Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

[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 -

[OH7HJ]

Vastaanotinta aukaistessa tietsikan ruutuun alkoi heti piirtyä Sekeen jaksolla niin räikeä X-doppleri, että ihan säikähdin…!

Sen aiheuttajaksi osoittautui Deltan lento DL31, joka lensi poikittain Tx-Rx-linjan yli kaakosta luoteeseen 9144 m korkeudella.

Seurasin sen doppleria antennilla konetta jäljittäen. Juova alkoi heiketä Kiuruvesi-Kajaani-linjan jälkeen, ja hävisi näkymättömiin koneen ohittaessa Oulujärven.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Sekeen Nadvoitsyn TV-kantoaallon 49757.818 kHz vieressä on toinenkin kantoaalto, noin 11…14 Hz alempana, joka antennisuuntimana kuuluu kaakon suunnasta. Myös sillä saa lyhyen lentsikkaheijastuksen. Kokeilin ottaa AS- eli lentsikkaheijastussuuntimia tälle tuntemattomalle lähettimelle mahdollisimman tarkasti Planeplotter-softan avulla, joka on ADS-B-harrastajien vastine hamssien APRS-paikannussoftalle UI-View.

Tiedämme tähänastisista lentsikkaheijastuskokeista, että koneen lentäessä suoraan ja vakiokorkeudella lähettimen Tx ja vastaanottimen Rx välistä, sen lentsikkaheijastus (AS) on voimakkaimmillaan koneen ylittäessä Tx-Rx linjaa. Lisäksi linjan ylityksessä kuuluu selvä huojuva ‘lentsikkafeidingi’, signaalinvoimakkuuden sinikäyrämäinen vaihtelu, joka alkaa tihellä rytmillä koneen lähestyessä Tx-Rx-linjaa.

Huojunnan rytmi hidastuu ja hetkeksi pysähtyy ‘nollabiittiin’ täsmälleen koneen leikatessa linjan, ja alkaa taas nopeutua koneen etääntyessä linjasta, lopulta tihentyen liian nopeaksi erottaa korvin. Tämä linjan leikkaus tulostuu myös spektrogrammin ruudulla, koneen dopplerin leikatessa Tx:n kantoaallon linjan ohitushetkellä.

Suuntima Tx-Rx-linjan ylityshetkellä

Planeplotter näyttää koneen sijainnin niin tarkasti, kuin se saa lentsikoiden paikannuksia avustavilta, nettiin kytketyillä ADS-B-vastaanottimillaan kuuntelevilta harrastajilta. Ei kuitenkaan absoluuttisen tarkasti, koska esimerkiksi harrastajien tietsikoiden kellot saatavat olla muutaman sekunnin epätarkkoja, tai serverien prosessointiviive tms. aiheuttaa koneen karttasijaintiin virheitä. Useita eri suuntiin lentäviä koneita seurattaessa saa kuitenkin sen avulla tallennettua koneiden Tx-Rx-linjan ohitussuuntimia keskiarvoina parin kulma-asteen sisään.

Sitä tarkempi suuntima tietenkin on mahdollista saada, minkä kauempaa Rx:stä, ja minkä lähempänä Tx:ää kone leikkaa näiden välisen linjan. Tässä kuvia juuri Sekeen TV:n jakson alapuolella olevan tuntemattoman kantoaallon AS-radiosuuntimista. Planeplotter näyttää koneen suunnan asteina Rx:stä (bearing) ikkunansa alapalkissa, oikealla alhaalla, kun koneen kuvaketta seuraa hiirellä. Karttaa on zuumattu suuureksi, jotta lentsikan ‘hiirijäljitys’ ruudulla onnistuisi mahdollisimman tarkasti. Tällaisessa Tx-aseman AS-suuntimisessa antennilla totutusta poikkeavasti ei tarvitse seurata konetta, vaan Rx-antenni voidaan suunnata likimain tuntemattoman Tx:n suuntaan, koska pelkkä lentokoneen Tx-Rx-linjan ylityshetken tallentaminen riittää.

Ohitushetken sijainnin tai suunnan tallentaminen riittää AS-radiosuuntimaan. Useiden suuntimien perusteella, tuntemattoman Tx:n suunta alkaa olla selvillä noin asteen tarkkuudella. Sitä yhden Rx-aseman radiosuuntima ei tietenkään kerro, miten etäällä tuntematon Tx sijaitsee. Sijainnin määrittämiseen tarvittaisiin ristisuuntima kahdelta Rx-asemalta. Olisikohan tätä jaksoa kuulevia asemia QRV Itä- tai Kaakkois-Suomessa…?

Linkkejä:

PlanePlotterin kotisivu: coaa.co.uk/planeplotter.htm

PlanePlotteriin koneiden paikkatietoja jakavat harrastajien ‘igatet’ kartalla: coaa.co.uk/pp-user-charts.htm

Samoin kuin tutuille planefinder.net/

Merimailit (nm) kilometreiksi (km): metric-conversions.org/lengt … meters.htm

Lokaattori-, karttaetäisyys- ja suuntalaskin: no.nonsense.ee/qthmap/

T: - Juha -

[OH7HJ]

Kolme AS-suuntimaa lisää tuntemattomasta TV-bandin lähettimestä. Näistä ja edellisistä voi jo laskeskella keskiarvoja, jotka näyttäisivät osoittavan hieman yli 140 asteen suuntimaa Rx-asemaltani.

Korjaus kuvien Tx-tietoihin

Osaan kuvien oikeassa alanurkassa oleviin koeselostuksiin on lipsahtanut virheellinen Sekeen Nadvoitsyn TV-lähettimen suunta 140 astetta Rx-asemaltani. Oikea suunta on 57 astetta.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Tässä esimerkkinä kuvasarja yhden koneen ohilentodopplereista Sekeen Nadvoitsyn TV-lähettimen ja tuntemattoman Tx:n taajuudella. Spektrogramminauhalta on helposti luettavissa luettavissa mm. koneen suunnanmuutokset kulmikkaina dopplereina. Kartalle voimme piirtää linjan, joka osoittaa AS-radiosuuntiman tuntematonta Tx:ää kohden. Lopuksi koneen doppleri alkaa lähetä Sekeen Tx:n taajuutta, koska kyseessä on Tx-Rx-linjan kanssa lähes yhdensuuntainen lentoreitti.

Ensimmäinen kuva on esimerkki graafisesta tuntemattoman lähettimen AS-radiosuuntimasta: Piirretään viiva Rx-asemalta koneen ‘nollabiittisijainnin’ kautta kartalle. Tuntematon lähetin on tämän viivan suunnassa. Nauhalla näkyy sekä pitkä ja voimakas Sekeen TV:n lentsikkadoppleri, että lyhyempi ja heikompi tuntemattoman Tx:n doppleri, jonka nollabiitissä kuva on otettu. Samanaikaisesti Planefinder-nettisivulla näkyvän koneen sijainnin kautta on kartalle piirretty viiva Rx - lentokone, joka näyttää tuntemattoman Tx:n suunnan.

Toisen kuvan doppleriin on tallentunut koneen suunnanmuutos. Kolmannessa kuvassa näkyy, miten koneen doppleri lähenee Sekeen TV:n kantoaaltoa asteittain, matematiikan kielellä ‘asymptoottisesti’. Tämä on sellaisen dopplerin erikoistapaus, jossa kone lentää suunnilleen Tx-Rx-linjan kanssa uhdensuuntaisesti, ja melko lähellä linjaa. Doppleri ylittää kantoaallon vasta likimain Tx-Rx-linjan puolivälissä, jolloin erottuu pitkäaikainen, huojuntataajuudeltaan hitaasti muuttuva ‘lentsikkafeidingi’. Sekee on suunnassa 57 astetta, mikä on sattumalta likimain näiden kaukoliikenteen koneiden lentosuunta.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Miten sitten käyttäytyy päinvastaiseen suuntaan lentävän koneen lentsikkadoppleri, sen saapuessa Sekeen suunnasta Rx-asemaani kohden lähes Tx-Rx-linjaa pitkin? Tx:n suunnasta ‘linjaa pitkin’ lähestyvä lentokone näkyy aluksi vain voimakkuusvaihteluna Tx-taajuudessa, ja kuuluu pitkänä huojuvana lentsikkafeidinginä, koska sen kautta heijastuvan Tx-taajuuden kulkema matka muuttuu vain hyvin hitaasti Tx-Rx-linjan kanssa yhdensuuntaisessa lennossa.

Koneen lentsikkaheijastuksen dopplertaajuus on sen lentäessä Tx-Rx-linjalla lähes sama, kuin Tx:n taajuus, muttei aivan sama. Spektrogramminauhalla Tx-taajuudessa ‘helminauhamaisena’ voimakkuusvaihteluna näkyvä ja korvin kuuluva huojunta on Tx-taajuuden ja lentsikkadopplerin taajuuden välinen pieni erotus.

Kun Tx:n suunnasta lähestyvä kone alkaa tulla Rx-asemani yläpuolelle, myös sen kautta heijastuvan radioaallon kulkema matka alkaa kiihtyvällä tahdilla pidentyä. Tämä näkyy sen dopplerviivan kaartumisena Tx-taajuuden alapuolelle, eli näiden kuvien spektrogamminauhoissa vasemmalle. Nopeimmillaan heijastusetäisyys lisääntyy koneen ohittaessa Rx-asemaa, jolloin dopplerikäyrä kaartuu jyrkimmin.

Yhdensuuntaisdoppleri ohituksen jälkeen

Koneen ohitettua Rx-asemani, ja etääntyessä siitä ja Tx:stä poispäin, heijastusetäisyyden kasvunopeus hidastuu, ja siis dopplerinkin muutosnopeus tasoittuu. Nyt etääntyvän lentokoneen doppleri piirtyy lähes pystysuorana viivana, joka siirtyy alemman taajuuden suuntaan hyvin verkkaisesti.

Jos kone tekee suunnanmuutoksen, sen dopplerviivaan tulee kulma, kuten aikaisemmissa kuvissa näkyi. Jos radioaallon heijastusetäisyys alkaa kasvaa nopeammin kaarron seurauksena, niin dopplerjuova kääntyy matalamman taajuuden suuntaan. Jos heijastusetäisyyden kasvu hidastuu, doppleri tekee kulman korkeamman taajuuden suuntaan.Tällaisia mutkittelevia tuntemattomien pienkoneiden dopplereita piirtyy silloin tällöin spektrogramminauhalleni.

Entä jos reittikoneen kippari nyt huomaisi unohtaneensa Naritaan silmälasinsa, joita välttämättä tarvitsee laskeutuessaan Kastrupiin, ja kääntäisikin koneensa ympäri hakeakseen ne? Silloin koneen doppleriin muodostuisi kulma sen aloittaessa kaartonsa, sitten dopplerjuova siirtyisi kantoaaltotaajuuden yli, ja kaarron loppuessa dopplertaajuus olisi siirtynyt kulmikkaasti kantoaallon korkeammalle puolelle, heijastusetäisyyden lyhetessä koneen tullessa jälleen Rx-asemaani kohti. Sitten koneen doppler alkaisi piirtää samanmuotoista, Rx:n ohituksen jälkeen Tx-taajuutta lähestyvää käyrää, kuin edellisen esimerkinkin lähestyvä kone.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Tähänastisissa ruutukaappauksissa on esitetty lentsikkadopplereita yhdellä TV-lähettimen taajuudella vastaanotettuina. Useimmissa tietsikoiden äänikorteissa on kuitenkin toinenkin äänikanava. Voisiko tätä käyttää toisen doppleritaajuuden kuunteluun yhtäikaisesti, ja mitä etua siitä olisi?

Jos kahden eri suunnassa olevan TV-lähettimen lentsikkadopplereita voisi piirtää yhtaikaa, lentokoneiden Rx-Tx-linjojen ylitykset olisivat nähtävissä molemmilta nauhoilta, yhtäpitävine aikaleimoineen. Myös meteoriheijastuksia (MS) voisi verrata keskenään, ja päätellä jotain niiden tulosuunnasta, vertaamalla niiden signaalinvoimakkuuksia kummankin TV-lähettimen jaksolla. Mikäli tarkoitusta varten olisi olemassa laskentaohjelmisto, kahden eri TV-lähettimen dopplerheijastuksia vertailemalla olisi jopa mahdollista laskea kunkin AS:n, ja ehkä jopa joidenkin MS:ien kaksiulotteinen sijainti kartalla.

Kokeilemalla onnistuinkin kytkemään kaksi vastaanotinta yhdelle tietsikalle, ja asettamaan Spectrum Lab -taajuusanalyysiohjelman tulostamaan ruudulle kummankin vastarin äänispektrit. Lisäksi ohjelma osaa näyttää äänten amplitudit kolmantena nauhana, edellisten vasemmalla puolella. Ohessa kuvasarja Spectrum Labin asetuksista kahden Rx:n yhtaikaista lentsikkaskatterivastaanottoa varten.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Meteoriheijastukset (MS) ovat yleisiä 6 m bandilla. Niitä kuulee sekä pitkinä, jopa kymmeniä sekunteja kestävinä purskeina, että lyhyinä, muutaman sekunnin ‘pinkseinä’. Miten ne sitten käyttäytyvät kuunneltaessa niitä yhtaikaa useamman, eri paikoissa sijaitsevien lähettimien taajuuksilla? Kuuluvatko meteoriheijastukset useilla taajuuksilla yhtaikaa, vai esiintyvätkö ne vain yhdellä taajuudella kerrallaan?

Ekasta liitekuvasta löytyy helposti ainakin kahdenlaisia meteoriheijastuksia: Pitkiä purskeita, jotka näkyvät sekä Sekeen, että Pietarin televisioiden jaksoilla, sekä lyhyempiä, jotka helisevät hetken voimakkaasti Pietarin TV-taajuuden ympäristössä. Kahden taajuuden MS:t olen ympyröinyt kuviin sinisellä, ja yhden taajuuden heijastukset punaisella.

Tämän kahden taajuuden kokeen mukaan 6 m bandin meteoriheijastuksia esiintyy siis sekä molemmilla taajuuksilla, että vain toisen lähettimen taajuudella. Tällaisia lyhytaikaisia heijastuksia voivat aiheuttaa muutkin yläilmakehää tai ionosfääriä ionisoivat ilmiöt. Oman arvaukseni mukaan osa näistä meteoriheijastumina pitämistämme kaiuista saattavat olla paikallisten ionosfäärin sähkönpurkausten aikaansaamia, ikäänkuin eräänlaisten ‘minirevontulien’ aiheuttamia heijastuksia.

Toisessa kuvassa erottuu kolmantena lajina myös harvalukuisempia kapeakaistaisia, lyhyitä meteoriheijastuksia, jotka näyttävät esiintyvän joskus yksinään, ja joskus kahden taajuuden MS:n yhteydessä. Nämä olen ympyröinyt vihreällä. MS:t kuuluvat hetkellisesti lujaa, mikä näkyy myös kunkin spektrogramminauhaparin vasemmalla puolella olevassa amplitudikäyrässä. Sen keltainen raita näyttää Sekeen taajuuden äänenvoimakkuutta, ja punainen vastavasti Pietarin voimakkuutta.

Lentsikan doppleri stereona

Kolmannessa kuvassa meteoriheijastusten sekaan lentää Lufthansan vuorokone, jonka doppleri erottuu aluksi oikeanpuoleisimman nauhaparin Sekeen jaksolla Rx-Tx-linjan kanssa yhdensuuntaiselle lennolle ominaisena helminauhamaisena huojuntana. Tämän huojuntataajuuden hitain vaihe eli ‘nollabiitti’ on suunnilleen yhdensuuntaisen Rx-Tx-linjan puolivälissä. Dopplerihuojunta näkyy myös viereisen keltaisen amplitudigraafin jaksottaisen jaokkeisena paksuusvaihteluna.

Pietarin nauhaan lentokone piirtää Rx-asemaani lähestyessään tyypillisen poikittaisdoppleriviivan. Tämä syntyy nauhalle korkean taajuussiirtymän suuntaan, eli USB:llä kuunneltaessa kantoaallon oikealle puolelle, noin 660-670 Hz kohdalle. Koneen ohittaessa Rx-Tx-linjan Pietarin nauhassa sen doppleri ylittää n. 600 Hz kohdassa olevan Pietarin TV:n kantoaallon matalan taajuussiirtymän suuntaan, eli vasemmalle, aikaleiman kohdassa 12:38:30.

Vastaavasti Sekeen TV:n jaksolla sen yhdensuuntaisdoppleri erkanee Sekeen kantoaallon kupeesta vasemmalle noin aikaleiman 12:36 kohdalla, ja ohitettuaan Rx-asemani sen doppleri on nauhan piirtohetkellä 12:39 noin 530 Hz kohdalla.

T: - Juha -

Uutta tietoa ‘meteoriheijastuksista’

6 m bandin meteoriheijastukset (MS) ovatkin yläsalamaheijastuksia (EDS)? viewtopic.php?f=21&t=295&start=80#p1676

Yläsalamoiden radioheijastushavaintoja: heliotown.com/Radio_Sprites_Ashcraft.html