Scatter Graves: aero scatter con il radar Graves

Questo esperimento è alla portata di tutti ed è possibile farlo con una banale antenna verticale che possa lavorare in ascolto a 143.050MHz, settando la radio in CW (oppure in USB a 143.049,3 MHz).

Questa è la frequenza del radar Graves, in Francia, che trasmette un segnale continuo, commutato sulle sue varie antenne, verso il cielo. Il segnale, se viene perturbato da corpi o particelle presenti in atmosfera, viene in parte deviato (scatter) e fatto rimbalzare verso terra.

Il risultato è che la nostra antenna è in grado di rilevare tali segnali di rimbalzo, e può farci ascoltare sia le stelle cadenti, sia il percorso degli aerei che si muovono sulla direttrice radar-nostra antenna.

Il solo ascolto può essere molto interessante e comodo per le stelle cadenti (meteor scatter), che sono veloci e si rilevano subito. Per vedere gli effetti che producono gli aerei, dobbiamo invece farci aiutare da un analizzatore di spettro audio, che ci mostrerà degli spettacolari grovigli di linee prodotte dallo scatter sotto la pancia dei velivoli e che si piegano (nel grafico dell’analisi dell’audio) per l’effetto doppler dovuto all’avvicinamento/allontanamento dell’aereo dalla direttrice radar-nostra antenna.

Il programma da scaricare è gratuito e si trova semplicemente cercando su Google: SPECTRUM LAB.

SPECTRUM LAB è un analizzatore audio con moltissime funzioni e richiede che l’uscita audio della radio sia collegata all’ingresso MIC del PC, in modo che il computer possa analizzare l’audio che ci propone la radio.

Solo un consiglio per chi è alle prime armi e deve costruirsi il cavo: mi raccomando, non usate un cavo diretto, ma usate un trasformatore di separazione galvanica 1:1 tra uscita audio della radio e ingresso MIC del PC. Spesso c’è una abbondante differenza di potenziale tra la massa del PC e quella della RADIO, specialmente se il PC è portatile e quindi è flottante rispetto al potenziale di terra. Il rischio è di bruciare la scheda audio. Se proprio si vuole rischiare, almeno usate quelle schede audio USB (che costano 2 o 3 euro dalla Cina) e magari mettete un condensatore da circa 5uF come filtro per proteggere la scheda audio dagli spikers che si creano quando si infilano e sfilano i jack audio dalle prese.

Un esempio di cablaggio valido è questo:

esempio cavo

Ma ora veniamo al dunque: dobbiamo configurare SpectrumLab in modo da ottimizzare
quello che vogliamo visualizzare.

Nelle prossime immagini, avrò lasciato 2048 campioni come risoluzione della FFT (trasformata di Fourier veloce). Dopo vedremo dove settarli.

Dunque, se ragioniamo con audio normale musicale (CD), ci troviamo di fronte ad un campionamento del segnale analogico a 44100Hz stereo, che si traduce in 2 canali da 22050Hz cadauno, in modo da far passare tutta la banda che un orecchio sano e giovane, riesce a percepire.

Se lasciamo il campionamento audio di fabbrica a SpectrumLab, lui andrà ad analizzare 11025Hz, corrispondenti a 2 canali di 5512Hz, che è abbondante, dato che la nostra radio ci farà ascoltare una banda passante molto più ridotta.

Per farvi capire meglio, questa foto, mostra cosa rileva il programma con un campionamento classico da CD musicale:

no zoom

 

Ovviamente la porzione oscura, è tutta area sprecata. La porzione audio lavorabile che ci fornisce la radio, come vedete, sta sotto ai 3000Hz.

Nello specifico, il segnale del radar Graves, è quella strisciolina gialla intensa che vista così, ci dice poco e niente.

Se ci spostiamo col mouse sulla banda a destra delle frequenze, possiamo zoommare con la rotellina e possiamo spostare la scala in su e in giù per visualizzare la porzione di zoom che ci interessa, come si vede qui:

zoom a 44100.PNG

Così si comincia a percepire che la righetta gialla, è più elaborata di quello che poteva sembrare prima, ma resta sempre sgranata a causa di una risoluzione troppo grossolana.

Dobbiamo quindi scendere nel dettaglio.

Nel menu OPZIONI del programma, apriamo AUDIO I/O, trovandoci su questa finestra:

opzioni audio i-o

Nella parte sinistra si può scegliere la scheda audio (se ne abbiamo più di una) e più a destra, possiamo decidere il sample rate della scheda.

Nello specifico, ho selezionato 2048, in modo da avere un singolo canale audio da 1024Hz.

In questo modo, con l’FFT a 2048 campioni (bin), non andremo più a dividere i 44100Hz in 2048 parti, ma bensì andremo a dividere i 2048Hz in 2048 parti.

Risulterà così che per ogni campione di FFT, avremo 1Hz.

Il risultato dell’incremento della risoluzione, è visibile in questa foto, che a sinistra mostra il vecchio campionamento iniziale e a destra quello nuovo:

vecchio vs nuovo

Per cambiare la risoluzione dei blocchi della trasformata di Fourier (FFT), dobbiamo andare sulla TAB chiamata FFT della finestra che avevamo aperto prima e ci troveremo qui:

fft

Potete sbizzarrirvi a giocare con vari settaggi, in modo da capire come l’incremento della risoluzione FFT, incrementi il tempo di elaborazione e quindi rallenti il tempo di acquisizione, ma lascio a voi la sperimentazione, perché diventerebbe troppo lunga e noiosa questa trattazione, che ha invece solo lo scopo di mostrare velocemente un buon setup per registrare le linee di scatter degli aeromobili.

Con i settaggi che sto fornendo, la risoluzione pura temporale di ogni pacchetto FFT, è di 1 s. Quindi, ogni secondo, l’analizzatore di spettro aggiunge una riga, dando corso ad un grafico come nelle seguenti immagini:

risultato finale

 

completo

Ovviamente si possono alterare a piacimento anche tutte le altre variabili.
Innanzitutto, la base temporale, la possiamo definire sulla TAB chiamata SPECTRUM
(1), sempre della famosa finestra delle opzioni di prima. Ci troveremo quindi qui:

spectrum1

Vedete che lo scroll time dell’analizzatore di spetto, è settato a 1000ms.
Se lo impostate a 5s, avrete una maggiore compattazione delle righe nel grafico e analizzerete un periodo molto più lungo. Sta a voi sperimentare.

Nella TAB chiamata SPECTRUM (2), vedi foto:

spectrum2

potrete settare il range di sensibilità dell’analizzatore, in modo da dare la soglia del rumore di fondo e far si che le scale dei colori siano adattate alla dinamica della sorgente audio che state analizzando.

Se, dopo aver fatto un po’ troppi settaggi, vi trovate che SpectrumLab è diventato un caos e non riuscite più a capire come tornare indietro, fate un ripristino delle impostazioni di fabbrica, andando su questo menù:

restore

Le righe verticali che sono presenti nelle immagini sopra, sono stelle cadenti, catturate, mentre scrivevo questa pagina.

Le righe dello scatter aereo, sono poco fitte perché questo lavoro l’ho fatto di notte, quando il traffico aereo è più ridotto. Se proverete durante il giorno, vedrete qualcosa tipo questo:

supertraffico scatter ok

Sperando che queste poche righe siano state di utilità e aiuto per qualche curioso, vi rimando ad altre immagini presenti nella mia pagina di QRZ.com, integrate anche da file audio.

73 a tutti
William, IU2EFA