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“Flugzeug-Scatter und WSPR” in Fachzeitschriften

Endlich eine Basis für fachliche Diskussionen: Veröffentlichung in der Fachzeitschrift “Funkamateur” (5/2022, Hintergrund) und Titelgeschichte der Fachzeitschrift “Funktelegramm”, 06/2022.

Immer noch finden Richard Godfrey & Co. unter der Yellow Press enormen Zuspruch für ihre Schmonzette, nach der sie meinen, die Route von Flugzeugen (speziell Todesflug MH370) durch WSPR-Logdaten über tausende von Kilometern nachweisen zu können.

Allerdings haben sie sich offensichtlich bislang geweigert, ihre Luftschlösser in anerkannten Fachmedien zu veröffentlichen, wo diese von einem Fachpublikum entweder schon im Manuskript (peer review) oder nach Publikation begutachtet, nachvollzogen und diskutiert werden können. Sie hingegen bevorzugen die Laienpresse, deren Journalisten aus Faulheit und/oder Unkenntnis nur zu oft treudoof einseitig das wiedergeben, was Godfrey & Co. so zusammenphantasieren.

Auch wenn etwa der Entwickler von WSPR, Nobelpreisträger Prof. Joe Taylor (K1JT), diese Luftschlösser in das Reich des Unsinns von “Leuten, die nicht wissen, was sie tun verbannte und Prof. Bruce Ward, Mitentwickler des autralischen HF-Radars JORN, das ebenfalls im Reich des blühenden Blödsinns veortete, halten Godfrey & Co. wacker an ihren unwissenschaftlichen Tagträumen fest.

Start einer fachlichen Diskussion

Um eine ernsthaft-fachliche Diskussion außerhalb des oft selbst-referentiellen Internet anzustoßen, habe ich in zwei funktechnischen Fachzeitschriften dieses Thema mit den Augen eines Praktikers betrachtet, ohne dabei jedoch den theoretischen Hintergrund aus den Augen zu verlieren:

  • “Flugzeug-Scatter auf Kurzwelle”, FUNKAMATEUR 5/2022, S. 368-372 (Aufl. 32.600) und
  • “Flugzeugscatter: Was geht? Und was geht nicht?” FUNKTELEGRAMM, 6/22, S.

Das Manuskript des ersten Artikels hatte ich auch der CQ DL des DARC zur Publikation angeboten. Erfolglos, natürlich.

DARC: Wie Diskussionen verhindert werden

Wie man zudem hört, soll der Vorsitzende des DARC, Christian Entsfellner, DL3MBG, bei einem meiner Arbeitgeber gegen die Veröffentlichung im “Funkamateur“ interveniert haben. Auf Anfrage mochten freilich weder er, noch der DARC-Vorstand das kommentieren und schon gar nicht dementieren. Diese einer Nötigung gleichkämenden Intervention reihte sich mühelos in die mal erfolgreichen, mal weniger erfolgreichen Versuche von Vereinsfunkern ein, Funkamateure zu bedrohen, zu nötigen, zu mobben und zu diskriminieren.
[Zuletzt betroffen davon: Arthur Konze, DL2ART, den man bei Behörden denunziert hatte, nachdem er sich in seinem interessanten You-Tube-Kanal “Funkwelle” kompetent mit der Entwicklung der Funkamateure, der Vereinsamateure und den Ursachen für den Verfall vor allem letzterer beschäftigte.]
Dass sich hingegen wiederum der Arbeitgeber von Christian Entsfellner, die renommierte Rosenberger-Gruppe, zumindest innerhalb ihres Unternehmens ausdrücklich gegen Mobbing und Diskriminierung wendet, ist für ihren leitenden Mitarbeiter Entsfellner offenbar kein Grund, seinen DARC auf ebendiesen Sozial- und Ethik-Mindeststandard (SA8000) für den Umgang miteinander zu verpflichten.

Und dass Entsfellner etwa auf eine denunziatorische Mail von Godfrey überhaupt eingeht (schon dies durchaus eine Charakterfrage und eine Frage der Ethik dazu) sowie – wider alle Physik und Vernunft – hurtig dessen Scharlatanerien zum Gespött von Experten mit großer Fanfare weiterverbreitet, ist eine Schande für den Amateurfunk als technisch-wissenschaftliches Hobby.

Repressionen statt Diskussionen!

Ebenso seine diskriminierende Strategie des Mobbings, mit der er Diskussionen verhindert. Was er selbst ganz&gar treuherzig-zynisch bei einem virtuellen Mitgliedertreffen zugegeben hatte: “Wir” seien der “Elefant im Raum”, also ein offensichtliches Problem, das niemand anzusprechen wage. Und warum nicht? Auch das weiß Entsfellner aus augenscheinlich eigenem Tun ganz genau: “Aus persönlicher Angst vor Nachteilen und Repressionen.”
Ob daraus für ihn oder die bei diesen Worten ihres Vorsitzenden ebenso treu wie stumm dabeisitzenden Mitvorständler möglicherweise etwas folgt, eine seit 30 Jahren vielfach angeregte Verhaltensänderung, etwa? Etwa ein beherztes: “Wer im DARC mobbt und diskriminiert, der fliegt!“, gar?

Nee, natürlich nüscht. Soll ja so bleiben.

Der Ast, auf dem der Elefant sitzt …
Bebildert hatte Entsfellner diesen “Elefanten im Raum” und seine umständlich-pomadige Erklärung dieser Metapher aus jedem beliebigen Manager-Bullshit-Bingo übrigens mit einem Cartoon, der die Rückenansicht eines einsam auf einem dünnen Ast sitzenden Elefanten zeigt, der in eine menschenleere Savanne blickt (genau, wie auf dieser Peter Gaymann-Zeichnung der frühen 1980er-Jahre). “Voller Innenraum” in der Metapher = “menschenleere Savanne” im Bild – weißte nun Bescheid, wie der DARC tickt? Immerhin das mit dem dünnen Ast, auf dem der Elefant sitzt, lässt sich noch metaphorisch deuten – wie die menschenleere Savanne, in die er blickt.
Die bei Lumas liegenden Bildrechte zur Verwendung des Cartoons ließ er den Verein augenscheinlich einiges kosten. Wenn.

Durchaus passend zu dieser Haltung mehren sich leider die Hinweise, dass der “Entwurf der Strategie ’75 plus 100′ für DARC e.V.”, den ich noch vor Tagen für eine “brunzdumme Fälschung” hielt, möglicherweise doch echt sei. Inklusive Lob des SA-Mann als Märtyrer und Ansichten über freiheitlich-demokratische Regierungsformen, angesichts derer ich nur schwer zwischen “noch AfD oder doch schon Reichsbürger?” zu entscheiden vermochte. Auch hierzu natürlich nix Offizielles vom DARC. Ich hoffe doch sehr, dieser Sache bei Gelegenheit näher auf den Grund zu gehen.

Aircraft Scatter – Much Power, Little Glory

Figure 1: One of the strongest Doppler received via scatter from a DX station was from LX814 on April 11, 2022. The vertical signal in the middle of the spectrogram is the carrier from Kashi/Xinjiang at a distance of 5’109 km. The strongest Doppler is from LX814 [Airbus A320-214], Zurich-Hanover with touch-down at 07:10:53 UTC.

I was asked to give a short overview of how to calculate the received power, scattered by an aircraft on HF. The answer is easy if we focus on AM DX signals from broadcasting stations, illuminating an aircraft. In this case the spectrogram, Figure 1, shows the carrier as well as the scattered signal – the latter being the Doppler trace. We also can easily measure both signal strength and calculate their difference. This has been done for the maximum values of carrier and Doppler in Figure 2 below:

Figure 2: Level of carrier [-31.11dBm] and peak level of Doppler [-62.98dBm] at -10.2Hz from carrier; resulting in a difference of -31.87dBm. Measured at 07:07 UTC, at the maximum level of the Doppler trace.

Mean value of the carrier in the analyzed 10-minute’s part of the whole observation is -32.7dBm at a standard deviation of 4.98 – see Figure 3 below.

Figure 3: Variation of carrier 07:00 to 07:10UTC

Broadcaster’s Footprint

Backbone of all calculations is the well-established Radar Equation. Let’s think of it as a reliable, but Black Box. Critical points are in this case:

  • illuminating power
  • distance aircraft -> receiver
  • reflectivity of the aircraft at the specific frequency (radar cross section, or RCS)

I took a strong broadcaster, namely Kashi, running 500kW AM (250kW carrier) on 17’650kHz on a curtain array antenna with a gain of ca. 20dB towards Central Europe. Effective Radiated Power (ERP) of the carrier is 104dBm. An approximate calculation (free-space loss, the prevailing attenuating factor with propagation) over this distance of 5’109km and at 17’650kHz via Matlab’s fspl function yields an attenuation of 131.5dB, resulting in a signal of -27.5dBm. As 2-hop ionospheric HF propagation is not exactly free-space propagation,so a VOAAREA HF propagation simulation had been done, giving the transmitter’s footprint in dBW (add 30dB to get dBm):

Figure 4: A simulation of the footprint with VOACAP shows a receiving level at my location of around -35dBm [-65dBW].

Scattering Power

The illuminating power, a proxy for transmitter power within the -65dBW footprint in Figure 4, measures -32dBm. The minimum slant distance between the aircraft and my location measures 1000m. The RCS of this aircraft is given at 10 … 100, let’s generously take 100, because the wingspan of the given aircraft (35m) almost exactly measures 2*wavelength (17m) in this case providing strong forward and backward scatter.

What value can be caclulated from as scattered signal which me measured -63dBm at highest? According to the equation #6 given in OTH-B Radar System: System Summary of the University of Massachusetts Lowell, we land at a level of -62.1dBm, given the mean value of the carrier with -32.7dBm. This almost exactly matches the measured value of -63dBm.

Now some people claim to “see” and even identify aircraft not over a few tens of kilometers, but over many thousands of kilometers. Let’s check this. Figure 5 shows the development of reception levels over distance, sticking to the Kashi example as above. You see the signal peaking to slightly above -20dBm at about 1’800km distance from the transmitter. And you see the separation from one-hop to two-hop propagation at a distance of 3’000km from the transmitter.

Figure 5: How Kashi’s level develops over the distance from transmitter to receiver.

Please keep in mind that this is only a rough calculation, not taking into account several factors, among them:

  • fading of the carrier (see Figure 3)
  • pearlstring effect of the Doppler
  • change of effective RCS due to different horizontal and vertical illuminations angles

That’s a powerhouse – but what about WSPR?

In praxi, I observed Doppler traces only from aircrafts at a distance not more than a very few ten kilometres from my location – given that they are illuminated by a multi-hop DX signal from a strong broadcaster.

In contrast, some people claim to have not only observed, but even identified aircraft

  • over thousands of kilometres,
  • illuminated by a 5W transmitter

Let’s take a look on this, same conditions as with the Kashi case above. First, we do the VOAAREA simulation. I took extraordinary benevolent conditions, taking a 50W transmitter (WSPR mainly runs between 1 and 10W) at an isotrope antenna of 10dBi gain. The system loss mounts to about -50dB over the Kashi case. The VOAAREA simulation (Figure 6 below) largely reflects this situation, delivering a signal of about -115dBW/Hz [WSPR] over -65dBW/Hz [Radio China International].

Figure 6: Compared to Kashi (see Figure 4), the WSPR case lacks about 50dB.

How far will the scattered signals reach?

Now for the crucial question: How far will scattering from both signals (-65dBW from the broadcaster, -115dBW from WSPR) reach? You will find an answer in Figure 7, below:

Figure 7: Scattered Levels vs. Distance, see text.

From Figure 7 we see scatter from the strong broadcaster sinking into the noise from a distance aircraft-receiver of 200km. WSPR from DX is good only for distances up to 10km.

This calculation has been done under unusually generous conditions, among them:

  • RCS has been set to 100, where 10 … 50 would be the regular case, resulting in a much reduced performance
  • forward/backward scatter have been applied to the calculation as well as to the measurements. This seems justified where the aircraft heading was 295° and Kashi->DK8OK was 302°, resulting in backward scatter from the wings and, thus, the strongest signal
  • the wings of this Airbus A320 do perform like a dipole of two wavelengths
  • only the strongest signals have been taken into account
  • neither fading of the illuminating station, nor the pearlstring-effect of the aircraft – due to phase changes under moving – have been taken into account

In praxi, such a strong DX signal never showed Doppler traces at distances of more than, say, 60km. I owe this observation also to the physicist Dr. Victor Iannello, who kindly examined many of my spectrograms with a Python program written specifically for this purpose and determined the distances of even the faintest Doppler traces, as seen at .1Hz bandwidth (+10dB system gain).

Caveat: Please keep in mind that this case is valid only for DX (i.e., multi-hop) signals illuminating the aircraft. If aircraft is illuminated by a transmitter’s backscatter signal (at a distance of ca. 100 – 1’000km from the receiver), other mechanisms take place resulting in Doppler traces from aircraft at an height, which “sees” both transmitter and receiver – see for “radio horizon”. This speical case is not covered here, and plays no role either in the texts of the WSPR/MH370 proponents.