Sygnał kanału IV z MARS-BM, czy z Księżyca?

W technice kodowania danych binarnych znane są różne metody  kodowania, wykorzystujące, impulsy, poziomy, lub przejścia  z jednego poziomu na drugi. Nas będzie interesować jeden z nich, drugi od dołu, oznaczony literą g). Jest to kod RZ (ang. Return to Zero - z powrotem do zera) 

Żródło: Jerzy Szabatin, Przetwarzanie sygnałów

W pracy autorstwa Jerzego Szabatina znajdujemy następujący opis kodu RZ: :

Do kodów kodujących znaki binarne za pomocą przejść [z jednego poziomu na inny - przyp. J.R.] należą także kody ternarne, w których wykorzystywane są trzy poziomy sygnału: dodatni, ujemny i zerowy. W kodzie ternarnym RZ z powrotem do zera znaki „1” i „0” są reprezentowane impulsami dodatnimi i odpowiednio ujemnymi, trwającymi przez połowę czasu Δt transmisji znaku i powracającymi w drugiej połowie przedziału Δt do poziomu zerowego (rys. 12.17g).

Przyjrzyjmy się teraz jak praktycznie wygląda kodowanie danych w rejestratorze MARS-BM. Na stronie 64 instrukcji technicznej tego rejestratora znajdujemy przebieg napięcia odczytu i sposób jego interpretacji (dekodowania), czyli odtwarzania zakodowanej przy zapisie informacji.

Pary impulsów napięcia odczytu zaznaczone kolorem czarnym reprezentują część  synchronizującą (pierwsza połowa przedziału czasu dla jednego bitu informacji), białe zaś - część  informacyjną (druga połowa). Jak widać relacje czasowe, o których była mowa wcześniej, są zasadniczo  zachowane: cztery symetrycznie ukształtowane, identyczne impulsy dzielą elementarny przedział czasowy równomiernie na cztery równe części.    

Proces zapisu przebiegu prostokątnego na taśmie magnetycznej w postaci kolejnych pól magnetycznych , a następnie odczytu tych pól w procesie odtwarzania zapisu przedstawia poniższy rysunek

Na uwagę zasługuje kształt impulsów napięcia odczytu  Jest on zbliżony do krzywej Gaussa, a dokładniej - do krzywej Lorentza. Ze względu na wąskie ramy tego artykułu nie możemy wdawać się głębiej w proces zapisu na taśmie magnetycznej, który taki właśnie kształt napięcia odczytu na zaciskach głowicy magnetycznej wymusza. Zaznaczyć jedynie w tym miejscu warto, że impuls dodatni napięcia odczytu odpowiada zboczu dodatniemu przebiegu zapisu (przejściu od zera do poziomu dodatniego), ujemny zaś -  zmianie poziomu zapisu w kierunku przeciwnym.

Na podstawie przebiegu napięcia odczytu z głowicy magnetycznej (ze wzmacniacza odczytu) można w sposób jednoznaczny odtworzyć przebieg napięcia zapisu dostarczonego do wzmacniacza zapisu podczas zapisu danych określonej sekwencją bitów: 01101101100. Poniżej przedstawiony został przebieg napięcia zapisu dla tego właśnie ciągu bitów danych.

Porównajmy teraz metodę kodowania zastosowaną w MARS-BM, przedstawioną na stronie 65. instrukcji obsługi technicznej tego rejestratora z opisaną na wstępie klasyczną metodą RZ. Łatwo zauważyć, że system kodowania w MARS-BM został niejako "wzmocniony" przez to, że każdy element czasowy dla przesłania jednego bitu danych zostaje poprzedzony identycznym co do sposobu kodowania elementem synchronizującym - sygnalizuje on  rozpoczęcie okresu, w którym zapisywany jest nowy bit danych.

I tak w pierwszej połowie każdego przedziału czasowego przeznaczonego dla pojedynczego bitu informacji ma miejsce przejście z poziomu dodatniego trwającego 1/4 okresu Δt z powrotem do zera, trwającym drugą 1/4 Δt. Druga zaś  połowa przedziału czasowego Δt przeznaczona jest do przesłania bitu danych o wartości binarnej "0" lub "1". Jeżeli wartość tego bitu jest "0", to po sekwencji synchronizacyjnej do końca przedziału Δt utrzymywany jest poziom zerowy. Jeśli natomiast wartość bitu informacyjnego wynosi "1", wówczas następuje sekwencja poziom ujemny przez trzecią ćwiartkę przedziału z powrotem do poziomu zerowego w ostatniej 1/4 Δt.

Znając już sposób kodowania i zapisu danych w kanale IV rejestratora MARS-BM, przejdźmy obecnie do procesu odczytu w ten sposób zapisanych danych.

Na wstępie należy powiedzieć, że tzw. kopiowanie sygnału z rejestratora MARS, o jakim wielokrotnie czytało się i słyszało w mediach publicznych, nie jest z gruntu czymś, co zasługuje na miano kopiowania. Pojęcie kopiowania odnosi się raczej do wytworzenia duplikatu w tej samej postaci, o tych samych cechach, własnościach, parametrach, itd. O kopiowaniu można mówić wtedy, gdyby dokonywało się w układzie magnetofon-magnetofon i w rezultacie takiego kopiowania powstawała kopia w postaci innej szpuli taśmy magnetycznej z mniej czy bardziej wiernym duplikatem oryginalnego zapisu magnetycznego. Nie zaś w przypadku, kiedy ogniwem pośredniczącym pomiędzy jednym obrazem na jednym rodzaju nośnika a drugim, innym obrazem charakterystycznym dla zupełnie innego nośnika. Zwłaszcza kiedy dla wytworzenia repliki zostaje zastosowany element przetwarzający - komputer, składający się ze specyficznych modułów sprzętowych, działającego wg specyficznego systemu operacyjnego i oprogramowania użytkowego. W takim przypadku można mówić jedynie o konwersji, o przekształceniu jednego obrazu w inny w całkowicie inny obraz. Całkowicie nowy jakościowo i materialnie obraz, co do którego możemy zaledwie domniemywać, że stanowi jakieś (trudno powiedzieć  jak wierne), odwzorowanie tego, co na źródłowej taśmie magnetycznej zostało rzeczywiście zapisane.

Dodajmy - obraz, którego wiarygodność, zwłaszcza jako materiału dowodowego, może stać pod wielkim znakiem zapytania, zważywszy, że najprawdopodobniej nikt, (być może nawet z samym dysponentem sprzętu włącznie ) czegoś takiego, jak wierność (wiarygodność) zastosowanego przekształcania (konwersji) nie weryfikował.

Przyglądając się przebiegowi przedstawionemu na str. 8/53 Załącznika nr 2 do Raportu Millera a przedstawiającemu strukturę markera czasu kanału IV MARS-BM (obraz komputerowy powstały w wyniku przeglądania pliku o strukturze WAV)  , można zauważyć dwie rzeczy. 

Po pierwsze - szpilkowe impulsy, występującymi w momentach przejścia z jednego poziomu na drugi, nie mają falistego kształtu charakterystycznego dla funkcji Lorentza, ale ostre niemal pionowe zbocza narastające bądź opadające, jak w przebiegu prostokątnym. Wskazuje to, że układ będący źródłem takiego przebiegu, posiada odmienne, różne od spodziewanych własności charakterystyki częstotliwościowej, tak w zakresie niskich jak i wysokich częstotliwości akustycznych.

Po drugie - szerokość impulsu synchronizującego na początku każdego przedziału czasowego nie jest równa - jak powinna być - 1/4 tego przedziału, ale ok . 0,147- 0,160 tego czasu.  To z kolei wskazuje, że na wejściu owego układu o odmiennych własnościach częstotliwościowo-fazowych, pojawił się w dodatku sygnał prostokątny o nieprawidłowej proporcji czasu trwania  impulsu do okresu jego powtarzania.     

Potęga techniki komputerowej jest tego rodzaju, że nie tylko pozwala przetwarzać dane już istniejące, ale także tworzyć je niejako ex nihilo. Standardowe, ogólnie dostępne programy komputerowe jak np. popularny, najlepszy w swej klasie program Audacity, nie umożliwiają wygenerowania przebiegu prostokątnego innego niż o wypełnieniu 50 proc.w dodatku takiego, aby składałby się w odpowiedniej sekwencji impulsów dodatnich i ujemnych. W tym przypadku chodziłoby o sekwencję 01000000111.

Stosunkowo prosty, ad hoc skompilowany program komputerowy pozwolił ominąć tę przeszkodę. Przy okazji może on pomóc uświadomić sobie, że przy dzisiejszych możliwościach można błyskawicznie, w ciągu kilku sekund zaledwie wygenerować dowolny przebieg o żądanych parametrach amplitudowych i częstotliwościowo-fazowych (wzgl. czasowych), i zawrzeć go w tak prostym formacie pliku dźwiękowego, jak format WAV.   

Górna część zamieszczonego powyższe zrzutu ekranowego przedstawia dokładne odwzorowanie tego przebiegu napięcia zapisu, jaki najprawdopodobniej został użyty podczas zapisu markera przedstawionego na str. 8/53 Załącznika nr 2 do Raportu Millera. (plik marker-mak-wr.wav do pobrania)
Dolna natomiast część, ciemniejsza z powodu konieczności zaznaczenia wybranego obszaru,  przedstawia ten sam przebieg prostokątny, pokazany wyżej, poddany działaniu filtra górnoprzepustowego pierwszego rzędu (nachylenie charakterystyki przepustowej 6 dB/oktawę) o dolnej częstotliwości granicznej (ang. cutoff frequency - częstotliwość odcięcia) równej 150 Hz.(patrz metryczka zastosowanego efektu po prawej stronie). (plik marker-mak-rd.wav do pobrania)

Jak widać z powyższego, nie widać praktycznie żadnej różnicy pomiędzy tym, co jest jakoby wynikiem odczytu IV kanału rejestratora MARS-BM samolotu Tu-154M nr boczny 101 rozbitego w dniu 10.04.2010 w Smoleńsku, a przebiegiem od początku do końca sztucznie wygenerowanym przez program komputerowy - przebiegiem, który ani żadnego rejestratora ani nawet żadnej głowicy magnetycznej, "na oczy ", by tak rzec, nie widział. Podobieństwo jest uderzające, kiedy zauważyć charakterystyczne przesunięcie wierzchołków impulsów w końcowych bitach markera czasowego, gdy zapisywane są kolejno trzy jedynki.

Jednocześnie - przypomnijmy - ów sztuczny przebieg, do złudzenia przypominający rzekomy oryginalny przebieg, mający stanowić w materiałach komisji powołanej do zbadania przyczyn katastrofy samolotowej egzemplifikację zapisu kanału IV,  w sposób dość dramatyczny zdaje się swoim kształtem zaprzeczać temu wszystkiemu, co od dawna w sposób jednoznaczny wiadomo w zakresie zapisu cyfrowego(impulsowego) na nośnikach magnetycznych. 

Na koniec małe wyjaśnienie. Operacja przetworzenia wejściowego sygnału prostokątnego przez zastosowanie filtru górnoprzepustowego pierwszego rzędu o nachyleniu charakterystyki przenoszenia 6dB/oktawę i dolnej częstotliwości  granicznej 150 Hz może dla wielu osób nieobeznanych z teorią obwodów brzmieć jako coś nad wyraz skomplikowanego. Tymczasem oznacza to, że opisany sygnał prostokątny został przepuszczony prozaiczny układ różniczkujący o schemacie i przebiegach, jak poniżej.

    Żródło: Jerzy Szabatin, Przetwarzanie sygnałów

______________________________________

Patrz także:
 •  Uwagi odnośnie sygnału czasu w kanale IV rejestratora MARS-BM (1)