Längstwellenempfang mit dem PC/ Druckversion

Längstwellenempfang mit dem PC

Wikibooks

Windows

Festlegung des Soundkarteneingangs

Nachdem die Antenne an den Soundkarteneingang angeschlossen wurde, muß am PC der Signaleingang eingestellt werden. Hierzu wird mit der rechten Maustaste auf das Lautsprechersymbol am rechten Ende der Taskleiste geklickt.

Daraufhin erscheint ein Popup - Menü, auf dem die Option "Lautstärke" auszuwählen ist. Auf dem sich dann öffnenden Dialog, sind der Menüpunkt "Optionen" und der Untermenüpunkt "Eigenschaften" auszuwählen. Es erscheint ein zweiter Dialog, auf dem "Aufnahme" auszuwählen ist und der "OK" - Knopf anzuklicken ist. Nun kann der gewünschte Soundkarteneingang festgelegt werden. Der diesem Eingang zugeordnete Lautstärkeregler sollte für VLF - Empfang voll aufgedreht werden und der Balanceregler in Mittelstellung gebracht werden. Selbstverständlich können diese Einstellungen auch zu einem späteren Zeitpunkt geändert werden, falls z.B. eine Spektralanalyse eines Schallsignals, welches über einen anderen Soundkarteneingang in den PC eingespeist wird, durchgeführt werden soll.

Die Software "SpecLab"

Es gibt für Windows mehrere Programme zur Spektralanalyse von Signalen, die über die Soundkarte in den PC gelangen (siehe http://www.vlf.it/harald/strangerec.htm). Ich persönlich verwende hauptsächlich "SpecLab" denn diese äußerst mächtige Software bietet die Möglichkeit die empfangenen Signale in Form von Frequenz - Zeit - Intensitäts - Diagrammen (sogenannten Spektrogrammen) automatisch als jpg - Dateien platzsparend abzuspeichern. Außerdem läuft dieses Programm sehr stabil unter Windows 95, Windows 98, Windows ME und Vista 32bit. (Wie gut dieses Programm unter Win NT4.0, Windows 2000 und Windows XP läuft ist mir nicht bekannt. Unter Windows 3.x ist "SpecLab" nicht lauffähig!)

"SpecLab" ist als Freeware in Form einer zip-Datei auf http://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html erhältlich. Nach erfolgreichen Download und Entpacken mit WinZip in ein Installationsverzeichnis erfolgt die Installation der Software, die erfahrungsgemäß ohne Probleme funktioniert.

Nach erfolgter Installation sind allerdings einige Einstellungen zu treffen. Zuerst sollte die Farbpalette festgelegt werden. Es stehen zahlreiche Falschfarbendarstellungen zur Verfügung. Auch wenn Falschfarbendarstellungen recht poppig aussehen können, ziehe ich aus gutem Grund für die Anzeige einen Modus vor, bei dem die Signale schwarz und der Hintergrund weiß erscheinen. Denn eine solche Darstellungsform ist auch ohne Kenntnis der verwendeten Farbpalette leicht interpretierbar und man kann, falls man möchte, die erhaltenen jpg -Dateien mit anderen Programmen weiter komprimieren ohne Informationen zu verlieren (wenn man Falschfarbendarstellungen verwendet, können sich bei diesem Vorgang leicht die Farben ändern, was absolut unerwünscht ist, denn die Farben geben die Intensität des Signals wieder!). Zur Einstellung der Farbpalette wird über den Menüpunkt "Option" und dem Untermenüpunkt "Load Color Palette" eine Datei mit einer geeigneten Farbpalette geladen. Nun wird die Samplingrate eingestellt. Hierzu wird über den Menüpunkt "Option" der Untermenüpunkt "Audio Settings" aufgerufen. Die Samplingrate bestimmt die höchste empfangbare Frequenz. Ihr Wert beträgt:

F = Samplingrate / (2 *Input Sample Rate Divisor). 

Für eine maximale Empfangsfrequenz von 24 kHz (handelsübliche Soundkarten können keine Eingangssignale mit höherer Frequenz verarbeiten), muß man also die Samplingrate auf 48000 Hertz und den Input Sample Rate Divisor auf 1 setzen. Dann müssen die Eigenschaften der FFT festgelegt werden. Hierzu ist unter "Option" der Menüpunkt "FFT Settings" auszuwählen. Für VLF-Empfang muß der FFT-Output auf "Logarithmic" gesetzt werden und es sollte als FFT-Typ "Real Number FFT Starting at 0" gewählt werden. Mit "FFT Input size ("length")" wird die FFT-Größe eingestellt. Deren Wert bestimmt die Zeit- und Frequenzauflösung der auf den Spektrogrammen dargestellten Signale nach folgenden Formeln:

Frequenzauflösung = Samplerate / FFT-Größe
Zeitauflösung = FFT-Größe / Samplerate

Allerdings ist bei der Wahl der FFT-Größe zu beachten, dass die Frequenzauflösung bei der Wahl eines großen Wertes für die FFT-Größe nicht durch diese, sondern durch die Breite der Darstellung begrenzt wird. Sie beträgt für eine Bildschirmauflösung von 640 × 480 Pixeln bei Vollbilddarstellung etwa 500 Pixel und nimmt mit höherer Auflösung entsprechend zu. Wählt man eine sehr kleine FFT-Größe, so wird in der Regel die Zeitauflösung nicht durch diese, sondern durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit des PCs bestimmt. Da letztere durchaus beachtlichen Schwankungen unterworfen sein kann, erhält man in solchen Fällen Spektrogramme mit ungleichmäßiger Unterteilung der Zeitachse! Für die Darstellung eines Frequenzintervalls mit einer Breite von 9kHz bis 15kHz hat sich eine FFT-Größe von 8192 oder mehr in allen Fällen als geeignet erwiesen. Zuletzt wird der Anzeigemodus eingestellt. Hierzu wird über den Menüpunkt "Option" der Untermenüpunkt "Display Spectrum Settings" aufgerufen. In dem daraufhin erscheinenden Dialog ist der anzuzeigende Amplitudenbereich für VLF-Empfang zwischen -130 dB und -60 dB einzustellen.

Dieser Bereich hat sich erfahrungsgemäß als sinnvoll für die Darstellung von VLF-Signalen erwiesen, denn stärkere Signale sind nicht zu erwarten und das Rauschen der Soundkarte liegt bei ca. -110dB bis -120dB. In diesem Fenster können noch weitere Einstellungen bezüglich der Anzeige getroffen werden.

Zum Schluß ist noch im Hauptfenster mit den beiden Schiebereglern B (für "Brightness") und C (für "Contrast") unter "Color Palette" die optimale Empfindlichkeit einzustellen. Hierzu wird die Empfangsantenne abgesteckt oder kurzgeschlossen und der Regler B so lange verschoben bis gerade noch ein weißer Hintergrund zu sehen ist. Mit dem Regler C wird der Kontrast der Anzeige eingestellt. Er kann so eingestellt werden, dass man feine Intensitätsunterschiede wahrnehmen kann oder auch nicht. Zu seiner optimalen Einstellung sollte die Antenne wieder in Betrieb genommen werden. Da sich die Einstellungen der Regler B und C gegenseitig beeinflussen, sind die hier beschriebenen Schritte unter Umständen mehrfach zu wiederholen, bis man mit der Anzeige zufrieden ist. Der PC ist jetzt als Längstwellenempfänger betriebsbereit..

Um automatischen Betrieb durchzuführen ist unter dem Menüpunkt "File" der Untermenüpunkt "Periodic Actions" auszuwählen.

Mit den hier getroffenen Einstellungen wird alle 40 Sekunden in das Verzeichnis g:\vlf\07032002 eine Grafikdatei mit dem Namen "ns " + fortlaufende Nummer( beginnend bei 1) + ".jpg" zwischen 00:00:02Uhr und 12:00:02Uhr erstellt, welche das Spektrogram darstellt. ( Ich bezeichne mit den beiden Anfangsbuchstaben der Datei die Richtung, in welche die Achse der Empfangsspule zeigt: ‚ns' steht für ‚Nord -Süd', ‚ow' für ‚Ost -West'. Dies ist sehr sinnvoll, da die verwendete Antenne wie jede andere induktive Antenne auch, eine ausgeprägte Richtcharakteristik besitzt.) Zu beachten ist, dass das aufgeführte Verzeichnis existiert und daß das Häkchen bei "active" nicht fehlt, da sonst keine Aufzeichnungen durchgeführt werden.

Linux

In Linux ist es möglich fast alle Programme aus der Konsole zu starten. Das heißt mit einem eingetippten Kommando in einem Terminal können Programme gestartet und beendet werden. Hier wird die Bedienung des Computers mit der Konsole und mit dem Windowmanager KDE beschrieben. Es wird vorausgesetzt, das die Soundkarte bereits funktioniert. Das kann auf der Konsole mit dem Befehl arecord -l überprüft werden.

Datenaufzeichnung

Die Daten der Messung werden von der Soundkarte zunächst als Sounddateien auf der Festplatte gespeichert, um später die Auswertung vornehmen zu können. Zunächst sollten wir überprüfen, ob der Line IN-Eingang und der MIC-Eingang der Soundkarte aktiviert ist. Dazu benutzen wir in der Konsole das Programm alsamixer oder in dem Windowmanager KDE das Programm Kmix, welches im Menü Multimedia zu finden ist.

Die Datenaufzeichnung sollte möglichst während der Nacht zwischen 0:00 Uhr und 6:00 Uhr stattfinden, da zu diesem Zeitpunkt die wenigsten Störungen durch Elektrogeräte zu erwarten sind. Der Monitor sollte dabei ebenfalls ausgeschaltet sein, weil von ihm große Mengen Störstrahlung im VLF-Band ausgesendet werden.

	Die Aufzeichnung von Soundfiles mit hoher Samplingrate verbraucht eine große Menge Speicherplatz auf der Festplatte! Pro Minute werden 11 Megabyte verbraucht. Das sind pro Stunde 660 Megabyte. Es sollte vor der Aufzeichnung überprüft werden, ob noch genügend Platz für eine Aufzeichnung vorhanden ist.

Aufnahme mit einem Konsolenprogramm

Das Programm arecord kann Sounddateien in verschiedenen Formaten automatisch auf der Festplatte abspeichern. Es kann vorher festgelegt werden, in welchem Datenformat es gespeichert werden soll. Zur Auswahl stehen raw, wav, voc und au. Wir benutzen hier das Wav-Format

arecord -d 3600 -f dat messung1.wav

Dieses Kommando bewirkt, das arecord im aktuellen Verzeichnis für 3600 Sekunden eine Stereoaufzeichnung mit 48 kHz im wav-Datenformat als messung1.wav speichert. Die Aufzeichnung kann auch vorzeitig mit den Tasten Strg + C unterbrochen werden.

Aufnahme im Windowmanager KDE

Das Programm Krec im Menü Multimedia bietet alle Funktionen für eine Soundaufzeichnung mit grafischer Benutzeroberfläche.

Auswertung der Messung

Das Programm Baudline ist eine Spektrografiesoftware für Linux, mit der man aus sehr vielen verschiedenen Datenformaten ein Sonogramm erzeugen kann. Es ist zur Zeit kostenlos in binärer Form erhältlich. Die Homepage des Programms ist http://www.baudline.com/index.html Nachdem die Sounddatei mit baudline geöffnet wurde, erzeugt es automatisch ein Sonogramm für diese Datei. Dies kann man dann mit einem kurzen druck auf die Druck-Taste auf der Tastatur als *.png-Datei auf der Festplatte speichern. Dieser snapshot landet im Verzeichnis, in dem Baudline installiert wurde.

Galerie von VLF-Signalen

<< Längstwellenempfang mit dem PC

Im Längstwellenbereich können sowohl Signale von Sendern als auch Störsignale empfangen werden.

Die folgende Tabelle enthält die wichtigsten Signale im Bereich unter 24 kHz. Man soll nicht erwarten alle Stationen gleichzeitig empfangen zu können. Einige der aufgeführten Stationen sind nur wenige Minuten pro Woche aktiv. Da diese Stationen fast alle der Nachrichtenübermittlung an getauchte U-Boote der Seestreitkräfte dienen, sind keine Sendepläne erhältlich. Auch dürfte eine Decodierung der Signale nicht gelingen. Man kann sich aber häufig an den Spektrogrammen erfreuen.

Liste der Sender

Rufzeichen	Frequenz	Standort	Bemerkungen
-	76 Hz	Clam Lake (Wisconsin), Escanaba River State Forest( Michigan)	Sanguine
-	82 Hz	Kola-Halbinsel (Russland)	ZEVS
-	11,905 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	Alpha-Navigation
-	12,649 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	Alpha-Navigation
-	14,881 kHz	Russland (verschiedene Standorte)
-	15,625 kHz	-	horizontale Zeilenablenkfrequenz von TV-Geräten
?	15,8 kHz	?
JXN	16,4 kHz	Helgeland ( Norwegen)
SAQ	17,2 kHz	Grimeton ( Schweden)	nur zu besonderen Anlässen aktiv (Alexanderson Day)
-	ca. 17,5 kHz	?	Zwanzigsekundenpulse
?	17,8 kHz	Marinefunkstelle Cutler	emittiert gelegentlich Impulse
RDL/UPD/UFQE/ UPP/UPD8	18,1 kHz	Russland (verschiedene Standorte)
HWU	18,3 kHz	Le Blanc (Frankreich)	häufig längere Zeit inaktiv
RKS	18,9 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	selten und nur kurzzeitig aktiv
GBZ	19,6 kHz	Criggion (Großbritannien)	großes Repertoire an Betriebsarten
ICV	20,27 kHz	Tavolara (Italien)
RJH63, RJH66, RJH69 RJH77, RJH99	20,5 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	Zeitzeichensystem Beta
ICV	20,76 kHz	Tavolara (Italien)
HWU	20,9 kHz	Le Blanc (Frankreich)
RDL	21,1 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	selten aktiv
HWU	21,75 kHz	Le Blanc (Frankreich)
?	22,1 kHz	Anthorn (Großbritannien)
?	22,3 kHz	Russland?	nur am 2. eines Monats von 11 - 13 Uhr bzw. 10 - 12 Uhr im Winter, jedoch nicht sonntags.
RJH63, RJH66, RJH69 RJH77, RJH99	23 kHz	Russland (verschiedene Standorte)	Zeitzeichensystem Beta
DHO38	23,4 kHz	Saterland (Deutschland)
NAA	24 kHz	Cutler (USA)

Kurze Signale

Fischförmiges Signal auf 19,6 kHz

Girlandenförmiges Signal auf 19,6 kHz

Ornamentförmiges Signal auf 19,6 kHz

Superpuls

Signal eines unbekannten Senders auf 17000 Hertz

Zwanzigsekundenpuls

Lange Signale

Signal von RJH63

Signal des in der Tabelle aufgelisteten Senders auf 22,3 kHz

Signal von RJH77

Signal von SAQ am 4. Juli 2004

Signal des unidentifizierten Senders auf 17800 Hertz

Weblinks

• http://webflash.ess.washington.edu/