Несколько сетей для энтузиастов

Несмотря на обилие материала в сети, в том числе на русском, в том числе на Хабре, в комментариях к публикациям периодически можно встретить удивление открывшимся фактам в обсуждении. Поэтому я решил написать короткую обзорную статью, перечислив в ней сети, в которых может участвовать любой желающий.
Фактически эта публикация краткий дайджест статей на Хабре о технических хобби, в основном, на грани IT, программирования и радиолюбительства.

И первым в списке станет популярный Народный мониторинг.

Народный мониторинг

Оф.сайт: narodmon.ru
Официально сервис себя представляет так:

Народный Мониторинг — погодные и частные датчики и веб-камеры на карте мира

И лучше не напишешь — именно для этого его используют многочисленные пользователи.
Не буду рассказывать об хорошо известном. Замечу только, что самым популярным датчиком, по видимому, является датчик температуры. А само устройство может быть очень бюджетным на основе роутера или популярного ESP8266.
Публикаций по теме использования этой сети на Хабре много, ограничусь одной из простейших из них для примера:

• История взаимодействия «чайника» и DS18B20 посредством Raspberry Pi с отправкой данных на narodmon.ru.

Несмотря на обилие датчиков в сети, по-моему, не имеет коммерческой пользы, в отличие от сети Personal Weather Station и OpenWeatherMap, но там и другие требования к участникам сети и достоверности их данных. О последнем есть статья на Хабре — OpenWeatherMap – как энтузиасты делают погоду.

Это всё работает, если есть возможность подключиться к интернету. А если нет, то, как получать данные некого удаленного датчика и не одного? Мобильная связь? Может не быть покрытия, к примеру «Как Аляска борется с «цифровым неравенством»». Хорошая иллюстрация от QDeathNick, который проиллюстрировал покрытие мобильной связью территории РФ — связь присутствует только на 14% территории Российской Федерации.

И даже если связь есть, то это может не быть по карману не только на Аляске, особенно если устройств несколько. Для примера ситуация и цены в Европе — «Роуминг за границей: как отличаются цены на мобильный интернет в Европе?»

Также Евросоюз заявил о последовательном снижении оплаты трафика мобильного интернета внутри ЕС с 7,7 евро за гигабайт в 2017 г. до 2,5 евро за гигабайт в 2022 г.

Мой опыт переезда, жизни и учебы в Германии

Очень дорогой и неудобный интернет. Я плачу 10 евро в месяц за тариф с 2 гигабайтами мобильного трафика, а на квартиру мы платим 25 евро в месяц за безлимитный ADSL 50 мбит/сек. Покрытие хуже, чем в Украине и многих других стран, а стоит все дорого. Чуть выехал из города — связи нет, никакой. 2G в лучшем случае. Как это возможно в столь развитой стране?

Подобная информация на Хабре не редкость. Выходом из такой ситуации могут быть две альтернативы. Одна применима в густонаселенных районах, а вторая наоборот. К слову существуют попытки решить эти вопросы другими способами, но они не имеют отношения к теме «сетей энтузиастов», кроме нескольких попыток создать Mesh сеть в России и СНГ — «Допустим, у нас есть VPS в какой-нибудь нормальной стране, где интернет не подвергается агрессивным нападкам» (Mesh-роутер — это просто). И за рубежом в каком-то состоянии существует Hyperboria: Интернет 2.0. Судя по всему, существуют небольшие разрозненные фрагменты сетей. И говорить о них как об альтернативном Интернете без цензуры еще очень рано.

На Земле немало удалённых регионов, куда практически невозможно провести интернет. Что делать жителям? Не всякий позволит себе спутниковый канал, Для связи между членами общины можно организовать собственную сеть без всяких коммерческих провайдеров (community network). Именно для таких проектов предназначен новый свободный маршрутизатор LibreRouter. Конечно, это довольно специфическое и специализированное железо. Но люди живут не только в мегаполисах, а для самоорганизации групп, удалённых от цивилизации, такое устройство может стать незаменимым.

AMPRNet

AMPRNet (AMateur Packet Radio Network) — это TCP/IP поверх радио. Другое название IPv4 Network 44/8 или Network 44. Радиолюбительская сеть состоит из нескольких подсетей. Например РФ — это сеть 44.178.0.0/16. Работает в радиолюбительских диапазонах УКВ и ДМВ. Скорость линков 300-9600 бод. Модема на современной элементарной базе NPR New Packet Radio позволяет получить на частоте 433МГц до 500kbps. На более коротких расстояниях между узлами сети может использоваться WiFi. Для соединения сегментов Mesh сети друг с другом через интернет — VPN.

Но вернемся к менее экзотическим решениям передать данные.

The Things Network. Глобальный интернет Вещей.

Оф.сайт: www.thethingsnetwork.org
The Things Network поддерживает технологию LoRaWAN, которая позволяет Вещам передавать данные в интернет без 2/3/4/5G или WiFi. LoRaWAN обеспечивает связь на больших дистанциях (~5 до 15 километров), низкое потребление (от месяцев до «нескольких лет на одной батарее»), но за это приходится платить низкой пропускной способностью соединения — всего 51 байт на сообщение. Это достаточно для передачи данных метеостанций или счетчиков воды, например.

На Хабре есть статьи об этой технологии, хотя и с уклоном на коммерческое применение, например:

• Спецификация LoRaWAN. Введение. Основные понятия и классы оконечных устройств
• Что такое LoRaWan
• Тестирование радиомодемов LoRa/LoRaWAN RN2483. Часть 2, LoRaWAN
• Праздник к нам приходит: ГКРЧ расширила ISM-диапазон 868 МГц в два раза

Сеть децентрализованная, состоит из Узлов (Nodes — датчиков), Шлюзов (Gateways — приемопередатчиков) и программно-аппаратной части сети (The Things Network Backend — открытое программное обеспечение).

В разных регионах мира используются разные радиочастоты. В большинстве стран эти частоты не требуют лицензии и их использование легально ( 433 МГц, 868 МГц (Европа), 915 МГц (США))

Кроме этого шлюзы достаточно дорогостоящие (примерно € 300), даже если их самостоятельно делать (как минимум нужен RPi). Поэтому, если необходимо установить только один датчик вне зоны покрытия существующего шлюза, то затея может не иметь экономического смысла.

WSPRnet

Маломощные передатчики на самом деле могут передать намного дальше, чем можно было бы ожидать.

WSPRnet — сеть радиолюбительских маяков, которые автоматически обмениваются короткими сообщениями друг с другом. Слышали об этом? Я тоже не слышал, но на Хабре прочитал.

• Немного о WSPR, или как далеко можно передать сигнал мощностью 1Вт?
• Простой SDR приёмник на ПЛИС

WSPRnet — сеть радиолюбительских маяков, которые автоматически обмениваются короткими сообщениями друг с другом. Данные от маяков автоматически публикуются в интернете. В данном случае, установив специальную программу, можно декодировать принятые сигналы и отправлять их в сеть. На сайте есть возможность посмотреть карту, на которой показываются связи между маяками за определенный интервал времени.

Automatic Packet Reporting System (APRS)

Перед рассказом о второй альтернативе уместен комментарий norlin к статье на Хабре:«Притормози»: места на планете с самым «медленным интернетом»

Эм. В мире полно мест, где доступа в интернет нет вообще, в том числе сотового. Зачем тут выделять места, где интернет есть, но типа «медленный»?

Альтернативной в малонаселенных регионах может быть использование Automatic Packet Reporting System. И особенно, если важна широкая зона покрытия при отсутствии сетей мобильных операторов.
В качестве примера вспомню эпическую историю на Reddit (фото и видео) о запуске на воздушном шаре в стратосферу GoPro HERO3, Sony Camcorder и телефон Samsung Galaxy Note II в качестве GSM-трекера.

По-видимому, на свете нет ничего, что не могло бы случится.
Марк Твен

Шар поднял груз на высоту около 30 км, лопнул и груз спустился на парашюте в 80 километрах от места старта. К сожалению, и неожиданно для участников запуска, в месте приземления не было покрытия мобильной связью, и точные координаты посадки были неизвестны. Но два года спустя остатки шара в пустыне нашли туристы. По SIM карте в телефоне нашли владельца и передали ему находку. В комментариях один из пользователей Reddit спрашивает, почему они не воспользовались APRS, чтобы избежать всех этих неприятностей.

Если четыре причины возможных неприятностей заранее устранимы, то всегда найдется пятая.
Закон Мэрфи

Хабре есть подобные истории, где при запуске воздушных шаров использовались трекеры с GPS/GSM модулем, позволяющие отслеживать текущее местоположение, и которые, достигнув, определенных высот, еще не успев замерзнуть, теряли связь:
Фейл космического масштаба

Последняя точка на карте получена в 14-06. Возможно шар вышел из зоны отправки сигнала, трекер работает до 8 км. по высоте. Ждем, но последние координаты не меняются. Полет шара не может длиться более 3 часов (по опыту людей, запускавших их ранее), за это время он должен достичь своей максимальной высоты и лопнуть. Едем на последнюю известную точку.

Мелитополь — стратосфера — Тихоновка

На высоте примерно 5 км связь должна оборваться.
И действительно, описав дугу над Красной Горкой, сигнал пропал. Теперь оставалось надеяться, что к моменту приземления GPS-трекеры будут в рабочем состоянии и в зоне доступа.
Связи не было около часа. А затем стратостат объявился над полями к северо-западу от Мелитополя. С китайским трекером можно было связаться по телефонной связи, и мы три минуты слушали, как он падал, рассекая воздушные потоки. Наконец, наступила тишина.

Как мы запускали метеозонд на Урале. Часть 1

GPS GSM трекер отечественной фирмы X-Keeper. GPS-трекер — это устройство, которое каждые N минут отправляет через GSM сеть GPS координаты своего местоположения. В этом конкретном устройстве стояли симки двух наших крупнейших операторов. Чтобы трекер помог, ясень пень, спускаемый аппарат должен упасть в зоне действия сети одного из операторов.
***
Шар улетел, и нам оставалось только ждать первых GPS координат с трекера. В общем-то, вероятность того, что зонд упадет в зоне действия мобильных операторов была весьма невысокая. Всё-таки, мы живем на Урале: лес вокруг.

Но случилось то, что случилось. Спустя один час и 15 минут, на мой телефон пришла долгожданная SMS с координатами! Было ощущение, как будто мы получили первый сигнал с марсохода. С этого момента, все стали морально готовиться к путешествию. Ведь координаты указывали на точку в 200 км от города, ядрен батон!

И так спасти гиганта мысли в данных условиях может Automatic Packet Reporting System
Оф.сайт: www.aprs.org
Либо в более узком смысле применения расшифровывают акроним как Automatic Position Reporting System (APRS), именно это в данном случае интересно — как это выглядит можно увидеть на aprs.fi

Вид цифровой радиолюбительской связи, APRS использует данные получаемые от радиолюбителей — это такие данные как местонахождение, погода, телеметрия и сообщения из радиоэфира. Сеть состоит из передающих устройств и приемников, работающих в радиолюбительских диапазонах (145 МГц, 433 МГц). Для APRS стандартная частота 144.39МГц в Северной Америке и 144.8МГц в Европе, но для своих целей можно использовать другие любительские частоты.

Транспортные средства c APRS трекером, передают информацию о местонахождении, скорости и курсе, упаковывая эту информацию в небольшие пакеты данных, которые потом передаются по радиоэфиру в неподалёку находящийся IP-шлюз (Automatic Packet Reporting System-Internet Service), откуда эти пакеты направляются в Интернет. Либо непосредственно принимаются другой радиостанцией и дешифруются подключенной к ней аппаратурой.

Радиоволны этих диапазонов редко распространяются дальше сотни километров, но иногда часть пакетов могут быть переданы дальше, чем обычно, не только благодаря редкому для этого диапазона тропосферному прохождению, но и во время пролета над данной местностью Международной космической станции, на которой есть ретранслятор на частоте 145,825 МГц.

Опять же «на Хабре всё есть» и читаем подробно в статье с лаконичным названием «APRS», но с очень подробным описанием технологии. Единственное замечание будет к пункту:

2.1 Смартфон + трансивер
На самом деле я не знаю подробностей, но фотография говорит сама за себя.

Реализуется, упомянутая в статье функциональность, программой Aprsdroid, но уже в режиме работы не APRS-IS через интернет используя WiFi или передачу данных по сети мобильной связи. А через AFSK (через соединение аудиовходов/выходов между рацией и смартфонов) с помощью подобного кабеля:

Подробнее о таком кабеле смотреть по ссылке.

Для работы программы Aprsdroid и легальной работы в эфире требуется реальный радиолюбительский позывной. Ввести случайно придуманный позывной программа не даст — в ней есть некая проверка.

APRS Кто такие радиолюбители-ультракоротковолновики

Зачем нужен APRS? Есть несколько причин, кроме той очевидной, что это независимая сеть, которая переживет БП, когда все остальное обрушится, а также той, что это сеть, через которую можно послать сообщение с просьбой о помощи или передать тревожную точку. Поэтому главная причина: APRS является единственным источником достоверной информации о местной активности, особенно на УКВ. Местные этого не понимают, ведь они и так знают, какие и где у них ретрансляторы. А вот как быть приезжему? А если приезжий не говорит на вашем языке? А вы сами, когда у кого-то в гостях? Здоровая практика – посылать в APRS маяки, информирующие всех о местных ретрансляторах. Также неплохо посылать сообщения о себе, как бы приглашая провести связь. Если у оператора р/ст поддерживает функцию QSY, то ему достаточно нажать одну кнопку, чтобы настроиться на ретранслятор (или на вас, почему нет?) и сразу провести связь. Если вы лицензированный радиоаматор и вам кажется, что вам APRS не нужен, то это только вам так кажется. Во всем радиоаматорски-развитом мире APRS поддерживают в отличном состоянии и радиопокрытие сети практически сплошное, даже если им там у себя на месте это не очень-то и надо так же, как и вам у себя.

К слову для любителей азартных игр с государством рекомендую статью «Пеленгация радиосигналов. Как это работает?» Но так привлечь к себе внимание служб надо постараться.

О том, как легально работать с радиостанцией, получить позывной и зарегистрировать рацию на Хабре есть несколько публикаций:

• Как я стал радиолюбителем и зарегистрировал своё первое РЭС
  

  Через неделю собираюсь на работу – звонок в дверь: «Откройте, радиочастотная служба!». Оказалось, пришли серьезные люди из Роскомнадзора, говорят, жалоба на вас из полиции пришла, залезаете на чужой эфир.

• Инструкция по получению радиолюбительского позывного и свидетельства о регистрации РЭС
• Получение радиолюбительской категории
• Практика радиосвязи, как она есть — взгляд изнутри
• Регистрация РЭС через портал Госуслуг

Взглянув на карту Европы, США, Японии, Австралии aprs.fi можно увидеть, что эта технология имеет определенную популярность, как дешевая альтернатива GSM трекерам. А в Австралии, наверное и лучшая альтернатива — это отсылка к параграфу «Ещё местные особенности» об особенностях связи в статье «Австралия: небольшая реколонизация Земли».

На карте отображаются объекты, которые ходят, ездят, летают и плавают. Вот, например, плавающая пусковая платформа «Спутник» для любительской ракеты из статьи «Copenhagen Suborbitals сегодня запустила очередную суборбитальную ракету»:

На самом деле на карте отображаются данные не APRS, а AIS, которые можно передавать на aprs.fi. Automatic Identification System (AIS) профессиональная технология для судов, близкая к APRS и о ней будет параграф ниже.

Высотные воздушные шары

Вернемся к воздушным шарам, точнее к стратостатам, с которых начался параграф о APRS. На Хабре этому посвящено несколько статей, самая ранняя из которых, видимо эта — «Потрясающие фотографии Земли и космоса с помощью фотоаппарата за 56 £» от 19 марта 2009 года.

С тех пор это перестало быть чем-то экзотическим и завоевало популярность. А в технической реализации стало намного сложнее. Иногда любители соревнуются друг с другом. Очередное соревнование www.balloonchallenge.org проходит 5-29 апреля 2019-года.

Чаще всего запускают за «снимками из космоса»:

Например, запуск прохладным австралийским зимним днём 16 июля 2016 г.

Balloon at 14km altitude. Could see it at 11km altitude. Clear Australian Sky. Ta King on www.aprs.fi. Call sign VK2 HAB-11. Click satellite. Could have watched way higher but had to start the chase

У автора этого фото была идея поднять на 30 км специально изготовленную дистанционно-управляемую авиамодель и, сбросив её, достигнуть сверхзвука. Это не удалось достигнуть по финансовым причинам, и дальше чертежей и расчетов дело не пошло. Такие запуски авиамоделей не редкость, в данном случае оригинальность именно в сверхзвуке.
Может быть кто-то из хабрюзеров попробует это осуществить?

Автор живет в Австралии и активно пользуется APRS, что и было использовано в этом запуске. Но это местная особенность, которая в Европе несколько другая. В Европе выше плотность населения, и, например, более распространена такая технология, как, упомянутая выше, LoRaWan, что позволяет запускать на шаре намного более легкий передатчик и достигать более высоких высот. На Хабре есть пример как технология LoRa выручила участников проекта-конкурса «Сервер в облаках»:

Поразмыслив задним числом, это кажется очевидным, но на то оно и заднее число. Конечно же, антенны сотовой связи предназначены для покрытия на земле, а не в воздухе. Их диаграммы направленности «бьют» вдоль рельефа и в облака не «светят». Так что сотовая связь на высоте полукилометра и выше — это лишь случайное переотражение лепестка какой-нибудь антенны. Так что половину маршрута связи с шаром по сотовому каналу не было. А на снижении, когда спустились ниже 500 метров, сотовая связь снова заработала.

Каким же образом мы получали с шара телеметрию? За это спасибо дублирующему каналу передачи данных. Мы установили на шар комплект LoRa-радиосвязи, работающий на частоте 433 МГц.

Но чаще энтузиасты запусков стратостатов используют более дальнобойные диапазоны радиочастот. Многим интересно не только запустить на рекорд высоты, но и на рекорд дальности. Любители этого хобби не только запускают шары, но и помогают коллегам отслеживать шары, объединившись в сеть.

Шары можно отследить на оф.сайте Habhub.
Краткое руководство по приему в реальном времени данных с воздушного шара, посылающего GPS можно найти на русском, на сайте UK High Altitude Society. А о подготовке к запускам и результатах, достигнутых энтузиастами — в Google Group «the UK High Altitude Society». Судя по трекам, иногда некоторые долетают до Черного моря.

На рекордную дальность шары запускает Andy Nguyen, автор сайта PicoSpace, который живет в Австралии и периодически запускает воздушные шары в стратосферу. Иногда они отправляются в далёкие путешествия. Его шары очень легки, и дополнительно передают свои координаты на коротких волнах, т.к. основной свой путь шары прокладывают через бескрайние просторы океанов.

Автор использует прогнозирование траектории полета шара с помощью сервиса NOAA HYSPLIT Trajectory Model . В январе 2017 года он запустил 72-й шар.

Создание радиоаппаратуры для шаров, способных пролететь тысячи километров, передавать свои координаты и весить несколько грамм — хороший вызов для инженера.

Выдающийся результат Andy Nguyen получил в 2015 году — его 46-й шар пролетел три раза вокруг Земли, пройдя 110 800 километров — Andy Nguyen Balloon Record

Andy is known as the master of miniaturisation, tethering by a fishing line a payload of a 25 mW transmitter, using standard HF frequencies in WSPR and the JT9 modes, a GPS, solar panel for power – all weighing a mere 11 grams. The Age reports that the record distance flight was achieved by PS-46 launched from Melbourne Australia on May 23. It went around the southern hemisphere twice and leaving South Africa in storm on July 18, was lost just short of its third circumnavigation of Earth. He has been ballooning for two years, and admits being attracted to the hobby of Amateur Radio by the challenge of designing and making small light weight electronic parts, that work under extreme conditions.

Еще один пример — воздушный шар VE3KCL balloon S-18 в 2016 году пролетел вокруг Земли за 28 дней и отслеживался 630 приемными станциями.

Like the former flights, this one also used a special U3S firmware version on an Arduino Nano board. The primary tracking mechanism was WPSR with callsign VE3OCL. An ordinary WSPR transmission was sent every 12 minutes on 30m and 20m. It was followed by a special WSPR message that contained telemetry (altitude, more precise location, battery voltage, speed, temperature and GPS status). Please read the transmitter details section for more information.

Интересные техническое решение применили создатели шара SSI-41. Их шар имел балласт, позволявший шару удерживаться на высоте, где скорость ветра наибольшая — NEW RECORD FOR BALLOON: DURATION ALOFT. За громким заголовком скрывается факт, что это был латексный шар (метеозонд), которые лопаются вскоре после запуска и для них такая дальность необычна.
Воздушные шары проекта Google Loon после запуска могут продержаться на заданной высоте около полугода. Их также можно увидеть, но на другом ресурсе, о котором в следующем параграфе. В данном случае скриншот сервиса Flightradar24:

Не все шары запускают ради развлечения, например исследователи запускали шары в стратосферу, чтобы построить модель вычисления дозы радиации, полученной пассажирами за время авиаперелета.

Если Вы загорелись немедленно запустить шар и сделать фото «из космоса», то обратите внимание на параграф «Решение юридических вопросов» в статье на Хабре «Подготовка к запуску Levenhuk-1», аналогичная информация есть в статьях о юридических особенностях запуска мультикоптеров и в недавней статье на тему запусков шаров — «Как согласовать полёт зонда в стратосферу (с чем мы столкнёмся на практике при запуске)».

Радарспоттинг

Радарспоттингу на Хабре посвящены ряд публикаций, где тема очень подробно рассказана и показана:

• Плейн- и радарспоттинг, или я болен авиацией
• Шаг за шагом: Трансляция данных на flightradar24
• Flightradar24 — как это работает?
• Как следить за опознанными летающими объектами при помощи Raspberry Pi
• Впервые станет возможно непрерывно отслеживать самолеты в любой точке мира
• VariFlight ADS-B – Flightradar по-китайски

Начавшись практически как хобби, несколько стартапов стали коммерческими предприятиями с доходами в миллионы долларов в год. Самые известные flightradar24, flightaware. А есть еще менее известные ресурсы PlaneFinder.net, www.radarbox24.com, www.avdelphi.com, китайский VariFlight, о котором можно прочитать на Хабре. Крупные компании активно взаимодействуют с любителями авиации, рассылая бесплатные авиаприемники и стимулируя отдавать данные на свои сервисы за особые условия доступа к своим данным. Но ключевое слово «своим». Много из того, что приходит на их сервисы не отображается не только гостям, но и пользователям с особым статусом. Вот пример:

По требованию собственника самолет и история его полета не отображается. Можете поискать самолеты, например, российских олигархов или крупных компаний — бизнесджеты операторов связи, банков РФ.
Не отображается военная авиация НАТО, США (ExUSSR в принципе невозможно увидеть на этом оборудовании). Но она видна пользователю приемника Flightaware:

Естественно появление проектов, которые бы объединяли пользователей и позволяли бы открыто обмениваться данными.

• ADS-B Exchange www.adsbexchange.com — сообщество, объединяющее любителей радарспоттинга и предоставляющее всем членам общества доступ к нефильтрованным данным. Эти данные также доступны всем для некоммерческого использования.
• Открытый проект www.adsbhub.org — нефильтрованные данные можно использовать бесплатно и для коммерческого использования, но в проекте участвуют только 75 приемных станций, из РФ только одна. Основная цель ADSBHub — стать центром обмена ADS-B данными и ценным источником данных для всех энтузиастов и специалистов, заинтересованных в разработке программного обеспечения, связанного с ADS-B.
• The OpenSky Network opensky-network.org называет себя самым большим сообществом, которое неограниченное время хранит более 4 триллионов ADS-B сообщений, полученных более чем от 750 станций и делает их доступными для исследований.

И еще несколько менее заметных. Есть российские частные любительские проекты, например:

• vrs-russia.net
• planeradar.ru

По уровню исполнения российские сервисы — это хобби, реализованное с помощью программы Virtual Radar Server, но planeradar.ru периодически попадает в новости, благодаря полетам разведчиков США вдоль побережья Крыма и Калининграда:

Тема горячая и привлекает к результатам радарспоттинга большое внимание СМИ.
Бывают курьезные треки, как на скриншоте ниже, и который не соответствует действительности и вызван техническими причинами. Скорее всего, глушением сигналов GPS.

Но на следующий день в новостях…

Стратегические беспилотные летательные аппараты (БЛА) Global Hawk и пилотируемые самолеты-разведчики RS-135 и P-8А Poseidon США в ходе полетов над Черным морем приближались к границе России на расстояние в 10-15 км, но не нарушали ее. Об этом ТАСС сообщил командующий 4-й армией ВВС и ПВО Южного военного округа (ЮВО) генерал-лейтенант Виктор Севостьянов.
Подробнее на ТАСС:
Командующий армией ЮВО: воздушные разведчики США подлетают к южной границе РФ на 10-15 км

Вспомнилась серия «Фитиля» ¯_(ツ)_/¯.

Хотя в данном случае ничего не было, но внимание СМИ к какой-то теме заставляет официальные власти как-то реагировать. Имхо не всегда уместно.
Скачки треков самолетов из-за работы средств радиоэлектронной борьбы встречаются часто. Иногда об этом пишут СМИ. Например, в ноябре финны жаловались — «Россию подозревают в глушении GPS-сигнала в Финляндии». А марте 2019-го американские исследователи организации C4ADS проанализировали данные компаний, занимающихся радарспоттингом, и составили отчет о зонах, где наблюдались аномалии в работе GPS. Например, в 2016 году капитаны судов «обнаружили» свои корабли в Симферопольском аэропорту, согласно их навигационным приборам. В 2018 году 24 корабля «оказались» в аэропорту Анапы.

Пример такого трека указывает, где расположены работающие средства радиоэлектронной борьбы:

Как только самолет оказался в зоне действия установки, его трек «улетел» на сотню километров в сторону.

Рейс SDM6891 от 07 апреля 2019 года. Согласно новостям Министерства Обороны РФ в Крыму и на Кубани проходят учения.

Организация C4ADS c февраля 2016 года определила 9883 вмешательств в работу GPS, преимущественно в Крыму, Сирии, на Крайнем Севере и Дальнем Востоке.

На Хабре есть несколько статей о вмешательстве в работу GPS, наиболее интересная из них статья «Охота на кремлевского демона». Хаброюзер является автором ряда интереснейших статей, среди которых статья «Утренний дозор, или вступайте в радио-робингуды», в которой предлагается создать сеть радио-мониторинга помех навигации силами энтузиастов. Как показывает американский пример, для мониторинга помех достаточно исследовать уже существующие данные радарспоттинга, но для этого необходимы или деньги, чтобы купить их у компаний либо поддерживать работу открытых сообществ любителей радарспоттинга.

И напоследок интересно, благодаря этим данным, увидеть как за почти 60 лет изменились маршруты и ключевые узлы авиатрафика.

И как было в 1961 году:

Мир сильно изменился политически, экономически, технически, что изменило и расширило маршруты авиатранспорта.

LiveATC.Net

До того как появились сервисы, о которых рассказано выше, уже давно были любители наблюдать за переговорами пилотов и диспетчеров. В 21 веке появилась возможность им объединиться и стримить аудио онлайн.

• LiveATC
• radio.radarbox24.com

Суть хобби описана в статье «Стримим радиоэфир или полицейская волна онлайн»

Когда я купил рацию, две недели ходил с гарнитурой и слушал все подряд. Такси, судовые диспетчеры, железнодорожники, полиция, строители, охранники. Потом пришла идея, что слушать просто не так интересно. Надо дать послушать остальным!

Пользователь, находящийся в 10-15 км от диспетчерской башни аэропорта, подключал радиоприемник авиадиапазона (VHF 118-136 MHz) к звуковой карте компьютера и запускал соответствующее ПО для стрима.
Но переговоры не ведутся только на одной частоте. Т.е. для одновременного наблюдения за несколькими частотами необходимо несколько приемников и несколько моноаудиовходов. Примерно так:

С появлением RTLSDR и RPi появилась возможность избавиться от дорогих приемников и компьютеров. Программа RTL-Airband позволяет заменить несколько приемников только одним широкополосным приемником, если принимаемые частоты расположены достаточно близко.
Пример настройки стрима с помощью RTL-Airband можно увидеть в статье Setting up Air Traffic Control Audio Sharing with Broadcastify, RTL-Airband, RTL-SDR and a Raspberry Pi.

Automatic Identification System (AIS)

В РФ мало незамерзающих и вообще морских портов, поэтому эта забава сезонная. Тем не менее, на Хабре есть статья о AIS: Система слежения за морскими судами АИС «взломана», но так ли это?

АИС – это автоматическая система слежения, которая устанавливается и используется судами и службами навигации для идентификации и определения местоположения судов при помощи обмена данными с другими близлежащими судами, наземными АИС станциями, и спутниками. Когда используются спутники для передачи сообщений, тогда такая связь обозначается Спутниковая-АИС (С-АИС). Информация, получаемая через АИС дополняет данные, полученные с радара, которые по-прежнему являются главным источником навигации водного транспорта.

АИС используется для следующих целей:
• Обмен данными между портами и судами
• Обмен данными между судами в открытом море
• Навигация, курс, местоположение и скорость

Где применяется:
• Служба управления морским движением
• Избежание столкновений
• Служба береговой охраны
• Помощь в навигации
• Операции спасения
• Короткие сообщение, например, прогноз погоды

Выше я уже упоминал, что эти данные видны на сервисе aprs.fi, но более известен специализированный ресурс marinetraffic.com, хотя есть и малоизвестный аналог VesselFinder и http://www.aishub.net/
Приемники пользователей принимают сигнал на частотах 161,975 МГц и 162,025 МГц, дешифруют и передают на сервис. Сигнал на этих частотах распространяется только в пределах прямой видимости с редкими тропо, как и в случае APRS и радарспоттинга. Поэтому станции обычно видят суда в пределах 70 км. И для отслеживания судов в океане используются спутники. Пример размещения любительских приемников на карте MarineTraffic:

На тепловой карте видно и популярные маршруты морского транспорта и зоны уверенного приема этих приемников:

Европа:

Как и в других коммерческих сервисах, MarineTraffic рассылает бесплатные приемники и делится данными с пользователями, передающими на сервис данные своих приемников. Также как и с радарспоттингом, данные фильтруются MarineTraffic по запросу владельцев судов. Например, на карте сервиса не отображаются яхты олигархов. Собственный приемник, во время отпуска у моря, может стать интересным развлечением. Также как в остальных случаях для создания собственного приемника понадобится RPi и RTLSDR и специализированные программы rtl-ais, Kplex.

Atlas RIPE

Иногда в новостях появляются сообщения о крупных сбоях доступа к интернету пользователей крупных провайдеров или даже по всему миру. Или рейтинги скорости доступа в разных странах. Скорее всего, эта информация становится доступна благодаря RIPE Atlas.

RIPE Atlas — это глобальная, открытая, распределенная Интернет измерительная платформа, содержащая тысячи измерительных устройств, которые измеряют Internet связь в реальном времени.

На Хабре есть две статьи об одном таком измерительном устройстве первой версии:

• Зонд Atlas RIPE
• Зонд Atlas RIPE: использование

А третья версия оказалась 3G-роутером TP-Link TL-MR3020, популярной платформой для различных самоделок.
Описание этой версии можно посмотреть в статье на weblance.com.ua:

Зонды Atlas помогают RIPE NCC построить наглядную виртуальную модель глобальной сети Интернет, отобразить связи между узлами, а также реальную пропускную скорость каналов и время доступа между разными узлами.

RIPE NCC (Network Coordination Centre) – один из пяти региональных интернет-регистраторов, выполняющих распределение интернет-ресурсов, а также связанную с этим регистрацию и координацию деятельности, направленную на глобальную поддержку функционирования Интернета. Все собранные данные используются для рекомендаций и развития глобальной сети Интернет.

Для обычного пользователя — Зонд можно использовать как службу мониторинга собственного интернет-канала, а также проверять доступность любого ресурса (IP, www) из любой точки мира, где есть зонд.

Есть некоторый элемент паранойи относительно этих устройств с закрытым исходным кодом — это черная коробка, содержимое и функционал которой пользователю неизвестен и она работает внутри сети пользователя. Желательно запереть их в отдельной VLAN.

Сеть грозопеленгации в реальном времени

Карты молний и гроз в реальном времени — это тоже сеть добровольцев, объединившихся в грозопеленгационную систему.

Приемник под названием System BLUE имеет очень необычный вид.

И представляет собой три приемника на магнитных антеннах для длинноволнового диапазона радиоволн.

Благодаря этому проекту мы имеем возможность увидеть, где в данный момент на планете Земля
идут грозы.

• Lightningmaps
• Blitzortung

Проект интересен с технической стороны. Разряд молнии вызывает импульс радиочастот в широчайшем диапазоне, самые длинные из которых спокойно распространяются на тысячи километров. И именно на прием этих длинных волн рассчитан приемник. Об этих волнах есть публикации на Хабре, например, «Прием сверхдлинных радиоволн в домашних условиях»:

Сверхдлинные радиоволны — это целый мир, наполненный множеством сигналов — сфериками и свистами, генерируемыми молниями, возможно, за тысячи километров от места приема, привычными «точками» и «тире» морзянки, сигналами точного времени и цифровой передачи данных

Автору статьи, хаброюзеру Alyoshka1976 удалось определить происхождение некоторых принятых сигналов.

Используются эти волны в неспутниковой навигации, и о чем Хабру есть что рассказать:

• «Неспутниковые системы позиционирования и навигации»
• «Дегустация Чайки. В арсенал радио-хакера»

Система грозопеленгации состоит из центрального узла и приемников, оборудованных GPS. Координаты молнии вычисляются по времени запаздывания сигнала, принятого разными приемниками. Этот метод, на котором базируются вычисление координат молний, имеет широкое применение и подробнее о нем можно узнать в статье на википедии «Hyperbolic navigation» («Гиперболическое позиционирование»). В общих чертах принцип метода описан в статье на Хабре о спутниковой навигации «Не верьте навигатору: уязвимости GPS и ГЛОНАСС».

Координаты молнии находятся пересечением гиперболические кривых, построенных по данным приемников.

Целью проекта является создание сети по определению координат молний с большим количеством дешевых станций. Стоимость оборудования в настоящее время составляет менее 300 евро. Сферные позиции бесплатны в необработанном формате для всех пользователей, которые передают свои данные на серверы сети. Владельцы станций могут использовать необработанные данные для любых некоммерческих целей. Также молнии отображаются на веб-сайте сети на нескольких общедоступных картах в режиме реального времени. Средняя задержка отображения составляет от 3 до 20 секунд в зависимости от загрузки серверов.

Таким же методом определяют координаты самолетов, не передающих свои координаты. Об этом также есть статьи на Хабре, например «Мультилатерация — цифровая технология наблюдения за воздушным движением»:

Для такого способа измерения координат используются разные названия. Разностно-дальномерный способ — это одно из этих названий. Широко используют термин «мультилатерация». Собственно, МПСН часто называют системами мультилатерации, или MLAT. Сам метод измерения также называют английской аббревиатурой TDOA, что означает time difference of arrival — разность времени прихода, или гиперболическим позиционированием, поскольку геометрически место точек, соответствующих определенной разности времени прихода для любых двух станций — это гипербола, а искомые координаты цели — это их пересечения.

Мне неизвестно о существовании opensource программ для вычисления гиперболического позиционирования по данным нескольких синхронизированных приемников. Существующие разработки закрыты т.к. разработчик или заказчик — это государство или корпорации. И появление открытой программы может породить ряд новых стартапов.

И… Хабр может предложить перспективный прототип системы «Ловец молний»

А мы научились ловить каждую молнию, да ещё строить полную 3d модель каждой, даже невидимой в облаках молнии! Более того, через 15 секунд после удара в любой точке над Москвой, её координаты и трёхмерный профиль сразу же обновляется на нашем сайте!

А вот этот хаброюзер не стал ждать милости у природы и вызвал молнию сам — «Ловцы молний. Необычные эксперименты с грозой»:

Пока воздушный змей набирал высоту, проволока легко сматывалась с бутылки. Я в это время наблюдал за процессом из безопасного места. Змей то набирал высоту, то опускался, отчего проволока касалась земли и искрила. При очередном порыве ветра змей резко рванул вверх и молния с оглушительным треском бахнула в телевизор. Я не ожидал, что от молнии будет настолько сильная ударная волна, которой отбросило мою видеокамеру. Ощущения от молнии просто непередаваемые. Звук — как взрыв артиллерийского снаряда, только внушительнее и резче. Вспышка — это нечто. Рассмотреть её удалось хорошо, так как её я видел несколько минут, особенно если глаза закрыть. А внутренние ощущения не передать словами! Мы после молнии не сразу пришли в себя. Просто не верилось, что такое можно сделать своими руками.

Спутники и космос

Наблюдать спутники радиолюбители стали с запуском первого искусственного спутника Земли. Уровень доступной техники позволял только слушать, а позже записывать на магнитофоны.

Среди радиолюбителей появились группы, которые систематически наблюдали эфир на частотах космических спутников и кораблей и узнавали новости «из первых рук». Наиболее известная группа радиолюбителей — «Kettering Group», известная тем, что своими наблюдениями обнаружила секретный космодром Плесецк. Учитель физики использовал радиоприемник для демонстрации эффекта Доплера. Однажды пролетавший спутник зазвучал не так как обычно. Стало понятно, что спутник запущен не с Байконура. Новость не впечатлила местную газету, но через несколько дней новость стала международной и школу штурмовали толпы журналистов.

В статье «Спутник — это очень просто» можно узнать об одном из этих радиолюбителей — шведе Свене Гране, многие годы наблюдавший за космическими запусками. На Хабре есть перевод одной из его статей с сайта www.svengrahn.pp.se об найденных в архиве старых аудиозаписях: «Спасение «Салюта-7»: радиопереговоры космонавтов с ЦУП».

Теперь такими аудиозаписями никого не удивишь — NASA транслирует в интернет с орбитальной станции видео и аудио, правда не над территорией РФ. Тем не менее прослушивание МКС/Союза, выхода в открытый космос, дает особое ощущение сопричастности — «Британский радиолюбитель поймал сигнал МКС и поговорил с астронавтом».

Сейчас радиолюбитель из английского города Коулфолд тоже настроился на частоту передатчика Международной космической станции и смог пообщаться с астронавтом.

Как сообщает BBC, 52-летнему Адриану Лейну повезло попасть в четырехминутное окно, когда МКС проходила над Коулфордом. «Не каждый день удается поговорить с человеком в космосе. Это был прилив адреналина. Мне снесло голову», — сказал Лейн в интервью местным СМИ.

В арсенале современного радиолюбителя не редкость, а необходимость компьютеры, автоматизированные приводы антенн и интернет. В руках радиолюбителей оживают списанные антенны и их приводы, когда-то бывшие передовыми образцами современной техники — «Автотрекинг низкоорбитальных спутников или Слушаем радиосигнал с МКС»

Как и на заре космической эры сейчас есть любители подслушивать секреты неба — Откуда мы узнаём о секретных спутниках:

Энтузиасты, слушающие и фотографирующие спутники, есть и у нас. В радиодиапазоне, наверное, самым известным является Дмитрий Пашков (хабраюзер R4UAB). Он слушал и публиковал сигналы, идущие от российского военного спутника-инспектора «Космос-2499».

Пока технический прогресс движется вперед, техника устаревает, и когда-нибудь мы сможем восхищаться опубликованными техническими решениями, которые использовались на секретных сейчас спутниках. Но пока что заглянуть в тайну мы можем благодаря энтузиастам космоса, за что им огромное спасибо.

Дмитрий Пашков (R4UAB) активно ведет сайт «Радиолюбительские спутники», посвященный радионаблюдению спутников и на Хабре рассказавал «Как идентифицировать спутник на орбите».

Идентификация спутника — сопоставление источника сигнала с реальным объектом на орбите. Иногда это не только секретные спутники, но и призраки из прошлого:

• Песни космических зомби
• Спутники-долгожители

Однако затем связь с ним была потеряна, и в период с 1967 по 2013 годы он молчал, пока его сигнал на частоте 237 МГц не поймал один радиолюбитель.

Хотя в большинстве случаев призраки давно мертвы — «Ночная жизнь неба или в поисках Персеид»

Довольно интересно, что попалось два ярких объекта, которые летят почти синхронно — это третьи ступени ракеты «Циклон-3». Считаются весьма опасными объектами (таких ступеней 127), «гоняющимися» за спутниками

Еще одно занятие любителей — прием изображений. С борта МКС иногда передают по протоколу SSTV изображения, посвященные каким-то датам. Но более популярен прием метеоснимков с метеоспутников. 50 лет назад радиолюбители не имели технической возможности принять «Первые телевизионные изображения Земли с первого погодного искусственного спутника (53 года назад)». А сейчас с обработкой изображений справился бы мобильный телефон т.к. технологии во многом близки к передаче радиофаксов на технологиях 1980-х — «Приём радиофаксов и прочих цифровых передач с помощью обычного приёмника и компьютера».

Прием погодных снимков невысокого разрешения описан на Хабре в трех статьях:

• О приёме снимков Земли с метеорологических спутников

В настоящее время на Земной орбите находится порядка 10 спутников, используемых в метеорологических целях. Эти спутники непрерывно сканируют поверхность и атмосферу Земли и осуществляют непосредственный сброс информации на землю в соответствующие научные центры, лаборатории и всем кто может принять. Приемная станция, находящаяся в зоне радиовидимости спутника, в реальном времени видит то, что видит спутник. Данные с него поступают непосредственно в момент съемки

У нас есть снимки туч на Черном море и Кавказе тех дней, когда в Крымске погибли тысячи людей. Если бы хотя бы 10 человек в стране искренне интересовались подобными явлениями, начиная со школы или с сознательного возраста, вполне возможно, что опасные явления (ОЯ) предсказывались бы не просто как «ОЯ», а «уровень затопления местами составит более 2 метров». Кстати метеослужбы по самым пессимистичным прогнозам давали до 100мм осадков ту ночь, а реально было под 300мм. Вот вам и эффективность подхода сокрытия метеоданных, пусть и не физического, но идеологического.

• Принимаем погодные снимки с NOAA — проще простого
• Как подключиться к космическому спутнику и исполнить детскую мечту

Современные метеоспутники тоже не устояли перед энтузиастами. К слову тот случай, когда на Хабре пишут о хабраюзере:

• Радиолюбитель R4uab получил изображения затмения со спутника «Метеор-М2»
• Радиолюбителя, получившего фото затмения со спутника «Метеор-М2», пригласили на работу в РКС

А еще радиолюбителей приглашают помочь когда спутник в беде:

• Космический спутник LightSail на солнечном парусе завис из-за программной ошибки
• Инженеры, запустившие спутник CubeSail, просят помощи радиолюбителей
• Российский спутник «СамСат-218» не выходит на связь. Нужна помощь сообщества
• Услышать SamSat-218D

К еще кроме них может помочь студенческим кубсатам, с которыми возможна связь несколько минут раз в сутки? За этот короткий промежуток времени спутник должен передать данные, ради которых его запустили.

Естественно возникла идея объединить любителей наблюдений за спутниками, которые бы делились друг с другом временем наблюдения. Сети SatNOGS посвящена публикация на Хабре —
«Спутник — это очень просто — 2»
Создание таких систем достаточно дорогостоящее занятие (300… 500 USD), поэтому в этой сети не так много антенн с позиционером.

Многие станции имеют антенну, фиксировано направленную в небо. Это компромисс между стоимостью и временем сеанса со спутником. Первоначально SatNOGS был ориентирован на получение сигналов с низкоорбитальных спутников (в диапазонах УКВ и ДМВ) и такой конструкции вполне достаточно.
Программное обеспечение может извлекать сигналы состояния и телеметрии, данные полезной нагрузки (эксперименты) с научных и исследовательских спутников (например, магнитосферные эксперименты), данные о погоде и т. д. Например проект r2cloud.

Существует небольшая сеть TyNet.eu только по приему изображений метеоспутников с блогом UHF-SatCom

Среди антенн сети SatNOGS включаются интересные экземпляры. Иногда в дело идут старые телевизионные антенны с заднего двора (The BUD (big ugly dish)), наподобие этой:

На фото ниже 25-метровая антенна в радиообсерватории Двингело (Нидерланды), построенная в период 1954-1956 годов и 2009 году получившая статус объекта национального наследия. В 2018 году старая антенна стала использоваться для наблюдения любительских спутников сетью SatNOGS на некоторых орбитах.

От таких фактов становится грустно за отечественное наследие — «артефакты, времен существовавшей здесь высокоразвитой цивилизации», которое не только не имеет какого-то статуса, а в худшем случае утилизируется, а территория обсерваторий застраивается.

В противоположность этой разрухе можно увидеть примеры как старые антенны восстанавливаются для использования университетами. На фото ниже 12-метровая антенна, расположенная на бывшей станции связи НАСА. Антенна была построена в интересах Пентагона для секретных работ по слежению за советскими спутниками. Она прекратила работу в 1996 году после удара молнии, уничтожившей систему управления и приводы. В 2003 году у нее появился новый хозяин — Pisgah Astronomical Research Institute (PARI). За 13 лет удалось восстановить работу антенны и с 2016 года начать использовать антенну в качестве учебного пособия для обучения студентов. Дальнейшими планами предполагалось сделать антенну доступной для студентов по всему миру для дистанционного исследования звездообразования.

Любительская радиоастрономия — это своего рода высший пилотаж среди аматоров. «HiTech». Очень дорогостоящее занятие, если хочется наблюдать что-то серьезнее, чем радиоизлучение Юпитера. Космические радиоисточники на длине волны 21 см требуют больших антенн, малошумящих усилителей и приёмников. Если у любителей в США есть и место на заднем дворе, и The BUD, и деньги на хобби, то отечественных энтузиастов можно пересчитать по пальцам руки. Достаточно сравнить активность двух ресурсов посвященных радиоастрономии — тут и там:

• radio-sky.ru
• Society of Amateur Radio Astronomers

Возможно в будущем и там и тут удастся создать любительскую сеть для радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. При синхронизации по GPS c точностью 1 ppm небольшие любительские антенны, разнесенные на разные континенты нашей планеты, смогут получить очень достойные результаты.

А пока мы можем наблюдать за разрозненными работами энтузиастов — «Радиотелескоп».

Данная установка представляет собой двухкоординатное сканирующее устройство. Оно работает в диапазоне 10ГГц, на этих частотах работают ТВ спутники. Первоначально планировалось сделать фотографию геостационарной орбиты. Дополнительно к этому было интересно посмотреть на Солнце, а так же, из разряда детской любознательности хотелось узнать, видна ли будет Луна и, вообще, что же будет на снимке.

Хобби может быть дешевым, может быть дорогим. Главное, что такие сети уже приносят пользу не только их участникам, но и посторонним наблюдателям. Я постарался рассказать о том, какие бывают сети и чем они интересны. Производительность современной электроники позволяет реализовать на одном миниПК ODroid или Raspberry Pi несколько сервисов, снижая финансовые расходы. Сейчас очень снизился уровень входа — существуют как готовые образы и скрипты, которые «делают всё автоматически», так и подробные инструкции, в том числе на Хабре. Владельцу станции остается только выбрать в какой сети он будет участвовать.

На этом я заканчиваю краткий дайджест. Домен habrahabr.ru был зарегистрирован 18 апреля 2006 года. За эти годы хабраюзеры поделились множеством интересных публикаций, и я желаю Хабру и хабраюзерам, чтобы и дальше мы читали на этих страницах ярких и талантливых авторов. И возможно этот дайджест кому-то подскажет, чем заняться этим летом.