home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Libris Britannia 4 / science library(b).zip / science library(b) / HAMRADIO / APRS400.ZIP / README / README.DF < prev    next >
Text File  |  1994-02-07  |  17KB  |  265 lines

  1.                       USING APRS FOR DIRECTION FINDING
  2.  
  3. VERSION 3.13:  In order to permit operating APRS mobile with GPS as part of a
  4. DF exercise, I had to change the DF reporting format to separate the DF bearing
  5. from the vehicle HEADING.  This change is NOT backward compatible and DF'ers
  6. should upgrade to 3.13 ASAP.  With this change, mobile DF stations can simply
  7. enter thier RELATIVE bearing to the FOX and APRS will add that information to
  8. the vehicle's TRUE HEADING so that a TRUE DF report results!  When the N7LUE
  9. auto DF interface to doppler units is complete, then I will make one more
  10. change so that BOTH GPS and AUTO-DF can run simultaneously!
  11.  
  12. VERSION 3.09, 3.10, 3.11:  With 309, a small bug was fixed which had always
  13. reported a single line of bearing on the very first sample of the LEDs as soon
  14. as a signal broke squelch.  THis line was almost always wrong.  The next and
  15. all subsequent lines were well averaged and much more accurate.  In 3.09 this
  16. first report is delayed 1 second to allow accumulation of more hits.  In ver
  17. 3.10 I changed the ALT-P filter so that you could also save DF bearings to the
  18. track history file.  This way you can REPLAY DF exercises conveniently!  To
  19. show you what the Doppler DF interface looks like, I added an AUTODF.HST file
  20. in verison 3.11 to the distro disk to allow you to replay an auto-df
  21. simulation.  In this version, I also fixed a small bug which prevented auto-DF
  22. bearings from showing up each time without re-drawing the screen.
  23.  
  24.    As of version 3.00, APRS included the option to support an automatic
  25. serial interface to Doppler DF units so that DF bearings are automatically
  26. determined and transmitted without operator intervention!  See the later
  27. sections below.  Note, this required some mods to the DF format and makes
  28. 3.00 DF reports NOT compatible with older APRS.  Older APRS versions will try
  29. to DeadReckon the new DF report, instead of drawing the DF bearing.  The
  30. direction of the DR indication, of course, does show the correct DF bearing.
  31. CAUTION:  APRS does not do spherical geometry, it assumes a flat earth.  This
  32. will not be noticable unless you attempt to use DF bearings beyond a few
  33. hundred miles.  Even tracking balloons over 200 miles, this error will probably
  34. be less than the typical innaccuracies of the average HAM beam antenna.
  35.  
  36. INTRODUCTION:  APRS is an ideal tool for rapidly triangulating fixes to
  37. locate a hidden transmitter, an interfering signal, or for tracking balloon
  38. payloads.  APRS instantly plots vectors from all stations making a signal
  39. report and the intersection of these lines of bearing indicates the location
  40. of the target signal.  To see a sample, load the file named FOXDF.BK into
  41. APRS and see the results of our DF on a fox hunt in OCT 93.  We nailed the
  42. guy to within about a half mile, and notice that none of our stations were
  43. any closer than 15 miles away and more than half of our DF stations were more
  44. than 25 miles away!  Notice too, that none of these stations were
  45. particularly calibrated and only two stations were actual APRS stations.  The
  46. others just reported their position and bearing by voice and we put them on
  47. the map.  MAKE SURE you know how to convert from magnetic to true bearings.
  48. We did it the wrong way and were 10 miles off the first time!
  49.  
  50. MANUAL APRS STATION DF REPORT:  To accomplish this triangulation, each
  51. participating station simply enters his bearing to the target using the
  52. Ctrl-B key.  This sets his position report to include the DF bearing as his
  53. station's course, sets his station symbol to a Triangle, and sets the speed
  54. field to indicate a quality factor (1 to 8).  To make the DF bearing more
  55. visible without requiring the X key, and to indicate that this is a manual
  56. report, 900 is added to the Quality factor.   The Triangle symbol alerts all
  57. APRS stations that the position report should be interpreted as a DF report
  58. and that it should NOT be dead-reckoned. (earlier versions do not recognize
  59. this and will DR the station as a moving contact!)
  60.  
  61.      Since APRS would continue to report this manually entered DF bearing
  62. indefinately, it will normally time out after 2 hours to eliminate any
  63. confusion caused by old/stale reports.  The operator can optionally select
  64. Permanent to overide this timeout feature.  As soon as two or more stations
  65. are reporting a line of bearing to the target, everyone can predict the
  66. intersection of the lines by pressing the X key for a cross fiX.  A solid
  67. yellow line indicates an excellent line of bearing, and a more dotted line
  68. indicates less and less quality.  As a further aid, the R key can be used to
  69. superimpose a set of range rings on the screen around any one station for
  70. estimating distances for subjective analysis of signal strnegths.  If you are
  71. running the WX station option, then, use of the ctrl-B key will overide the
  72. WX station report with the Beam Heading report.
  73.  
  74. NON PACKET DF REPORTS:  Even for stations not running packet or APRS, their
  75. lines of bearings can be quickly entered by any APRS station using the alt-A
  76. key which adds them to everyone's map in real time.  In this case, simply
  77. select the triangle symbol, include their DF bearing in the CSE field and set
  78. the SPD field to a quality number between 1 and 8, where 8 is best.  A Direct
  79. entry feature is also available (using the alt-D key) for placing a reporting
  80. station on the map by entering his numeric LAT/LONG.  This makes plotting of
  81. distant stations on the map easier without a lot of cursor movement.  This
  82. feature is useful when taking reports by voice over HF for example during a
  83. balloon tracking event.
  84.  
  85. DUMB PACKET TERMINAL DF REPORTS:  Non APRS packet stations can also
  86. automatically report their lines of bearing into the system by simply
  87. entering a beacon text in the APRS format with their line of bearing.  The
  88. format for an APRS position report is included in the README.DUM file, and is
  89. reporduced here:
  90.  
  91.  BText     !DDMM.xxN/DDDMM.xxW\BRG/N0Q/DF report...
  92.  
  93.  Where:     DDMM.xxN is Latitude, DDDMM.xxW is Longitude
  94.             \ (Backslash indicates a Triangle symbol for DFing)
  95.             BRG is the DF bearing in degrees True
  96.             N0Q is a Quality indicator where Q is a quality value (1-8) and
  97.                 N is an optional Number of HITS indicator. If N is 0, then it
  98.                 means nothing.  Values from 1 to 8 give an indication of the
  99.                 number of hits per period relative to the length of the time
  100.                 period.  So 8 means 100% of all samples possible, got a hit.
  101.                 The N is not processed, but is just another indicator from
  102.                 the automatic DF units.
  103.  
  104.  
  105. SIGNAL REPORTS:   Even stations without BEAMS can at least report whether
  106. they hear the signal or not.  An APRS operator can place these stations on
  107. the map using the big Z symbol for strong signals, the medium sized dot (no
  108. symbol character) for weak signals, and the (little x) L symbol for no
  109. signal.  Their indication of where the signal CAN and CANNOT be heard are
  110. also very valuable.  Maybe in the future I will add circular contours around
  111. these stations so that the intersection of these circles can be used to
  112. localize a signal!  If the size of the circle was inversly proportional to
  113. signal strength, then the intersecting circles could be very valuable!
  114.  
  115.  
  116. AUTOMATIC DOPPLER DF UNIT INTERFACE:
  117.  
  118.      Since APRS is a map based packet system which can not only show the
  119. location of all stations on frequency but also any object or symbol placed on
  120. the map by any other station in the network, it is ideal for displaying the
  121. data from networked direction finding stations.  Two stations in Arizona,
  122. Randy KA7UUS and Bob N7LUE @ K7BUC have developed a serial interface
  123. to the popular ROANOKE Doppler DF unit (or any other DF unit that drives an
  124. 8 to 16 LED display).  They have added a divide by N counter and a UART to
  125. reduce the sampling rate from 500 samples per second and to output an ASCII
  126. character only 8 times a second or so.  Each character is a letter from
  127. @,A,B,.. ,O indicating the azimuth of the 16 LEDS.  Since some DF units
  128. rotate clockwise and others counterclockwise, the board will optionally output
  129. the lower case letters for the opposite rotation.  One manufacturer of the
  130. boards, Douglas RF devices in Sacramento, CA is interested in incorporating
  131. the UART into his next production run of boards.  At this time (and without
  132. the serial interface), the Board and all parts (less antenna components) is
  133. under $90.  Their address is Douglas RF devices PO Box 246925, Sacramento, CA
  134. 95824, Phone number 916 688-5647.
  135.  
  136.      With the N7LUE serial interface, any station with the DF unit connected to
  137. one COMM port and a TNC to the other COMM port will automatically transmit an
  138. averaged DF BEARING azimuth in his periodic position report.  All other APRS
  139. stations on frequency will see a yellow DF line plotted in real time from his
  140. station.  The line is dotted in proportion to the Quality of the sampled
  141. data.  Even APRS stations without the automatic interface can simply manually
  142. enter their beam heading and they too will appear on the map with their beam
  143. headings plotted.  With three or more manual or automatic stations on the
  144. net, an instant triangulation is plotted on everyone's map every few seconds.
  145. Big Brother, move over! Here we come!
  146.  
  147. REMOTE DF SITE:  The real advantage of an automatic DF network can only be
  148. realized if the PC can be eliminated.  The ultimate remote DF site should
  149. require only a programmable scanner, a TNC and a Doppler DF unit.  With the
  150. modification to the ROANOKE DF unit and the APRS software, such a network can
  151. now be assembled.
  152.  
  153. NOTE: VERSION 3.00 HAS THE LOCAL DF INTERFACE WORKING, BUT IS NOT YET READY
  154. TO PARSE THE RAW DATA COMMING FROM A TNC/DF-ONLY COMBO.  WILL BE IN 3.0X!
  155.  
  156.      Ignoring for the moment the means which might be used to tune the DF
  157. receiver and to enable or disable DF reporting, an automatic DF site can be
  158. assembled by just plugging the radio, TNC and DF unit together. By setting
  159. the TNC in the UNPROTO CONVERSE mode, it will simply packetize the data out
  160. of the DF unit periodically for display on all APRS stations on the network!
  161. It is simple to configure the TNC to do this as follows:
  162.  
  163.   A.  The character rate out ot the DF unit is strapped to 7.5 characters per
  164. second by using a divide by 8 circuit to strobe the UART from the Q7 output
  165. of U9.  This is the mod being developed by N7LUE.
  166.  
  167.   B.  Set the TNC packet length PACLEN to 75.  On a continuous signal, then,
  168. the TNC will transmit once every 10 seconds after it has accumulated a full
  169. packet of 75 characters.  Each transmission will contain the last 75 samples
  170. from the DF unit!
  171.  
  172.   C.  So that APRS knows where the remote DF unit is located and so that it
  173. knows that the characters from that station are to be treated as bearing
  174. samples, the BText of the DF TNC must contain the TNC LAT/LONG in the
  175. standard APRS format and the station symbol must be the character (\) for a
  176. remote DF site.  The BText format would be BT !3856.55N/07629.11W\DF
  177. station...
  178.  
  179.   D.  APRS software will receive the packet and compute the average direction
  180. for all the characters in the packet and plot it on the map.  In addition
  181. APRS will compute the quality of the result based on the deviation of the
  182. samples and will also note the total number of samples in each packet.  It
  183. will use the quality factors to modify the 'dottedness' of the bearing line.
  184. A good quality line will be solid.
  185.  
  186.   E.  Since the FOX will probably not transmit in 10 second increments, the
  187. TNC is also set to automatically send all bearing samples accumulated at the
  188. end of the fox transmission.  This is done by setting PACTIME to AFTER 10 (1
  189. sec) and CPACTIME to ON.  The PACTIME setting was chosen relatively short so
  190. that a packet is transmitted at the end of each FOX transmission, but before
  191. another station keys up.
  192.  
  193.   F.  To prevent all DF sites from keying up at once at the end of the FOX
  194. transmission, each automatic DF site must have a differnet value of DWait.
  195. Each additional site should have an additional 100 ms.
  196.  
  197.    With the design noted above, each DF site will transmit a maximum of one
  198. packet every 10 seconds, or one packet for every short transmission of the
  199. fox.  With the parameters chosen above for 5 stations, the network would be
  200. pretty well saturated just handling the data from all sites.  This is fine
  201. for intensive operations in search of a FOX or jammer, but a more routine
  202. level of operation could be realized by reducing the data rate from the the
  203. DF unit from 7 to 3.5 characters per second or less.  This would result in
  204. only one packet report every 20 seconds or more which might be more suitable.
  205. At these high data rates, and since a good DF site should have good altitude,
  206. digipeater paths for routing the data should be avoided if possible.
  207.  
  208.  
  209. DOPPLER DF HARDWARE MODS:  The hardware interface is very simple and can
  210. actually be added to almost any DF unit which drives an 8 or 16 LED display.
  211. A simple CD4024 divider chip is added to the DF timing circuits to obtain a
  212. signal near 10 Hz to establish the character reporting rate (strobe to the
  213. UART).  For the ROANOKE board, this chip should be connected to the Q7 output
  214. of U9, to give character rates of 32, 16, 8, 4, 2, 1, and .5.  There should
  215. be jumper pads for the user to select the rate appropriate for the
  216. application (probably 8 is best).  Next there should be a DATA valid signal
  217. to enable or disable the UART from sending data.  In the ROANOKE board, this
  218. is the LOW-DETECT signal which is present whenever the the data is not of
  219. sufficient quality.  (N7LUE is not happy with the LOW-DETECT circuit, and is
  220. adding his own squelch circuit)  The only other connections to the ROANOKE
  221. board are made to the 4 bit lines feeding the 1-of-16 driver for the LEDS.
  222. For an 8 LED circuit only 3 bits are used and the least significant bit is
  223. strapped to 0.  The other 3 bits of the UART are strapped so that a 0 input
  224. results in the ASCII character (@) being transmitted.  The result will be the
  225. letters @,A,B,C....O.  Since different DF units may rotate the LEDS the
  226. opposite direction, the 6th data bit can be strapped to 1 to produce the lower
  227. case alphabet.  This will indicate a CCW rotation.
  228.  
  229.  
  230. AUTOMATIC REMOTE SITE DF NETWORK CONTROL:
  231.  
  232. Since the automatic DF interface between a TNC and a DF unit will generate a
  233. lot of packets, there has to be some means for remotely turning it on and
  234. off.  I consider that beyond the realm of APRS, since for a remote DF site,
  235. there must already be some kind of control link in place in order to command
  236. the DF receiver what frequency to listen to.  If such a link already exists,
  237. then the capability is probably also there for enabling or diasabling the
  238. DF/TNC interface.
  239.  
  240.      In the absence of such a control link, however, a very simple remote
  241. control and receiver command link can be derived from the TNC itself!  First,
  242. take the voltage from the CONECTED LED and use it to enable the DF unit
  243. output to the TNC input (some TNC's bring this signal out on one of the RS-
  244. 232 pins).  This way, the automatic reporting will begin as soon as the DF
  245. Net Control station connects to the TNC.  This means of control also has the
  246. advantage of using the serial data channel from the DF Net Control SYSOP up
  247. to the site for setting the frequency of the receiver!  Since APRS software
  248. only checks the TO address for valid APRS data, and does not care whether the
  249. packet is connected or not, it will still be able to monitor all data from
  250. the remote site.  To facilitate this process, APRS now also accepts packets
  251. addressed to DFNET which should be used as the callsign of the NET CONTROL
  252. station.  This is legal, as long as the NET CONTROL station also places his
  253. true call in his BText and sends his beacon once every 10 minutes.
  254.  
  255. DF NET CONTROL OPERATION:    The scenario for this kind of operation, would
  256. be for the network SYSOP to use a dumb terminal in the multi-stream connect
  257. mode to connect in turn to each of the remote sites.  Once each of these
  258. connections is established, each DF station begins sending DF data as long as
  259. the connection is in place.  To disable a site, the SYSOP simply disconnects
  260. from that station.  The only disadvantage of this means of control is the
  261. additional QRM on frequency from all the ACKs required from the SYSOP TNC for
  262. every DF packet transmitted.   Having an alternate means of control, avoids
  263. this CONNECTED environment but adds complexity.
  264.  
  265.