电子学/利用电脑接收甚低频信号
在早期,为了接收甚低频信号,你需要购买或制作合适的接收机或转换器。如今,这变得更加容易;你只需要一台标准的电脑,配备声卡(还需要奔腾处理器和 100 MHz 或更高的时钟速度),以及一些额外的设备。
任何配备声卡的电脑(奔腾处理器和 100 MHz 或更高的时钟速度)只需使用少量的额外设备就可以转换成强大的接收机,用于接收低于 24 kHz 的频率!硬件方面,只需要合适的天线;软件方面,只需要一个频谱分析程序,这个程序可以在互联网上作为免费软件获得。
建议使用感应天线接收甚低频信号。这个天线应该由一个线圈组成,线圈匝数尽可能多,直径尽可能大。
线圈的电气和机械特性,即其电感、欧姆电阻、匝数等,并不重要,可以在很大范围内变化。因此,它的制作非常容易。你只需要一卷绝缘导线,用至少 2 米长的电缆连接到声卡的 LINE 或 MIC 输入端。作为电缆,可以使用任何带有两根导线的类型(虽然屏蔽或同轴电缆会更安静)。
在许多商店里,可以买到适合所有类型的电脑声卡输入的预焊接插头,你甚至可能不需要自己焊接声卡输入所需的插头。
为了获得良好的接收效果,线圈应尽可能远离电脑(如果可能,至少 2 米),并远离其他电气设备,并且轴线应与地面平行。
在钢筋混凝土建筑物中,靠近窗户的地方是最佳选择。
如果你想获得更高的灵敏度,可以将两个或多个线圈串联起来。需要注意的是绕线方向(顺时针或逆时针),否则感应信号会互相抵消。
将天线连接到声卡输入端后,需要在电脑上选择要使用的信号输入。为此,请右键单击 Windows 任务栏右侧的扬声器图标。
会出现一个弹出菜单,你需要选择“音量”或“打开音量控制 (w2k)”选项。在显示的对话框中,单击“选项”菜单项,然后从子菜单中选择“属性”项。你会在屏幕上看到第二个对话框,单击“录音”按钮,然后单击“确定”按钮。现在你可以设置要使用的声卡输入端。对于甚低频信号接收,该输入端的平衡控制应置于中间,音量调节器应调到最大音量。当然,所有这些设置以后都可以更改,例如,如果需要对通过电脑其他声卡输入端输入的音频信号进行频谱分析。
有很多程序可用于对通过电脑声卡输入的信号进行频谱分析(请查看 http://www.vlf.it/harald/strangerec.htm)。我最喜欢的软件是“SpecPlus”,因为这个功能强大的软件可以将接收到的信号自动保存为频率/时间/强度图表(称为频谱图),并以节约磁盘空间的方式保存为 jpeg 文件。此外,“SpecPlus”在使用 Windows95、Windows98 或 Windows ME 操作系统时运行非常稳定。(我不知道它在 Windows NT 4.0、Windows 2000 或 Windows XP 下运行效果如何。它无法在 Windows3.x 下运行!)电脑显示器在甚低频范围内会产生强烈的噪声。因此,最好不要直接在屏幕上查看频谱图,而是将它们保存为硬盘上的文件,并在稍后查看。因此,在显示器关闭的情况下自动运行是最佳操作模式。当地标准时间午夜到凌晨 6 点通常是接收甚低频信号的最佳时间,因为大多数电气设备在此时已关闭,因此干扰信号的水平最低。作为补充,电脑在这段时间内可能不会用于其他任务,因此可以用于接收甚低频信号!
“SpecLab”可以从 http://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html 下载,并以 zip 文件的形式提供。成功下载并使用 WinZip 解压缩到安装目录后,就可以安装该软件,经验表明,不会出现任何问题。该程序可以在 Windows 98、2000、ME、XP、Linux/WINE 下运行,但不能在 Windows Vista 下运行。
成功安装后,需要进行一些设置。首先,应该设置颜色调色板。有很多伪彩色显示模式可用。虽然伪彩色显示看起来可能有点流行,但我更喜欢用一种模式,这种模式将信号显示为黑色,背景显示为白色。首先,这种显示模式可以很容易地理解,不需要了解所使用的颜色调色板,并且如果你愿意,可以使用其他程序进一步压缩接收到的 jpeg 文件,而不会丢失信息(如果你使用伪彩色显示,这些颜色很容易被压缩过程改变。这种效果完全不受欢迎,因为颜色显示了信号的强度,因此信息在压缩过程中会丢失。为了设置颜色调色板,通过“选项”菜单项和子菜单项“加载颜色调色板”加载包含相应颜色调色板的文件。现在,调整采样率。为此,选择“选项”菜单项,然后选择子菜单项“音频设置”。采样率决定了可以接收到的最高频率值。它的值为:F = 采样率 / (2 * 输入采样率分频器)。对于 24 kHz 的最大接收频率(常用的声卡无法处理更高频率的输入信号),需要将采样率设置为 48000 赫兹,将输入采样率分频器设置为 1。然后,需要修复 FFT 属性。为此,在“选项”下选择菜单项“FFT 设置”。对于甚低频信号接收,需要将 FFT 输出设置为“对数”,对于 FFT 类型,应该选择“从 0 开始的实数 FFT”。最后,调整显示模式。为此,通过“选项”菜单选择“显示频谱显示设置”子菜单。
在现在出现的对话框中,将甚低频信号接收的幅度范围设置为 -130 dB 到 -60dB 之间。经验表明,这个范围对于显示甚低频信号非常敏感,因为更强的信号通常不会出现,而声卡的噪声值约为 -110dB 到 -120dB。在这个窗口中还可以进行一些其他调整(请查看图片)。
最后,需要在主对话框中使用“B”(亮度)和“C”(对比度)控件(位于“颜色调色板”下方)调整灵敏度的最佳值。为此,断开天线或将其短路,移动“B”控件,使背景刚好显示为白色。使用“C”控件设置显示器的对比度。你可以将其设置为显示或不显示信号强度的小差异。由于“B”和“C”调节器的设置会互相影响,因此可能需要执行这些步骤多次,直到你对显示效果满意为止。此后,你的电脑就准备好接收甚低频信号了!
对于自动运行,需要在“文件”菜单项下选择子菜单项“周期性操作”。
使用这里显示的设置,每 40 秒会生成一个显示频谱图的图形文件,文件名为“ns” + 运行编号(从 1 开始) + ".jpg",并将其写入 g:\vlf\07032002 目录。(我在文件名开头使用两个字母来指定接收线圈轴线指向的方向:“ns”表示南北方向,“ow”表示东西方向)。这样做非常明智,因为所使用的线圈与所有感应天线一样,都具有很强的方向性。)请记住,你提到的目录必须存在,并且“激活”选项必须处于打开状态。否则不会进行任何记录!