home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Ham Radio 2000 #2 / Ham Radio 2000 - Volume 2.iso / HAMV2 / PACKET / APRS805 / README / DF.TXT < prev    next >
Text File  |  1997-04-16  |  39KB  |  711 lines

  1. DF.TXT 7.9.0       USING APRS FOR DIRECTION FINDING
  2.  
  3.  
  4. OVERVIEW:  APRS NOT ONLY PLOTS BEAM HEADINGS (Both Manual and DOPPLER)
  5. BUT IT ALSO HAS TWO METHODS FOR TRANSMITTER LOCATION USING ONLY OMNI
  6. DIRECTIONAL SIGNAL STRENGTH CONTOURS!  Since ANYONE can use the OMNI
  7. techniques, they are presented first, followed by the classical BEAM
  8. heading triangulation, followed by details of the automatic serial
  9. interfaces to the Doppler equipment.
  10.  
  11.      The first omni technique displays overlaping circular signal strength
  12. contours on the map based on signal reports from MULTIPLE reporting
  13. stations.  The second omni technique plots lines of bearing based on a
  14. SINGLE moving omni station (Aircraft or vehicle) plotting three or more
  15. FADE points on his map.  All fade-points on a map where the transmitter
  16. signal fades out should characterize a circle with the transmitter
  17. at the center.  APRS computes this circle and therefore the location
  18. of the transmitter based on these three or more points.
  19.  
  20.  
  21. OMNI-DIRECTION FINDING:
  22.  
  23. APRS incorporates a whole new aspect to direction finding by permitting
  24. the plotting of signal strength contours.  THIS PERMITS STATIONS WITH ONLY
  25. OMNI ANTENNAS TO PARTICIPATE AND PROVIDE VALUABLE INFO!  This is possible
  26. since APRS has a line-of-sight Power-Height-Gain (PHG) reporting and
  27. display format which it can use to draw range circles around each station 
  28. showing his relative communication range.  For stations not reporting the 
  29. PHG format they are assumed to have the default parameters of 10 Watts, 20 
  30. feet HAAT, and a 3 dB antenna.
  31.  
  32.      If each station accurately includes these parameters in his posit, then
  33. APRS plots a map of circles around all stations.  Where two circles inter-
  34. sect or overlap, direct communications are possible.  This PHG plot is an
  35. ideal tool for setting up ANY radio network WHETHER OR NOT APRS or PACKET
  36. is being used!  Note that these circles represent transmitting range based
  37. on your Power and antenna relative to a nominal 10 Watt station at ground
  38. level.  Your ability to hear him, depends on his transmitter relative to
  39. 10 Watts.
  40.  
  41. DFING WITH OMNI SIGNAL STRENGTH REPORTS:  By modifying these PHG equations
  42. for plotting received signal strengths, a weak signal is drawn as a larger
  43. circle of probability than a very strong circle.   I chose a scale of 0 to
  44. 9 for relative signal strength indication.  These signal strength numbers
  45. replace the transmitter power in the PHG reporting format and are preceeded
  46. with DFS to represent DF Signal strength.  APRS uses these signal strengths
  47. to plot receive contours as follows.  The numbers 1 to 9 will be plotted
  48. as circles from a dark gray up to a bright red, with the radius of the
  49. circle decreasing with stronger signals.  A signal strength of 0 represents
  50. NOTHING HEARD and is plotted last as dark gray on top of everything else. 
  51. They clearly show where the transmitting station is NOT.
  52.  
  53.      Since the PC can only overlap circles, the user should visualize all
  54. the overlapping colors and not just the brightest ones on top.  The probable
  55. location of the transmiter will be in the area of the most concentrated
  56. intersections of circles.  Do not be fooled by the brighter circles nor
  57. the CENTERS of any circles.  The location of the hidden transmitter will
  58. never be at the center of a circle.  THE LOCATION OF THE HIDDEN TRANSMITTER
  59. IS ALWAYS NEAR THE EDGES.  If it was near the center, then that station
  60. would have reported a stronger signal, and the circle would be brighter
  61. and smaller!  Load the DF-OMNI.BK file to see our first omni-df attempt
  62. and see the section below about what you will see in that file.
  63.  
  64.  
  65. OMNI-DF COMMAND SUMMARY:  The following list sumarizes all of the commands
  66. used in performing direction finding both OMNI and with BEAMS.  Please note
  67. that stations with BEAMS should NOT input OMNI signal strength readings,
  68. since their gain will upset the consistency of the OMNI plots.  Beam stations
  69. should always enter their BEAM HEADINGS.
  70.  
  71.  
  72. INPUT-DF - Enter either a beam heading or a signal report.  If a beam
  73.       heading of (0) is entered, then APRS assumes the entry is for an OMNI
  74.       signal strength report.   Remember that 360 means North, not 0.
  75.  
  76. INPUT-ADDobj - Add voice DF reports to the map.  Select the DF station 
  77.       symbol and you will be prompted for the BeamHeading.  Enter 0
  78.       for an omni report.
  79.  
  80. INPUT-MY-HEADING - Used to enter the heading of your vehicle.  GPS data
  81.       is useless when you are stopped.
  82.  
  83. INPUT-PwrHtGain - Not necessarily used for DF, but is used to enter
  84.       your station Power, Height and Antenna gain parameters.
  85.  
  86. INPUT-SAVEpos - Used by mobiles to mark the map with your current posit
  87.       and DF bearing as an object so that the fix remains on the map for
  88.       future reference.
  89.  
  90. INPUT-UPLINKpos - Same as SAVE, but the FIX object is marked for uplinking.
  91.  
  92. MAPS-PLOT-DF - This command is used to plot the OMNI-DF profiles.
  93.  
  94. MAPS-PLOT-HEARD - Plots only the DF rings for stations that have HEARD the
  95.       fox.  (for monochrome displays to separate the NOT-HEARD circles)
  96.  
  97. MAPS-PLOT-NOTheard - Plots only the DF rings for stations that have NOT
  98.       HEARD the fox.  This is to eliminate confusion on monochrome screens.
  99.  
  100. MAPS-PLOT-PwrHtGain - Plots Power-Height-Gain range rings around all stns.
  101.  
  102. MAPS-PLOT-RngRngs - Draws range circles at the selected map scale. AND shows
  103.                     the range and Bearing of the cursor from the center.
  104.                     This is in great-circle coordinates.
  105.  
  106.  
  107. OMNI-DF EXAMPLE:  The file DF-OMNI.BK is a snapshot of my first Omni-DF  
  108. attempt on a Sunday afternoon foxhunt.  I simply called around on various
  109. 2m repeaters in the area and asked stations to listen for the fox.  It
  110. turns out that all but one other report were from mobiles.  I added these
  111. stations to the map using the INPUT-ADD command.  To see the result, do a
  112. FILES-LOAD of DF-OMNI.BK and hit the MAPS-PLOTS-DF command.
  113.  
  114.    First, notice that APRS blacks out the areas where the fox is NOT
  115. based on the null reports.  You will always get far more NULL reports
  116. than HEARD reports.  These are very VALUABLE!!!  because there are more
  117. of them and they instantly eliminate most of the surrounding area!  With
  118. these first 6 null reports, I knew instantly that the fox was not to the
  119. west, south, or east of Baltimore.  It took the mobile fox-hunters 
  120. another 45 minutes to figure this out!
  121.   
  122.     Second, notice the offset circle of KA3DZZ.  This is because he 
  123. reported that he was west of a ridge and didn't hear as well to the 
  124. east.  The most interesting report was from W3PWF who said it was a very
  125. strong signal and he was much further than either of the nearby mobiles that
  126. reported weak signals.  ALthough he was in his driveway, he had almost 200
  127. feet of height above average terain, but could not quantify it at the time.
  128. This points out how tricky it will be to use the OMNI-DF plots.  Do NOT
  129. rely on any one report.  You must visually take it all in.  His report is
  130. correct, and although he has a large horizon, APRS draws his pink circle
  131. smaller to show that the FOX could be closer to him.  Remember to look at 
  132. the edge of his circle, not the center.
  133.  
  134.         APRS draws all OMNI-DF reports on the screen starting with
  135. the weakest (largest) going up to the strongest and smallest.  After all
  136. of these colored reports are plotted, then APRS goes back and plots all
  137. of the 0 or NULL reports.  They are drawn on top, since they are a
  138. POSITIVE report that the FOX is NOT within their range.  This overlay
  139. blocks out some segments of colored circles to eliminate areas where
  140. the FOX is not.
  141.  
  142. YOU MUST REMEMBER TO LOOK AT THE EDGES OF ALL CIRCLES, NOT THE CENTERS!
  143. THE FOX SHOULD BE NEAR THE LOCATION WHERE THE EDGES OF MOST CIRCLES
  144. INTERSECT OR OVERLAP.
  145.  
  146.      This was just my first test, and unplanned.  Notice that with all of
  147. the stations that we rounded up, only 4 of 13 even heard the FOX at all.
  148. For serious work, each station reporting should have a very good idea of
  149. his Height above average terrain and general geographic horizon.  If each
  150. of those stations was also watching the APRS plots unfold, they could have
  151. modified their reports to be more meaningful!
  152.  
  153.  
  154. RECOMMENDED OMNI-DF PROCEDURE:  When the APRS net is alerted to a FOX
  155. or hidden transmitter, each APRS station should listen on the reported
  156. frequency and enter his signal strength.  Next each APRS operator
  157. should go onto the local voice repeaters and ask for OMNI-SIGNAL strengths
  158. from any other fixed or mobile stations.  The APRS operators use the INPUT-
  159. ADD command to add these stations to the map.  NEGATIVE reports are VERY
  160. valuable too!  By having one APRS operator listening on EACH local voice
  161. repeater, and soliciting reports, the maximum number of reports can be
  162. gathered with a minimum amount of chatter.  Be sure to get the station's
  163. reported signal strength, location, Antenna height-ABOVE-AVERAGE-
  164. TERRAIN (not sea level or above ground) and any offset in his horizon.  It
  165. is amazing how many people do NOT understand ANTENNA HEIGHT.  Be  conser-
  166. vative.  Use the following scale:
  167.  
  168.    0   No signal detected what-so-ever
  169.    1   Detectible signal (Maybe)
  170.    2   Detectible signal (certain but not copyable)
  171.    3   Weak signal marginally readable
  172.    4   Noisy but copyable
  173.    5   Some noise but easy to copy
  174.    6   Good signal with detectible noise
  175.    7   Near Full-quieting signal
  176.    8   Dead Full-quieting signal no noise detectible
  177.    9   Extremely strong signal "pins the meter"
  178.  
  179. Remember, stations DO NOT NEED TO BE APRS stations to participate!
  180. Any voice report can be entered on the map by any other APRS station using
  181. the INPUT-ADD command and selecting the DF symbol type.  Enter a beam
  182. heading of 0, to be prompted for an omni-signal strength report.  For more
  183. information on the Power-Height-Gain formats, see the DIGIs.txt and
  184. PROTOCOL.txt files.
  185.  
  186. PLOTTING DETAILS FOR OMNI-DF CIRCELS;  I used the radio horizon forumla
  187. for the radius of the circles, modified by the signal strength value. 
  188. Here is the equation for the four DFSshgd or PHGphgd characters.
  189.  
  190.    P = 10 / s        For Power plots, P = p;  For DFS, P is INVERSLY
  191.                      proportional to signal strength s.
  192.    H = 10 * 2 ^ h    Convert character to power in Watts
  193.    G = 10 ^ (g / 10) Convert from dB
  194.    D = 45 * VAL(d)   Convert to degrees.  If D is not zero, then the circle
  195.                      is offset in the indicated direction by 1/3rd radius
  196.   
  197.    R = SQR(2 * H * SQR((P / 10) * (G / 2)))   range modified by adding
  198.                      SQR(P/10 *G/2) to make it unity at 10 watts and 3 dB
  199.     
  200.    R = R * .85  Present fudge factor
  201.  
  202.  
  203. EQUAL FADE CIRCLE TECHNIQUE FOR MOBILE OMNI DFING:
  204.  
  205.      This method has been used for years by Airborne search and rescue teams
  206. to locate downed aircraft based on the location of points where the signal is
  207. just detectable.  The advantage of this technique is that NO BEARING info
  208. and NO SIGNAL STRENGTH info is required.  The key factor, is that ALL points
  209. where the signal fades to zero are located on the edge of a large circle with
  210. the hidden transmitter at the center.  By simply flying (driving) through the
  211. area of the hidden transmitter and plotting at least three points where the
  212. signal fades out, you can identify the circle and therefore the location of
  213. the transmitter.  For aircraft searches, this technique can be repeated at
  214. lower and lower altitudes to repeatedly reduce the size of the circle and
  215. therefore increase the accuracy.  For ground based searches, an attenuator
  216. or tighter squelch can be used to reduce the size of the circle for successive
  217. runs.
  218.  
  219.      The only assumption in this process, is that the radiation pattern
  220. from the transmitter is relatively omnidirectional.  See the following
  221. figure to see how the data is plotted.  Between each pair of fade points, 
  222. a line is computed and then a line of bearing is drawn perpendicular
  223. between the two points.  The intersection of these lines-of-bearing give the
  224. location of the transmitter.  The sketch below is symetrical due to the
  225. limitations of the angle of the slash characters used in drawing it, but the
  226. technique does work no matter where the flight paths intersect the circle!
  227.  
  228.        Entry               .   .   .  Fade Circle
  229.      Flight path      .                 .
  230.              \     .                    *  .
  231.                \ .       *           *       .  / Exit flight path
  232.                A.\          *     *          D/
  233.                 .  \           T            / .
  234.                 .    \      *     *       /   .
  235.                  .     \ *           *  /    .
  236.                    .  *  \            / *  .
  237.                    *  .    \        /    . *
  238.                 *          . \ . C/.          * Perpendicular
  239.                              B \/               lines of bearing
  240.                               /  \
  241.                              |    |
  242.                               \__/ oops, nothing heard,
  243.                                    turn the other way!
  244.  
  245.      APRS implements this algorithm.  No matter what pattern you drive 
  246. (or fly), simply drive until you first aquire the signal and hit the F5 
  247. key.  Then continue driving in the same general direction until you just
  248. lose the signal.  At this point hit F5 again.  APRS will then compute a 
  249. line of bearing midway and perpendicular to those two points.  This line 
  250. of bearing is represented by the asterixed lines above.  Turn and choose 
  251. a new direction to drive until you re-aquire the signal and do the same 
  252. process again.  Hit F5 on aquisition and hit F5 again when the signal 
  253. fades.  When APRS plots this second line of bearing,  you will have two 
  254. intersecting lines of bearing that roughly indicate the location of the 
  255. transmitter.  Drive to that indicated point and insert enough attenuation 
  256. in your antenna to make the signal weak enough to do the whole process 
  257. again but with a much smaller FADE circle.  This added attenuation is 
  258. similar to aircraft reducing altitude to reduce the fade circle for each 
  259. additional run.
  260.  
  261.     Note that each time you press the F5 key to mark a fade point on the map,
  262. APRS asks you if this is a NEW CONFIGURATION or not.  This is important,
  263. because APRS should use only the points made by the same station and in the
  264. same configuration for each plot.  To keep track of these, APRS labels each
  265. new fade point with your callsign suffix in parentheses and then a letter
  266. for the given configuration and then a sequential number.  Whenever the
  267. MAPS-PLOTS-FADE commmand is given, APRS only computes bisectors and bearing
  268. lines from each group of points from the same station, and from the same
  269. configuration group (letter).  So, for any given configuration (antenna and
  270. attenuation combination) just hit return at the configuration prompt.  When
  271. either the antenna or attenuation are changed, then answer Yes for the first
  272. point in the new configuration.
  273.  
  274. NUMBER OF POINTS:  You need three points before APRS can compute and display
  275. the 3 intersecting lines.  Four points will generate SIX lines and the
  276. map will be quite messy.  Five points will genereate TWELVE lines and it
  277. will be impossible to make ANY sense out of the mess.  You are best off
  278. limiting to THREE Fade points.  Then go to the probable area, reduce
  279. antenna gain by 30 db and do it again with a NEW configuration...
  280.  
  281. NOTE!   It is very important to understand that this is just a technique.
  282. The operator MUST have experience in DFing and must thoroughly appreciate
  283. the vagaries of propogation and antenna height-gain.  Just pressing F5 does
  284. NOT find the FOX!  Give me a violin and it will NOT make music!  Garbage in
  285. implies garbage out! ETC.  What I am saying, is to make sure that each time
  286. you are ready to mark a new fade point, consider the average terrain and be
  287. sure you are in a comparable propogation position.  Obviously, if you have
  288. some kind of S-meter, you do NOT have to drive all the way to a fade
  289. condition, but just to a measureable and repeatable signal strength level.
  290. As long as you press F5 at multiple points of equal signal strength, the
  291. fade technique will work.
  292.  
  293.  
  294. FURTHER DETAILS:  When you press the F5 key for manual reports, APRS creates
  295. a Fade marker at the location of the cursor.  If you are GPS equipped, you
  296. can instantly move the cursor to your current location by simply pressing
  297. the Go key.  For each press of F5, a new fade spot is created.  Once APRS
  298. has two or more of these locations, it can plot the lines of bearing.  Use
  299. the MAPS-PLOT-FADE command to display the plot of all of the lines of
  300. bearing.
  301.  
  302.  
  303. PLEASE NOTE!  The difference between this technique and the OMNI-DF function
  304. in APRS, is that the FADE technique takes advantage of a SINGLE MOBILE
  305. to locate the edge of the FADE circle.  FIXED stations can NOT provide ANY
  306. useful information for the FADE circle technique because their stations
  307. are not identical and its a one in a million chance that their fixed 
  308. location is on the fade circle anyway.  In summary, the FADE circle is 
  309. for single mobile OMNI fox hunters using the SAME station at MULTIPLE 
  310. locations, wheras the OMNI-DF capability plots signal strength contours 
  311. for MULTIPLE NON comparable stations.
  312.  
  313.  
  314. *****************************************************************************
  315.  
  316.  
  317. CLASSICAL APRS DIRECTION FINDING WITH BEAM HEADINGS AND/OR DOPPLER DF UNITS
  318.  
  319.  
  320.      APRS is an excellent tool for instantly plotting and diseminating DF
  321. bearing information using a variety of techniques:
  322.  
  323.      MANUAL APRS    - Any APRS station simply selects the INPUT-DF command
  324.                       and enters his beam heading
  325.  
  326.      MANUAL OTHER   - Any APRS station can take voice reports from other
  327.                       stations, and place them as DF reporting OBJECTS on
  328.                       his APRS map
  329.  
  330.      AUTODF UNITS   - Connecting a second COM port to the serial output
  331.                       of these units:
  332.  
  333.                       Doppler Systems Inc  (300 baud)
  334.                       N7LUE interface  (2400 baud)
  335.                       KA4IIA Doppler unit (4800 baud)
  336.                       Agrelo DFjr (4800 baud)
  337.  
  338. DF DEMONSTRATIONS:  To see the results of manual DF bearings in a Baltimore
  339. foxhunt, FILE-LOAD the FOXDF.BK file.  You will see the multiple lines of
  340. bearing all converging to within 1/2 mile of the final location of the Fox.
  341. Notice that none of our stations were any closer than 15 miles away and more
  342. than half of our DF stations were more than 25 miles away!  
  343.  
  344.      To see what the AUTOmatic Doppler DF interface looks like, zoom into
  345. Phoenix, Arizona and FILE-REPLAY the DF-AUTO.HST file.  You will see N7LUE's
  346. DF unit make multiple hits on three local repeaters in the area.  If you are
  347. doing a DF exercise from a fixed location, you can enable APRS to save all
  348. DF reports in a track history file by setting the CONTROLS-POSFIL to off.
  349. With the Position Filter off, APRS will save every DF posit to the track
  350. history file.  If you are moving, APRS saves all posits anyway.  To see
  351. my first Doppler mobile event, replay DF-FOX2.DF.
  352.  
  353. CAUTION:  APRS does not do spherical geometry, it assumes a flat earth.
  354. For this reason, APRS should not be used for HF DFing beyond about 250
  355. miles.  This is contrary to the MAPS-PLOTS-RNGRNGS command which does 
  356. use great circle calculations.  Also to minimize out-of-area confusion,
  357. APRS marks the LENGTH of the bearing lines to be only equal to the
  358. current MAP scale.  If you are DFing on a 4 mile map, then the bearing
  359. lines will only be 4 miles long.  etc...
  360.  
  361.  
  362. MANUAL APRS STATION DF REPORT:  Each APRS station can include a beamheading
  363. in his position report by using the INPUT-DF command.  This bearing will 
  364. normally time out after 2 hours to eliminate any confusion caused by 
  365. old/stale reports.  A solid yellow line indicates an excellent line of 
  366. bearing, and a more dotted line indicates less and less quality.  You can 
  367. use the MAPS-PLOTS-RINGS command to superimpose range rings on the screen 
  368. around the map center for estimating distances.  If you are running the WX 
  369. station option, however, your DF bearing report will be overwritten as 
  370. soon as your next WX report comes in.
  371.  
  372. NON PACKET DF REPORTS:  Even for non APRS stations, their lines of bearing
  373. can be quickly entered by any APRS station using the INPUT-ADD command. 
  374. In this case, simply select the DF symbol, enter a beam heading, and enter
  375. a quality between 1 and 8, where 8 is best.  These reports will NOT
  376. timeout, however, and should be killed after use.
  377.  
  378.  
  379. AUTOMATIC INTERFACE TO DOPPLER SYSTEMS INC UNITS:
  380.  
  381.     These units have an optional serial data output that outputs a three
  382. digit azimuth once per second at 300 baud.  Just hook it up to APRS and
  383. watch the DF bearings plotted on the map and transmitted to other users
  384. on frequency.  BE SURE TO SELECT 300 BAUD to match the DSI output. 
  385. Include an on/off push button so that garbage reports are not sent to the
  386. APRS computer.
  387.  
  388. AUTOMATIC INTERFACE TO THE AGRELO DFjunior:
  389.  
  390.     Designed from the ground up to be APRS compatible, it includes data  
  391. processing so that erroneous readings are significantly reduced from 
  392. other doppler designs.  Has both automatic and manual modes.  Operates 
  393. at 4800 baud for ease of combining with GPS data using their multi-port 
  394. adapter.  In AUTO mode, the DFjr outputs a GPS posit and DF bearing at 
  395. a fixed rate.  In manual, data is only passed to APRS when the user presses 
  396. a button.  The multi-port adapter combines your TNC, DFjr and GPS data
  397. all into the same PC COMM port.  Using this adapter, configure APRS for 
  398. one port TNC operation (even if you are not using packet), then use alt-
  399. SETUP-DF menu to select the DFjr.  This tells APRS to watch for DF data 
  400. on the TNC comm port.  THen select the GPS-SPM mode under the alt-S-GPS- 
  401. MODES menu so that APRS will also parse GPS data on the TNC port.   Even 
  402. if you normally run HSP mode with other TNC's, your HSP adapter is not 
  403. being used.  The DFjr is doing the switching so SPM mode should be 
  404. selected.  (If you have the dual port Pico-TNC, however, then you must 
  405. select HSP.)  The multi-port adapter normally passes TNC data straight 
  406. through to the PC.  But when the DFjr outputs a report, it sends out a 
  407. POSIT followed by a DF report which are combined with the TNC data at 
  408. the COMM port.
  409.  
  410.  
  411. AUTOMATIC DOPPLER DF UNIT INTERFACE FOR ALL MULTI-LED DF UNITS:
  412.  
  413.      Randy, KA7UUS and Bob N7LUE developed a 2400 baud serial interface to
  414. the popular ROANOKE Doppler DF unit (or any other DF unit that drives an
  415. LED display).  They added a divide by N counter and UART to produce a single
  416. ASCII character 8 times a second or so.  Each character is a letter from
  417. @,A,B,.. ,O indicating the azimuth of the 16 LEDS.  For some DF units that
  418. rotate counterclockwise, the board will optionally use lower case letters
  419. for the opposite rotation.  A VOX circuit disables data output when there
  420. is no DF signal, and an optional PTT circuit can be used to disable the DF
  421. unit when ever a co-located TNC transmits the resulting DF data.  This last
  422. circuit was necessary to prevent the DF unit from generating false bearings
  423. whenever the packet TNC transmitted!
  424.  
  425.      APRS accumulates, averages and calculates the deviation of these samples.
  426. It then plots a bearing line in the average direction and shows the variance
  427. of the data by the "dottedness" of the line.  A solid line is a solid
  428. non-varying signal, whereas a very dotted line, had a lot of variance in the
  429. reports.  Since APRS averages the data and computes the deviation and
  430. average to 1 degree, the fact that the DF unit is only reporting in 16ths
  431. of the compass is averaged out.  Anyone who has watched a doppler DF unit in
  432. action, understands that the signal bounces everywhere due to reflections
  433. and the distribution of the data is broad enough that the quantization of the
  434. raw data to 4 bits is insignificant.  The add-on N7LUE interfce is no longer
  435. available but the new KA4IIA unit is.   See below.
  436.  
  437.  
  438. REMOTE DF SITE:   ALthough any APRS site with the DF interface can be an
  439. automatic DF station, a remote DF station only needs a remote controllable
  440. scanner, the DF unit with serial interface, and a TNC and packet radio. 
  441. By setting the TNC in the UNPROTO CONVERSE mode, it will simply packetize
  442. the data out of the DF unit periodically for display on all APRS stations
  443. on the network!  A suggested arrangement is as follows:
  444.  
  445.   A.  Take the 8 characters per second data from the DF unit and connect
  446. them to the serial data input of the TNC.  Take the PTT output of the TNC
  447. and connect it to the optional PTT-SUPPRESS input of the N7LUE interface
  448. to prevent the DF unit from generating erroneous data when the TNC transmits
  449. (and overloads the DF unit).
  450.  
  451.   B.  Set the TNC packet length PACLEN to 75.  On a continuous signal, then,
  452. the TNC will transmit once every 10 seconds after it has accumulated a full
  453. packet of 75 characters.  Each transmission will contain the last 75 samples
  454. from the DF unit.
  455.  
  456.   C.  So that APRS knows the location of the remote DF unit and that it is
  457. a DF station, the BText of the DF TNC must contain the LAT/LONG and the APRS
  458. DF symbol character (\):     BT !3856.55N/07629.11W\DF station...
  459.  
  460.   D.  APRS will then plot a new bearing line for each DF packet received.
  461.  
  462.   E.  For short FOX transmissions, the TNC should have PACTIME set to AFTER
  463. 10 (1 sec) and CPACTIME to ON.  The PACTIME setting was chosen relatively
  464. short so that a packet is transmitted at the end of each FOX transmission,
  465. but before another station keys up.
  466.  
  467.   F.  To prevent all DF sites from keying up at once at the end of the FOX
  468. transmission, each automatic DF site must have a differnet value of DWait.
  469. Each additional site should have an additional 100 ms.
  470.  
  471.    With the design noted above, each DF site will transmit a maximum of one
  472. packet every 10 seconds, or one packet for every short transmission of the
  473. fox.  With the parameters chosen above for 5 stations, the network would be
  474. pretty well saturated just handling the data from all sites.  This is fine
  475. for intensive operations in search of a FOX or jammer, but a more routine
  476. level of operation could be realized by reducing the data rate from the the
  477. DF unit from 8 to 4 characters per second or less.  This would result in
  478. only one packet report every 20 seconds or more which might be more suitable.
  479. At these high data rates, and since a good DF site should have good altitude,
  480. digipeater paths for routing the data should be avoided.
  481.  
  482.  
  483. AUTOMATIC REMOTE SITE DF NETWORK CONTROL:
  484.  
  485. Since the automatic DF interface between a TNC and a DF unit will generate a
  486. lot of packets, there has to be some means for remotely turning it on and
  487. off.  I consider that beyond the realm of APRS, since for a remote DF site,
  488. there must already be some kind of control link in place in order to command
  489. the DF receiver what frequency to listen to.  If such a link already exists,
  490. then the capability is probably also there for enabling or diasabling the
  491. DF/TNC interface.
  492.  
  493.      In the absence of such a control link, however, a very simple remote
  494. control and receiver command link can be derived from the TNC itself!  First,
  495. take the voltage from the CONECTED LED and use it to enable the DF unit
  496. output to the TNC input (some TNC's bring this signal out on one of the RS-
  497. 232 pins).  This way, the automatic reporting will begin as soon as the DF
  498. Net Control station connects to the TNC.  This station can also then send
  499. tuning commands via the TNC to the radio serial port!  Even tho there is a
  500. connected link between the control operator and the DF station, APRS will
  501. still monitor all data from the remote site as long as CONTROLS-OTHER is
  502. selected.  Or the DF control station can temporarily make his TNC callsign
  503. be DFNET which APRS will always monitor.  This is legal, as long as he
  504. also places his true call in his BText once every 10 minutes.
  505.  
  506. DF NET CONTROL OPERATION:    The scenario for this kind of operation, would
  507. be for the network SYSOP to use a dumb terminal in the multi-stream connect
  508. mode to connect in turn to each of the remote sites.  Once each of these
  509. connections is established, each DF station begins sending DF data as long as
  510. the connection is in place.  To disable a site, the SYSOP simply disconnects
  511. from that station.  The only disadvantage of this means of control is the
  512. additional QRM on frequency from all the ACKs required from the SYSOP TNC for
  513. every DF packet transmitted.   Having an alternate means of control, avoids
  514. this CONNECTED environment but adds complexity.  If you are ready to
  515. implement automatic remote site DF stations contact me so we can both make
  516. sure it works right.
  517. ----------------------------------------------------------------------------
  518.  
  519.  
  520. MOBILE APRS DIRECTION FINDING
  521.  
  522.     APRS is the ideal tool for integrating together all of the DF equipment
  523. in modern DFing, the Doppler DF, the GPS, and the TNC packet link.  If you
  524. have a dual serial port computer, the one port is connected to the TNC (if
  525. used), and a GPS, using the Hardware Single Port (HSP) switch.  The second
  526. COMM port is dedicated to the DF unit.  With this arrangement, the GPS
  527. provides continuous data on the location of the vehicle and the TNC provides
  528. the communication links to the APRS DFing network.  The DF unit provides the
  529. DF data whenever the FOX transmits.  Using the GPS heading, APRS will do an
  530. automatic conversion from the relative bearings from the DF unit to TRUE.
  531. With this arrangement, the mobile DF unit will be seen in the APRS network,
  532. moving along and providing constant bearings to the hidden transmitter.
  533. In practicality, however, there are problems in this plug-and-play scenario.
  534.  
  535.   1)  First, The heading information from the GPS is ONLY ACCURATE, IF
  536.   THE VEHICLE IS MOVING!   Therefore, APRS only uses the LAST Heading for
  537.   which the vehicle velocity was over 5 MPH.  To help, the F8 key will
  538.   override the normal HSP timer and let you force an immediate GPS fix.
  539.   If you are stopped, and have a compass, enter your heading using the
  540.   INPUT-HEADING command.  (if using magnetic, be sure to set the alt-SETUP
  541.   OTHER-MAG-VAR to the variation in your area and save your CONFIG file.)
  542.  
  543.   2)  Sometimes the GPS is not putting out good and, more often, the DF
  544.   unit is putting out GARBAGE!  We are beginning to conclude that only
  545.   a Human operator can really figure out when the data is good and
  546.   when to ignore it!  To avoid processing and transmitting BAD data, you
  547.   should place a Push button in the DF data line and only press it when
  548.   data is valid.  See the DFSP DF Single Port Mode description.
  549.  
  550.   3)  Whenever the TNC transmits APRS DF or position data, it totally
  551.   garbles the DF unit!   There are two solutions:
  552.  
  553.       a) Same as item 2 above!
  554.      
  555.       b) For fully automatic sites, the DF unit must have a MUTE circuit
  556.       connected to the TNC PTT line so the the DF is DISABLED whenever
  557.       the TNC transmits.  Diode ORing of the PTT leads of every transmitter
  558.       at the site should be conisdered.  The next N7LUE interface will have
  559.       this MUTE included.
  560.  
  561.   4)  Most laptop computers only have one usable COMM port!
  562.  
  563.  
  564. DIRECTION FINDING IN DF SINGLE PORT MODE!
  565.  
  566.    Since we have just about concluded that you need a manual push button
  567. for the operator anway (thanks Joe Moel, K0OV), it becomes trivial for
  568. us to add the DF serial data to the existing shared GPS/TNC/HSP serial
  569. port.  The following schematic shows how the serial data from all three
  570. devices is switched and how a second pair of contacts is used to alert
  571. APRS, when the DF data is connected.
  572.  
  573.                                  
  574.                                       DF PUSH           LAPTOP
  575.             ----------                BUTTON            SERIAL
  576. TNC DATA >--|  HSP   |                                   PORT
  577.             |        |--------------------*
  578. GPS DATA >--| SWITCH |                    |
  579.             --*-------                   ----------*----------> RXD
  580.               |                  
  581.               |                           |
  582. DF DATA  >--------------------------------*
  583.               _
  584.               ^ D1                       ----------*
  585.               |       4.7 k                        |
  586. TNC DSR  >-----------/\/\/\/--*           |      -----
  587.               |               |           |      /////
  588.               |               |           |                    
  589. TNC DTR  >----*---->|---------*-----------*-------------------> DSR
  590.     RTS            D2
  591.          
  592.    
  593.      The second pole of the DPDT push button not only grounds the DSR
  594. input to tell APRS to process DF data on the serial port but also grounds
  595. the TNC DTR (RTS) input so that the TNC holds off any packet data until 
  596. after the DF switch is released.  Notice that two diodes,
  597. D1 and D2 isolate the TNC DTR (RTS) line so that either the HSP or
  598. the DFSP can pull the line to ground without affecting the other.  Some 
  599. TNC's (PACCOMM) use the RTS line instead of the DTR line for holding off
  600. TNC data,  so check your TNC manual.  The TNC DSR line is only used to 
  601. provide a source of +V.  APRS distinguishes between the TNC and GPS data 
  602. using the normal HSP logic.  Remember to provide the DSR or other source 
  603. of +V for the HSP circuit.
  604.  
  605.      This DFSP circuit can be built within its own back-to-back DB-9
  606. connectors with a pigtail to the hand-held push button.  This circuit
  607. can then be inserted between the HSP and the Laptop at any time and
  608. the HSP can still be used with or without the DF circuit.  Or, since
  609. it is so trivial, just wire it permanently to your existing HSP device.
  610.  
  611. CAUTION:  DO not enter DFSP mode with N7LUE enabled if you do not have
  612. the DSR pin held high, or the system will appear to lock-up while
  613. waiting for DF data...
  614.  
  615. NOTE:  THE N7LUE DOPPLER INTERFACE MUST BE MODIFIED FOR 4800 BAUD vice   
  616. THE PRESENT 2400 BAUD IN ORDER FOR DFSP to WORK at the same baud rate
  617. as the GPS and TNC.   This is easy to do by cutting a trace and adding
  618. a jumper so that pin 14 of the baud rate chip U3 is held high, and pin
  619. 15 is grounded.  Similarly, you must modify the DSI unit from 300 baud 
  620. to 4800 baud.
  621.  
  622. CONFIGURATIOIN:  APRS should be in the normal HSP mode.  Then select the
  623. alt-SETUP-OTHER-DFSP mode.  This enables the sensing of the DSR line to
  624. indicate that APRS should begin DF processing.  You can tell that DFSP
  625. is enabled on the CONTROLS panel (tab key) by seeing DFS in the left
  626. window.  the DFSP command toggles the mode on and off.  It can be saved
  627. in a config file.
  628.  
  629. OPERATION:  When you press the DF button, APRS begins a 5 second dead time
  630. during which it is collecting DF data for averaging.  At the end of this
  631. 5 second period, a DF fix is computed and displayed.  Therefore you should
  632. hold the button for at least 5 seconds to get good data, and you can hold
  633. it longer, if you like.  These DF reports are added to your current posit.
  634. This means that there can be an ambiguity between the time of the last
  635. POSIT and the DF data.  For this reason, the operator should be driving
  636. on a straight course from the time of the last GPS fix, until he completes
  637. the release of the push button.  To minimize this problem, I have added
  638. the F8 key so the operator can force an instant HSP update at any time.
  639.  
  640. If your vehicle has a heading of 000 or there is no heading information,
  641. then APRS will ignore any DOPPLER inputs or RELATIVE entires using the
  642. INPUT-DF command.  Fix this by using INPUT-MY-HEADING to enter 360 if you 
  643. are really pointed due north, or enter any other heading if you have a 
  644. compass.  If you have turned since your last fix or your speed has dropped 
  645. below 5 MPH, then you will also need to use the INPUT-MY-HEADING command.
  646. To help you visualize your heading, the normal velocity leader on your
  647. vehicle symbol is expanded by a factor of 4 while in DF mode.
  648.  
  649. MARKING FIXES:  The INPUT-SAVEpos and INPUT-UPLINKpos commands permit the 
  650. operator to save a DF FIX or special position on their map for future 
  651. reference.  Pressing these commands makes a copy of your current position 
  652. report (with DF bearing if available) as an OBJECT.  They are named with 
  653. a serial number and the last three digits of your call.  These objects 
  654. will remain on the map at that location to serve as reference points.  
  655. The INPUT-UPLINKpos is the same, except that the saved OBJect is marked 
  656. for uplinking to the net.
  657.  
  658. OPERATIONS:  Start driving.  As long as you are getting good DF data,
  659. periodically press the DF button.  If you want to mark one of these
  660. fixes for future reference, hit INPUT-SAVEpos.  If you want to share it with
  661. others, hit INPUT-UPLINKpos.  If you are maneuvering, hit the F8 key before
  662. taking a DF bearing to get a current heading.  If you are stopped, or
  663. your speed has dropped below 4 MPH then you must use INPUT-MY-HEADING to 
  664. update your heading with a magnetic compass or a map.  If you simply  
  665. pull over and maintain your last heading, then your heading will still
  666. be good.  If you do not have a DF interface, use the INPUT-DF command 
  667. to manually enter your DF bearing, either true or relative.
  668.  
  669. ------------------------------------------------------------------------
  670. SOURCES:  Products not tested nor endorsed by APRS:
  671.  
  672. KA4IIA Doppler Unit:  Based on the Roanoke Doppler.  Doppler unit has a 
  673.    modified antenna switching unit utilizing amplifiers instead of PIN 
  674.    diodes. Unit was reviewed in March 1996 issue of 73's magazine, pp.79-81 
  675.    by Joe Moell. Also available, an universal serial interface that is 
  676.    compatible with APRS.  Interface compatible with KA4IIA and most Roanoke 
  677.    Doppler units. For more info on Doppler Kits and Serial interface:
  678.         Jim Sorenson KA4IIA
  679.         P.O. Box 81881
  680.         Conyers, GA 30208
  681.         Phone (770) 922-0867
  682.         E-mail ka4iia@radio.org
  683.  
  684.  
  685. N7LUE Universal DOPPLER APRS serial INTERFACE:  (No longer avail)
  686.      
  687.      Robert Swain, N7LUE cmpk59d@prodigy.com
  688.  
  689. ROANOAK BOARDS:  Marty Mitchell, N6ZAV at 340? Otero St, Costa Mesa, CA 92626
  690.                  His number was 714 760-6060.
  691.  
  692. AB5CK Doppler UNIT:  Based on the Roanoke Doppler shown in "Transmitter 
  693. Hunting - Radio Direction Finding Simplified" by Joseph D. Moell - K0OV.  
  694.  
  695.      AB5CK Doppler PC board ................................ $49.95
  696.      AB5CK Doppler with parts .............................. $99.95
  697.      Machine DIP socket set for ICs (recommended) .......... $14.95
  698.      Antenna parts kit (chokes/PIN diodes/resistors/caps) .. $14.95
  699.      Fully assembled and tested AB5CK Doppler PC board .... $199.95
  700.      Fully operational AB5CK Doppler in cabinet ........... $399.95
  701.      Shipping free for most US orders.   Texans add 7.75% sales tax
  702.  
  703. Thomas M. Lewis - AB5CK
  704. 6721 Rolling Hills Drive,  
  705. North Richland Hills, Tx.  76180
  706. Phone     817-428-8200
  707. Internet  tlewis@dfw.net
  708.  
  709.  
  710.  
  711.