Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

[OH7HJ]

[size=85]2012-01-23[/size]

Ennenkuin tuon Pietarin ohilentokaikukokeen matalista signaalinvoimakkuuksista ehditään tehdä liikaa teoreettisia johtopäätöksiä, tutkitaan pikaisesti Rx-asemani paikalliset maastoesteet eri ilmansuuntiin. Näitä löytyikin, varsinkin etelään.

Itään Rx-asemastani on luonnonesteenä Vaivion - Pärnävaaran harjualue, jonka on havaittu leikkaavan kantamaa ainakin 2 m bandilla. Antennieni länsipuolella taas kulkee noin 100 m päästä matalakilovolttilinja. Eteläpuolella antenneja taas on n. 300 m päässä korkeajännitelinja, joka kulkee vieläpä osan matkaa vierekkäin matalamman kV-linjan kanssa. Radioaalto kulkee tunnetusti sille helpointa tietä. Näiden eteläsuunnan lankojen välistä pujottelemisen sijasta se oletettavasti mieluummin ylittää ne, ja samalla pääosin niiden katveeseen jäävät matalat Rx-antenninikin.

Eteläsuunnan kaukaisia, horisontin tasalta saapuvia aaltoja nämä voimalinjat siis saattavat varjostaa vahvastikin, mikä lienee yksi syy edellisen kokeen Pietarin lentsikkaheijastusten matalaan signaalivoimakkuuteen. Horisonttiin nähden jyrkemmässä tulokulmassa olevien, lähempänä lentävien koneiden kaiut taas pääsevät tulemaan antenneihini vapaasti lankojen yli. Ekan liitekuvan yläkuvina näkyvät antennini, jotka todellakin ovat puunlatvojen alapuolella. Niiden alla ovat kuvat länteen ja varsinkin etelän suuntaan VHF-laineiden loivia tulokulmia varjostavista voimalinjoista.

Kaiku Kannaksen päältä?

Vaikka Pietarin pohjoispuolella näkyy harvoin koneita, löysin sentään arkistoistani yhden tällaisen ylityksen tallennuksen. Toisessa liitekuvassa näkyy jo aikaisemmassa viestissä kuvatun UAE201-vuorolla lentäneen jättijumbo A380:n reitti Pietarin ylitse Kannasta pitkin luoteen suuntaan.

Tämän koneen Pietarin Tx-aseman ohitus näkyy mahdollisesti kohdassa 12:22:30 loivasti kulmikkaana dopplerviivana, toisena oikealta olevan nauhan keskellä olevan Tx-taajuuden oikealla puolen. Kulmikas dopplerjälki syntyy yleensä koneen suunnanmuutoksista, alkaen kaartoon lähdöstä, ja loppuen kaarrosta oikaisuun. Tällainen kurssinmuutos näkyykin flightradarin tallentamassa koneen reitissä juuri ennen Pietaria.

Koneen jälki jatkuu vasemmanpuoleisen nauhan läpi, keski-Tx-taajuuden oikealla puolen, aina ruudun tallennushetkeen saakka. A380:n suuri koko on epäilemättä vaikuttanut varsin voimakkaan ja jatkuvan kaikujäljen syntymiseen.

Kantama esteettömään pohjoissuuntaan

Kolmas liitekuva esittää 9754 m korkeudessa luoteeseen lentävää Boeing 747 -jumboa vuorolla TSO587. Pohjoispuolella Rx-asemaani lentävän koneen kaiku oli seurattavissa likimain Rautavaaralle asti, näkyen nauhan oikeanpuolimmaisena jälkenä aikaleimojen 14:34:00 ja 15:35:00 välille.

Sijainti vastaa suunnilleen kuvan APRS-karttaan piirtämääni 410 km etäisyyttä Pietarista. Tämä puolestaan vastaa likimain Pietarin TX-aseman radiohorisontin etäisyyttä. Samoille tienoille olen saanut seurattua useita luoteeseen lentäviä koneita, ja korkeammalla lentäviä hieman pidemmällekin, parhaimmillaan aina Iisalmen - Kajaanin puolivälin paikkeille.

Rx-asemaani nähden maastoesteetön pohjoissuunta siis näyttäisi kantavan lentsikkaheijastuksia likimain teoreettiseen Pietarin Tx-aseman VHF-aaltojen radiohorisonttiin saakka.

T: - HJ -

Lisäys: Tnx Fb teoriakommentista, Antti!

[oh7di]

Terve,

Tutkayhtälö toimii tuollaisenaan tosiaan hyvin vain melko vapaassa tilassa, eli arviot ovat parhaimmillaan silloin, kun RX - maali ja TX - maali väleillä on melko esteetön näköyhteys. Esteettömyyttä voi arvioida ensimmäisen Fresnelin vyöhykkeen avulla, jonka sisälle ei siis pitäisi jäädä mitään suurempia esteitä. Vyöhyke on taas vaihteeksi muodoltaan ellipsoidi, jonka pitkänä akselina toimii RX - maali tai TX - maali välinen suora. Molempia välejä pitää tarkastella erikseen.

Vyöhykkeen kohtisuora säde r missä tahansa kohtaa jompaa kumpaa suoraa on:

r = sqrt (lambdad1d2/(d1+d2)), missä (kaikki pituusyksiköt metreissä) lambda on aallonpituus, d1 etäisyys rx( tai tx)-antennin ja tarkastelupisteen välillä ja d2 etäisyys tarkastelupisteestä maaliin.

Nyt Pietari TX-aseman antenni on varmaankin kohtalaisessa tornissa ja näköyhteys horisontin rajoille asti todennäköisesti varsin esteetön. Matalammalla olevan RX-antennin ja maalin Fresnelin vyöhykkeeseen todennäköisesti jää kaikenlaista estettä väliin, varsinkin jos koetetaan kurotella signaaleja aina RX-aseman horisontista. Kuten tuossa arvelit, on hyvin mahdollista, että tämän epätasapainon vuoksi kaiut TX-asemaa lähellä lentävistä maaleista jäävät heikommiksi, kuin vastaavalta etäisyydeltä RX-asemasta tulevat kaiut, vaikka tutkayhtälö pitää alueita symmetrisinä. Tästä seuraisi myös, että yhtälön ennustama havaintoalue -TX:n horisontti huomioiden- olisi tarkempi RX-aseman ympäristössä, kuin TX-aseman ympäristössä.

Tuo pohjoissuunnan koneiden häipyminen likimain Pietarin horisontin paikkeilla on kyllä nätti tulos. Näistä mittauksistahan voisi kehitellä vaikka teku/korkeakoulukurssien labratöitä.

-Antti

[OH7HJ]

[size=85]05.02.2012[/size]

Pietarin lähistön heikkoja dopplereita seuratessani, nauhalle ilmestyi vahva dopplerjuova lentsikkaheijastuksen luonteenomaisen interferenssiäänen kanssa aikaleiman 17:16:15 kohdalla. Flightradarin nettisivulla ei näkynyt koneita, joten kaiun aiheuttavassa tuntemattomassa lentsikassa ilmeisesti ei ollut ADS-B -transponderia.

Hetken päästä Joensuun tornin jaksolla kuului Helsingistä saapuvan Fincomm:in vuorokoneen tuloselvitys. Näitä vuoroja lennetään yleensä ATR-koneilla, joissa tosiaankaan ei ole ADS-B -transpondereita, joten ne eivät voi näkyä nettisivun paikannuspalvelussa.

Ohessa kuvasarja ATR:n käynnistä. Nousussa kone on niin matalalla, että sen ohitusheijastuksen voimakkuus toisen liitekuvan kohdassa 17:43:50 on selvästi heikompi kuin isojen jettien kaiut. Kolmannessa kuvassa vasemmalla näkyy lounaasta lähestyvien isojen koneiden jälkiä, ja oikeanpuoleisena Helsinkiin palaavan Fincommin etääntyvä doppleri.

T: - Juha -

[OH7HJ]

[size=85]05.02.2012 [/size]

Ilkka OH5IY ja Väiski OH2LX neuvoivat minulle tarkkoja hamssien ja lyhytaaltokuuntelijoiden mittaamia ja keräämiä taajuuslistoja naapurin TV-asemista. Vahvin Itä-Karjalan suunnasta tänne kuuluva asema näyttäisi olevan rigini asteikon mukaan taajuudella 49757.844 oleva Nadvoitsyn TV-lähetin lähellä Segezhan kaupunkia, karjalaksi Sekee tai Sekehe. Seurasin sinne British Airwaysin lentoa dopplerheijastuksena.

Sekeen TV-Tx sijaitsee tiettävästi lokaattorissa KP73CW Rx-asemastani noin 281 km päässä, suunnassa 57.12°. Tämä Sekeen taajuus on sikäli hieman hankala, että aivan sen vieressä on toinen hyvin kuuluva lähetin noin suunnassa 145° taajuudella 49757.832 rigini IC706 asteikon mukaan. Nämä tekevät keskenään interferenssiä, mikä näkyy spektrogramminauhoissa useina ylimääräisinä viivoina. Lentsikkaheijastus näyttäisi kuitenkin seuraavan lähinnä Sekeen taajuutta, joten se lienee näistä kentältään voimakkaampi.

Lento BAW5 ilmestyi dopplerjuovana näkyviin Mikkelin paikkeilla, josta seurasin sitä jagia kohti kääntäen. Koneet lentävät tällä kaukoidän reitillä jokseenkin Rx-Tx -linjan suuntaisesti, joten dopplerikin on erilainen, kuin Pietarin jaksolla kuvaamani RX-Tx-linjan poikki lentävien koneiden dopplerit. Koneen ohittaessa Rx-asemaani sen vasemmalla näkyvä juova lähenee Tx-aseman juovaa keskellä. Samalla alkaa usein pitkään jatkuva ohitusinterferenssiääni, joka johtuu siitä, että koneen dopplerkaiun taajuus on hyvin lähellä Tx-aseman sinkun taajuutta lähes koko matkan Rx ja Tx välillä. Kun kone taas ohittaa Sekeen Tx-aseman, sen dopplerjälki vastaavasti erkanee oikealle, kunnes katoaa Rx-asemani käytännön radiohorisontin taakse vähän Sekeen jälkeen, arviolta Äänislahden rantamilla.

T: - Juha -

Linkki radioharrastajien keräämään OIRT 1 TV-taajuuslistaan: forum.vhfdx.ru/english-speaking- … r-tv-freq/

[OH7HJ]

[size=85]7.2.2012[/size]

Isotehoisten 6 m bandin TV-lähettimien kaiut siis tulevat lentsikoiden kautta lujaa ja kaukaa. Pienitehoisilla lähettimillä kokeiltiin aiemmin tässä säikeessä 2 metrin bandilla, OH7VHF-majakkaa kuunneltaessa. Tunnettuja vastaavia 6 m majakoita sopivalla kokeiluetäisyydellä on harvassa, mutta yksi sentään löytyi majakkalistasta: Kouvolan/Kuusankosken majakka OH5SHF, sijainti KP30HV, etäisyys Rx-asemaltani 243 km suuntaan 218 astetta. Tämän 20 W ERP tehoisen hamssimajakan jaksolla sain selviä lentsikkakaikuja. Miten ne sitten erosivat isotehoisten TV-lähettimien kaiuista?

Kun Tx-aseman teho pudotetaan vajaaseen tuhannesosaan, eli yli 30 dB:llä, vaikutuksen pitäisi näkyä, ja näkyikin: Lentsikoiden heijastukset tulivat selvästi Tx- ja Rx-asemien tuntumasta, sekä niiden väliseltä linjalta, mutta loitotessaan heijastus heikkeni nopeasti. Siis aivan kuin Antti laskentapohjaa tehdessään arveli, lähettimen tehon pienetessä kantama supistuu ovaalin muotoon Tx-Rx-linjan ympärille. Pienitehoisen aseman lentsikkaheijastuksen suurin kantama voi siis olla Tx-Rx-suunnassa varsin pitkä, mutta heijastusalue kapenee, ja sen peittoalue pienenee tehon pienetessä.

Oheisissa kuvissa näkyy kolme eri tilannetta. Ensimmäisessä kuvassa kone saapuu TX-Rx- linjalle Tx:n eli OH5SHF-majakan takaa. Sen vasemmalta eli matalasta taajuudesta lähetintaajuutta kohti siirtyvä dopplerikaiku näkyy selvästi kuvassa. Toisessa kuvassa näkyy vastaava tilanne Rx-asemaani ohittavan koneen yhdentyvänä dopplerjuovana. Kolmas kuva näyttää viistosti Rx-Tx-linjan ohittavan koneen melko lyhytaikaisen kaiun. Voimme siis kokeen perusteella päätellä, ettei 6 m bandillakaan lentokoneheijastuksen havaitsemiseen tarvita kymmeniä kilowatteja lähetystehoa, vaan kymmenilläkin wateilla saa heijastuksen kiinni.

Linkit:

OH5SHF tekniset tiedot: kolumbus.fi/oh5iy/beacons/Beacons.html
Majakkalista: sral.fi/files/bcn_oh.pdf

[OH7HJ]

[size=85]8.2.2012[/size]

Voisiko lentokoneen heijastusta käyttää Tx-aseman suuntimiseen? Kokeilun perusteella se onnistuu, jopa helposti. Tarvitaan vain vastaanotin, antenni ja koneen sijaintitieto kartalle. Vastaanottoantennin ei tarvitse edes olla suunnattava, koska ‘lentsikkasuuntimisessa’ käännettävän suunta-antennin korvaa liikkuva lentokone.

Rx-Tx-linjan poikki lentävän koneen luonteenomaisen interferenssiäänen korvinkuultava voimakkuusvaihtelu hidastuu, ja lopulta hetkeksi pysähtyy ikäänkuin ‘nollabiittiin’, koneen ylittäessä Rx-Tx-linjan. Sen jälkeen Rx-Tx-linjasta etääntyvän koneen kautta heijastuvan sinkun kulkema matka taas pidetä, eli heijastuksen doppler siirtyy Tx-taajuuden alapuolelle, kuvieni spektrogramminauhoissa oikealle.

Heijastusfeidingin ‘nollabiitti’ toimii lentokonesuuntimisessa (Aircraft Scatter Direction Finding, ASDF) suunnannäyttäjänä. Kun kartalla Rx-asemalta vedetään lentokoneen nollabiittisijainnin kautta viiva, niin kartalle saadaan ‘lentsikkasuuntima’ Tx-asemalle. Liitekuvissa on esimerkkejä ASDF -suuntimakokeistani Sekeen ja Pietarin TV-lähettimien taajuuksilla. Suunnat näyttävät antavan kartalle piirrettyinä varsin järkeviä tuloksia, ja ovat paljon tarkempia, kuin 4-elementtisen jagini summittainen noin ± 20 asteen suuntimatarkkuus.

T: - Juha -

[oh7di]

Terve,

Tuloksethan näyttävät konvergoituvan varsin mukavasti. Tuo “käänteinen” suuntimisongelma (suunni TX-asema, kun lentokoneen paikka tiedetään tarkasti) vaikuttaisi hyvinkin käyttökelpoiselta menetelmältä kaukana olevien lähettimien suuntimiseen; jo kahden RX:n mittauksilla lähettimen paikan saisi varmaan määrättyä melkoisen tarkasti, vaikka vastaanottoasemat eivät olisi kaukana toisistaan, kunhan vaan koneella on riittävä etäisyys näihin. Jos metodi pelaisi yhtä hyvin myös HF:llä, mielenkiintoinen sovellus olisi siellä toimivien “mysteeriasemien” tarkempi paikannus.

Mietin tuota heijastuva signaalin huojuntaa vähän tarkemmin. Asia on silloin selvä, kun TX-asema on RX:n horisontissa ja maalista heijastuva, doppler-siirtynyt - sekä suora signaali interferoivat. Mutta jos TX on horisontin ulkopuolella, pitäisi äkkipäätään mietittynä vain doppler-siirtyneen signaalin olla saatavilla ja huojuntaa ei pitäisi muodostua. Syntyyköhän tuossa nyt kaksi kaikua, toinen doppler-siirtynyt liikkuvasta koneesta ja toinen pakokaasuvanasta, joka on RX- ja TX-asemiin nähden käytännössä paikallaan ja ei siten koe doppler-siirtymää. Nämä sitten interferoivat vastaanottimessa.

73 -7di

[OH7HJ]

… kaukana olevien lähettimien suuntimiseen; jo kahden RX:n mittauksilla lähettimen paikan saisi varmaan määrättyä melkoisen tarkasti, vaikka vastaanottoasemat eivät olisi kaukana toisistaan, kunhan vaan koneella on riittävä etäisyys näihin. Jos metodi pelaisi yhtä hyvin myös HF:llä, mielenkiintoinen sovellus olisi siellä toimivien “mysteeriasemien” tarkempi paikannus.

Terve,

HF-asemien paikannukseen voisi lentsikkasuuntiminen toimia amatööri- tai kuuntelija-asemin oikein hyvin! Olen ymmärtänyt lentsikkaheijastuksia kokeilleiden lyhytaaltokuuntelijoiden, ja jopa niitä havainneiden ammattilaistenkin kertomuksista, että heijastuksen pitäisi toimia HF:lläkin. Eikä suuntimiseen tarvita tällä menetelmällä edes minkäänlaista suunta-antennia…!

HF:llä aallot kulkevat skippeinä, mikä voi antaa hyvinkin pitkiä suuntimakantamia, jos vain heijastavan koneen pystyy tunnistamaan mahdollisesti useiden koneiden joukosta. Toisaalta, tarkimpia olisivat varmaan ne ‘mysteeriasemien’ suuntimat, joissa suunnittava Tx on alle kahden radiohorisontin päässä. Skipissähän saattaa aallon suunta hieman muuttua. Pallogeometriakin olisi suuntakartoissa osattava ottaa huomioon, mikä on hieman kimuranttinen sekin, mutta laskettavissa.

Edelleen, lähetysaseman lentsikkasuuntimista ovat tietenkin tarkimpia ne, joissa kone lentää läheltä Tx-asemaa. Noissa edellisen esimerkin Pietarin suuntimissa on melkoinen virhetekijä se, että koneiden reitti kulkee noin läheltä Rx-asemaani. Siksi pieni virhe läheltä lentävän koneen interferenssifeidingin ‘nollabiitin’ paikannuksessa tekee tietenkin ison virheen sen kautta vedetyn suuntaviivan kaukaisemmassa päässä, eli Tx:n sijainnissa.

Huono ja hyvä lentsikkasuuntima

Esimerkkikuvassa on ottamani suuntima Pietarin TV-lähettimelle tapauksessa, jossa kone lentää varsin läheltä Rx-asemaani. Eroa on tullut ainakin ilmoitettuun, pikkukuvassa keskellä näkyvään TV-Tx:n sijaintiin.

Epätarkkuus johtuu tässä lähinnä siitä, että läheltä Rx:ää lentävän koneen nollabiittikohdan hetki olisi saatava määritettyä alle parin sekunnin tarkkuudella, ettei paikkavirhe kertaannu pitkän suuntimalinjan päässä. Nettipalvelun grafiikkaa lienee tuskin tarkoitettu tarkkuuspaikannuksen, ja sen laskenta- ja tiedonsiirtoviiveetkin saattavat olla tätä pidemmät.

Kauempana lentävän koneen suuntimatarkkuuteen taasen ei muutaman sekunnin kohdistusvirhe paljoa vaikuta. Kannattaakin siis tarkkaa suuntimaa varten yrittää kytistellä heijastuslähteiksi sellaisia koneita, jotka lentävät Rx-Tx-linjan poikki mahdollisimman läheltä Tx:n oletettua sijaintia. Toisessa kuvassa on esimerkki tällaisesta tarkan suuntiman tapauksesta, 6 m majakkaan OH5SHF kokeiltuna.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Mietin tuota heijastuva signaalin huojuntaa vähän tarkemmin. Asia on silloin selvä, kun TX-asema on RX:n horisontissa ja maalista heijastuva, doppler-siirtynyt - sekä suora signaali interferoivat. Mutta jos TX on horisontin ulkopuolella, pitäisi äkkipäätään mietittynä vain doppler-siirtyneen signaalin olla saatavilla ja huojuntaa ei pitäisi muodostua. Syntyyköhän tuossa nyt kaksi kaikua, toinen doppler-siirtynyt liikkuvasta koneesta ja toinen pakokaasuvanasta, joka on RX- ja TX-asemiin nähden käytännössä paikallaan ja ei siten koe doppler-siirtymää. Nämä sitten interferoivat vastaanottimessa.

73 -7di

Hyvä huomio! Ne ajoittaiset heikot doppleri-interferenssiäänet, jotka tulevat silloin, kun kantoaallon ei pitäisi kaukaisesta lähettimesta enää jatkuvasti kuulua, ovat minuakin mietityttäneet. Ilman tiheyden tai kosteuden muutoksista, kuten pakokaasuvanoista, pystyvät SHF-bandin gigahertsiaallot heijastumaan, sen mukaan mitä olen ymmärtänyt MS-kokeilijoiden kertomuksia.

Pitkät VHF- ja HF-laineet taas tarvitsevat nykyisen oletuksemme mukaan joko ison säärintaman inversioineen, tai jotain selvästi johtavaa heijastuakseen, kuten meteorin plasmavanan, tai lentsikan siipipellin. Jetin pakokaasut kuitenkin ovat niin selvästi kuumemmat ja kosteammat yläilmojen hyytävää kylmyyttä, että ne saattaisivat aiheuttaa heikon taittumisen tai heijastuksen, samaan tapaan kuin inversiokelit.

Kun jetin pakokaasuvanojen käyttäytymistä tuumii tarkemmin, niin havaitsee, että ne jetin takana hajoavat ja sekoittuvat ympäröivään ilmaan samaan tahtiin, kuin syntyvät moottoreista. Dopplerin aiheuttajan ei käsittääkseni tarvitse itse olla liikkeessä, vaan riittää, että aallon heijastusetäisyys muuttuu. Näin pakokaasujen kautta mahdollisesti heijastuvan radioaallon kulkema matka muuttuu samaan tahtiin, kuin itse lentsikastakin heijastuvan aallon kulkema matka. Jos oikein ymmärrän, niin dopplerehto eli heijastusetäisyyden muutos toteutuisi näin myös jetin pakokaasuvanan suhteen? Jos näin on, niin interferenssiäänen syntyyn tarvittavan Tx-taajuuden eteneminen jää edelleen ilmakehän sironnan ja satunnaisten meteoriheijastusten varaan?

T: - Juha -

Uusi linkki: Aircraft Scatter Experiments, forum.flightradar24.com/threads/ … xperiments

Kuvia lyhytaikaisista lentsikkainterferenssiäänten heijastuksista Moskovan TV:n jaksolla:

[oh7di]

Kun jetin pakokaasuvanojen käyttäytymistä tuumii tarkemmin, niin havaitsee, että ne jetin takana hajoavat ja sekoittuvat ympäröivään ilmaan samaan tahtiin, kuin syntyvät moottoreista. Dopplerin aiheuttajan ei käsittääkseni tarvitse itse olla liikkeessä, vaan riittää, että aallon heijastusetäisyys muuttuu. Näin pakokaasujen kautta mahdollisesti heijastuvan radioaallon kulkema matka muuttuu samaan tahtiin, kuin itse lentsikastakin heijastuvan aallon kulkema matka. Jos oikein ymmärrän, niin dopplerehto eli heijastusetäisyyden muutos toteutuisi näin myös jetin pakokaasuvanan suhteen? Jos näin on, niin interferenssiäänen syntyyn tarvittavan Tx-taajuuden eteneminen jää edelleen ilmakehän sironnan ja satunnaisten meteoriheijastusten varaan?

Ah, näinpä muuten onkin, eli heijastuksen kannalta imelin kohta todennäköisesti liikkuu koneen mukana. Joksikin ajaksi paikalleen jäävä tiivistymisnauha voi tosiaan olla vähän turhan höttöä tavaraa experimenteissä käytettyjen aallonpituuksien heijastumiselle. Kun huojunnan esiintyminen noilla horisontin takaa tulevilla signaaleilla on ilmeisesti melko pätkittäistä, niin tuo meteori- ja ilmakehäsironta taitaa olla ihan riittävä selitys.

-7di

[OH7HJ]

[size=85]01.03.2012 [/size]

Rx-Tx-linjan poikki lentävän koneen tavanomaista risteävää doppleria erikoisempi tapaus on yhdensuuntaisdoppleri, jossa kone lentää viistosti lähes Rx-Tx-linjaa pitkin. Silloin sen doppleri eroaa vain hiukkasen Tx-taajuudesta. Nyt sen dopperi ei näykään erillisenä Tx-taajuuden kanssa risteävänä käyränä, vaan hitaana interferenssihuojuntana, joka tekee Tx-taajuudesta katkoviivaa. Koneen lähestyessä loivasti Rx-Tx-linjaa, sen interferenssi näkyy nauhalla hidastuvana eli pitenevänä katkoviivana. Siinä kohden, missä katkoviivat ovat pisimmillään, on koneen Rx-Tx-linjan ylityskohta. Siis tarkan lentsikkasuuntiman voi saada sekä koneen lentäessä poikittain, että lähes pitkittäin Rx-Tx-linjaan nähden sen yli.

Opettelen parhaillaan käyttämään Planeplotter-ohjelmaa, joka on 1090 MHz ADS-B-transponderipaikannuksia kuuntelevien lentsikkatutkailijoiden vastine hamssien UIView-APRS-ohjelmalle, joskin maksullinen. Planeplotterin hyvä puoli ‘lentsikkatutka-nettisivuihin’ verrattuna on, että se osaa näyttää kartalle asetetun hiiren kursorin tarkan suunnan asteina Rx-asemaani nähden. Suunta näkyy alapalkissa yhdessä etäisyyden kanssa, joka tosin on merimaileina (nm). Laitan siis kursorin koneen kuvakkeen päälle, ja koneen lentäessä nauhalla katkoviivana näkyvän interferenssihuojunnan nollabiitissä, eli täsmälleen Tx-Rx-linjan yli, näppään printscreenin. Kuvaan tallentuu nyt muiden tietojen lisäksi Planeplotterin laskema tarkka suunta.

Tässä suuntimakuvat juuri tällaisesta lähes yhdensuuntaisen ylityksen interferenssihuojunnasta Kuusankosken/Kouvolan 6 m hamssimajakan OH5SHF jaksolla. Ruutukaappauskuvan mukana tallentuva asteluku kertoo siis suunnan asemaltani Rx lähettimelle Tx. Sitä tarkempi suunta on mahdollista saada, mitä lähempää Tx-asemaa kone lentää linjan yli. Tässä kokeessa kone ylitti Tx-Rx-linjan melko lähellä 243 km etäisyydellä Rx-asemastani olevaa Tx-majakkaa, vain noin 45 km päässä siitä. Tämä on lähes ideaalinen tilanne, joten odotettavissa oli siis varsin hyvä suuntima. Lentsikkaheijastuksen perusteella radiosuuntimaksi OH5SHF:lle tallentui tässä kokeessa 217,6 astetta. Lokaattorinettisivun laskema suuntima on 217,84 astetta.

T: - Juha -

Linkit:

Lokaattorin perusteella etäisyyden ja suunnan laskeva nettisivu: no.nonsense.ee/qthmap/

[oh7di]

Tuo majakan suuntimatulos lentokoneheijastusta käyttäen näyttää tosi hyvältä. Toimivat jutut on maailmassa yleensä jo keksitty, mutta tässä suuntimametodissa ainakin tuntuisi olevan tosi originaaleja aineksia.

Itse olen tuossa viimeaikoina pyöritellyt kysymystä, olisiko koneen paikan määrittäminen mahdollista pelkästään Dopplermittauksilla. Yhden aseman kaikujen mittauksista saa ilmeisesti vaan koneen nopeuden komponentin, joka on koneen sijainnin, RX- ja TX-asemien määrittelemän ellipsoidin pintaa vastaan kohtisuorassa (eli nolladoppler on mahdollinen pisteissä, joissa nopeusvektori on ellipsoidin pinnan tangentin suuntainen), mutta jos olisi mahdollista määrittää kolmen TX:n kaikujen dopplerit samasta maalista yhtäaikaa, saisi koneen nopeusvektorin ehkä ratkaistua yksikäsitteisesti, kun TX:ien tarkat suunnat ja etäisyydet ovat tiedossa. Nopeusvektorin avulla saattaisi taas olla mahdollista päästä käsiksi paikkaan. Alueet, joilla nuo 3 TX:ää heijastuvat yhtäaikaa samasta maalista saattavat vaan olla kovin rajoitettuja. Noh, pitää nyt pyöritellä tuota vielä.

-7di

[OH7HJ]

OH5IY Ilkka taisi tehdä QRP-Tx-ennätyksen havaitsemalla lentsikkadopplerit 100 mW 2 m majakasta 100 km päästä, onnittelut! Tämän kokeen perusteella AS-dopplerit onnistuvat siis milliwattitehollakin, kun vain kokenut havainnoija kuuntelee AS-heijastuksia niille sopivalla bandilla hyvillä antenneilla!

Antennina Ilkalla ovat 4 x 14 el jagit. Kuten Antti OH7DI laskentamallissaan olettaa, nämäkin hyvin pienitehoisen Tx-aseman VHF-lentsikkaheijastusdopplerit näkyivät voimakkaimmin lentsikan ollessa Rx-Tx-janan lähiympäristössä. Antti kommentoi näin: “… lähetyspään tehoilla havaintokynnystä kuvaavan Cassinin ellipsoidin pitäisi olla kuroutunut kiinni, eli maalit näkyvät lähellä TX- tai RX-asemia, symmetrisillä alueilla, mutta RX-TX -janan keskivaiheilla pitäisi olla jo sokea vyöhyke. Laskentapohjan antama havaintokynnyskäyrä kuvaa tällöin tilannetta vain jomman kumman aseman läheisyydessä.”

Jos laskisimme tälle havainnolle tehoindeksin matkan mukaan, se olisi 100 mW / 100 km = 1 mW/km. Oikeammin lähetysteho tosin suhtautuu etäisyyden neliöön eli pinta-alaan, jolloin tehoindeksiksi tulisi 100 mW / (100 km)^2 = 10 uW/km^2. Hyvin varustautunut Rx-asema siis havaitsee VHF-lentsikkaheijastuksen, kun lähettimen kentän tehotiheys on vain kymmenen mikrowattia neliökilometriä kohden, ja tästäkin tehosta vain pieni osa on heijastunut lentsikan kautta vastaanottoantenneihin!

T: - Juha -

[oh7di]

Terve,

Ilkka ehti tuossa jo e-mailitse tarkentamaan, että kone meni Rapojärven yli, eli kohtalaisella tarkkuudella juuri TX-RX -välin puolesta välistä, johon kerkisin jo veikkailla sokeaa aluetta. Käänsin sitten laskuharjoituksen toisin päin, eli kokeilin, millä vastaanottimen herkkyydellä ellipsoidi ei kuroudu kiinni ja maali on periaatteessa näkyvissä missä kohden tahansa TX-RX -janaa. Tutkapinta-alaltaan 10m2 maalille tämä raja saavutetaan n. -160…-163dBm signaalitasolla. RX-antennigainiksi arvioin 23dBi. Jos lämpökohina on tasalla -174dBm/Hz, niin tässä vaaditaan jo varsin suorituskykyistä vastaanottojärjestelmää ja kapeaa kaistaleveyttä. Toisaalta pelkkä tutkayhtälö ei huomioi erilaisia etenemismekanismeja ja kanavan käytöstä, joten hehtaariarviointiahan tämä tietysti on. Efektiivinen tutkapinta-alakin on kovin riippuvainen koneen tyypistä, sijainnista ja asennosta.

Joka tapauksessa, kiva saada tuollainen QRP-tuloskin laskentapohjassa kokeiltavaksi.

-7di

edit: Kohinatehon tiheysyksikkö korjattu.

[oh7di]

Tässä yhteenveto OH5IY:n mittaamien, OH5ADB-majakan kaikujen tarkasteluista bistaattisen tutkayhtälön laskentapohjalla.

Koneen reitti ylitti RX-TX -linjan muutamien kilometrien tarkkuudella asemien puolesta välistä. Kaikuhavainto kesti noin minuutin verran, joten 800km/h maanopeudella laskettuna ilmaisualueen leveys linjan keskikohdan paikkeilla on n. 13km. Kiinnitettyjä muuttujia yhtälössä ovat TX:n ERP-teho (100mW), asemien välinen etäisyys (100km), taajuus (144MHz) ja RX-antennivahvistus 21dBi. Tuntemattomia muuttujia ovat RX:n ilmaisukynnys ja koneen tutkapinta-ala. Kiinnitämme aluksi tutkapinta-alan 10 neliömetriin. Tämä on aiemmissa kokeiluissa ollut kohtalaisen järkevä arvaus ja suuruusluokka (10…100m2) vastaa netistä kaivettuja liikennelentokoneiden tutkapinta-aloja annetulla taajuusalueella.

Liikkuvaksi muuttujaksi jää RX:n ilmaisuherkkyys, jonka avulla säädämme ilmaisualueen leveyden linjan keskikohdalla vastaamaan arviolta havaittua eli 13 kilometriä. Lukema saavutetaan -163,2dBm:n ilmaisukynnyksellä. Tällöin ilmaisualueen raja, “ilmaisuhorisontti” on liitekuvan mukainen. Kuvassa X-akseli yhtyy RX-TX -linjaan ja origo sijaitsee RX-TX -välin keskipisteessä. Y-akselilla on ilmaisualueen rajan kohtisuora etäisyys RX-TX -linjasta. Käyrästä on piirretty vain puolet; se on symmetrinen X-akselin suhteen.

Yhtälössä oletetaan maalin tutkapinta-alan pysyminen vakiona kaikkialla ilmaisualueella. Maalin lentäessä kohtisuoraan RX-TX -linjaa vastaan leikaten linjan n. 40km keskipisteestä etelään tai pohjoiseen, ilmaisualue näyttäisi kuvan mukaan olevan leveämpi tiimalasin “vyötäröön” verrattuna. Maalin 800km/h maanopeudella kaiku olisi havaittavissa vajaa neljä minuuttia. Jos tulevaisuudessa saadaan tällaisia havaintoja, voisi mallinnukseen olla jo varovaisen tyytyväinen kaikista mutkien oikomisista huolimatta.

Saatu -163,2 dBm:n ilmaisukynnys ei ole mikään tavaton lukema hyvin varustetulle RX-asemalle. Spectranin kohinakaistaleveys default-asetuksilla on ehkä 4Hz. Lämpökohinapohja asettuisi tällöin n. -168dBm tasalle. Tästä jää vielä vajaa 5dB marginaali vastaanottimen kohinaluvulle ja positiiviselle S/N -suhteelle. Toisaalta, maalin tutkapinta-ala ei ole tarkasti tiedossa, joten marginaali voi olla suurempikin; 3dB korkeampi (huonompi) ilmaisukynnyksen arvo kompensoituu kaksinkertaisella tutkapinta-alalla.

Bistaattisen tutkayhtälön antama, ilmaisuhorisonttia kuvaava käyrä on nimeltään Cassinin ovaali. Aikaisemmissa kokeiluissa olemme nähneet ovaalin ellipsimäisen muodon. Olen toiveikas, että näissä Ilkan QRP-mittauksissa näimme nyt sen tiimalasimuodon.

73 de Antti, -7DI

[OH7HJ]

Kiitos kuviosta, Antti, ensi kertaa näen QRP-lentsikkaheijastusalueen kuuluvuusalueen muodon! Minulle siinä oli yllättävää tuo hyvin kapea ja lyhyt ‘uuma’ puolivälissä TX ja Rx sijaintia, koska virheellisesti kuvittelin mielessäni QRP-heijastuksen kuuluvuusalueen kapeaksi pitemmältä matkalta, ja myös kummankin aseman läheisyydestä. Tämä laskentamalli toimisi varmaan meteoriskattereissakin, ja ehkä jopa auttaisi likimääräisesti paikantamaan MS:iä amatöörimenetelmin.

Ilkan havainnossa etäisyys Tx:ään oli noin 100 km. Ymmärsinhän oikein Rx ja Tx sijaitsevan ± 50 km kohdissa laskemasi kantamakuvion vaaka-akselia, ja akselin nollan kuuluvuusalueen kapeimpine kohtineen siis olevan Rx ja Tx puolivälissä? Kääntäen ajatellen laskentaesimerkkiäsi, jos Tx teho ja heijastuksen sijainti sekä signaalinvoimakkuus meteori- ja muissa skattereissa tiedetään, mallista saa varmaan arvioitua myös kohteen heijastuspinta-alan?

Heijastuspinta-ala tietenkin vaihtelee heijastuskulmasta riippuen lennon aikana, kuten signaalinvoimakkuuden vaihteluista selvästi näemme. Lentokoneellahan on radioaallon heijastajana samantapainen heijastussuuntakuvio, kuin saman kokoisella ja muotoisella antennilla. Siis jokaisen konetyypin pitäisi periaatteessa Tx ja Rx nähden samaa reittiä lentäessään jättää sille luonteenomainen heijastusvoimakkuuskuvio sitä havainnoivan hamssin Rx-piirturinauhalle - eräänlaisen lentsikan sormenjäljen.

T: - Juha -

[oh7di]

Tämä laskentamalli toimisi varmaan meteoriskattereissakin, ja ehkä jopa auttaisi likimääräisesti paikantamaan MS:iä amatöörimenetelmin.

Malli on toki yksinkertainen; mitään kanavamalleja, monitie-etenemisiä ja eri ilmakehän kerrosten vaikutusta ei huomioida, mutta periaatteessa sovellusta MS:n voisi kokeilla, kunhan heijastusalue käy melko pistemäisestä maalista, ts. ollaan kaukokentässä.

Ymmärsinhän oikein Rx ja Tx sijaitsevan ± 50 km kohdissa laskemasi kantamakuvion vaaka-akselia, ja akselin nollan kuuluvuusalueen kapeimpine kohtineen siis olevan Rx ja Tx puolivälissä? Kääntäen ajatellen laskentaesimerkkiäsi, jos Tx teho ja heijastuksen sijainti sekä signaalinvoimakkuus meteori- ja muissa skattereissa tiedetään, mallista saa varmaan arvioitua myös kohteen heijastuspinta-alan?

CFM, RX ja TX ovat +50km kohdissa. Jos koko RX-ketjun saa kalibroitua näyttämään lopputuloksena todellista signaalivoimakkuutta, muut muuttujat ovat kiinni ja maalin lentorataa tunnetaan sen verran, että ilmaisuhorisontin ylityskohdan paikka voidaan määrätä, tutkapinta-ala voidaan säätää mallissa siten, että laskettu ylityskohta täsmää mitatun kanssa. Tämä antaa jonkinlaisen, todennäköisesti hyvin karkean efektiivisen tutkapinta-alan. Meteorien kohdalla tuo tarkan lentoradan määrääminen voi nousta kynnyskysymykseksi.

Heijastuspinta-ala tietenkin vaihtelee heijastuskulmasta riippuen lennon aikana, kuten signaalinvoimakkuuden vaihteluista selvästi näemme. Lentokoneellahan on radioaallon heijastajana samantapainen heijastussuuntakuvio, kuin saman kokoisella ja muotoisella antennilla. Siis jokaisen konetyypin pitäisi periaatteessa Tx ja Rx nähden samaa reittiä lentäessään jättää sille luonteenomainen heijastusvoimakkuuskuvio sitä havainnoivan hamssin Rx-piirturinauhalle - eräänlaisen lentsikan sormenjäljen.

Uskoisin ainakin eri kokoisten koneiden erottuvan. Voi olla, että samassa kokoluokassakin tulee vaihtelua moottorimäärän ja siiven sijoituspaikan mukaan.

73 de Antti, -7di

[oh7di]

OH5IY on nyt mitannut vielä lennot, joiden reitit ylittivät RX-TX -linjan sen keskipisteen molemmin puolin. Vaikka reitit osuivat tiimalasikuvion leveämpiin päihin, kaiku oli molemmissa tapauksissa havaittavissa alle minuutin. Lähempänä TX:ä kulkevan koneen kaiku hieman pidempään, kuin lähempänä RX:ä menneiden. Kysymys kuuluu, joko heitämme laskentamallin roskikseen…

No emme vielä. Mittauksissa RX-antenni oli kohdistettu koko ajan kiinteästi kohti majakkaa, joten peliin astuu RX-antennin suuntakuvio, joka Ilkan yaginelikolla lienee varsin terävä. Laskentamallissa taas oletetaan koneen pysyvän koko ajan RX-antennin keilassa.

Pudottamalla laskentamallissa RX-antennivahvistusta runsas 2dB, vastaten tilannetta, jossa kone on keilan jommalla kummalla reunalla, saamme kutistettua havaintoaluetta suunnilleen kaikujen näkymisaikaa vastaavaan mittaan. Karkealla geometrialla tämä toteutuu, kun antennin keilaleveys näissä n. -2dB pisteissä on noin 14 astetta.

73 de -7di

[OH7HJ]

Kiitos hyvästä jatkoanalyysistä ja lisätiedoista! Kyllä, konetta antennilla seuraten sen doppleri pysyy pisimpään kuuluvissa. Ja 2 m tehokkaan nelikkojagin keila on tosiaan terävä. Noin pienitehoisen majakan AS-dopplerin kopittaminen on siltikin melkoinen saavutus.

6 m bandillahan Tx-tehot ovat telkkariasemilla kymmenien kilowattien, tai jopa yli 100 kW ERP luokkaa, joten TX saattaa joissain tapauksissa tulla niin lujaa suorilla, että se peittoaa kaukaisimmat lentsikkadopplerit. Jos Tx kuuluu niin lujaa, että rigin AGC alkaa toimia, antennia on hyvä kääntää sivuun Tx:n suunnasta niin paljon, että sen sinkku vaimenee. Silloin erottuvat heikotkin lentsikkadopplerit alta. Varsinkin Pietarin TV:n ja Sekeen TV:n kantoaallot joudun suuntimaan jagin keilojen väliseen ‘dippiin’.

6 m 4-el jagini keila on leveä, ja geini 2 m antenneihin verraten pieni, mutta dopplerin saaminen radiohorisontista asti edellyttää tässäkin tapauksessa antennilla seuraamista. 6 m bandilla pystyn parhaimmillaan seuraamaan jagia kääntäen lentsikan doppleria ensin suuritehoisen Pietarin TV:n jakolla Padasjoelta Ilomantsin taakse, sitten Sekeen jaksolla edelleen, ja Sekeen jälkeen vielä Arkangelin TV:n jaksolla aina Vienanmeren Äänislahden rannoille saakka. Tällä etäisyydellä tulee vastaan radiohorisontti.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Tässä ranskalaisen kuuntelijan tallennus, joka on eka näkemäni Aircraft Scatter-keskiaaltoheijastus. Taajuudeksi on ilmoitettu 1404 kHz. Näin matalilla jaksoilla isot matkustajakoneet ovat vain hätäisesti puolen aallon kokoisia, joten ne jaksavat periaatteessa vielä heijastaa, ja tämän kuvan mukaan todellakin heijastavat tai taittavat aallon dopplerina myös käytännössä! Havainto varmistaa, että lentsikan kokoluokan voi paitsi periaatteessa, myös käytännössä luokitella sen matalimman heijastustaajuuden mukaan.

Lentsikan koko on näin matalilla jaksoilla aallonpituuksina mitattuna niin pieni, ettei heijastukseen tule enää suuntakuviosta johtuvia signaalinvoimakkuuden vaihteluita, vaan dopplerin signaalinvoimakkuus lienee suunnilleen yhtä tasainen, kuin radiokelikin. Puoli aaltoa tällä jaksolla on pituudeltaan n. 107 m, joten kookkaat matkustajakoneet pitkine kärkiväleineen vielä täyttävät noin puolen aallon vähimmäisheijastuspituuden ehdon. Rx-Tx välistä lentäessään vähän puolta aaltoa lyhyemmätkin lentokoneen siivet pystynevät taittamaan aallon dopplerin vastaanottimeen, koska tällöin siivet toimivat kuin jagiantennin puoliaaltoa lyhyemmät suuntaajaelementit. Korkeammilla jaksoilla heijastussuuntakuvio alkaa jakaantua useiksi luupeiksi lentsikan koon mukaan, puolenaallon monikertoina. Siis sen tiheämmin dopplerin voimakkuus vaihtelee, mitä korkeammilla jaksoilla lentsikkaheijastusta kuunnellaan.

Kuva on otettu Perseus-softavastarin avulla. Aikaleimakatkoviiva on 15 minuutin välein, joten tallennuksen pituus on noin neljäkymmentä minuuttia. Nämä keskiaalto-AS-dopplerit näkyvät kuvassa vain muutaman minuutin, kantoaallon ohituksen molemmin puolin. Tämä on luonnollista, koska näin matalilla jaksoilla ‘pohjat’ ovat hyvin voimakkaat, joten lentsikan heijastukset varsin pian hukkuvat kohinaan. Jos vaaka-asteikolla on spektri hertseinä, niin kuvan ylimmän lentsikkaheijastuksen dopplersiirtymä on ollut näkyvissä vajaan 5 Hz verran, eli n. ±2,5 Hz Tx-kantoaallon molemmin puolin. Dopplersiirtymähän on suhteessa kuuntelutaajuuteen, joten sen kuuluukin olla keskipitkillä aalloilla pieni.

T: - Juha -