نظرة سريعة على تنسيق LES-5 للقياس عن بعد – الألغاز في السماء

لا تحصل كل يوم بالضبط على فرصة للعمل مع أي بيانات ، ناهيك عن بيانات القياس عن بعد من قمر صناعي عمره 50 عامًا. ومع ذلك ، بفضل ملاحظات سكوت لـ LES-5 والتحقيق اللاحق في منارة القياس عن بعد ، نشأت الفرصة. استنادًا جزئيًا إلى عمل الآخرين ، بالإضافة إلى ما تمكنت من الحصول عليه من الوثائق الفنية التي تم جمعها ، أود أن أشرح عمليتي لمعالجة البيانات من LES-5.

نظرة على هيكل البيانات

في الماضي ، عملت مع GNURadio من أجل معالجة تسجيلات القياس عن بعد والبيانات من عدة أقمار صناعية مختلفة ، بما في ذلك الأبراج مثل ORBCOMM و Meridian. بعد ذلك ، من أجل تصور ومعالجة البيانات المستخرجة ، أستخدم Python عمومًا.

بفضل التحليل السابق الذي أجراه دانيال إستيفيز ، عرفنا بالفعل بعض الأشياء عن الهيكل العام للبيانات ، والأهم من ذلك أنها عرضت بنية دورية كل 1024 بت. على الرغم من العثور على بعض الاتجاهات في البيانات ، إلا أن البتات في هذه البيانات كانت بحاجة إلى محاذاة يدويًا ، ولم يكن من الواضح مكان وجود كلمة التزامن وعداد الإطارات.

لحسن الحظ ، هناك وثائق متاحة على الإنترنت فيما يتعلق بنظام فك تشفير القياس عن بعد ، LESTR-2 ، والذي تم استخدامه لمعالجة تدفق البتات من مستقبل منارة LES-5/6 ومن ثم إنتاج مخرجات يمكن قراءتها من قبل الإنسان. على الرغم من أن هذه المذكرة الفنية لا تقدم تفاصيل عن المحتوى الدقيق لبيانات القياس عن بُعد ، إلا أنها توفر معلومات قيمة فيما يتعلق بمزامنة كلمة وعدّاد الإطار (وإن كان ذلك بأكثر الطرق غموضًا قدر الإمكان)

في البداية ، حاولت استخدام كلمات المزامنة هذه ، بترتيب البتات من اليسار إلى اليمين كما هو موضح أعلاه. ومع ذلك ، شعرت بالحيرة تمامًا عندما فشل البرنامج النصي الذي قمت بإنشائه تمامًا في العثور على أي إطارات بكلمة التزامن هذه. بعد إلقاء نظرة على الشكل عن كثب ، سيتم ترتيب البتات عكس اتجاه تسجيلها في ملف. فكر في الأمر بهذه الطريقة: عندما يقوم GNURadio بحفظ تدفق البتات الخاص بنا في ملف ، يتم إرفاق كل بت جديد في النهاية ، ولكن في هذا الشكل ، يتم دفع أحدث البتات إلى الجانب الأيسر. بمجرد أن تمكنت من تجاوز تلك العقبة ، النجاح! أخيرًا ، إطارات متزامنة من LES-5!

هناك شيء لاحظته على الفور عند النظر إلى هذه الصورة وهو أنه لا يبدو أن لدينا حقول بيانات متسقة بين الإطارات ، باستثناء الكلمات القليلة الأولى في الإطار. ذكرت سابقًا أن حقول البيانات المتجاورة يمكن رؤيتها عند النظر إلى البيانات ، ولكن باستخدام “إطارات” بت بدلاً من إطارات 256 بت (بما في ذلك كلمتا مزامنة). بالنظر إلى الوثيقة الفنية LESTR-2 مرة أخرى ، يبدو أن أحد الأرقام يعطي فكرة أكثر قليلاً عن هذا الأمر.

بالنظر إلى كيفية تنظيم الإطارات في ما يشار إليه باسم “LES-5 FORMAT” ، هذا هو الهيكل الأكثر تنظيمًا الذي رأيناه سابقًا والذي يتكرر كل 1024 بت (كل 10.24 ثانية). نظرًا لوجود أربعة إطارات داخل كل “تنسيق” ، فمن المرجح أن يكون هناك عداد إطار يتتبع هذه الإطارات. يتم وصف الجزء الرئيسي من المعلومات المتعلقة بكيفية اكتشاف عداد الإطارات في نظام استقبال القياس عن بُعد على النحو التالي:

“عند اكتشاف 010000000 (الرقم العشري 64) متبوعًا بكلمة تحقق مناسبة ، يتم تحديد الإطار صفر.”

الصفحة 5 ، نظام القياس الأرضي LESTR-2

نظرًا لوجود أربعة إطارات فقط في كل تنسيق LES-5 ، يجب أن يكون عداد الإطارات مجرد عداد 2 بت بسيط ، والذي سيكون من السهل جدًا اكتشافه ، حيث تمت الإشارة إليه حتى أنه يجب أن يكون في Word 2. ذكر جعلتني “كلمة تحقق مناسبة” أشعر بالفضول بعض الشيء ، لكنها أصبحت واضحة إلى حد ما عند مشاهدة الكلمات القليلة الأولى من كل إطار.

تنظيم البيانات

دورات عداد الإطار خلال تسلسل ثنائي 2 بت ، تمامًا كما هو متوقع. بالنظر إلى الكلمة مباشرة بعد عداد الإطارات ، يبدو أن كلمة التحقق التي ذكروها هي مجرد عدد الإطارات الحالي زائد واحد. في البداية ، كنت مندهشًا تمامًا من أن هذه كانت كلمة التحقق ، لأنه في الأقمار الصناعية الأخرى التي نظرت إليها ، عادةً ما يكون شكلًا من أشكال المجموع الاختباري CRC. كانت هذه لحظة متواضعة للغاية ، لأنه يتعين علينا أن نأخذ في الاعتبار الوقت الذي تم فيه تصميم هذا القمر الصناعي. رحلة جوية أجهزة الكمبيوتر لم يكن شيئًا موجودًا حتى الآن ، فقد تم كل شيء باستخدام منطق منفصل ، لذلك تم تجنب أي تعقيد غير ضروري في كثير من الأحيان.

ومع ذلك ، يمكننا الآن فصل جميع الإطارات التي تتوافق مع رقم إطار معين. لقد وجدت أن هذا سيكون مسارًا مفيدًا يجب اتباعه ، لأن حقول البيانات المتجاورة التي تمت ملاحظتها مسبقًا حدثت على فترات من 1024 بت. هذا يعني أنه بالنسبة لكل نوع إطار ، ستبقى حقول البيانات متسقة ، وهو أمر مثالي إذا أردنا رسم حقل بيانات معين أثناء تغيره بمرور الوقت.

حتى الآن ، تم التعامل مع جميع البيانات كبتات فردية ، ولكن لغرض تحليل الاتجاهات في كل كلمة ، يحول البرنامج النصي كل إطار 256 بت إلى قائمة من 32 عددًا صحيحًا ، مع تضمين كل قائمة من الأعداد الصحيحة أيضًا جوليان معدل الطابع الزمني لليوم. لكل نوع إطار ، يتم إخراج ناتج CSV يحتوي على كل هذه البيانات ، والتي يمكن بعد ذلك فحصها بسهولة في برامج مثل Microsoft Excel.

خاتمة

كما هو الحال ، فإن البرنامج النصي الذي قمت بإنشائه سوف يقوم بإسقاط الإطارات التي تحتوي على أخطاء أحادية البت ولا تقوم بأي فحوصات تماثل ، ولكن في المستقبل ، سيساعد هذا في الاختيار بين حجم البيانات أو دقة البيانات. أنا متحمس لمعرفة البيانات التي يمكن استخلاصها من منارة القياس عن بُعد الخاصة بـ LES-5 ، خاصةً فيما يتعلق بتجارب الترددات الراديوية الأخرى الموجودة على متن الطائرة.

مؤلف: تايلور بيتس

أنا طالبة هندسة كهربائية أعيش حاليًا في ولاية فرجينيا ، وأهتم بالاتصالات عبر الأقمار الصناعية. اعرض جميع مشاركات تايلور بيتس