MeteorScatter og EME med WSJT

1. MeteorScatter og EME med WSJT OZ1PIF, Peter Frenning EDR Frederikssund Afd. Onsdag den 2. Februar 2005

2. WSJT:Et software program for VHF DXere

3. WSJT: What is it? • WSJT = Weak Signal by K1JT • Udviklet af Joe Taylor, K1JT, Professor i Astrofysik ved Princeton Universitetet i USA. Nobelpris i Fysik 1993 for opdagelsen af Pulsarer ved hjælp af Radioteleskopet i Arecaibo • Supporterer tre digitale modes: FSK441 for meteor-scatter JT65 for ultra svage signaler JT6M for SIX meter • Anvender PC’ens lydkort • Stiller ingen krav om special udstyr

4. Meteor-scatter ABC

5. FSK441: Meteor scatter hvorsomhelst og nårsomhelst!

6. Hvorfor køre HSMS? På 144MHz: Tropo op til ca 8-900Km ES sjældent under 2000Km AU sjældent over 1200Km MS 600-2000+Km! På 50MHz: Uinteressant, afstande allerede dækket ind af ES På 432Hz: Nye muligheder at udforske!

7. Science fiction? • Små stykker rumstøv farer ind i Jordens atmosfære med meget høj hastighed • Mest “dustballs” – lette porøse partikler sammensatte af letmetaller. • Størrelse fra støvfnug til sandkorn. • Friktionen i atmosfæren stripper elektronerne fra kernerne( = ionisering)

8. Hvorfor køre HSMS?(Størrelsen GØR en forskel!)

9. Tiden spiller en stor rolle! • Meget korte kommunikations vinduer • SSB og hurtig CW (>30 WPM) er de traditionelle metoder • (Gode) operatører anvender specielle operatørteknikker for bedst mulige resultater • SSB/CW QSO’er på 144 MHz eller højere er kun mulige i de store meteorsværme

10. “Underdense” vs. “Overdense” • Overdense bursts er et resultat af store og hurtige meteorer. De ioniserer en tyk kanal af luft som ikke neutraliseres hurtigt. • Bursts kan vare mange sekunder, ofte længe nok til at gennemføre en komplet QSO. • Kun brugbar til SSB og CW • Kendes kun i forbindelse med de store meteorsværme, og meget ualmindelige ellers.

12. Typisk overdense burst (70WPM CW) Her er en mærkelig en…..

13. “Underdense” vs. “Overdense” • Underdense spor skabes af mindre og langsommere meteorer. Disse forårsager lige akkurat tilstrækkelig ionisering til at reflektere et radiosignal. • Disse reflektioner er meget kortvarige, maksimalt < 500mS. • Ikke særligt brugbare til konventionel SSB eller CW—kaldes normalt “pings” • Meget hyppige, også uden for meteorsværme

15. Underdense “ping”

16. Brug af underdense spor—HSCW • Send korte meddelelser der gentages hurtigt efter hinanden • Operatøren udnytter mange korte reflektioner til at stykke en QSO sammen i løbet af kortere eller længere tid, i stedet for at få det hele på en gang • Anvender båndoptager til langsom gengivelse af 100 WPM eller hurtigere CW. (Computer software har øget hastigheden til ~2000 WPM.) • Populært i Europa siden 1960’erne

17. Problemer med HSCW • Megen HF energi spildes i sidebånd. • S/N forringes med øget hastighed. • Nøgle-klik kan give anledning til problemer for andre brugere, især hvis der skrues for meget op.

19. En digital løsning: FSK441 • Ligesom ved HSCW, anvendes en hurtig gentagelse af en kort meddelelse til at gennemføre en QSO ved hjælp af flere korte reflektioner • 100% duty cycle, så ingen spild af energi. • Mere brugervenligt interface--ligner RTTY eller PSK31 modes. • Meget bedre S/N end HSCW ved samme hastighed

20. FSK441: Hvad ligger der i et navn? • “FSK…” –der anvendes Frequency Shift Keying. Tænk på det som avanceret RTTY, dog skifter FSK441 imellem fire toner istedet for blot to. • Toner: 882Hz, 1323Hz, 1764Hz, 2205Hz. • “…441” –Hver tone tager ca 2.3ms at sende. Hvert tegn består af tre toner. Dvs 441 baud eller 147 TPS

21. Spectral display: FSK441 “ping”

22. Spectral display in WSJT

23. Sådan fungerer det…. • Operatørerne skiftes til at sende i 30-sec intervaller. • Herved sikres at kun en station sender og en station lytter ad gangen. • Efter hver modtageperiode dekoder programmet de signaler det måtte have detekteret og viser resultatet på skærmen.

24. Sådan fungerer det…. • Programmet beregner den gennemsnitlige styrke af det modtagne signal. • Det leder efter “spikes” i signalstyrken—disse kan være meteor pings over støjgulvet…eller QRN! • Hvis den detekterede spike opfylder visse andre kriterier, dekoder programmet den som tekst og viser resultatet som tekst på skærmen.

25. WSJT i FSK441 mode

26. FSK441 kodningen • Kodningen understøtter kun tegn vi er interesseret i: Kaldesignaler, signal rapporter og meget korte beskeder. • PUA43 alfabetet bruges: A-Z, 0-9, mellemrum, punktum, komma, ?, /, #, og $. Ingen formatteringstegn som f.eks. <CR> eller <LF>. • Ingen stop bits: synkroniseringen sker uden ekstra tegn!

27. RTTY (5-bit) A 00011 B 11001 C 01110 Z 10001 6 10101 <SP> 00100 FSK441 (3-bit) A 101 B 102 C 103 Z 231 6 012 <SP> 033 * RTTY og FSK441

28. FSK411 synkronisering • Mellemrum er indkodet som “033”. • Intet andet tegn starter med “3”. • Alle meddelelser indeholder mindst et mellemrum! Hvis operatøren ikke selv indsætter et, vil programmet selv addere det til enden af beskeden. • Når WSJT finder et signal, “leder” søger det efter sekvensen “033”. Dette er så synkroniserings punktet.

29. FSK411 synkronisering • Et signal burst indeholder: ….123001122210033123223203131….. • WSJT finder “mellemrum” tegnet: ….123001122210033123223203131….. • WSJT kan nu dekode: ….123 001 122 210 033 123 223 203 131… K 1 J T K 0 S M

30. Single-tone messages • Hver FSK441 tegn indeholder mindst to forskellige frekvenser —ingen “000” “111” “222” eller “333”. • Disse sekvenser er forbeholdt “shorthand” messages: “R26” “R27” “RRR” “73”. • Hvis et af disse sendes in en løkke vil resultatet være en ren enkeltfrekvens bærebølge (derfor navnet!) • NB: Bruges IKKE i Region 2!!!!

31. FSK441 QSO procedurer • Helt ligesom SSB MS • Operatøren sender information, baseret på hvad der er kopieret fra den anden station. • QSO er komplet når begge stationer har modtaget fulde kaldesignaler, en ikke på forhånd kendt information (normalt rapport), og bekræftelse på at det er modtaget i den anden ende (“roger”).

32. FSK441 procedurer • 30-sekund sekvenser er standard. • Den Vestligste station sender i den første periode. Dette er gældende på den vestlige halvkuglee. • DXpeditions vil normalt afvikle alle skeds og CQ’er på samme frekvens og periode, uanset retning. • “Almindelige” CQ’er kan sendes i enten første eller anden periode. Herved mindskes QRM (contest/sværme)

33. Første ciffer (1-5) “Længde” 1: no info (bruges ikke) 2: op til 5 s 3: 5 til 15 s 4: 15 til 60 s (!) 5: mere end 60 s (!!!) Andet ciffer (6-9) “Styrke” 6: op til S3 7: op til S5 8: op tilo S7 9: S7 eller mere FSK441 rapport system

34. Hvis du har fået…. Intet…………….. Partielle kaldesig.….. Begge kaldesig…. Begge kaldes. og rap.. “R” + rapport…… “RRR”………. Sendes…. Kun kaldesignaler Kun kaldesignale Kaldes.+rapport (el. felt) “R” + rapport “RRR” QSO er komplet, send “73” eller (eller QRZ, CQ) En QSO…

35. ….andre vigtige meddelelser… Sommetider behøves specifik information: • MMM………. “I need my callsign” • YYY………… “I need your callsign” • SSS………….. “I need your report” • UUU………... “Your keying is unreadable” Disse meddelelser kan være meget nyttige når pings er meget korte—f.eks på 432 MHz.

36. Hvad har jeg brug for? • Mest anvendte bånd er 144 and 50MHz. Der er voksende aktivitet på 432 MHz, QSO’er lykkedes. • Jo mere jo bedre, men “brick og yagi” er tilstrækkeligt på 144 and 222 nårsomhelst. • Brick og yagi er lykkedes på 432, mere erfaring er nødvendig før endelig konklusion. • Preamp—du aner ikke hvad du går glip af!

37. Hvad har jeg brug for? • En computer med lydkort -- 100Mhz Pentium med 64Mb RAM kan bruges, men du vil ønske at du har mere! • WSJT Software (Gratis!) • Interface mellem lydkort og radio. Enten et kommercielt “PSK31” interface (Rigblaster, MFJ, etc) eller HB.

38. WSJT Station

39. Hvad kan køres? • På 144MHz, tkan en “brick og yagi” station køre en tilsvarende station op til 1000-1600Km afstand, nogenlunde regelmæssigt året rundt. • Geometrisk begrænsning på ~2400Km (baseret på den højde hvor meteorer ioniseres tilstrækkeligt) • Limits, schlimits! Rekorder er til for at blive slået!

40. 144 MHz MS QSO’s from JO65AN

41. Hvornår skal jeg være QRV? • De daglige “tilfældige” meteorer kulminerer omkring lokal solopgang, men QSO’er kan gennemføres nårsomhelst på døgnet – det kan tage længere eller kortere tid, men det kan lade sig gøre. • Små sværme kan forøge reflektionshyppigheden (Juni-December) • Før og efter de store sværme (Leonider, Geminider etc.)

42. JT65: En “really weak signal” mode

43. JT65 • Integrerer signal over lang tid, for at dekode signaler langt under støjgulvet. • Mennesker har “korttids ører” begrænset af sanse hukommelsen-signaler kan kun analyseres over kort tid. • Computere kan analysere signaler over relativt lange perioder – kun begrænset af processorkraft og memory! .

44. Tid til en demonstration! “Lange ører” og “Korte ører”

45. JT65 kodning • Inspireret af PUA43 moden • Anvender 44 tones, en for hvert tegn i PUA43 alfabetet (samme som FSK441), plus en synkroniserings tone. Hvert tegn har sin egen unikke tone. • Langsom transmissionshast.: 5.38 baud. • Højredundant (FEC)

46. Z 1755.0 Hz : : A 1485.8 Hz $ 1475.0 Hz : : . 9 1399.7 Hz : : 0 1302.8 Hz Sync1270.5 Hz Båndbredde på 485Hz Toner hver 10.8Hz Sync tone 32.3Hz under data. Giver mulighed for frekvensafvigelse og EME Doppler skift i 2.7 KHz båndbredde. JT65 Toner

47. JT65 kodning • Transmissionen vare ca 55 s, med en pause i begyndelsen og slutningen af hensyn til timing fejl og EME delay. (der anvendes 60s perioder i JT65) • 270 intervaller (bits) • 140 er dedikerede til sync toner • De resterende 130 intervaller bruges til at sende en besked på 22-tegn seks gange .

49. Hvorfor en sync tone? • Toner med 10.3-Hz intervaller. • De fleste VHF radioer er ikke så stabile—dit digital display lyver! • De fleste radioer driver lidt over en længere periode. • Sync tonen leverer en frekvensreference for data.

50. Sådan dekoder WSJT JT65:Frekvensbestemmelse • WSJT foretager en frekvensanalyse af hele 60s perioden, da sync tonen sendes mere end halvdelen af tiden bør den dominere over alle andre frekvenser (tegn). • Herved skabes en reference frekvens for dekodning af data. • Afvigelsen fra nominel frekvens vises i “DF” kolonnen på skærmen.