Além de conhecido como o "pai" do PSK31, Mr. Peter desenvolve outros projetos. Tive a felicidade de participar, timidamente, na primeira fase de um deles. Infelizmente o tempo escasso não permitiu maior dedicação mas foi suficiente para aprender mais um pouco.

Tudo começa na implementação de uma ferramenta capaz de detetar as pequenas variações de frequência impostas às portadoras por objetos móveis – aviões, meteoritos, satélites, etc – e então estimar sua velocidade, distância, altura e assim por diante. Todos nós estamos habituados a perceber "de ouvido" a variação em amplitude causada em um sinal quando da passagem de um avião. Este efeito é muito mais notado em VHF mas acontece também em HF. Tal qual um radar de efeito Doppler, além do sinal principal temos um sinal refletido, com frequência diferente do original e proporcional à velocidade do objeto.

Porém esta ferramenta, que usa um receptor de HF e um PC com placa de som, é interessante para a monitoração de meteoros, satélites e aviões. É capaz de mostrar aquilo que acontece no domínio da frequência.

Quem de nós já não escutou algum sinal que parece um VFO passeando frequência acima nas faixas de HF? Este sinal gera no nosso receptor um tom de áudio que vai de 300 a 2400Hz em uns poucos milésimos de segundo. Pois bem: nunca nos preocupamos em medir o tempo entre estes sinais. E se o fizéssemos, constataríamos que eles são cíclicos, com períodos que podem ser de 300, 450, 600, 900 ou 1800 segundos.

Estes chirps originam-se, na verdade, em várias partes do mundo. São transmissores de 50 watts em média, que varrem o espectro de HF – de 3 a 30 MHz – numa taxa de 100KHz/s. Esta rede de transmissores está acompanhada por diversas estações de monitoração que sintonizam a mesma porção do espectro na mesma taxa. Ora, se um receptor varia a sua frequência sincronizado com um destes transmissores, podemos traçar um gráfico frequência X amplitude, de 3 a 30MHz. Além disso, a frequência do sinal recebido pode alterar levemente dependendo da altura das camadas da ionosfera. Assim, não só a intensidade, mas temos como estimar quantos "saltos" um determinado sinal deu e qual modo de propagação adotou (2F2, E-F2, F1F2, etc) e de carona, se pelo short ou long path, com uma ou mais voltas no planeta.

Esta rede de transmissores é "pública" e usada por diversos órgãos e institutos para mapear a ionosfera em tempo real. Nos moldes dos beacons da IARU, que nos permitem saber para onde está aberta a propagação, esta outra rede permite, além da constatação, a medida da intensidade e do tempo. Desta forma, o projeto de G3PLX é um arranjo muito inteligente que permite o uso de um receptor de SSB convencional, em uma frequência fixa, e um hardware + software para a monitoração destes beacons. Temos assim um sistema que permite a qualquer pessoa com interesse no assunto propagação em HF em monitorar em tempo real o seu estado.

Mr. Peter implementou um filtro de áudio com 66Hz de largura mas capaz de varrer de 20 a 3000Hz numa taxa de 100KHz/s. Apesar de estreito, este filtro tem uma resolução de 0.66ms para pulsos.

Cada chirp sounder tem um ciclo de trabalho muito preciso e inicia a sua varredura sempre há alguns milésimos de segundo após as 00:00 UTC. Um exemplo:

A maioria destes transmissores está sincronizada a um GPS. Desta forma, podemos também sincronizar o filtro em questão à esta mesma referência, disponível mundialmente. Além disso, somente um chirp acontecerá no mesmo espaço dos poucos milésimos de segundo quando o filtro varre o espectro de áudio de 20 a 3000Hz. O software "sabe" qual período de tempo ele está varrendo e, havendo um sinal naquele instante, é calculado e registrado qual dos chirp sounders foi recebido.

Paralelamente, sabemos que qualquer sinal transmitido leva um certo tempo para ir de um ponto a outro. Mesmo que este tempo seja de alguns milésimos de segundo, ou menos.

Se lembrarmos que além da distância entre estes dois pontos temos todos os saltos entre a terra e a ionosfera, é fácil de supor que dependendo do número de saltos este tempo de 35ms vai mudar.

Então medindo estas variáveis podemos saber, em tempo real, qual estação foi recebida, quantos saltos foram dados, se pelo short ou long path, qual a intensidade do sinal, etc etc.

Esta versão de software está implementado para uma plataforma de desenvolvimento da Motorola, DSP56002EVM. É um acessório que além de um chipset de áudio muito parecido com uma placa de som de PC tem um DSP e memória própria. Fica conectado a um PC pela porta serial. Há uma versão que usa a placa de som do PC, tal e qual aconteceu com vários modos digitais que temos hoje disponíveis, entre eles o PSK31, FeldHell e outros. Observem a figura abaixo:

É uma amostra de parte da tela do software em questão. Nele podemos observar o período, qual estação, horários iniciais e finais e quantas vezes o sinal foi recebido. Sublinhei 3 estações para facilitar o entendimento.

A primeira tem um ciclo de 300s (5 minutos) e inicia sua transmissão a 78ms depois das 00:00 UTC em "zero MHz". Foi recebida pela primeira vez às 22:08 e pela última vez às 02:28 UTC, 42 vezes.

Observe que o número registrado – 78,03391 – é uma média destas 42 vezes. Há um log paralelo que guarda estas 42 medidas, com suas pequenas variações. De qualquer modo, 78 nos diz – por consulta a uma tabela – que se trata da estação localizada em 54N/03W (Inskip, Inglaterra). O restante deste número – 0,03391 – é o tempo em segundos que o sinal levou para chegar à São Paulo, neste caso 33,91 ms. Uma ferramenta acessória ao software permite traçar num mapa um círculo com centro em São Paulo que fica há 33,91ms de "distância".

Ora, para uma medida a esta distância, até que a precisão está aceitável. Por outros estudos sabemos qual o tempo mínimo e o máximo de propagação ao longo do dia. Daí derivamos qual o modo está ocorrendo naquele instante, ou seja, quais camadas da ionosfera estamos usando, sua altura, etc.

Agora, vamos supor que não temos uma tabela com a localização destes chirp sounders. Aqui então outra aplicação interessante desta ferramenta. G3PLX está em 54.32N/02.84W e PY3CRX/PY2 em 23.47S/46.32W. Pela terceira linha sublinhada observamos que recebi esta estação "desconhecida" em 250,03653. Já G3PLX recebeu a mesma estação em 250,01210. Pela experiência já adquirida, trata-se de uma estação que inicia seu ciclo de 5 minutos a 250ms após as 00:00 UTC. O sinal desta estação leva 36,53ms para chegar em S. Paulo e 12,1ms até a Inglaterra. Usando a mesma ferramenta de plotagem temos:

Acima podemos ver o resultado da triangulação. Reduzi o tamanho da figura para caber no artigo. Porém a seta indica um ponto onde os dois círculos cruzam. Sabemos que se trata de Chipre. Porém há uma ambigüidade a ser resolvida, entre a Groelândia e o norte do Canadá. Uma terceira estação é a solução. Usando a medida realizada por ZL1BPU (37.08S/174E) temos a figura abaixo, novamente editada. Temos três círculos então.

Bingo! Com as medidas fornecidas por ZL1BPU resolveu-se o caso. As linhas que ficam a "X" milisegundos de cada uma das estações estão identificadas. Murray obteve duas leituras: 250,0572 e 250,081. Isto quer dizer que o tempo de propagação até a Nova Zelândia foi de 57,2ms pelo short path e 81,0ms pelo long path. Sabe-se isso pois qualquer sinal que leve mais que 69ms já deu meia volta no planeta (antípoda). Desta forma, traçamos o círculo de 57,2ms. No caso do sinal de 81ms, fazemos um rápido cálculo subtraindo de uma volta completa – 138ms – o valor medido para o long path. (138ms – 81ms = 57ms). Mesmo que não houvesse sinal pelo short path teríamos resolvido o caso. Novamente, sabe-se que este último sinal veio pelo long path pois o tempo de propagação foi maior que 69ms.

Já foram identificados umas três dezenas de chirp sounders. Os ciclos variam de 300 a 1800 segundos. Nem todos estão referenciados a um GPS. Porém com a quantidade existente, e com o desenvolvimento do software, podemos ter uma ferramenta que permitirá pintarmos em um mapa as regiões para onde podemos transmitir, se pelo short ou long path, em tempo real Ajuda também a observar os efeitos do chamado grayline e outros fenômenos.

Uma última curiosidade foi um ensaio realizado pelo Peter em 24.9MHz. Usando uma versão modificada deste programa, foi possível transmitir e detectar o próprio sinal depois de 4 voltas no planeta. Com 50 watts.