pienempi.

Video lentsikkaheijastuskokeilusta

Laitoin ekasta kokeilustani dopplerivideon nettiin, osoitteeseen youtube.com/watch?v=Iouk8hLckj4 , ja siihen tällaisen selostuksen:

VHF-lentokoneheijastus ja sen dopplersiirtymä

[size=85]Yli lentävien jettien kautta heijastuva n. 76 km päässä sijaitsevan alle 20 W tehoisen, puolen minuutin jaksoissa lähettävän radiomajakan signaali näkyy spektrografin taajuusasteikolla 700 Hz kohdassa. Radiomajakan lentokoneheijastus taas näkyy heikompana käyränä, joka dopplerin johdosta siirtyy kuvassa korkeamman taajuuden puolelta vasemmalta matalamman taajuuden suuntaan oikealle noin +/- 200 Hz verran.

Heijastus oli seurattavissa käännettävällä antennilla lentokoneen liikkuessa yli 110 asteen sektorissa kuunteluasemaan nähden. Lentokoneet paikannettiin ADS-B -transpondereihin perustuvan nettitutkan flightradar24.com/ avulla. Reittiliikennekoneiden tyypillinen lentokorkeus oli n. 11 km ja nopeus n. 850 km/h.

Koelaitteistona oli 144.433 MHz taajuudella Tuupovaarassa KP52IJ sijaitsevaa radiomajakkaa OH7VHF kuunteleva käännettävään 9-elementtiseen kvakiantenniin kytketty vastaanotin IC-706, modella CW/LSB ja kapealla filtterillä, kytkettynä Spectrum Laboratory V2.2 b1 -spektrografiohjelmaan tietokoneen äänikortin kautta. Vastaanottoasema OH7HJ sijaitsi lokaattorissa KP42QP. [/size]

Linkit:

Radiomajakasta lisää: oh7ab.fi/hamsterix/Hamsterix%202008-3.pdf

For multiple aircraft 2 m radio scatter see spectrograph video ‘Weak Signals - ON0VHF’: youtube.com/watch?v=F33R-rJIpRc

Doppler shift of Aircraft Scatter on 144 MHz: youtube.com/watch?v=Iouk8hLckj4

Aircraft Scatter wobbling sound on 49.750 MHz: youtube.com/watch?v=ANYf2kcTwME

DL4YHF’s Audio Spectrum Analyzer “Spectrum Lab”: qsl.net/dl4yhf/spectra1.html#download

Flight Radar site based on 1090 MHz ADS-B mode-S aircraft transponder receiving: flightradar24.com/

Vastaanottoantennina käytetyn 9-elementtisen lentokvakin mitat: antenni.lentokvaki.innoplaza.net

T: - HJ -

OH7HJ · Joulukuu 22, 2011, 1.50pm

Voisiko lentokoneheijastusta käyttää tutkana? Maailmallahan kehitellään jo niin sanottua ‘multi static radar’ - ajatusta, joka perustuu erilleen sijoitettuihin yksinkertaisiin pienitehoisiin lähettimiin ja hajautettuihin vastaanottimiin.

Tämänpaiväisen kokeeni perusteella lentsikkaheijastusta voi hyvinkin käyttää tutkan tapaan. Lentokone tosiaankin näkyi vastaanottimeni kautta spektrografin dopplernauhassa jo ennenkuin nettitutkan tuntemattomass paikassa sijaitseva vastaanotin sai pyydystettyä lentokoneen ADS-B -transponderin signaalin.

Ohessa kuvasarja 1 tunnistamattoman lentokoneen kaiusta tietsikan ruudun dopplerinauhalla.
Radar01 Trace of unknown aircraft on 550 Hz left - aerial dir NE - (c) OH7HJ.jpg

OH7HJ · Joulukuu 22, 2011, 2.06pm

Toinen kuvasarja kokeesta.

Koneen ollessa lähimmillään ja sen kaiun voimakkaimmillaan, syntyy kaiusta joskus V- tai X- muotoinen ‘peilikuva’ sen ylittäessä radiomajakan lähettimen taajuuden. Kaikkien koneiden kaiut eivät jätä tällaista jälkeä. Tämän ‘doppler-X’:n synnyn syy on minulle toistaiseksi tuntematon.

OH7HJ · Joulukuu 22, 2011, 2.08pm

Japanin vuoron kaikujälki katosi omasta pikku tutkastani suunnilleen Savonlinnan tasalla.

Kiitos ohilennosta, hyvää matkaa!

oh7di · Joulukuu 22, 2011, 4.04pm

Jag minns där var någon QSO i svenska i åttitalet på repeatern men jag ska fortsätta i finska…

Olpa jännä eksperimentti. Enpä ois arvannut, että tuo majakan, ehkäpä 50W erppi, “kaikuu” noinkin hyvin. 2m:lla vielä koneen tutkapinta-ala ei ole mitenkään parhaimmillaan mikroaallonpituuksiin verrattuna. Mikähän tuo kaiun voimakkuus mahtaa olla. Summassa laskeskelin hatusta vedetyllä tutkapinta-alalla, että -7VHF:n kaiku RX-TX -välillä 75km saattaisi hyvinkin olla 3uV 50 ohmissa hujakoilla 13dB vastaanottoantennilla, kun kone on RX-TX -akselilla ja maasto ei haittaa etenemistä.

QSO-geometria tuossa bistaattivirityksessä lienee ellipsin muotoinen silleen, että lähetysasema on toisessa ja vastaanottoasema toisessa ellipsin polttopisteessä. Riippuu sitten gaineista, herkkyyksistä ja tehoista, minkälaisiksi ellipsin akselit muodostuvat.

Pari, ilmeisesti NATO:n laskuun tehtyä tutkimusta muistan passiivisesta bistaattisesta tutkasta tehdyn. Griffithsin yleisesitys aiheesta on tuossa.

tinyurl.com/cwlhl5s

Toisessa paperissa, jossa joku hollantilainen kaveri oli tutkinut Pohjanmeren yllä lentävien koneiden paikallistamista FM-BC asemien kaikuja mittaamalla. Tässä oli pyörivä vastaanottoantenni ja raskaampaa signaalinkäsittelyä RX:n perässä, joka mahdollisti tavanomaisen tutkakuvan muodostamisen. Jos maalin “valaisuun” voisi vielä käyttää esim. matkapuhelinverkon tukiasemia, niin ilmavalvontajärjestelmä olisi varsin hyvin hajautettu.

73 de Antti, -7di

oh7di · Joulukuu 22, 2011, 4.28pm

Vielä tuosta Doppler-käyrän muodosta. Tulisikohan tuo ihan geometriasta silleen, että RX:n kauempaa ohittavan koneen RX:n suuntainen nopeuden komponentti menee “pehmeämmin” nollaan ja vaihtaa etumerkkiä. Sen sijaan koneen ohittaessa läheltä, tuo komponentin muutos on nopeampi ja piirtyy “V-käyränä”.

Edit: Ei kun joo, siinähän on tuo matalampi ja korkeampi taajuus yhtä aikaa päällä. Tuleekohan tuossa jokin moninkertainen heijastus tai signaalitasot ovat sellaiset, että jokin epälineaarisuus alkaa näkymään.

-7di

OH7HJ · Joulukuu 23, 2011, 11.41am

Terve Antti,

Tuo oletuksesi elliptisestä kaiun kantamasta lähettimen ja vastaanottimen välillä on hyvin järkeenkäypä, onnittelut asiantuntevasta arviosta! Kiitos myös hyvästä linkistä, britit ovat tosiaan tehneet omia verkkotutkakokeitaan mm. kännyköiden tukiasemien heijastuksia käyttäen. Jenkeillä on myös ollut ainakin koekäytössä yleisradio- yms. VHF-asemien lentsikkaheijastuksia kuunteleva systeemi.

Kokeilin, pitääkö elliptisen kuuluvuusalueen arviosi paikkansa, kun satuin näkemään nettitukassa sopivasti sellaisen koneen, joka ei ylitä majakkalähettimen ja vastaanottoaseman (Tx - Rx) linjaa, vaan lentää sen ohi likimain ellipsin polttopisteiden lävistäjän Tx - Rx suuntaisesti. Rahtikone lensi kaakosta luoteeseen. Sen kaiku tosiaankin näkyi juuri sen ajan, jonka rahtikone viipyi kuvitellun Tx-Rx-polttopisteiden määrittämän ellipsin sisässä. Koneen rata leikkasi siis tämän kuvitellun kantamaellipsin rajoja koillisen suunnassa.

Tässä kuvasarja 1. oletetun kuuluvuusellipsin kyseisen lävistäjän suuntaisesti lentävän koneen dopplerikaiusta. Dopplertaajuuden muutosnopeus näyttää varsin järkeenkäyvästi hitaammalta, kuin läheltä kuunteluasemaa lentävän koneen dopplerin muutos.

T: - HJ -

OH7HJ · Joulukuu 23, 2011, 11.48am

Oletus ellipsin muotoisesta kuuluvuusalueesta, Rx ja Tx ellipsin polttopisteinä, saattaisi siis ainakin tämän karkean kokeen perusteella pitää hyvinkin paikkansa. Tässä ohilennon loput kaikukuvat, sarja 2:

HJ -

Radar24 Departing plane echo still visible - Plane not crossing Tx-Rx line - (c) OH7HJ.jpg1152×782 184 KB

Radar25 Last doppler echo of departing plane flying NW out of my range - Thank you! - (c) OH7HJ.jpg1152×781 184 KB

oh7di · Joulukuu 23, 2011, 8.15pm

Terve Juha!

Kiintoisia käppyröitä. Tokihan tuo elliptinen kuuluvuusalue on silleen karkea arvio, kun koneen tutkapinta-ala riippuu vielä paljolti koneen asennosta RX/TX -asemiin nähden. Koetin etsiä tarkempaa infoa tyypillisen kaupallisen airlinerin tutkapinta-alasta ja netistä löytyvän datan mukaan pinta-ala vaihtelee suunnasta riippuen tyypillisesti 10…100m2 välillä. Nämä arvot näyttäisivät olevan vielä useimmiten X-bandille, kymppigigan tuntumaan ja skaalaus 2 metrille ei ole ihan yksiselitteinen, kun joillekin muodoille tutkapinta-ala menee kääntäen verrannollisena aallonpituuteen ja toisilla kääntäen aallonpituuden neliöön. Koneen runko kävisi lieriöstä, jolla tuo käänteinen verrannollisuus on aallonpituuteen. Tasopinnoilla verannollisuus oli käänteinen aallonpituuden neliöön, joten äkkipäätään tuosta päättelisi 144MHz tutkapinta-alan muodostuvan pääasiassa koneen lieriömäisen rungon osuudesta, kun neliölliset termit kuolevat nopeammin aallonpituuden kasvaessa.

Kerrassaan hieno homma, että majakasta on ollut apua tämmöisissäkin eksperimenteissä. Pitääpä katella noita kaikuja vielä ajatuksen kanssa, niin on pyhiksi harrastetta tavanomaisen HF-nikkaroinnin lisäksi. Hyvää Joulua kaikille!

73 de -7di

OH7HJ · Joulukuu 23, 2011, 9.08pm

Terve Antti,

Ai noin tutkapinta-ala lasketaan aallonpituuksien mukaan! Tosin tuntumani mukaan nämä matalammat 2 m jaksot taitavat kulkuominaisuuksiltaan olla etevämpiä ja vähemmän alttiita vaimenemaan kuin mikroaallot, joten heijastushommissa ne voivat olla jopa helpommin kopitettavissa. Tämänkin parikymmenwattisen ympärisäteilevän VHF-majakan kaiku kuuluu näihin vaatimattomiin hamssiantenneihin, kun taas pyöriväkeilaisten mikroaaltotutkien hurjasti vahvistavat kapeakeilaiset antennit laitetaan workkimaan jopa megawattien pulssitehoilla.

Isoja ‘jumpoja’ pienemmätkin koneet tosiaan näkyvät 2 m kaikuna, sen havaitsin tänään. Spektrogrammille piirtyi selvä kaikudoppleri jostain tuntemattomasta lentsikasta, joka ei näkynyt tuolla seuraamallani ADS-B mode-S transpondereita kuuntelevalla lentsikkatutkasivulla. Kotimaan reittikoneissa ja pienkoneissahan niitä ei käytetä, koska laite on kallis, ja se vaaditaan vain ameriikanreiteillä lentäviltä koneilta. Käytännössä GPS-sijaintia välittävä eli mode-S-paikannustransponderi on melko uusien kaukoliikenteen reittikoneiden varuste.

Tämän liitekuvan X-dopplerikaiku on selvästi taajuusmuutokseltaan hitaampi, kantamaltaan suppeampi ja intensiteetiltään matalampi, mikä kertoo pienemmästä lentsikasta. Edelleen poistuvan koneen kaiku jyrkkenee kuvassa oikealle, mikä ilmeisesti kertoo sen kaartavan kuunteluasemastani poispäin. Isot koneet eivät kaukoreiteillä juurikaan mutkittele, joten pienemmän koneen käytökseen sattuu tämäkin. Kyseessä saattaisi olla vaikka Joensuun kentälle EFJO saapuva tai sieltä lähtevä vuorokone tai pienkone.

T: - OH7-Hyvää-Joulua -

oh7bd · Joulukuu 24, 2011, 9.48am

Välttämättähän kyse ei ole pelkästään heijastuksesta. Kenties lentsikkahan, tai sen osat, voivat toimia passiivitoistimena? Jos taas kyseessä on difraktio koneen terävistä muodoista, tukisiko se havaintoa elliptiseen kuuluvuusalueeseen?
Hieno kokeilu.

Hyvää joulua,
Arto oh7bd

oh7bd · Joulukuu 24, 2011, 9.59am

Vaan toteutuuko doppler-ilmiö difraktiossa ollenkaan?

oh7fqp · Joulukuu 25, 2011, 12.45am

Perusjärjellä ajateltuna tuon elliptisen alueen selittäisi signaalitien pituus, mikä on 2 ulotteisessa mallissa polttopisteestä toiseen kuljettuna ellipsin kehän kautta aina sama. Kun lentokone on antennien tasosta ylempänä, signaalitie antennista toiseen lentokoneen kautta on hieman pidempi silloin kun lentokone sijaitsee ellipsin kärjessä. Mielenkiintoista että koneen ei tarvitse olla lähettimen ja vastaanottimen välissä.

Juha, oletko päässy testaamaan eri suuntaan kulkevia lentokoneita, taitavat kaikki kansanväliset lennot käyttää samoja sisääntuloreittipisteitä, joten pitäisikö testausta varten vaihtaa havaintopaikkaa?

Matti

oh7di · Joulukuu 25, 2011, 12.40pm

Terve Juha, Arto ja Matti,

Itekiin sottailin tuon elliptisen havaintoalueen sitä kautta, että TX-puolen säteilytehot, etenemisvaimennukset ja RX-puolen herkkyys määrittävät tietyn maksimimatkan, jonka kulkenut signaali on vielä havaittavissa RX-päässä. Kun sitten tämän maksimimatkan mittainen naru viritetään kartalle TX- ja RX-pisteiden väliin ja jännitetään kynällä siten, että naru pysyy tiukalla sekä TX, että RX-pisteen suhteen, niin ellipsihän siitä piirtyy. Jos maali on tämän ellipsin sisällä, niin TX->maali ja maali->RX etäisyyksien summa on aina pienempi, kun tuo kaiun ilmaisukynnyksen määräämä maksimimatka.

Kaivelin sitten Googlesta ja Wikipediasta lisää infoa ja todellisuus onkin hieman monimutkaisempi. Bistaattisesta tutkayhtälöstä johtuukin, että etäisyyksien TX->maali ja maali->RX summan sijasta niiden tulo onkin vakio. Syntyvä kuvio on nimeltään Cassinin ovaali, joka tosin useilla parametrien arvoilla on varsin ellipsimäinen.

Ettei mänisi aivan teoriaherrasteluksi, niin arvelin kokeilla, josko tuosta saisi jonkunlaisen taulukkolaskentapohjan aikaseksi, josta saisi TX- ja RX-asemaparametrien avulla edes hattuarvion alueesta, jossa koneen on oltava kaiun havaitsemiseksi/QSO:n pitämiseksi heijastuksen kautta.

Mikä tässä alunperin ihmetytti, oli tuo kaiun näkyminen noinkin QRP-tehoilla, kun IV-tutkissa pulssitetaan yleensä megawatteja. 2m sinkku etenee varmana mikroaaltoja paremmin tuolla tuulessa ja tuiskussa, niinkun Juha arveli, mutta toinen merkittävä tekijä tässä on varmaan kaistaleveys. Pulssitutkan tekijä ei voi kasvattaa pulssinpituutta tolkuttomasti, koska hinta maksetaan maalinerottelukyvyssä. Siksipä tutkan RX:n kaistaleveys on oltava luokassa satoja kilohertsejä, jotta pulssi menee vääristymättä läpi. Samalla kohinakaistaleveys on suuri, joten lähettimessä pitää olla potkua, jotta signaali-kohinasuhde ei mene aivan luokatomaksi.

Juhan käyttämässä spektrianalysaattorisoftassa resoluutio ja siten kaistaleveys lienee kymmeniä hertsejä, jos ei parempikin. “Pitkää signaalia” mitatessä kaistaleveys on ehkä luokkaa 1/10000 pulssitutkan RX-kaistaleveydestä ja näin “linkkibudjetissa” tulee äkkiä 40-50dB takkiinottovara TX-tehossa samoille S/N-suhteille.

73 de Antti -7di

OH7HJ · Joulukuu 25, 2011, 3.50pm

25.12.2011

Hyviä huomioita Arto, Matti ja Antti! Vastaukset useaan kysymykseen ovat kirkkaina mielessä, mutta ulos niitä saan vain sitä mukaa kuin kerkiän kirjoittaa. Osa kaiuista voi hyvinkin olla Arton ajatuksen mukaisesti koneen lukuisien särmien taittamia. Mielessäni suorittamani antennien yleisen toiminnan mukaisen karkean simulaation mukaan lentsikkaheijastus saattaisi olla pääasiassa heijastusta, mutta ehkä osa siitä voisi hyvinkin olla difraktiota! Taas kaikumalli täydentyi hieman, tnx!

En tiedä vertaanko nyt oikein, mutta yksinkertaistaen asimerkiksi antenneissa difraktio eli taittuminen voisi kuvata jagin suuntaajien toimintaa. Puolta aaltoa hieman lyhemmät jagielementit pyrkivät suuntaamaan, ‘fokusoimaan’ radioaaltoa, vähän kuin kupera linssi optiikassa. Puolta aaltoa pidempi elementti taas pyrkii jagissa heijastamaan säteilijän aaltoa itsestään poispäin, aivankuin optiikassa peili.

Lentsikassa on lukuisia ulokkeita ja teräviä nurkkia, joista monet voivat VHF-, UHF- ja SHF-alueilla koneen rungon ja siipien muodostaman ‘maatason’ suhteen käyttäytyä, ollessaan ainakin varttiaallon mittaisia, passiivisina ‘GP-antenneina’. Jos ne sattuisivat olemaan hieman varttiaallon paritonta kerrannaista lyhyempiä, ulokkeet ilmeisesti pyrkisivät taittamaan aaltoa sen kulkusuuntaan nähden, osan jopa alaviistoon Rx-asemamme suuntaan.

Lentävän ‘antennin’ suuntakeilat?

Ruutukaappausten välillä pohjakohinaan häviävistä, ja välillä taas hyvinkin lujina piirtyvistä dopplerkäyristä ei voi olla näkemättä, että ohi lentävän koneen heijastuksen voimakkuus vaihtelee sen edetessä suuresti, riippuen koneen sijainnista ja lähestymiskulmasta Rx ja Tx suhteen. Jos lentokonetta kuvittelee passiivisesti heijastavaksi antenniksi, niin sen pitäisi muodostaa suuntakuvioon keiloja eli ‘luuppeja’ ja minimeitä eli ‘dippejä’ aivan kuin muidenkin antennien.

Kuvitellaan kärkiväliltään noin 50-metristä lentokonetta, jonka dopplerkaikuja kuuntelemme eri hamssibandeilla. Lentokonetta voidaan verrata monielementtiseen antenniin. Kuten kaikissa antenneissa, jokainen puolen aallon pituuden kerrannainen muodostaa antenniin yhden suuntakeilaparin eli luupin lisää. Tavallisten tutkabandien mikroaaltojaksoilla lentokoneet ovat tuhansien puoliaaltojen mittaisia, ja siksi lentokoneen tutkaheijastuskin on SHF-alueella tuhansien tai kymmenien tuhansien luuppien ja dippien kaaos.

Jos siirrymme siirrymme ‘valaisemaan’ lentokonetta UHF-alueelle vaikkapa 70 cm bandille, niin koneen 50-metrisen siipiparin sähköiseksi pituudeksi tulee noin 143 puolenaallon mittaa, ja tämän mukainen määrä heijastuskeiloja. Tämä alkaa jo vaikuttaa juuri ja juuri siedettävältä määrältä mitata. Tosin näihin lisätään tietenkin käytännössä koneen rungon ja peräsinten sekä varttiaaltoa suurempien pinnanmuotokyhmyjen keilat, joten puolen tuhannen tai tuhannenkin heijastuskeilan tietämillä saatetaan liikkua 70 cm bandilla lentsikkaheijastusta kokeillessa.

Alataajuuksilla heijastuskeilat harvenevat

Alamme nyt ymmärtää, että koneen heijastuskeilojen lukumäärästä pystymme mm. arvoimaan sen likimääräisiä ulkomittoja. Kun siirrymme edelleen taajuudessa alaspäin tutkailemaan lentsikan heijastuksia tällä ‘jokahamssin’ 2 m bandilla, niin 50-metrisistä siivistä syntyykin enää 50 heijastuskeilaparia. Koneen heijastavien pinnanmuotojen minimikoko suurenee puolen metrin varttiaaltoon, joten useat vielä 70 cm bandilla ‘näkyvät’ ulokkeet karsiutuvat pois koneen heijastuskeilojen joukosta. Yhdessä rungon ja peräsinten keilojen kanssa 2 m bandin lentsikkaheijastuskuvio saattaisi olla 100 - 200 keilan luokka, jos oikein päässä laskeskelen?

Entä jos siirrymme 6 m bandille? Silloin 50-metrinen siipi jaettuna 3 m puoliaallolla antaa tulokseksi 16,66 monikertaa, mikä aiheuttaisi heijastuskeilapareja enää rapiat 16 kappaletta. Koska siivenkärjet jäävät noin kolmanneksen vajaiksi puoliaallosta, voisi olettaa, että ne ehkä aiheuttavat lisäksi pienen difraktion aallon kulkusuuntaan? Lisättynä arvioituihin koneen rungon ja peräsinten keiloihin, tulisi 6 m hamssivastaanottimemme heijastuksen voimakkuusvaihteluista havaitsemien koneen heijastuskeilojen määräksi ehkä enää noin 20 - 30 kappaletta.

Voisimme kuvitella hyvällä puhdasbandisella kesäkelillä kuuntelevamme lentsikkadopplereita ehkä jopa HF-bandeilla. Miten heijastusten muoto silloin käyttäytyisi? Ainakin keilojen lukumäärä putoisi edelleen niin, että 50 m siipi heijastaisi 10 m bandilla 10 keilaparia, 20 m bandilla viisi keilaparia ja 40 m bandilla enää kaksi keilaparia plus ehkä pienen difraktion siivenkärkien ylipituudesta. 80 m bandilla tuo 50 m siipipari olisi sopivasti hieman puolta aaltoa pidempi, ja heijastaisi dipolimaisen keilan vastaanottimeemme, eikä terävää voimakkuusvaihtelua todennäköisesti enää havaittaisi. 160 m bandilla kone olisi jo reippaasti puolta aaltoa pienempi, eikä sen kaikua enää näkyisi vastaanottimessamme.

Lentokoneen muodot VHF-heijastuksissa

Etenkin siipien alapinnat, niiden johto- ja jättöreunojen särmät sekä runkojen kyljet ja pohja ovat sellaisia melko suoria pintoja, joiden voi olettaa tekevän hyvin voimakkaita heijastuskeiloja. Siispä niiden vaikutuksen kaiun voimakkuuteen luulisi näkyvän sopivassa heijastuskulmassa parhaillaan kokeilemallani 2 m bandilla.

Mihin heijastuskuvioita voisi sitten käyttää hyväksi? Esimerkiksi konetyypin tunnistus sen muodosta ja mitoista riippuvien luonteenomaisten heijastuskuvioiden perusteella voisi olla mahdollista. Jokainen eri muotoinen kone olettaakseni piirtää suoralla ohilennollaan tunnusomaisen, aivan omanlaisensa intensiteettikäyrän, riippuen tietenkin heijastuskulmista Tx ja Rx suhteen. SHF-tutkabandien tuhannet heijastuskeilat olisivat tietenkin aivan liian tiheitä ja lukuisia käsiteltäviksi edes supertietsikoilla, mutta matalien VHF-jaksojen kymmenet tai sadat keilat voisivat antaa hyvinkin kiitollisen perustan lentokonetyypin tunnistamiseksi pelkän radioheijastusmittauksen perusteella.

Millä menetelmillä tunnistuksen voisi tehdä? Heijastuksen voimakkuuden vaihteluita tunnetuilla konetyypeillä eri saapumiskulmissa voisi periaatteessa kerätä tietokannaksi, joita vertaamalla olisi mahdollista jopa tunnistaa suoraan lentäviä koneita pelkän kaiun voimakkuusvaihtelukäyrän perusteella. Matemaatikko saattaisi jopa pystyä numeerisin menetelmin ratkaisemaan heijastuskuviosta aivan tuntemattomankin koneen muotoja, aivan kuten avaruudessa pyörivien asteroidien muotoja on kyetty ratkaisemaan niiden tutkaheijastusten jaksottaisten voimakkuusvaihtelujen mukaan.

Majakan ylilennon voimakkuusvaihtelu

Tässä yksi kuvasarja, jossa reittikone lentää lähes Tx-majakkamme OH7VHF päältä. Sen saapuessa kaikuviivan paksuus kertoo heijastuksen tulevan vastaanottimeeni varsin voimakkaana.

Arvauksen mukaan alkavan heijastuksen voimakkuuden voisi tässä tapauksessa selittää vasemman siiven johtoreuna, joka nyrkkituntumalta sattuisi ensimmäisen kuvan sijainnissa juuri sopivaan heijastuskulmaan Tx ja Rx-asemien välillä.

Tämän koneen ylittäessä Tx-majakkaa heijastus heikkeni, kuten seuraavasta kuvasarjasta näkyy. Mahdollisesti tämä johtui siitä, että mikään poistuvan koneen pinta tai särmä ei sattunut parhaaseen mahdolliseen heijastuskulmaan Rx-asemani suuntaan?

T: - OH7-Hyvää-Joulua -

2011-12-24 Echo06 Plane passed Tx and now out of range (c) OH7HJ.jpg

oh7di · Joulukuu 26, 2011, 12.50pm

Nonnii,

Kötöstelin tuossa jonniinlaisen taulukkolaskentapohjan, jolla voi mallata bistaattisen tutkayhtälön ratkaisuja Excelissä tai OpenOfficessa. Parametreinä on TX-puolen taajuus, teho, antennivahvistus, TX-RX etäisyys, maalin tutkapinta-ala, RX-antennivahvistus ja RX-herkkyys. OH7VHF:n datalla (20W+ 2 x BigWheel), 10m2 tutkapinta-alalla, 76km RX-TX -välillä, 15dBi RX-puolen antennigainilla ja 0,011uV RX-herkkyydellä (laitoin IC-706:n herkkyysspeksiin 20dB nokkiin spektrianalysaattorisoftan huomattavasti kapeamman kaistaleveyden perusteella). Parametreja saa vekslata kaavojen pätevyysalueella melko vapaasti.

Koneen “näkyvyysalue” on suunnilleen RX-TX -linjalle suoraksi vedetyn grillimakkaran muotoinen. Makkaran paksuus on RX-TX-linjan keskipisteen tasalla 106km ja päät yltävät n. 40km RX- ja TX-pisteiden taakse. Laskentapohja piirtää jonkinlaisen käppyrän havaintorajan kohtisuorasta etäisyydestä jatkettuun RX-TX -linjaan

Lentokorkeutta ja maan kaarevuutta ei näissä rätingeissä ole huomioitu, vaan oletuksena on, että kone pysyy TX- ja RX-paikkojen horisontin yläpuolella. Varsinainen “liikkuva osa” on tuo bistaattinen tutkapinta-ala, josta voinee esittää vain valistuneita arvauksia.

Jännä efekti tuon havaintoalueen kanssa tulee, kun RX-TX etäisyyttä lähdetään kasvattamaan tai huononnetaan havaintoedellytyksiä tutkapinta-alaa tai gaineja tms. pienentämällä. Tällöin “makkara” lähtee kuroutumaan keskeltä tiimalasimaisesti kiinni, kunnes kone on havaittavissa joko RX:n tai TX:n välittömässä ympäristössä, mutta “vyötärön” paikkeilla on sokea vyöhyke.

Voin pistellä tuon pohjan (tavanomaisilla toimimattomuusdisclaimereilla) kiinnostuneille sähköpostissa.

73 de Antti -7di

oh7ja · Joulukuu 26, 2011, 3.29pm

Mielenkiintoista keskustelua, eikö tästä likenisi jo vipuseenkin juttua…?

oh7knm · Joulukuu 26, 2011, 4.00pm

Terve Juha
Kinkkua sulatellessa, pitihän minunkii kokeilla kuuluuko vertikaalilla, 26 km päähän,
kyllä kuului mutta melkein koeen ollessa majakan päällä jolloin tuli kova kaiku alkoi tone väpättämään,
joka näkyy kuvassakin, toivottavasti en pienentänyt kuvia liikaa.
Ai niin kovan tuulentakia signaali kävi välillä kohinassa josta johtuen kohinat näkyy horisontaalisina raitoina kuvassa.
De Eikka

OH7HJ · Joulukuu 26, 2011, 4.38pm

26.12.2011

Terve Matti ja Antti,

Hyvä havainnollistus! Ellipsiharpin toimintahan tuossa näkyy, eli signaalitien pituutena narulenkki, kaksi nastaa polttopisteinään, ja kynä narulenkissä piirtää likimääräisen kuuluvuusalueen.

Samoin minustakin oli tosi jännittävää havaita, että heijastuksen kantama todellakaan ei rajoittunut TX ja RX väliin, vaan se oli toiveikkaimpien ajatusten mukaisesti näiden taaksekin ulottuva alue!

Lentoreittien rajanylitykset ja suunnat

Reittikoneilla näyttäisi olevan Ilomantsin seudulla ainakin kaksi tai ehkä useampiakin rajanylityspisteitä. Ne ilmoittautuvat rajaa ylittäessään radiolla sekä Tampereen aluelennon (ACC) sektori 5:n taajuudella, että Pietarin ACC:n jaksolla.

Kaukoidän koneet lentävät hieman eri suunnista riippuen, tulevatko itäkoillisesta esim. Tokiosta, Pekingistä tai Hong Kongista. Reitin toinen pää saattaa olla länsilounaassa vastaavasti Heathrow, Pariisi tai Frankfurt. Lisäksi ylitsemme kulkee Moskovasta luoteeseen eli pallogeometriassa Uuden maailman suuntaan lentäviä koneita.

Näistä syntyy jo aika monta reittivariaatiota, joten sijainneiltaan ja suunniltaan erilaisia dopplerheijastusreittejä on tullut jo havaittua useampia, kuin tämän säikeen kolmeen liitekuvaan viestiä kohden edes pystyn laittamaan.

Ovaalinmuotoinen lentsikkakaiun heijastusalue

Hienoa Antti, heijastusalueen muoto entisestään tarkentuu! Voin vain äimistellä, miten ammattimaisesti tällaisia amatöörien havaintoja pystyy käsittelemään sellainen, joka osaa!

Kaistaleveyden merkitys myöskin on hyvä huomio! Käyttämäni CW-filtterin kapea kaista yhdessä rigin oman etuvahvistimen kanssa, kuunneltuna täällä haja-asutusalueen vähähäiriöisessä ympäristössä todellakin herkentää kuulokynnystä ehkä jopa lähelle taustakohinan rajoja.

Iso Antenni ja Rannanjärvi

Myös antennin säteilypinta-ala merkitsee. Käytännössä radioaseman kantama riippuu karkeasti yksinkertaistaen antennin koosta ja sijainnista. Aina matalilta HF-jaksoilta ylös mikroaalloille pätee, että minkä suuremmalla antennilla workit, sen laajemmalta alueelta se pystyy keräämään radioaaltorintaman energiaa talteen, jonka antenni sitten toimintaperiaatteensa mukaisesti muuttaa vastaanottimen ymmärtämäksi suurtaajuiseksi vaihtosähköksi.

Mikroaalloilla siis voi saavuttaa likimain saman kantaman usean metrin kokoisella peilillä, kuin tässä 2 m bandin kokeessa käyttämälläni 6-metriselle puomille rakennetulla 9-elementtisellä kvakiantennillani. Kantamaa ei siis ‘oikeasti’ ratkaise niinkään antennin elementtimäärä tai koko aallonpituuksina, kuin sen absoluuttinen koko metreinä.

Tiedämme, että SHF- ja UHF-bandien antennit ovat varsin tarkkoja mittojensa, vaiheistustensa ja syöttöjohtojensa suhteen, ja siksi työlään- ja kallliinpuoleisia tehdä, asentaa ja suunnata. Homma on siis helpompi, ja taloudellisempikin suorittaa 2 metrillä vaikkapa tällä sekalaisilla telkkarikoaksin pätkillä syötetyllä 9-elementtisellä risukasa-kvakiharavaveteraanilla, tai 6 metrin bandilla vielä yksinkertaisemmalla noin 4-elementtisellä jagilla. Kummankin koko eli säteilypinta-ala kun on silmin arvioiden samaa luokkaa.

Taulukkopohja kantaman arvioimiseksi

Ahaa, TX- ja Rx-ympyrät siis pitävät yhteyden huonotessa viime hetkeen kiinni kantamastaan, vaikka ovaali ehkä välistä soukkenee. Hienoa, kantamamalli eikun tarkentuu!

Tuon lähituntumailmiön olen ollut huomaavinani ainakin Rx-asemani sivuitse lentävien koneiden suhteen, jotka antavat voimakkaimman heijastuksen lähimmillään RX-asemaani ollessaan.

Ainakin minnuu kiinnostaa taulukkolaskupohjasi, vaikka oonkin aika hölömö teoriapuolen laskujen kanssa! [email protected]

Artikkelit harrastelehtiin FB ajatus!

Hyvä ajatus, ja kiitos mielenkiinnosta! Jos syntyisi vaikka sinulta tästä kansantajuinen tiivistelmä, niin ainakin omasta puolestani pidän kunniana nähdä tekstiäni ja kuviani käytetyn harrastelehtien artikkelien lähteenä!

Väpättävä heijastusääni ohituksessa

Hieno kuva, Eikka, ja onnittelut kokeen toistamisesta! Nyt tiedän, etten kuule enkä näe harhoja, koska olet havainnut saman! Kerkisit myös ekana saamaan ruudulle juuri sen ‘lentsikkavibraaton’, yleensä Rx-aseman ohituksessa siniaaltomaisesti vaihtelevan lentokonekaiun voimakkuuden, joka on kuultavissa hyvissä oloissa myös 2 m FM-rigeistä lentsikan ohittaessa hamssiasemaamme.

Ymmärtääkseni kyseinen ohilentokaiun voimakkuusvaihtelu syntyy lentokoneesta heijastuvan dopplerin mukana taajuudessaan alaspäin ryömivän kaiun ja TX:n suoran signaalin sekoituksena, eli interferenssinä. Voimakkuusvaihtelun taajuus on siis kahden lähekkäisen radiotaajuuden erotus.

Koneen lähestyessä voimakkuus vaihtelee aluksi nopeasti, sitten hidastuu, ja seisahtuu kuin ‘nollabiittiin’ koneen lentäessä aivan kyljittäin RX:ään nähden, ja alkaa taas nopeutua koneen etääntyessä ja dopplerkaiun taajuuden edelleen laskiessa. Koitan saada aikaiseksi jonkinlaisen nauhoituksen siitä, miltä tämä ‘ohilentovibraatto’ kuulostaa rigin kaiuttimen kautta.

Kuvasarja lentsikkaheijastuskokeen antenneista

Alimman kuvan 144.433 MHz OH7VHF lentsikkakaikunauhoituksessa olen vaihdellut kahden antennin välillä. Parempi on viistopolarisaatioon laitettu 9-el kvaki, koneen suuntaa likipitäen seuraten flightradar24 -nettisivun mukaan. Pienempi on 144 MHz pystydipoli vertikaalina.

Kuten oli odotettavissakin, kaiku kuului lähestyvästä koneesta selvästi kauempaa pitkällä kvakilla seuraten. Ympärisäteilevä pystydipolikin kuulee kuitenkin koneen sen ollessa lähellä RX-asemaani. Koneen poistuessa pystydipoli seurasi sitä hieman paremmin kuin sen lähestyessä, kuvassa ylhäällä oikealla, mahdollisesti johtuen pystyssä takaviistossa olevan lentokoneen sivuperäsimen vertikaaliheijastuksesta?

Lisäksi valokuvat kokeissa käyttämistäni antenneista. Kvaki on noin 10 m korkeudessa, viistopolarisaatiossa, jotta se workkisi sekä pysty- että vaaka-antennien kanssa. Sen päällä ylimmäisenä oleva 144 MHz folioteippidipoli taas on puhdas pystypolaroitu ympärisäteilevä antenni. Välissä on myös 2-elementtinen 70 cm bandin folioteippidipoli. Näiden alla on noin 7 m korkeudessa 4-elementtinen 50 MHz ‘turvaverkkomallinen’ jagi folioteipillä johtaviksi päällystetyin kevyin kumpparikiinnitteisin hiilariputkielementein, myös asetettuna viistopolarisaatioon. Samalle 3,8 puomille olen rakentanut ristiin 7-elementtisen turvaverkkojagin, elementtiaineenaan kevyt milliä paksu kuorittu killutapsi.

T: - HJ -

Lisäys: Video ‘ohilentovibraatosta’ 6m bandilla

Sain tallennettua videolle äänen kanssa tuon hauskasti väpättävän korvinkuultavan dopplerheijastuksen interferenssin, lentsikan ohittaessa reittinsä lähimmässä kohdassa kuunteluasemaani.Latailin videon juutuubiin osoitteeseen: youtube.com/watch?v=ANYf2kcTwME

Tx-majakkana käytin Venäjän OIRT-TV-kanavan 1 kuvakantoaallon taajuutta 49,750 MHz ja kuuntelin sitä oheisen kuvan 4-el 50 MHz jagilla. En tiedä Tx:n sijaintia, mutta Soinin OH7QK mukaan lähin OIRT 1 -asema sijaitsisi Sukkajärvellä eli Sukkozerossa. Suunta sinne on täältä noin 60 - 70 astetta, ja etäisyys noin 160 km Rx-asemaltani. Videossa ajoittain voimakkaammin vingahtavat sinkut lienevät meteoriheijastuksia.

[size=85]Videon selostus: [/size]

[size=85]The peculiar wobbling or swaying sound of a radio echo from a moving aircraft starts first as a quick wobbling of signal intensity. When the plane passes receiving station its echo frequency shifts down because of doppler effect and the wobbling gets slower until it stops completely for a moment when the doppler echo and the transmitting beacon frequancies are equal.

When the plane starts to get farther from receiving station the peculiar bypass vibrato sound starts to sway faster again. This sinusform cyclic change of signal intensity is probably caused by interference of aircraft doppler echo frequency and transmitter fixed frequency. Wobble frecuency is calculated as difference between transmitter and doppler echo frequencies.

This aircraft scatter (AS, AirScat) experiment was made by listening aircrat scatter echoes of Russian OIRT TV channel carriers on frequency 49.750 MHz with a ham radio receiver connected to a 4-element yagi aerial. Occasional loud ‘ping’ sounds are probably meteor scatter (MS).

Links:

Doppler shift of Aircraft Scatter on 144 MHz: youtube.com/watch?v=Iouk8hLckj4
Weak Signals - ON0VHF: youtube.com/watch?v=F33R-rJIpRc
[/size]

oh7knm · Joulukuu 26, 2011, 5.15pm

Terve Juha
Tuosta tekstistä selviskii jo aika paljon, eli sinä kuuntelet yksin omaan majakkaa etkä lentokonetta,
mietiskelin olisikko parempi kuunella konetta majakan sijaan,
toinen mietinnän aihe miten kaukaa näillä laineilla on mahdollista kuunnella konetta missä väiheessa kone painuu horisontin taakse jos se oletettais lentävän 10km korkeudella, minulla ei ole mitään haisua tästä,
laittamissasi kuvissa ei näkynyt tilttimoottoria kuunteletko suoraan horisontista???, vai pystytkö kääntämään antenneja vertikaalisuunnassa,
olisikko parempi kuunella ylempää kuin horisontti tasolta, tietysti keilanleveys merkitsee jonkun verran, ai niin sinulla oli noita antenneja useampi,
minulla vain toi toimiva vertikaali yagi sanoi työehtosopimuksen irti kun tuli pakkaset heh, koksi liitos mastonlatvasta pätkii.
Mitähän määräykset sanoo testi majakasta 70cm bandilla, joka olisi jonkun hamin kutsulla heh. saisi vertailtua millaisia eroja tulee taajuudesta antenneista,
ja tehoista.
Jatketaan kokeita 73 de Eikka