我收到一封电子邮件，询问我如何在 PI4 模式下为信标生成声音信号。
在这篇文章中，我讲述了我如何在不使用第三方硬件、仅使用 Linux 软件功能的情况下做到这一点。

简介

VHF 无线电信标旨在跟踪信号的通过，确定“对流层”条件，在该条件下，由于无线电波折射的增加，高信号水平的长距离 VHF 无线电通信成为可能。 在平常的日子里，业余无线电爱好者在甚高频上的活动很低，但在大雨天，它会增加很多倍，因为...... 远处通讯员在模拟模式 CW、SSB 和数字模式 FT4、FT8、JT65A 等模式下的可听度显着提高。 为了及时检测 VHF 无线电波传播的改善，使用了信标。 这些是持续或大部分时间运行的发射器位于 用于 VHF 信标的频率。

根据规定，区域 1 中的 IARU 允许在 144.400 - 144.490 MHz 区域内使用窄带信标 VHF 频段规划 国家无线电频率委员会最新决定中的俄罗斯业余业务频率网格（ SCRF) 俄罗斯 日期 2010 年 7 月 15 日 编号 10-07-01 指的是 关于R1范围的频率规划：“当将无线电频率用于业余业务时，建议在不与SCRF的这一决定相抵触的部分中考虑国际业余无线电联盟1区的频率规划”。 电报信标的信号带宽不应超过500 Hz。 对于用于研究“弱信号”的宽带实验信标，适用于 144.491 - 144.493 MHz 区域，其中允许高达 20 kHz 的信号带宽。

普里奥焦尔斯克的 RB1CA 信标频率为 144.420 MHz，摩尔曼斯克的 UA1ZFG 信标频率为 144.430 MHz。

PI4是一种理想的数字调制，对应于IARU VHF Region 1委员会的混合模式“MGM - CW - 载波”信标调制。 传输持续时间为 1 分钟（几乎没有暂停的连续传输 - 100% 占空比 60 秒），然后重复传输。

文章中 “普里奥焦尔斯克的无线电信标 RB1CA” 给出了Windows下PI4RX程序中接收信标的经验。

通过搜索有关信号生成方法的信息，我访问了该网站 OZ2M“下一代信标”。

编写程序的资源

• PI4 调制和信标主要站点： 奥兹2M。
• PI4算法说明： https://rudius.net/oz2m/ngnb/pi4.htm
• GitHub 项目 “盖奈尔的小灯塔”- 用于生成 PI4 频率序列中的数字的源代码。
  *GNU 无线电中的简单 PI4 信标发射器 业余无线电爱好者 PE1ITR 生成 WAV 文件 - 本文的基础。

什么是 PI4 调制？

调制描述可在网站上找到 奥兹2M。

PI4 - 4 个音调调制 (FSK)。 两种音调不能同时响起。

FSK调制参数取决于K系数，K系数可以取40、80、96和120。实际上，PI4-RX只识别K=40的调制方式，并且它使用的就是这种调制方式。这种调制方式也称为“PI4调制”。

每个 FSK 音调频率都可以分配 0、1、2 或 3 的代码。机器生成信号（MGM - 机器生成模式）的总传输持续时间约为 24 秒。

在接收时，需要以相对于载波800Hz±50Hz的精度设置接收频率(优选地±12.5Hz以能够将接收时频率滤波器的带宽从100Hz缩小到50或25Hz)。

四个音调与 800 Hz 载波对齐

• 音调 0：-117.1875 Hz
• 音调 1：117.1875 Hz
• 音调 2：351.5625 Hz
• 音调 3：585.9375 Hz

音调之间的距离 deltaF = 12000/2400 * k，对于系数 k=40 为 234.375 Hz。
符号的持续时间为 2000/12000 = 0.166 秒。

PI4模式的音频频率（k=40）

频率0=682.8125赫兹
频率1=917.1875赫兹
频率2=1151.5625赫兹
频率3=1385.9375赫兹

载波频率 = 800 Hz - 用于微调信号（重要！）。

DFCW 的第一个音调 = 800 Hz
DFCW 的第二个音调 = 800-234.375 = 565.625 Hz（频率并不重要，因为 PI-RX 无法识别 CW）。

PI4 信标占空比

传输重复周期为 1 分钟，从 00 秒开始（发送器和接收器上的时间同步必须非常准确 - 优于 +-1 秒。

一组用于生成 PI4 的实用程序

在消息的第一部分中书写呼号的规则 (MGM)

呼号字符串的长度必须为 8 个字符。 在呼号和“分数”之后，您需要在末尾添加最多 8 个字符到空格。

通过添加冗余和交错卷积函数，这些 8 编码过程中的字符被转换为伪随机序列 146 字符。 PI4 标准中每个符号的持续时间选择为 2000/12000 = 0.1666 秒。 消息的 MGM 部分的总持续时间，其中使用 4 个音调传输呼号 -24.32秒。

在信标 (CW) 传输的第二部分中创建消息的规则

12 WPM 的呼号和定位符传输长度应为 12-20 秒，例如，消息 RA1AHQ ko59ct 持续 16.5 秒。 如果呼号较短，为 4 位数字，则 CW 消息的长度会减少，并且后续 CW 载波的长度会自动增加，如脚本中提供的 pi4-wav.sh。
允许的字符为 0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ/。
传输第二部分的时间限制是因为必须为“调谐”信号（800 Hz 载波）留出时间。

！！ ！ 为了提高呼叫信标在噪声中的可读性，可以使用CW传输模式“VVV 呼号定位器”。

用于调谐的 800 Hz 载波（传输的第三部分）

sox 实用程序使用 pi4-wav.sh 脚本中的参数进行调用，在最多 60 秒的剩余传输时间内形成 800 Hz 载波（用于调整“零节拍”） - 60-24.3-16.5=19 秒。 载波最后部分的长度：16-24秒，取决于CW部分的不同持续时间。

广播 PI4 信标消息的规则

消息必须使用 NTP 协议以最高精度进行时间同步。
精确到秒是可以接受的。 消息传输从每分钟 00 秒开始。

！ 最好在每分钟 58 或 59 秒开始传输 PI4，因为如果传输开始较晚，PI4RX 不会解码信号。

！！ ！ 传输起始时间与 0 秒的最大偏差：-2.5...+1.2 秒。

消息持续时间略短于一分钟，例如58或59秒。 每分钟消息都会从头开始。 信标的 USB（或 DIG）模式发射器必须连续运行，并且通过广播时间同步的 WAV 文件来完成调制。
发射机频率漂移不应超过 +- 50 Hz (0.5ppm= 72 Hz），频率为 144.4 MHz。

说明（如何使用该套程序）

0) 安装编译包和声音合成的 sox 程序 - 给定频率和相位的正弦波。

sudo apt-get install build-essential sox

1) 更正stage1.c文件源文本中的呼号。 呼号和尾随空格必须严格占用 8 个字符！
编译程序并运行它：

nano stage1.c
gcc stage1.c -o stage1
./阶段1

2）更正信标操作第二部分的CW消息文本，编译程序，运行它：

nano stage2.c
gcc stage2.c -o stage2
./stage2

3) 编辑 pi4-wav.sh - 记下第 1 点和第 2 点的序列。

nanopi4-wav.sh

4) 运行将为信标生成 WAV 文件的文件

bash pi4-wav.sh

4）监听同目录下的文件： 结果.wav

5) 提高质量 - 更改音调频率（FSK 符号）时减少喀哒声 - 在 Audacity 中，使用“均衡器”效果应用低通滤波器（去除 2 kHz 及以上的频率）。

sudo apt-get install audacity
audacity result.wav

选择 - 全部
效果 - 图形均衡器

6）将处理后的声音保存到文件中 结果！ .wav。

7) 准备运行脚本——安装zsh

sudo apt-get install zsh

8）Linux下运行脚本 运行zsh。 信标将从这台 PC 发送。

9) 在Windows PI4-RX下运行程序。 让我们看看“瀑布”（为了测试，我用电缆将一台运行 Linux 的 PC 的声源连接到另一台运行 Windows 的 PC 上的接收器。在实际情况下，第一台 PC 应该将信号输出到带有信标天线的发射器，第二台 PC 应该离它足够远才能接收）。

10）当观察几个传输周期时，我们在run.zsh文件中指定时间校正（我有一个常量-0.90秒），以便在接收时传输开始与分钟开始0秒59秒之间存在最小偏差。 例如，根据周期，从 -1.2 到 +0.2 秒。

程序源代码存档：
*pi4.zip

最后更改日期：08/11/2025

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