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di Jean-Paul, F1LVT
(traduzione di Aki IZ0MVN)
Vedere anche : Sistema "homing" a 2 e 4 antenne -
Il Doppler è un sistema
molto efficace per praticare la radiogoniometria. Sulle radiosonde
di Lyon-St. Exupéry (402 Mhz), questo sistema si è
rivelato essere molto ben adattato.
Presentazione
In agosto, avendo un po'
di tempo disponibile, abbiamo installato l'antenna Doppler sul
tetto del veicolo. Quest'antenna è completamente isolata
dai supporti metallici e dal tettuccio. La parte centrale, di
20X20cm, contiene i circuiti d'amplificazione e di commutazione
nel suo spessore di 20 mm (foto 1, a lato). I 4 dipoli verticali
(i dipoli attivi) sono intestati con BNC. Il piano di massa superiore
è ingrandito da 8 dipoli orizzontali. Durante la costruzione
di quest'antenna, la difficoltà principale è stata
quella di trovare degli induttori che effettivamente si comportassero
in UHF come induttanze.
Durante le prove ha fallito una mezza dozzina di tipi diversi
con un analizzatore di gamma alta, prima di trovare degli induttori
che funzionassero correttamente.
Principio
L'antenna è pilotata dal
dispositivo Doppler Montréal 3-V2 (foto 2 a lato). Questo
Doppler è la versione più recente e più versatile
della serie progettata da VE2EMM, Jacques BRODEUR. Esso commuta
le antenne a 500 Hz ed indica la direzione di provenienza
del segnale su una "rosa dei venti" a 36 LED. Uno degli
aspetti più interessanti del Montréal 3-V2 è
la sua capacità di individuare i segnali molto presto,
attraverso un calcolo molto rapido, e di memorizzare automaticamente
l'ultima rilevazione utile.
Sul suo indicatore a 36 LED, quando il LED centrale è verde
la direzione indicata è giusta. Quando il LED centrale
è rosso significa l'assenza o l'insufficienza del segnale;
la direzione resta, allora, nell'ultima direzione corrretta ricevuta.
Il sistema Doppler è utilizzato con un ricevitore a larga
banda multimodo, del tipo AR8000 della AOR, bloccato su 402,000
MHz (o 402,005 Mhz, ad esempio). Si stanno realizzando numerose
prove finalizzate alla costruzione del Doppler Montréal
3-V2 e della sua antenna.
Bisogna assicurarsi che le antenne siano ben alimentate in modo
sequenziale, e che tutto funzioni correttamente (ordine delle
antenne, commutazioni ecc...). Abbiamo progettato un sistema a
LED che permette di visualizzare la componente continua che scorre
nelle antenne. A partire dal dispositivo Doppler e dal suo menù
di test, si può così verificare singolarmente ogni
antenna. Nel Doppler si può scegliere la polarità
dell'uscita dei segnali a 5V, positivi o negativi rispetto alla
massa. Questo permette sia di far funzionare il sistema Doppler
con una antenna su 4 (funzionamento conforme alla teoria con una
sola antenna rotante), sia con 3 antenne su 4 (quello che inverte
il segnale Doppler a 500 Hz; ma questo funziona, osservando meglio).
Per la scelta del tipo di demodulazione del ricevitore, quello
che importa non è la modulazizone della RS ma è
il modo di demodulazione che permette al sistema Doppler di funzionare
correttamente.
Perché il Doppler funzioni in Doppler-Fizeau e misuri
correttamente una fase, bisogna lavorare in FM e soltanto in
FM, non in AM. L'antenna deve essere una frusta rotante commutata
alla base, se possibile. Con un ricevitore in AM, si va a misurare
una variazione di ampiezza alla frequenza di commutazione delle
antenne, corrispondente alla direttività dell'antenna pilotata.
Questa variazione di ampiezza è più debole della
variazione di frequenza ma resta del tutto utilizzabile. Non si
ha più un vero sistema Doppler. Serve un sistema di antenne
direttive commutate, per analizzare la correlazione tra la forza
dei segnali ricevuti e i segnali di commutazione. Come fare questo
sistema di antenne direttive commutate? Questo è in corso
di studio ed i primi risultati delle prove sulle RS mostrano che
lavora bene. Quando si è sicuri che tutti gli elementi
funzionino correttamente, bisogna assolutamente fare una verifica
globale. La regolazione di zero (allineamento sull'asse della
vettura) è un buon test. E' un sistema completo ad anello:
il dispositivo Doppler invia i segnali di commutazione all'antenna,
il segnale dell'antenna è diretto verso il ricevitore e
la BF del RX viene trasmessa al dispositivo Doppler che fa la
correlazione tra i segnali di comando e i segnali ricevuti. La
mancanza di uno qualsiasi degli elementi paralizza il funzionamento
complessivo. Lo si vede subito quando si vuole fare la regolazione
di zero.
Calibrazione
Per aggiustare lo "zero"
nell'asse del veicolo ci si deve portare nel menù "calibrazione"
CAL AUTO TO FWRD " (foto 3 a lato). Per questo, bisogna sistemare
un emettitore davanti al veicolo e calibrare l'apparecchio. All'inizio,
non avendo una RS tra le mani, abbiamo modificato un Alinco DJ-S41
(10 mW) per farlo scendere fino a 402 Mhz. Un resistore inserito
in un jack e non c'è più bisogno di tenere l'apparecchio
perché resti in trasmissione (giusto il tempo di fare la
regolazione, non un secondo di più). Lo stesso dispositivo
può anche funzionare a 406 Mhz. In seguito, bisognerà
verificare, facendo un giro completo con la vettura, che l'indicazione
del Doppler dia sempre la direzione corretta. Se il quadrante
gira in senso inverso, si deve modificare il senso di rotazione
nella programmazione del Doppler.
Dopo le prime ricerche, con il recupero di RS, questa calibrazione
è stata rifatta con una vera modulazione di M2K2. Il risultato
è rimasto invariato. Che la calibrazione sia fatta su portante
o su "impulsi", il risultato è lo stesso.
La modulazione delle RS è molto particolare, con delle
trame aventi un "duty cycle" di 100 ms per secondo.
Poterle localizzare correttamente con il Doppler non è
evidente "a priori". In pratica, funziona molto bene
grazie alla soglia ed alla memorizzazione della posizione. Si
deve parametrizzare correttamente il Doppler alla partenza.
- Dapprima si deve regolare la soglia di acquisizione della misura
tra 0 e 8. Una soglia troppo bassa dà una indicazione errata,
mentre con una soglia alta saranno elaborati soltanto i segnali
con ottimo rapporto segnale/rumore (S/N). Noi usiamo generalmente
il valore di 4. Il ricevitore funziona a squelch aperto, ed il
Doppler cerca da solo nei segnali la sinusoide a 500 Hz necessaria
al suo funzionamento.
- Il secondo parametro da regolare è "l'integrazione".
Il trattamento numerico del segnale è effettuato su svariate
dozzine di rotazioni dell'antenna. Un valore basso rende l'indicazione
più fluttuante ma, per poter funzionare con trame abbastanza
corte, non deve essere un valore troppo elevato. Dopo qualche
prova, è stato scelto il valore di 100. L'indicazione è
sufficientemente stabile ed il tempo di integrazione abbastanza
breve da essere compatibile con le trame delle RS. Il volume del
ricevitore va regolato in modo che la barra grafica del Doppler
sia quasi al massimo. Quando si perde il segnale si deve riaggiustare,
di quando in quando, il livello del segnale di BF. Quando tutto
è ben regolato ed eseguito si può cominciare a fare
la ricerca. A fine agosto, il sistema è stato utilizzato
3 volte per cercare le RS di Lyon. Nelle tre occasioni, la RS
è stata trovata unicamente con il doppler, senza alcun
altro sistema di radiogoniometria. Il caso ha voluto che ogni
volta la RS si posasse non troppo lontano da una strada. Per la
tattica di ricerca, poiché certi palloni hanno preso la
cattiva abitudine di esplodere prima di aver raggiunto la loro
quota nominale, noi abbiamo avviato il monitoraggio del volo a
metà percorso. Il Doppler permette allora di seguire la
dislocazione del pallone in volo, con il veicolo e fino al punto
di caduta. Salvo l'ultimo caso in cui il volo è stato molto
breve, noi ci trovavamo a meno di 4 o 5 Km dalla RS al momento
in cui ha tocccato il suolo, con una direzione abbastanza precisa.
Dieci minuti dopo, la M2K2 era nella borsa! Nell'ultimo caso di
un volo molto breve, è bastato risalire la traiettoria
del pallone seguendo la direzione misurata su una ventina di chilometri,
sempre con il Doppler.
La radiogoniometria Doppler sulle RS funziona molto bene ma richiede
di gestire bene ogni volta il proprio materiale e le tecniche
di ricerca. Quando si è in vista diretta della RS, l'indicazione
è molto stabile. Girate la vettura di 20° e l'indicazione
gira di 20° in senso inverso. Ma raramente è così
semplice. Le riflessioni danno segnali con una tonalità
"sibilante", ed una indicazione fluttuante nella direzione
press'a poco opposta. Bisogna imparare a riconoscere le riflessioni
come con gli altri sistemi di radiogoniometria.
Bisogna analizzare, allo stesso tempo, la qualità del suono,
la forza del segnale del ricevitore e l'indicazione del Doppler.
Questo rende l'uso del Doppler assai complesso, ed un minimo di
addestramento è necessario. Quando la RS è al suo
apogeo, si vede di colpo l'indicazione che fluttua molto rapidamente
su 50 o 60° per qualche istante. Si tratta probabilmente dello
scoppio del pallone e del movimento della RS prima di stabilizzarsi
sotto il paracadute. Ancora; durante il monitoraggio del pallone,
è meglio posizionarsi con la RS davanti al veicolo. Si
passa in una cunetta e il segnale sparisce, si passa sopra un
dosso e il segnale riappare, il ché assicura che i segnali
e le indicazioni sono coerenti con la presunta posizione del pallone
rispetto al veicolo.
Serve anche una bussola nel veicolo
e una mappa per vedere dove siamo. Come bussola va bene non una
piccola bussola classica, troppo sensibile alle masse metalliche
del veicolo, ma un vero sistema a sonda Fluxgate che compensi
i campi magnetici interni (foto 4 a lato).
Non dimenticate di fare la calibrazione prima della partenza.
Questo tipo di bussola vi indica l'angolo nella forma "W
260" quando voi siete a 260° Ovest. Altra soluzione,
un GPS utilizzato come bussola vi mostra risultati comparabili.
Se il Doppler vi dà "+30° " rispetto all'asse
del veicolo, ne dedurrete che il pallone si trova in direzione
290°. Se il Doppler indica 270°, è meglio interpretare
-90 °, che corrisponde al punto 190.
Senza tracciare, bisogna ancora prendere nota dei rilevamenti
sulla mappa per rendersi conto della posizione del pallone rispetto
al punto in cui ci si trova.
Bisogna anche seguire la propria rotta simultaneamente sulla carta,
altrimenti le indicazioni del Doppler vi porteranno rapidamente
da una grande strada ad una piccola strada, poi ad un sentiero,
poi ad una entrata di campo o ad una strada senza uscita, quando
il pallone è sempre a molti chilometri. E' un semicerchio
obbligatorio con una manifesta perdita di tempo. Bisogna rimanere
sulle strade principali il più a lungo possibile.
Globalmente il Doppler è uno strumento molto potente che
funziona molto bene sulle RS ma il lavoro nel veicolo è
molto intenso poiché bisogna sapere in ogni momento dove
ci si porta, analizzare le misure e determinare la direzione del
pallone... e tutto questo oltre la guida! Questo richiede molta
attenzione ma va molto bene.
E in 406 MHz?
Queste prove di radiogoniometria
Doppler hanno mostrato che il Montréal 3V2 è abbastanza
adatto alla localizzazione di trame brevi di segnali numerici.Per
i segnali in 406 MHz dovrebbe essere lo stesso ma bisogna verificarlo.
In linea di principio le trame di 500 ms delle segnalazioni a
406 Mhz devono essere più facili da localizzare rispetto
alle trame da 100 ms delle M2K2. Ma l'invio delle trame ad ogni
secondo in 402 MHz è più facile da seguire rispettto
ad una trama ogni 50 sec per le segnalazioni a 406 MHz. Attenzione,
comunque, alle riflessioni che non sono soppresse dal Doppler
e che bisogna saper identificare; ma non è facile con una
trama ogni 50 secondi.
Sul piano tecnico, il trattamento numerico del Montréal
3-V2 è effettuato a partire da un'acquisizione delle misure
su 48 ms (al minimo). Le trame di 100ms e più possono essere
quindi localizzate senza problemi.
Appendice
Per la descrizione del Montréal 3-V2, fare riferimento al sito: http://www.qsl.net/ve2emm/pic-projects/doppler3/doppler3-f.html
Principali caratteristiche:
- Indicazione su 36 LED: LED centrale verde: direzione corretta;
rosso: assenza di segnale. Viene mantenuta l'ultima direzione
corretta.
- Utilizzazione de 3 PIC, un 16F628A per il quadrante, un 18F4520
per il circuito principale (processore molto veloce) et un 12F675
come divisore di frequenza.
- Doppio filtro audio con un Max 267 come passa-banda, seguito
dal filto a "coltello" molto stretto (+/- 0.5Hz).
- Programma d'integrazione e di rivelazione di fase molto efficiente.
- LM386 come amplificatore audio indipendente dalla goniometria.
- Selezione semplice dei 15 menù, premendo un bottone per
farli scorrere e poggianddo su un BP per attivare il menù
scelto.
- Uso possibile con 4 antenne commutate con +V o -V o in differenziale
anche 8 antenne + / -.
- Accoppiamento con l'APRS, che ne invia la direzione. L'informazione
GPS passa attraverso il Doppler ed è interrotta quando
la direzione viene inviata ad un PC.
In rapporto alle versioni precedenti di VE2EMM, le Montréal
3 -V2 è più evoluto, in particolare presenta:
- indicatore di direzione a "Rosa dei venti" a 36 LED,
- filtro a capacità commutata a larghezza di banda molto
stretta (0,5 Hz),
- amplificatore BF integrato con regolazione di volume,
- navigazione molto più facile nei menù,
- elaborazione del segnale più rapida attraverso il PIC
18F4520.