Aircraft Scatter - Lentokoneheijastus ja sen doppleri.

[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 -

[OH7HJ]

Maanpuolustusnetin ‘hamssitutkan’ etänäyttöä seuraaville ‘tutkavalvojille’ on sivulla nyt oma tekstichatti havaintoja, kommentteja ja kysymyksiä varten. Tämä aukeaa sivun oikeasta alalaidasta. Sinne voi rekisteröityä joko samalla, tai eri nimimerkillä, kuin foorumille.

Liitekuvassa on esimerkkejä uuteen chattiruutuun satunnaisesti lisätyistä, tässä tapauksessa vasemmanpuoleisen eli Pietarin TV:n spektrinauhan radioilmiöiden selityksistä, kuten lentokoneiden dopplerjälkien tunnistuksista, ja radiokelien mukanaan tuomista TV-lähetteistä.

Chattiruudun ollessa suljettuna, se näyttää ‘uutispalkin’ tapaan viimeisimmät sinne kirjoitetut kommentit ja havainnot liukuvana tekstinä. Chattiruutu aukeaa sitä klikatessa alla olevan kuvan mukaiseksi sivun oikeaan alakulmaan.

‘Tutkanauhojen’ alla on kaksi erilaista koneiden 1090 MHz omatunnustranspondereita ja ADS-B Mode-S-paikannuksia seuraavaa karttanäyttöä lentokoneiden dopplerjälkien tunnistuksen helpottamiseksi. Ylempi näistä kuuntelee Planeplotter-softalla ja RTL-820 -USB-‘tikkuradiolla’ suoraan, ja alempi näyttä Flightradar24-palvelun karttakuvaa.

Lentokoneiden dopplerjälkien tulkintaohjeita

Pietarin (vasen nauha) ja Sekeen (oikea nauha) TV-asemien kantoaallot sijaitsevat spektrinauhojen kohdissa 0 Hz. Lähestyvien lentokoneiden dopplerjäljet alkavat oikealta, ja siirtyvät ohituksen aikana vasemmalla, eli matalamman taajuuden suuntaan.

Kaukoidän reiteillä Itä-Suomen kautta rajaa ylittävien lounas-koillinen-suuntaisten lähtevien ja saapuvien reittilentojen S-muotoiset dopplerjäljet risteävät i[/i] Pietarin TV:n kantoaallon (kohta 0 Hz) kanssa täsmälleen silloin, kun kone ohittaa havaintoaseman ja Pietarin TV-aseman välisen linjan.

Kaukaisempien ohitusten lähes suorien dopplereiden risteämiset noudattavat eri geometriaa, mutta niissäkin lähestyvän koneen kautta heijastuvan radioaallon kulkeman matkan lyhetessä doppleri näkyy spektrinauhoilla TV-kantoaallon (0 Hz) oikealla puolella, ja heijastusmatkan pidetessä koneen loitotessa vasemmalla, eli matalan taajuuden puolella. Yksityiskohtaisempia ohjeita löytyy tämän säikeen aikaisemmista viesteistä.

Linkit

Monipaikkatutka Maanpuolustusnetissä: maanpuolustus.net/pages/tutka/

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

Suora linkki maanpuolustusnetin monipaikkatutkan chattiin: monipaikkatutka.chatango.com/

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

Väitöskirja “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

FS-Nordicin foorumilla bongailevat ilmailijat koneita nettitutkista. Nyt myös hamssien monipaikkatutkan koeasemalta: fsnordic.net/discussion/inde … msg1517614

T: - Juha -

[OH7HJ]

Hamssiaseman monipaikkatutkakokeella voi havainnoida lentsikoiden jälkien ohella myös sääilmiöitä. Erikoisen helppoja havainnoida ovat korkealla pilvien päällä, yleensä tänne maankamaralle näkymättömissä ja kuulumattomissa välähtelevät yläsalamat. Yksinkertainen ja halpa koejärjestely toimii siis uudenlaisena ‘ukkostutkana’. Yläsalamaheijastukset saattavat näkyä perinteisen pyöriväkeilaisen ilmavalvontatutkankin ruudulla valemaaleina, joita kutsutaan ‘tutkaenkeleiksi’. Tämän monipaikkatutkakokeen spektrinauhojen kertoman myötä näiden syntyä ymmärretään nyt paremmin.

Ylemmässä oheiskuvassa näkyy molempien TV-lähetinten spektrinauhoilla kaukaisten TV-lähetteiden radioheijastuksia yläsalamoiden lyhytaikaisista purkauksista (EDS, Electric Discharge Scatter). Vasemmalla Pietarin TV:n kantoaaltotaajuutta seuraavalla nauhalla yläsalamoiden ‘tutkaenkeliheijastukset’ eli EDS näkyvät voimakkaina kohdissa n. 10:36 ja 11:06. Ne näkyvät samanaikaisina, mutta vähemmän voimakkaina myös oikeanpuoleisella Sekeen TV:n nauhalla.

Usein salamaniskun valokaari syttyy alkaen ylhäältä alaspäin. Samoin yläsalamien korkealla, harvassa ilmassa tapahtuva hitaampi purkaus voi lähteä leviämään ylhäältä käsin alas. Tällainen korkealta matalammalle leviävä yläsalamapurkaus EDS lienee kyseessä nauhojen ylemmässä, aikavälillä 11:06 - 11:07 näkyvässä heijastuksessa. Liikesuunnan voi päätellä spektrinauhoille viistoina piirtyvistä, korkeammasta matalampaan taajuuteen liukuvista heijastuksista. Kun taajuusliukuman aiheuttaa dopplersiirtymä, niin heijastuslähteen voi päätellä siirtyvän lähemmäksi maata ja havainnoijaa, eli ylhäältä alas. Siis heijastuslähteenä on ilmeisesti syttymisensä jälkeen ylhäältä alaspäin laajeneva, ja sen jälkeen suunnilleen paikoilleen vakautuva yläsalamapurkaus.

Alemmassa liitekuvassa Pietarin TV:n eli vasemmalla nauhalla klo 11:15 alkaen etäiset TV-lähetteet ovat jääneet näkymään useina ylimääräisinä spektriviivoina. Kun yläsalamapurkaus jää ukkossolun syntyessä pitkäksi aikaa päälle, aiheuttaa se tällaisen ukkos-Es-radiokelin. Tässä lähetteet hiljalleen vahvistuvat, joten kyseessä on alkava ukkos-Es-keli.

Tutkanauhojen lukuohjeita esimerkein

Kaikilla radiospektrin jäljillä on aiheuttajansa. Moni aiheutuu luonnonilmiöistä taivaalla, harvempi ihmisperäisistä lentolaitteista. Monet näistä onnistuu selittää. Ylempään liitekuvaan on lisätty joitakin lukuesimerkkejä.

• Vasemmanpuoleinen radiospektrinauha on Pietarin TV:n ja oikeanpuoleinen Sekeen TV:n jaksolta. Näiden kantoaallot näkyvät vaihtelevan voimakkaina pystyviivoina ylhäällä näkyvien taajuusasteikkojen keskellä, kohdissa 0 Hz.

• Vasemmalla näkyvät katkoviivojen vieressä kellonaikaleimat, joita tarkoitetaan chattiruudun kommenteissa olevilla kellonajoilla, joista kaksi on esimerkin vuoksi ympyröity.

• Alakulman kommenttiruudussa mainitut kaukaisten ja tuntemattomien TV-asemien yläsalamaheijastukset (EDS) on ympyröity ylempänä molemmilla nauhoilla, ja merkattu kellonaikojen mukaan.

• Lentokoneiden ohilennoista aiheutumeet radioheijastukset näkyvät viistoina tai loivan S:n muotoisina katkottaisina ‘dopplerjälkinä’. Näistä osa on merkattu kuvaan.

• Tarkkasilmäinen katsoja löytää kuvasta myös kaukaisempien, havaintokantaman rajoilla olevien lentojen heikkoja viistoviivajälkiä.

• Oikealla ylhäällä on selvennetty taajuusasteikkoa, josta voi lukea lentokoneen jäljen dopplersiirtymän hetseinä (Hz). Tai nauhan sen kohdan, johon viitataan. Nopean matkustajakoneen jälki siirtyy yleensä noin +70 Hz tuntumasta noin -70 Hz:iin sen ohittaessa havaintoaseman. Hitaampien koneiden dopplersiirtymä on pienempi.

Ukkoslinkkejä:

Ukkosbongarien kuvaamassa videossa pintasalamien purkauksista näkyy ylhäältä alas syttyviä pintasalamain iskuja: uusisuomi.fi/videot/92759-mi … U.facebook

Videolla näkyvien erilaisten salamaniskujen selityksiä: facebook.com/OH7HJ/posts/10206681112201915

Monipaikkatutkan havaintoasema netissä: maanpuolustus.net/pages/tutka/

T: - Juha -

[OH7HJ]

The inexpensive ‘Ham Radar’ setup listening to 6 m TV band aircraft scatters operates as a quick radio propagation indicator, too.

Andrei UZ7HO reported Es QSO’s from Ukraine up to north here in Finland. So the Es propagation today apparently scatters in north-south direction between us.

The attached screenshot from a remote ‘ham radar’ display below shows how Es scatter brings 49750 kHz TV carriers and sidebands visible as vertical lines on the radio spectrum strips.

Link to the remote screen of 6 m TV ‘ham radar’: maanpuolustus.net/pages/tutka/
Andrei’s home page with solar-terrestrial propagation data: uz7.ho.ua/packetradio.htm

• Juha -
  
  

[OH7HJ]

Eilen oli vahvaa ja pitkäaikaista Es:ää. Keliä on mahdollisesti tulossa tänäänkin, jos sen aiheuttavat ukkoskuurot kasvavat jatkuvasti purkautuviksi ukkossoluiksi, tai ukkosrintamaksi.

Tutkanauhoilla pätkittäin yhdensuuntaisina näkyvät ‘marianneraidat’ ovat ukkos-EDS-heijastuksia etäisistä TV-lähetteistä. Ne näkyvät alkuun lyhyesti, sitten muutaman minuutin ajan.

Tällainen EDS-jaksojen piteneminen on usein merkki nousevasta ukkos-Es-radiokelistä.

maanpuolustus.net/pages/tutka/

T: - Juha -

[OH7HJ]

Radioharrastajien monipaikkatutkan eli ‘hamssitutkan’ havaintoaseman ruuduilta otetuissa oheiskuvissa näkyy esimerkki Flightradar24:lle ja vastaaville ‘nettitutkille’ näkymättömästä lennosta. Sen S-muotoisen dopplerjäljen jyrkkyys kertoo koneen ohittaneen kuunteluaseman lähes sen yli lentäen. Koneen jälki näkyy samaan aikaan esiintyneiden revontulten ensimmäisessä liitekuvassa vasemmalla Pietarin TV:n nauhalla ‘lumisateena’ näkyvän hajaspektriheijastuksen lomasta.

Oikealla Sekeen TV:n nauhalla revontuli- eli aurorakeli näkyy vaimeampana. Siinä erottuu kyseisen koneen dopplerjälki Sekeen TV-kantoallosta vasemmalle eroavana, mikä kertoo koneen lentäneen havaintoaseman yli koillisesta lounaaseen suuntautuvalla, yleensä Kaukoidästä saapuvien lentojen reitillä.

Nettitutkissa konetta ei näy mahdollisesti siitä syystä, että se saattaa olla vanhempaa mallia, jonka SSR-transponderi osaa lähettää vain mode-A/C-omatunnusta. GPS-sijaintihan näkyy vain nykyaikaisten ADS-B mode-S -transponderien omatunnuksissa. Muita koneita on seurattava ensiötutkalla, jos sellainen on käytettävissä.

Lentokone tunnistetaan ICAO-heksakoodista

Katsottaessa toisen liitekuvan otoksesta alla havaintoaseman PlanePlotter-softan Aircraft View - listan näyttämiä, suoraan 1090 MHz ADS-B-vastaanottimen havaitsemia SSR-omatunnuksia, konelistassa näkyy yksi havainto lennosta joka ilmoittaa itsensä vain mode-A/C -transponderilla. Tämän erottaa siitä, että GPS-koordinaattien sijasta Lat. - ja Long.- sarakkeissa on nollia.

Koneiden yksilökohtaiset ICAO-heksakoodit, eli jokaiselle koneella annetut tunnistenumerot näkyvät viimeisessä sarakkeessa. Tämän koodin perusteella ICAO-tietokantoihin pääsevä voi tunnistaa kunkin koneyksilön. Planeplotter-softan tunnistustietokannasta kyseistä koneyksilöä ei löydy, joten softa on jättänyt Flight-sarakkeen tyhjäksi, ja merkinnyt koneen rekisteritunnuksen sijaan Reg-sarakkeeseen ‘NO-REG’.

Listassa näkyvä lento saattaa olla havaintoaseman ohittanut tuntematon kone, tai se saattaa kuulua jollekin muulle koneelle. Jos se on jonkin muun koneen SSR-omatunniste, niin havaintoaseman nauhoilla näkyvä lentsikka on lentänyt ‘pimeänä’, eli ilman 1090 MHz SSR-transponderia.

Planeplotterin Aircraft View - listan Time-sarakkeen kellonajat ovat UTC, siis nyt kesällä Suomen aika -3 h. Tutkanauhoissa vasemmalla mustilla pohjilla näkyvät aikaleimat puolestaan ovat Suomen aikaa.

T: - Juha -

Hamssitutka 6 m bandin TV-kanavalla online: maanpuolustus.net/pages/tutka/