Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

[OH7HJ]

‘Weak Signal Propagation Report’ eli WSPR on hamssien erikoinen digimode, jolla kukin voi kokeilla, miten kauas ja miten pienellä teholla hänen sinkkunsa kuuluu, ja miten kaukaa kuulee muita. Raportin yhteyksistään saa suoraan nettisivulta, joka kokoaa raporteista maailmanlaajuisen radiokelikuvaajan. Käyttäessämme WSPR-yhteyksiä turvaverkon 50 MHz maakuntayhteyksien kantamakokeiluihin, havaitsimme Joensuun ja Kouvolan seudun välisissä kokeissamme erikoisia kaksoissignaaleja. Ainakin osa näistä tunnistettiin lentokoneheijastusten aiheuttamiksi.

Kokeissa käytämme tyypillisesti parin watin lähetystehoja, millä saamme hitaan ja hyvin kapeakaistaisen WSPR-moduloidun 50 MHz purskeemme kulkemaan maakuntiemme välisen yli 200 km matkan, antenneina tyypillisesti 4-el jagi tai 2-el kvadi. WSPR-mode on ehkä kapeakaistaisin hamssien digimodeista: Se tarvitsee kullakin bandilla vain 0,2 kHz levyisen kaistan, joilla mahtuvat yhtäaikaa workkimaan kaikki kokeilijat ympäri maailmaa, koska WSPR:n taajuusmodulaatio on vain 7 Hz kapea…!

6 m kokeissamme havaitsimme, että parissa tapauksessa WSPR-softa luki WSPR-purskeen kahdesti. Tällaisesta tapauksesta saatiin myös spektrikuva, jossa Tommin OH7JJT lähetteestä näkyi identtinen ‘klooni’ 11 Hz varsinaisen sinkun yläpuolella. Koska tämä heikompi kaksoissinkku näkyi vain yhtenä, ja sen taajuus ryömi pari hertsiä alaspäin verrattuna varsinaiseen sinkkuun, niin sillä ei ollut tavanomaisen ristimodulation tuntomerkkejä, kuten symmetrisiä peilitaajuuksia. Tällaiselta näytti yksi näistä ‘kloonien’ WSPR-kaksoisraporteista Tommilta, taajuuserolla 73 Hz lähetysjaksolta 12:54:

Timestamp_________Call_______MHz _________SNR_Drift__Grid ____Pwr__Reporter___RGrid____km__az
2013-11-03 12:54____OH7HJ___50.294479_____-27__0____KP42qp___2____OH7JJT___KP52cl____47__113
2013-11-03 12:54____OH7HJ___50.294552_____-16__0____KP42qp___2____OH7JJT___KP52cl____47__113

Lentokoneheijastuksen dopplerin tuntomerkit

Taajuuden valuminen alaspäin saattoi viitata lentsikkaheijastuksen doppleriin. Jos näin olisi, niin lentsikkaheijastus saattoi siis syntyä näinkin vaatimattomilla antenneilla, ja vain 2 W lähetystehoilla! Kun kokeita jatkettiin, saatiin kopitettua kuvia selkeistä lentokoneheijastuksista, joista osa pystytiin tunnistamaan Planefinder- nettisivun avulla hamssiasemiemme välillä lentäneiden reittikoneiden aiheuttamiksi.

Nyt kun ilmiötä osattiin epäillä, koitimme seurata vastaavia erikoisia kaksoissinkkuja. Niitä löydettiinkin, koska yhteyskokeilualueemme Joensuu - Kouvola ylitse kulkee kohtalaisen vilkas Kaukoidän lentoreitti. Miten nämä dopplerit sitten käyttäytyivät? Yksi lentsikkaheijastuksiin liittyvä tuntomerkki oli aseman signaalin lisääntynyt voimakkuus. Tämä on helposti ymmärrettävissä, koska asemien välistä lentävä lentokone siipiensä ja runkonsa laajoine alapintoineen toimii isona radioaaltojen passiiviheijastimena.

Entä sitten itse dopplerit? Asemiemme välistä poikittain lentävä kone aiheutti nopeasti laskevan, varsinaisen sinkun kanssa alaspäin risteävän dopplerjuovan. Asemiemme välistä lähes samansuuntaisesti lentävien koneiden doppleri taas syntyi niin lähelle sinkkua, vain parin hertsin päähän, että se suorastaan esti WSPR-purskeen dekoodauksen, kasvaneesta signaalitasosta huolimatta. Alla ruutukaappauksista editoituja esimerkkejä kyseisistä tapauksista. Alkuperäiset kuvat tnx OH5RM, OH7JJT ja OH7TE.

Linkkejä:

WSPR nettisivu: wsprnet.org

Lentsikkadopplereita 6m WSPR:llä - Aircraft Scatters on WSPR - Osa 2. - viewtopic.php?f=21&t=295&p=2712#p2712

T: - Juha -

[OH7HJ]

Kokeilussa on nyt kierretystä puhelinparikaapelista ja lasikuitutikuista rakennettu koottava 8-el ‘luurankokvadi’ 6m bandille. Tämä 8-el vaakapolarisaatioantenni on noin 3 dB parempi, kuin tähän asti käyttämäni 4-el jagi. Koekuuntelussa vahvistusero näkyi siten, että 4-el jagilla juuri havaitsemiskynnyksen rajoilla olevat lyhyet dopplerit ilmeisesti Pietarin kaupunkia sen eteläpuolisella reitillä ohittavista matkustajakoneista näkyivät nyt varsin selkeästi yli 300 km etäisyydeltä.

Liitekuvassa näkyy Pietarin eteläpuolitse korkealla lentävää Kaukoidän liikennettä, sekä todennäköisesti näiden koneiden lentsikkaheijastusten lyhyitä dopplereita Pietarin TV:n jaksolla vasemmanpuoleisessa Spectrum Lab:in nauhassa.

Kun kaarevan maanpinnan aiheuttama Tx:n ja Rx:n yhteisten radiohorisonttien rajoitus yhdistetään Antin OH7DI teoreettiseen tasaisen maanpinnan malliin Cassinin ovaalin muotoisine kantamineen, niin todellinen koneiden havaittavuusalue Pietarin TV-lähettimen takana näyttäisi pitävän hyvin paikkansa Antin laskentamallin kanssa.

Linkkejä

144 MHz luurankokvadi, josta tehdyllä 50 MHz versiolla nämä dopplerit on kuunneltu: antenni.innoplaza.net

T: - Juha -

[OH7HJ]

Kantamakoe Suomenlahden suuntaan Pietarin TV:n taajuudella, antennina 8-el luurankokvadi. Sekeen TV:n jaksolla taas on 4-el jagi itään päin suunnattuna. Aluksi sekavalta vaikuttavasta koneruuhkasta saa kantoaaltojen ohitushetkiä vertaamalla eroteltua jokaisen koneen dopplerit kummankin TV-aseman spektrinauhoilla. Kahta näistä koneista seuraamalla saatiin selville likimääräinen antennin kantama lounaan suuntaan, verrattuna aikaisempiin havaintoihin pienitehoisemmalla 4-el jagilla.

Lennot AF ja OS52 lensivät lähes rinta rinnan, mutta hieman eri suuntiin lounaaseen päin. Näiden dopplerit näkyivät Pietarin TV:n kantoaaltoa seuraavalla nauhalla vasemmalla. OS52:n doppleri haipui näkymättömiin Suomenlahden päällä Loviisan paikkeilla, ja AF291 puolestaan samoihin aikoihin Hämeenlinnan lähellä.

Kantama oli noin 30 km parempi tämän n. 3 dB tehokkaamman antennin eduksi. Myös tässä kokeessa kantama-alueen muoto yhdessä edellisen viestin kantamakokeen kanssa näyttää käyvän yhteen Antin laskentamallin Cassinin ovaalin kanssa, joka muistuttaa suuritehoisilla lähetysasemilla ellipsiä.

T: - Juha -

[OH7HJ]

Comparing AS on a relatively strong carrier of St Petersburg TV just 300 km away to same aircraft scatters on frequency of Nyandoma TV 576 km away from my Rx, which is almost twice farther. While St Petersburg TV carrier is audible almost constantly, the Nyandoma TV is too far to be seen on the receiver Spectrum Lab strip except for brief MS or EDS bursts.

Below are screenshots of aircraft dopplers on carrier of strong TV Tx of St Petersburg less than radio horizon range away, and on a not visible TV Tx carrier of Nyandoma which is farther than the principal radio horizon range of 400 km of high flying aircraft. The pics show that when Rx is within the radio horizon of a strong TV station like the St. Petersburg, the aircraft scatters are also strong and visible for a rather long time - up to the radio horizon, or at best even a little beyond.

The Nyandoma TV Tx is much farther away, so an aircraft needs to get near enough Nyandoma TV radio horizon about 100 km east of my Rx until it shows up on the Rx spectrum strip. Even then, they are a bit farther than the theoretical radio horizon of about 400 km for high flying planes, but the 50 MHz characteristical ability to bend a little beyond horizon brings their dopplers briefly but clearly visible on my screen.

50 MHz Band - Compromise of Noise and Range

Background radio noise limits readability of weakest signals. Fortunately, the background noise distribution on wide radio frequency spectrum appears to resemble the Boltzman curve, which means that on 50 MHz VHF we have a remarkably lower background noise level compared to HF bands, or to the still higher noise of MF and LF bands.

The 6 m wave is long enough to bend behind hills and other terrain obstacles, which helps to stretch 50 MHz AS reception range in good conditions even a little farther than up to theoretical radio horizon. Together with 50 MHz relatively long range with local QSO’s, the fairly low background noise of this 6 m VHF band allows good uninterrupted AS reception range. However, in urban areas, this low VHF band usually suffers from interference caused by local digital electronic noise. Getting aerials away from buildings usually helps.

The 50 MHz wave ability to bend also makes this band less demanding about Rx aerial height. Low band VHF aircraft scatters are supposed to propagate best as horizontally polarized, which is also the preferred polarization of 50 MHz aerials for low loss QSO’s in our forest environment, as trees are more greedy to absorb vertically polarized low VHF waves than horizontally polarized waves. All the 50 MHz AS examples I have recorded are received with 6 m band aerials lower than 10 m above ground, surrounded by higher trees.

AS on Low and High Bands

Aircraft scatter dopplers are visible also on HF bands, but their range is usually rather limited because these low power aircraft scatters are covered by stronger background noise characteristical to lower radio frequencies.

How about higher than 50 MHz bands? With higher frequency, both background noise and harmful urban interference from electronic devices decrease further, allowing to spot still weaker AS signals. Lower background noise and less electronic interference makes high VHF and low UHF bands good for AS reception experiments especially near cities and other populous areas.

If moving still higher to GHz frequencies of high UHF and SHF bands, the background noise still decreases, but so does the practical reception range. GHz bands are suitable for AS reception, provided that reception aerial are high enough above surrounding obstacles to provide clear line-of-sight view through the Fresnel zone, which dramatically limits the reception range of low aerials on GHz bands.

AS Reception Range

Aircraft scatter reception range is determined by the theoretical Cassini oval shaped boundaries, aircraft altitude, aircraft reflection area and its directional pattern related to reflection angle and geometry of aircraft, Tx ERP power and aerial height, Rx aerial gain and height, and the common area of combined Rx and Tx radio horizons.

With very powerful ERP transmitters, like the 149 kW ERP St. Petersburg TV Tx, the maximum AS reception range boundaries are stretched wide, and determined practically by the common area of both Rx and Tx radio horizons. In this high Tx power case the theoretical Cassini oval shape resembles large ellipse, with Tx and Rx as its center points. The practical radio horizons of course limits the boundaries of theoretical ‘flat earth’ Cassini oval AS range.

If the Tx has low ERP power, like the 20 W ERP OH5SHF ham radio beacon, the AS reception area shrinks down to a narrow strip on the line between Tx and Rx, plus close areas around Tx and Rx. Now aircraft scatters are received only when the plane is near or crossing Rx-Tx line, or when it is close to Tx or Rx. In this low Tx power case the AS reception area boundaries are determined by the shape of theoretical Cassini oval, when the oval is smaller than common area of Tx and Rx radio horizons.

Links

Aircraft scatter on low power Kouvola 6 m beacon OH5SHF: oh7ab.fi/foorumi/viewtopic.php?f … p=720#p720

• OH7HJ -
  
  
  
  
  
  
  
  

[OH7HJ]

Aircraft course changes are visible as angles on their AS dopplers. To see how an aircraft turn looks like on its dopplers on two different TV carriers, we are following dopplers of a single plane on carriers of Segezha Nadvoitsy TV Tx northeast and St. Petersburg TV Tx south of my Rx.

Dopplers follow same simple principle: If distance of travel of scattered wave decreases, the doppler frequency is higher than Tx carrier frequency. If distance of scattered wave increases, doppler shows below Tx carrier frequency. Same applies to turns. Moving towards Rx and Tx makes doppler shift high and away movement from Rx and Tx creates low doppler shift.

Below are example screenshots of dopplers of a single aircraft on two separate TV Tx carriers, while the aircraft is after a straight approach performing an S-turn in the sky. After turning it again steadies for a straight course, which crosses the St. Petersburg TV carrier exactly as the aircraft crosses the line between Rx and Tx. Turns are numbered as (1.) and (2.) and the carrier crossing as (3.) as well as at dopplers on Spectrum Lab strips as and on aircraft position on the map.

• OH7HJ -
  
  
  
  
  
  
  
  

[OH7HJ]

Each aircraft draws an aircraft scatter (AS) doppler curve as it scatters radio waves, which in this experiment originate from two 6 m band TV transmitters (Tx). The velocity of each aircraft can be read from its doppler shift, but can the curious thick and narrow segments plotted to its AS doppler curve be used for anything useful? By this experiment, it looks like they could be used for recognizing or confirming model of aircraft.

For anyone familiar with aerials, the AS doppler track intensity modulation is easy to understand: The aircraft behaves like an aerial, reflecting radio waves with a characteristic directional pattern defined by its size and geometry, related to wavelength, and to the angle of reflection.

When the lobes of this AS directional pattern are directed towards the receiver (Rx), the doppler is plotted as a thick strong line. As the minimums between lobes of the scattering aircraft directional patterns are aligned towards Rx, the received signal fades, and the doppler track plots thinner or even vanishes for a while.

Aircraft Scatter ‘Fingerprints’

Again thinking of an aircraft behaving as a reflecting aerial, redirecting the wavefront radiatied from the Tx, the directional pattern of this ‘aircraft aerial’ is characteristic of the particular aircraft, because it is defined by aircraft size and shape. Further, we may conclude that if similar aircrafts are flying along the same path in relation to Tx and Rx, also the intensity variation of their AS dopplers should be similar. Now, could this characteristic doppler intensity variation be used as an aircraft model recognizing intensity profile or radar signature, a kind of ‘doppler fingerprint’ or ‘radar DNA’…?

To check, if this aircraft model characteristic intensity variation can be measured in reality, I plotted a few usual dopplers of planes flying almost along same paths on their Far East routes. Then I copied and pasted their Spectrum Lab dopplers side by side for easy comparison.

The results of this experiment were positive: Planes of same models plotted similar AS intensity profiles, and planes of different models plotted different kind AS intensity profiles. These first experiments of classifying aircraft models by radiotechnical measurement based on their AS dopplers are illustrated with accompanying images, showing similar doppler ‘fingerprint’ profiles of similar aircraft.

• OH7HJ -
  
  
  
  
  
  
  
  

[OH7HJ]

If aircraft scatter ‘footprints’ or fingerprints’ described in previous message are viewed side by side, we can see that the signal intensity variation of each plane on similar route create a characteristic trail of strong and weak segments on its track.

Because this AS intensity profile is defined by aircraft size and geometry, it can be used to classify aircraft, and even to identify aircraft by its model. Below is an image with aircraft AS doppler plots of two different models shown in previous message pasted side by side, and similar sections of the intensity variation marked with white lines drawn between dopplers.

Then, why is this kind aircraft model recognizing by scattered radio waves suddenly possible only now, with simple and inexpensive ham equipment, while it has not been possible to recognize aircraft models with modern sophisticated air surveillance radars, without help of aircraft mounted ID transmitting SSR transponders? One reason for this is the radio band.

Why Not With Conventional Radars?

When radio waves hit an aircraft, they scatter around from its conducting parts not in arbitrary fashion, but with a characteristic directional pattern. This AS pattern has number of lobes roughly related to aircraft size by number of half wave lengths. On low VHF like this 6 m band, the half wavelength of 3 m produces an easy to measure pattern with tens of lobes, each plotting a segment of intensity variation on the bypassing aircraft profile. Tens of intensity variations is small enought number to be easily measured, yet big enough to clearly show differences on each aircraft intensity profile, depending on aircraft size and shape.

The number of scattered lobes of aircraft scatter directional pattern increase, when wavelength gets shorter. If one tried to measure aircraft scatter intensity profile on the usual GHz bands of conventional backscatter radars, he would quickly find that there are just myriads of quick intensity variations…! Because the number of AS directional pattern lobes increase by the frequency, one will get thousands of intensity variations on GHz radar bands, instead of the tens on 50 MHz band.

On usual GHz radar bands, the overwhelming number of signal intensity variations make intensity profile recognizion of large aircraft simply not practical. That is why AS signal intensity profile aircraft ‘fingerprints’ have not been used for large aircraft, this far.

Now, if a bypassing aircraft creates tens of AS signal intensity variations on the 6 m band, how would it behave on HF bands of still longer wavelengths? Opinions, please…?

• OH7HJ -
  
  

[oh7di]

Hi!

First about the intensity profile on HF bands. I think we have situation quite similar as in Fourier optics and we can approach the question by analogy of single slit diffraction. Let’s substitute the plane by a variable width plate and shine some radiowaves on it. In optics we might shine light on mirror, covered by black paper with very thin slit on it or take mirror away and just shine light through the slit from other side of the paper.

When the slit is very thin compared to the light wavelength (dimensions of the plane are small compared to the radio wavelength) the main lobe is going to be very wide and the minimums will be very few and far apart. Decreasing wavelength makes the main lobe narrower and minima will draw closer to each other.

On HF, we would probably see only the wide “main lobe” when the plane is near the RX-TX line. On VHF, also the radar cross section is more favourable and minimum and maxima closer to each other so we might actually record a few of them on plane passing.

Capturing the “radar signature” is not quite foreign in conventional microwave radars also. For example:

rfcafe.com/references/electr … -world.htm

73 Antti -7DI

[OH7HJ]

The low-VHF 50 MHz or 6 m band used for these aircraft scatter experiments is rather resistant to familiar low atmospheric weather in the typical forest environment of East Finland. When moving up in frequancy, RF propagation sensitivity to surface weather increases. On mid-VHF ham 2m band, surface weather like rain begins affect range somewhat. Moving still higher up to UHF band, low weather effect on propagation becomes substantial. Here is an example of weather effect on ‘aircraft aprs’ 1090 MHz SSR transponder reception range of my Rx, with its aerial below surrounding treetops.

First screenshot show a damp and warm winter weather effect on reception range of an 1090 MHz ADS-B with aircraft tracks plotted on map. To the west of receiving station, warm weather has melted the snow on trees in forests. Wet trees are semiconductors which tend to absorb radio waves. The higher the frequency, the more eagerly forests ‘suck’ RF. The range is particularly modest to the west of damp and wet weather.

Next screenshots illustrate how the 1090 MHz reception range is increased as the wet forests are gradually frozen by cold wave of weather. As a rule of thumb, water conducts electricity, while ice does not. This applies to vegetation, too. The thick fir dominated forests are eager to absorb radia waves as wet and warm. However, as the trees freeze, they turn to fair insulators, absorbing RF only moderately. The reception range increase resulting from freezing of forests is considerable, as the pics below demonstrate.

• Juha -
  
  
  
  
  
  
  
  

[OH7HJ]

In earlier experiment we compared ‘doppler footprints’ or radar signatures of large airliners and demonstrated that similar planes on same routes also plot similar doppler amplitude tracks, allowing aircraft to be recognized by type. Then, what causes those characteristic sequences of strong and weak signal on aircraft tracks? Main reasons for these distinctive fly-by footprints are aircraft size and shape. In this experiment, we can compare differences between doppler footprints of small and large aircraft.

The small aircraft of first doppler pics is a Gulfstream G550. Owned by Wells Fargo, it reminds early stagecoach wagons familiar to us from old western movies. Like those Wild West stagecoach wagons, also this small business jet carries a small party of people through uninhabited lands. Again quite like wagons, the small jet leaves recognizable tracks, although it does not even touch ground on its long voyage.

If the Gulfstream reminds of Wild West stagecoach, then a gigantic Boeing 747 is like the first trains, which brought the crowds of people to the West. Again, the track it plots on these strips, is as as much stronger as the rails are compared to wagon tracks. However, a stronger track is not the only difference between their AS trails…

Tracks of Sky Train and Flying Stagecoach

Comparing 50 MHz TV band dopplers of these two aircraft of different sizes, we can see that the small ‘stagecoach’ Gulfstream trail recorded by my Spectrum Lab software has less variations of strong and weak signal, than the doppler track of large Boeing 747 ‘sky train’ has.

Why does a big aircraft make more intensity variation in its doppler track? An explanation is that a radio wave reflecting aircraft behaves similar to an aerial. A large plane reflects radio waves with numerous directional lobes, while the number of directional lobes a small aircraft reflects is smaller. Each pair of directional lobes and dips show as a sequence of strong and weak doppler variation on the strips recorded during aircraft bypass.

The number of directional lobes of reflection is roughly related to aircraft size, measured by half-wave lengths of the radio wave reflecting from aircraft. As a result, we have a means to estimate bypassing aircraft size, by counting how many dips its bypass doppler has. Examples of both are illustrated by the screenshots below.

Links

‘Stagecoach in the Sky’ registered for Wells Fargo Bank - Gulfstream G550, N155AN, Nissan Corporation: abpic.co.uk/photo/1423846/

Comparison of Boeing 777 and 747 ‘Fingerprint’ Dopplers: Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

AS Intensity Profile Experiment: Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

• Juha -
  
  
  
  
  
  
  
  

[OH7HJ]

Kun lentokone leikkaa TV-Tx ja Rx välisen linjan, sen kautta heijastuvan TV-kantoaallon voimakkuus nousee hetkeksi niin paljon, että 50 Hz välein kantoaallon ympärillä olevat, asteittain heikkenevät kuvatahdistussivunauhat ilmestyvät näkyviin. Heikkojenkin lähetteiden lentsikkaheijastukset ovat siis havaittavissa, kun lentokone on juuri Tx-Rx-linjaa ohittamassa.

Tämä ohitushetken lentsikkaheijastuksen voimistuminen on ehkä helpoin ymmärtää ajattelemalla, että lentokoneen siipien alapinta on kuin vaakasuoraan asetettu peili, joka heijastaa radioaaltoja parhaiten juuri radioaaltojen lähteen ja havaitsijan välissä.

Kuvissa on nopealle pyyhkäisylle asetetulla HDSDR-softaradion alhaalta ylös piirtävälllä radiospektrinäytöllä, ja jokamiehen RTL820 USB-tikkuvastaanottimella tallennettu tyypillinen lentokoneheijastus 300 km päässä sijaitsevan Pietarin TV-lähettimen kantoaallosta, ohitushetkellä levenevine 50 Hz sivunauhavöineen. Antennina oli lankarakenteinen 8-el ‘luurankokvadi’, mitoitettuna 6m bandille.

Linkkejä

Jokamiehen RTL820-softaradiovastaanotin, peditio.net/fmtvdx/index.php/top … html#msg54

Auroraheijastusten radiospektrejä SDR-tikulla katseltuna, peditio.net/fmtvdx/index.php/top … html#msg56

Is MS in Reality EDS? forum.flightradar24.com/threads/ … #post40325

T: - Juha -

[oh7eah]

Noista Putinin liikkeistä kun aikasemmin uutisoivatkin, niin onko tullu kenellekään mieleen kuunnella 740MHz (joka kylänmiesten huhujen mukaan dekoodautuu helposti), tahi 1030MHz, josta jotain dataa saa irti, mutta se ei taivu ADS-B-formaattiin?

Pari muutakin taajuutta noilla itämaan miehillä on siitä välimaastosta speksattuna ja lähettäävätkin kuulemma lujaa, mutta olisko siellä jotain taajuusloikintaa sitten kun on kuulema 20MHz leveää lähetettä.

[OH7HJ]

Hamssit ja DX-kuuntelijat ovat mukana mittaamassa ja kehittämässä uudenlaista tutkajärjestelmää. Menetelmä pystyy paitsi paikantamaan, niin tunnistamaan lentokoneiden tyyppejä. Myös ‘pimeinä’, eli ilman omatunnistetta lähettävää toisiotutkaa (SSR) lentäviä. Tiettävästi ensi kertaa maailmassa. Tässäkin säikeessä kuvattuja mittauksia käytti matemaatikko Piotr Ptak LUT:ssa julkaistun tohtorinväitöskirjansa pohjana.

Järjestelmä on demomittausvaiheessa. Toimivaksi kehitettynä tutkajärjestelmä kykenee uudenlaisiin tehtäviin. Muidenkin toimintojen tuki, kuin perinteiseen ilmavalvontaan ja lennonvarmistukseen liittyvät, on huomioitu uuden järjestelmän suunnitelmissa.

Esmerkkeinä uudenlaisista toiminnoista, järjestelmä antaa mm. ympärinäkevät silmät pinta- ja ilma-aluksiin ja ajoneuvoihin. Myös pimeään ja pilven sisään. Tarvitsematta omaa lähetintä, käyttäen järjestelmän lähetinverkkoa passiivisesti. Kylkiäisenä satelliiteista riippumaton paikannus. Ja älykännyyn jokaiselle oma lähivalvontatutka. Ominaisuuksia on kuvattu maanpuolustusnetin ketjussa ‘Monipaikkatutkajärjestelmä’: maanpuolustus.net/threads/monipa … 3%A4.2065/

Kehityshankkeella ei ole rahoitusta. Sitä on kyseisen tohtorinväitöskirjan ohella tehty vapaaehtoisvoimin. Radioamatöörit ja DX-kuuntelijat suorittivat käytännön mittaukset väitöskirjan matemaattisten mallinnusten ja ratkaisujen pohjaksi, joten mittausmenetelmät ja -järjestelyt eivät maksaneet. Toivokaamme, että hankkeen kehitystyö pääsee vauhtiin. Mieluiten siten, että merkittävä osa työstä tapahtuu kotimaassa. Tavanomaisina kehitysesteinä tällaisille alkuun pyrkiville hankkeille ovat tietämättömyys, välinpitämättömyys ja byrokratia.

Radioharrastajaverkko seuraamaan lentokoneheijastuksia?

Jäljettömiin kadonneen malesialaisen ‘mysteerikoneen’ arvoitus lienee innostanut tohtorinväitöstä uutisoineen toimittajan kirjoittamaan uudenlaisen tutkaverkon soveltuvuudesta lentoliikenteen seuraamiseen vapaaehtoisvoimin. Piotrin ehdottama radioharrastajien kuunteluverkko todellakin on mahdollista muodostaa. Lehtiuutinen väitöskirjasta ja ehdotetusta AS-verkosta: talouselama.fi/uutiset/maail … dium=Email

Etenkin tavallisia ULA-FM-asemia on riittävän tiheässä, toimiakseen lentokoneita, ja muitakin taivasheijastuksia seuraavan passiivisen tutkaverkon lähettiminä. Samaan tapaan, kuin nyt harrastajat omine ADS-B-vastaanottimineen toimivat mm. Flightradar24- ja Planefinder.com -nettitutkien kuunteluverkkona. Uudenlaista lentsikkaskatteriverkkoa varten tarvittaisiin softa jakamaan kuuntelijoiden havaintoja netin kautta lentsikkaserverille. Tällaisen verkon luomista tuore tohtori on ehdottanut.

Hamsseja saattavat lentsikoiden seuraamista enemmän kiinnostaa muut yläilmojen kohteet, joita tällainen verkko kykenee havaitsemaan. Ehdotettu kuunteluverkko sopisi jatkuvasti seuraamaan, ennustamaan ja kertomaan luonnollisia radioheijastuksia. Kuten kelit, ja mihin yhteysennuste osoittaa. Es, auroravyö, EDS-MS, jne. Samoin kuin lentsikoiden sijainti, niin tällaisella harrastajien kuunteluverkolla voidaan paikantaa kunkin radioheijastuksen tai radiokelin aiheuttajan sijainti taivaalla. Myös lyhytkestoisen skatterin. Kuten kunkin yläsalaman tai Ms:n sijainti ja laatu. Uudenlainen ukkostutka.

T: - Juha -

Linkki väitöskirjaan “Aircraft Tracking and Classification with VHF Passive Bistatic Radar”. Piotr Ptak, LUT 2015. Supervisor Docent, PhD Tuomo Kauranne. Reviewers Prof. Pekka Neittaanmäki and PhD Hannu-Heikki Puupponen. ISBN 978-952-265-815-9, ISBN 978-952-265-816-6 (PDF), doria.fi/handle/10024/109287

[OH7HJ]

Maanpuolustusnetissä on nyt määräajoin päivittyvä, ‘raakaa’ yhden monipaikkatutkan demoaseman mittausdataa näyttävä radiospektrikuva Pietarin ja Sekeen TV-lähettimien kanavilta. ‘Tutkanauhat’ päivittyvät 15 minuutin välein. Näiden alla on kaksi erilaista koneiden omatunnustranspondereita ja ADS-B Mode-S-paikannuksia seuraavaa karttanäyttöä lentokoneiden dopplerjälkien tunnistuksen helpottamiseksi.

Pienen harjoittelun jälkeen nauhoilta voi lukea TV-kantoaaltojen lentokoneheijastusten taajuusssiirtymäjuovat eli ‘dopplerit’, myös ‘pimeinä’ eli ilman SSR-transponderia lentävien. Kaukaisempien ohilentojen dopplerit näkyvät spektrissä lyhyinä kapeina viistojuovina, tässä Itä-Suomessa sijaitsevan koeaseman näytössä yleensä Jyväskylää tai Pietaria ohittavien koneiden.

Lähempää havaintoasemaa ohittavat, yleensä Kaukoidän reiteillä Kaakkois- ja Itä-Suomen ylittävät näkyvät pitkinä ja loivina S-kaarina. Havaintoaseman päältä lentävät näkyvät jyrkempinä pitkinä S-dopplereina. Koneen suunnanmuutos näkyy dopplerviivassa kulmana ja suunnanmuutoksena. Lentokorkeuden muutos tekee doppleriin pienen portaan, minkä jälkeen juova jatkuu samansuuntaisena.

Dopplerjuovan voimakkuusvaihtelu (‘Radar Signature’, ‘Doppler Footprint’) on kullekin konetyypille luonteenomainen, kuin sormenjälki tai DNA. Myös koneen koko näkyy dopplerin voimakkuusvaihtelusta. Kookkaat koneet aiheuttavat tiheän voimakkuusvaihtelun, ja pienet koneet harvan. Lisää dopplerien lukuohjeita on tämän ketjun aikaisemmissa viesteissä.

Linkki:

Maanpuolustusnetin monipaikkatutkan eli ‘hamssitutkan’ etänäyttö: maanpuolustus.net/pages/tutka/

Maanpuolustusnetin monipaikkatutkan chatti: monipaikkatutka.chatango.com/

Monipaikkatutkan viestiketju Maanpuolustusnetin foorumilla: maanpuolustus.net/threads/monipa … 3%A4.2065/

T: - Juha -

[OH7HJ]

Tämänpäiväisissä netissä näkyvän ‘hamssitutkan’ kuvissa havaittiin mm. aurorakeli 6 m TV-bandilla. Radioheijastus suuresta joukosta suurjännitekentän kiihdyttämiä ilmaioneja aiheuttaa revontulirintaman kautta takaisin maahan heijastuvaan radioaaltoon sähkönpurkausheijastuksille ominaisen hajaspektrin. Tämä kuuluu korvin hamsseille tuttuna kähisevänä auroraäänenä, tässä tapauksessa 6 m bandin TV-kantoaallon jaksolla.

Auroran hajaspektrin leveys näyttää vastaavan suurjännitekentässä kiihtyvien ilmaionien nopeusjakaumaa. ‘Auroratone’ eli hajaspektri johtuu siis dopplerilmiöstä. Auroravyön korkeudella ilma on hyvin harvaa, joten täällä ylhäällä sähkönpurkaukset kiihdyttävät ioneja nopeammiksi kuin alempana yläsalamoiden korkeuksilla, mikä näkyy revontulten radioheijastusten yläsalamaheijastuksia leveämpinä hajaspektreinä.

Minkä korkeammalla sähköstaattinen purkaus tapahtuu, sen leveämpi on sen kautta heijastuvan radioaallon hajaspektri. Siksi meille havaittavista kaikkein korkeimmalla tapahtuva sähköstaattinen purkaus, revontulet eli aurora, aiheuttaa leveimmän hajaspektrin. Se näkyy 6 m hamssitutkan spektrinauhoilla tuona helposti tunnistettavana ‘auroralumisateena’.

Ukkos-Es-keli

Auroralumisateen lomaan spektrinauhalle saatta ilmestyä skarppeja TV-kantoaaltoja. Nämä tulevat Es-kelin mukana. Nimensä mukaan tällainen E-keli on ‘sporadista’, eli lyhytaikaista. Se alkaa minuuteissa, tai jopa sekunneissa. Nopean Es:n aiheuttajana on usein ukkossolu tai ukkosrintama, jonka yläsalamapurkausten sarja alkaa varsin nopeasti. Sähkönpurkaukset jatkuvat yleensä muutaman minuutin, ionisoiden korkealla ukkospilven päällä purkautuvien yläsalamoiden voimin matalapaineista ilmaa radioaaltoja heijastavaksi plasmaksi, joka puolestaan heijastaa radioaaltoja, kuten palanen ionosfääriä.

Ukkos-Es-keli loppuu pikaisesti, salamaniskujen purettua ionosfäärin ja maanpinnan välistä varausta niin paljon, että suurjännite laskee alle läpilyöntikynnyksen. Es:ää voi esiintyä sekä eri aikaan, että samanaikaisesti auroran kanssa. Yläsalaman sähkönpurkaus kuumentaa korkealla olevan harvan ilman plasmaksi.

Plasmaksi kuumentunut yläilma jäähtyy pian yläsalaman sammuttua, joten yksittäiset yläsalamaheijastukset ovat lyhytaikaisia (EDS, Electric Discharge Scatter). Niitä on tähän saakka luultu meteoriheijastuksiksi (MS, Meteor Scatter).

Linkkejä

Yläsalamoiden radioheijastushavaintoja: heliotown.com/Radio_Sprites_Ashcraft.html

Mm. ‘keijusalama’ (sprite) on eräs yläsalamoiden laji: fi.wikipedia.org/wiki/Keijusalama

Yläsalamaa muistuttavan sähköstaattisen plasmapurkauksen kokeilu suurjännitelähteen, alipainepumpun ja lasipurkin avulla: guns.connect.fi/innoplaza/energy/plasma/purkki/

‘Hamssitutka’, monipaikkatutkan demonäyttö maanpuolustusnetissä 6 m OIRT 1 TV-kanavalla: maanpuolustus.net/pages/tutka/

Kuvasarja jatkuu seuraavassa viestissä: viewtopic.php?f=21&t=295&start=90#p1677

T: - Juha -

[OH7HJ]

Jatkoa edellisen viestin kuviin monipaikkatutkan demoaseman etänäytöltä, osa 2.

Selitykset kuvateksteissä kuvien alla.

Linkit:

Aurora ja Es-keli 6 m hamssitutkan näytöllä - Osa 1: viewtopic.php?f=21&t=295&start=80#p1676

Kuva nousevan aurorakelin lieskoista koko OIRT 1 TV-kanavan leveydeltä, katseltuna HDSDR-radiosoftalla, ja halvalla RTL820 USB-tikkuradiolla: facebook.com/photo.php?fbid … 013&type=1

6 m ‘hamssitutkan’ etänäyttö maanpuolustusnetissä: maanpuolustus.net/pages/tutka/

Monipaikkatutkakeskustelua Maanpuolustusnetin foorumilla: maanpuolustus.net/posts/242347/

T: - Juha -

[OH7TE]

Mielenkiintoista… 73 Yussi OH7TE

[OH7HJ]

6 m TV-bandilla kuuluu usein lyhyitä kaukaisten TV-asemien heijastuksia. Nämä selitettiin aikaisemmin meteoriheijastuksiksi. Tämän tutkimuksen aikana näiden radiospektreistä etsittiin merkkejä nopeasta meteorivanan synnyn aiheuttavasta liikkeestä.

Ilmakehään osuvan meteorin liikkeeseen viittaavia dopplereita ei löydetty. Sensijaan näistä lyhyistä radioheijastuksista löytyi hajaspektri. Hajaspektri on tyypillinen radioheijastuksille jotka tapahtuvat sähkönpurkauksen plasmaksi kuumentamasta pienipaineisesta kaasusta.

Hajaspektrin omaavia, nopeasti alkavia ja päättyviä radioheijastuksia kutsutaankin nyt sähkönpurkausheijastuksiksi (EDS, Electric Discharge Scatter). Ilmeisin nykyään tunnettu aiheuttaja tällaisille korkealla tapahtuville sähkönpurkauksille ovat yläsalamat.

Alla kuvia ‘hamssitutkan’ spektrinauhalla näkyvästä tyypillisistä 50 MHz TV-bandin pitkästä EDS-purskeista. Alemmän kuvan purskeen mukana näyttää tulevan jonkin kaukaisen TV-lähettimen sivunauhoja.

Linkit

Yläsalamoista: fi.wikipedia.org/wiki/Keijusalama

Yläsalamoiden radioheijastuksista: heliotown.com/Radio_Sprites_Ashcraft.html

Keskustelua FB-ryhmässä ‘Radioamatöörit’: facebook.com/groups/1710383 … 805774465/

‘Hamssitutka’, monipaikkatutkan demonäyttö maanpuolustusnetissä 6 m OIRT 1 TV-kanavalla: maanpuolustus.net/pages/tutka/

T: - Juha -

[OH7HJ]

Miten tunnistaa, havaitseeko meteoriheijastuksen MS, vai sähkönpurkausheijastuksen EDS? Ainakin 6 m TV-bandilla ‘oikeiden’ meteoriheijastusten (MS) löytäminen ja seulominen runsaista, voimakkaista ja jatkuvista sähkönpurkausheijastuksista (EDS) on vaikeaa. Erottelemista ei yhtään helpota se, että meteorin ionisaatiovana saattaa laukaista ionosfäärikerrosten välisen suurjännitteen purkauksen, siis EDS:n. Sähkönpurkausheijastus on voimakkaampi, kuin meteorin heikon ionisaatiovanan aiheuttama heijastus, ja saattaa peittää alleen meteoriheijastusta ilmaisevan, nopean liikkeen dopplerin.

Noiden aikaisemmin MS:iksi oletettujen 6 m TV-bandin ‘pinksien’ ja ‘burstien’, eli lyhyiden ja pitkien heijastusten radiospektreissä en ole vielä havainnut kertaakaan meteorin tai meteorien nopean liikkeen doppleria. Sensijaan, niissä on järjestään näkynyt sähkönpurkausheijastuksille EDS ominaisia hajaspektrejä. Oletan siis, että valtaosa 6 m bandin oletetuista ‘meteoriheijastuksista’ onkin yläsalamaheijastuksia, siis EDS:iä. Hetkelliset ‘pinksit’ yksittäisistä yläsalamoista, ja kymmenien sekuntien mittaiset ‘burstit’ yläsalamoiden purkaussarjoista. Pitkät ukkoset aiheuttavat sitten jopa Es-keliä.

Toinen arvaus on, että jos seassa on MS:iä, niin varsinaisesta meteorivanasta tapahtuva heijastus saattaa peittyä laukaisemansa sähkönpurkauksen alle. Yläsalamapurkauksen ja EDS:n voi siis laukaista tavallinen sääilmiö, kuten ukkospilvi, harvinainen meteoriitti, tai mikä tahansa muu yläilmassa varauksia kuljettava, tai sen sähkönjohtavuuteen vaikuttava ilmiö.

EDS-radioheijastuksen spektrikuva

Alla suurennettu radiospektrikuva tavallisesta 6 m bandin EDS-purskeesta, jollaisen selitettiin aikaisemmin olevan meteorikuuron aiheuttama ‘MS burst’. Meteori(e)n liikkeen aiheuttamasta dopplerista ei kuitenkaan näy merkkejä.

Saman sähkönpurkauksen heijastama EDS-purske näkyy sekä vasemmalla spektrinauhalla Vienan TV:n, että oikealla Moskovan Ostankinon TV-lähettimen jaksolla. Kummassakin näkyy sähkönpurkausheijastuksen hajaspektri, joka levittää TV-sivunauhakimpun jokaista yksittäistä sivunauhaa. Hajaspektri on tässä tapauksessa kapea, joten kyseisen radioheijastuksen lienee aiheuttanut suhteellisen matalalla pilven päällä lyöneen yläsalaman plasmaksi kumentama ilma.

Korkeammalla ilma on harvempaa, joten ylempänä sähkönpurkaukset kiihdyttävät ioneja nopeammiksi, mikä näkyy leveämpänä hajaspektrinä. Siksi kaikkein korkeimmalla tapahtuvan sähköstaattisen purkauksen, eli auroran, radioheijastusten hajaspektrit ovat leveimpiä.

Spektrisofta

Näitä ‘hamssitutkan’ spektrikuvia piirtää ilmainen, netistä ladattavissa oleva Spectrum Lab -softa, joka on saksalaisen hamssin DL4YHF käsialaa. Kahden vastaanottimen äänet on kytketty tietsikan äänikortille, kumpikin omalla kanavalleen.

Yksikin vastaanotin toki riittää havaitsemiseen. Tässä tutkimuksessa käytettiin kahta vastaanotinta, jotta radioheijastukset havaittiin yhtaikaisesti kahden eri TV-lähettimen taajuuksilla. Jos käytettävissä olisi lisäksi paikannussofta, niin kahden vastaanottimen avulla saisi paikannettua radioheijastusten aiheuttajan sijainnin. Oli se sitten luonnollinen sähkönpurkaus, meteoriheijastus, tai ihmiskäden tekemä lentolaite.

Täällä Spectrum Labin esimerkkiasetukset kahdelle vastaanottimelle: Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

Ja täältä löytyy itse softa: qsl.net/dl4yhf/spectra1.html

T: - Juha -

[OH7HJ]

Nouseva Es-keli nostaa mukanaan kuuluviin itäisen ‘warblerin’. Tämä on kuuntelijoiden kutsumanimi vanhojen neuvostoaikaisten TV-lähettimien livertävälle äänelle.

Epävakaa, ylös ja alas soutava warbler-kantoaalto saattaa olla alunperin tarkoituksellinen, TV-asemien keskinäisen interferenssin välttämiseksi.

Uudemmat tai uusitut venäläisten käyttämät 6 m bandin TV-lähettimet, kuten Pietarin TV, ovat kuitenkin taajuudeltaan hyvin vakaita.

Warblereita on arvailtu olevan edelleen käytössä Uralin, Kotlaksen tai Kuolan suunnalla. Tämän kaukaisen visertäjän sijainti ei ole tiedossa.

T: - Juha -