Dnes je 17. září 2019

6:40 19:12

Zajímavý koníček - příjem digitální letecké komunikace

7. 3. 2008 1 příspěvek

Pokud vás již omrzel poslech rozhovorů řídících s piloty, nabízíme další technickou vychytávku - příjem digitálních signálů z letadel scannerem. Digitální zpráva z letadla přenáší více informací než slovní komunikace posádky s řídícími. K dekódování digitální zprávy sice musíte rozšířit své domácí vybavení o počítač a software, ale výsledkem může být splněný sen všech leteckých fandů: online zobrazení polohy přelétávajících letadel tak, jako je vidí profesionální řídící. O tomhle všem je následující článek.

Jaké jsou dnes používané techniky digitální letecké komunikace ?

a) Zprávy ACARS (Aircraf Communication Adressing and Reporting Systém),
b) zprávy systému VDL (VHF Data Link),
c) data z palubních odpovídačů sekundárního radaru.


ACARS.

Důvodem zavedení digitální komunikace mezi letadlem a zemí, systému ACARS, byla potřeba výměny online dat k řízení logistických záležitostí komerčních letových operací pomocí AOC (Airline Operation Control), tedy jakéhosi centrálního operačního systému leteckých dopravců. Systém ACARS funguje jako elektronická pošta - na pozemní přijímací stanici je umístěn distribuční software, který zprávy přijaté z letadel rozdělí podle jejich adresy a zasílá pozemní cestou adresátům, většinou leteckým společnostem, meteorologickým stanicím, letištím, apod.. Naopak, data, která do centrály dorazí od jednotlivých účastníků sítě, jsou předávána letadlům vysílací stanicí, která nejvíce odpovídá jejich poslední známé poloze.
K přenosu dat se využívá datových paketů, přenos probíhá rychlostí 2400 b/s, a je vysíláno amplitudově modulovaným signálem s klíčováním minimálním klíčovacím posuvem (MSK – Minimum Shift Keying). Komunikace probíhá v pásmu VKV leteckých frekvencí (118-137 MHz), v kanálové rozteči 25 kHz. V určitém regionu se používá v podstatě jen jediná frekvence, v Evropě je to tzv. hlavní frekvence (131,725 MHz); sekundární (131,525 MHz) a doplňková frekvence (136,900 MHz) jsou využívány minimálně.
Pozemní stanice jsou umítěny v okolí mezinárodních letišť a dosah je 100-200nm. Existuje také varianta ACARSu, posílající zprávy přes satelit systémem SATCOM. Tento signál je pochopitelně na jiné frekvenci a je směrový, čili mimo možnosti příjmu běžným scannerem.

Zprávy z letadla na zem - downlink.
Zprávu ACARS vytvoří a vyšle systém na palubě letadla automaticky nebo ji může zadat  manuálně posádka. Pozemní stanice zprávu přijme, pošle letadlu potvrzení přijetí a zprávu zašle servisnímu centru providera komunikačního řetězce. Centrální procesor systém AFEPS ji přeformátuje do pozemního formátu a pošle adresátovi – např. do centrály mateřské společnosti. Ta zprávu přijme, identifikuje a uloží do databáze, kde se s ní nakládá podle obsahu. Typický čas přenosu zprávy z paluby letadla ke koncovému uživateli systému je cca 5-15 sekund.

Zprávy ze země k letadlu - uplink.

Je to obrácený proces: zpráva je vytvořena automaticky na zemi - buď jako odpověď na předchozí dotaz, nebo jako nová zpráva. Systém přemění zprávu na ACARSový formát a předá systémovému provozovateli. Ten pošle zprávu k odvysílání té pozemní stanici, která je blízko poslední známé polohy letadla nebo zprávu přenese přes satelit. Palubní systém potvrdí přijetí zprávy a v kokpitu ji předá na odpovídající místo, tj. na displej, tiskárnu nebo jiný palubní systém a zpět pošle potvrzení o přijetí. Přenos zprávy od pozemního uživatele k letadlu trvá cca 10-20 sekund.
ACARS může zpracovávat kolem 30 000 typů zpráv, např.: test spojení, odletová a pří1etová zpráva, množství paliva, jeho spotřeba, váha letadla a charakter nákladu, informace týkající se počasí na trase letu, letový plán, zpráva o poloze letadla, stav letadla a případné závady, stav a režim provozu motorů, atd. Zprávy předávané v jednotlivých fázích letu jsou zobrazeny na obrázku

 


Příjem signálu ACARS v amatérské praxi.

Zprávy ACARSu jsou zajímavé tím, že je lze přijímat "běžným vybavením domácnosti". Zprávy z letadla uslyšíte na vzdálenost řádově stovek kilometrů, dosah pozemní stanice je menší, odhadem do 50km.
Při příjmu zpráv scannerem se nepoužije průběžné přelaďování frekvencí. Scanner se naladí napevno na 131,725 MHz a vypne se šumová brána, neboli squelch; tj. přijímač musí "neustále šumět". K dekódování zprávy je podstatné, aby signál byl "čistý", bez rušení. To zajistí digitální scanner průměrné kvality, ale nikoliv analogové komunikační přijímače. Velmi důležitá je venkovní, od scanneru oddělená anténa. Bez ní je signál obvykle znehodnocen rušením, nejčastěji z PC. Anténu proto umístěte co nejdále od počítače.
Přijatý signál je ve scanneru převáděn na slyšitelný zvuk, který slyšíte v reproduktoru v podobě "chrčení jako z modemu". K dekódování informací z tohoto zvuku použijete zvukovou kartu počítače a speciální software, který je dostupný zadarmo na Internetu - v tom je celá finta.


Praktické zapojení.

Ke scanneru se připojí anténa a scanner se propojí stíněným kabelem (s koncovkami Jack 3.5mm - Jack 3.5mm) ze sluchátkového výstupu do linkového vstupu zvukové karty v běžném PC. Hlasitost na scanneru se nastaví zhruba do poloviny. Z  reproduktorů počítače musíte slyšet šum, přerušovaný občasným pípnutím a zachrčením – to je znamení, že scanner zachytil digitální zprávu. Pokud není slyšet nic, v nastavení zvukové karty (možnosti-vlastnosti-záznam) přepněte zatržítko "vybrat" na "hlasitost vnějšího zdroje". Současně musí být také zvolen vstup LINE-IN pro záznam - to že slyšíte z reproduktoru PC šum ještě neznamená, že signál je současně také na správném vstupu dekodéru. Hlasitost na ovladači zvukové karty nastavte tak, aby indikátor síly signálu (pokud jej karta resp. její ovladač má) nezasahoval do červeného pole - pro správný příjem digitálních signálů je lepší slabší, než zkreslený signál. Symbolické schema propojení přístrojů je na obrázku :

 


Software pro dekodování signálu ACARS.

Klíčovým prvkem řetězce je software, který promění "chrčení" v čitelnou zprávu. Dostupné programy, které toto umí, jsou obecně trojího typu :
a) Prosté dekodéry FSK modulace - ty jsou placené, velmi drahé, ale s nekonečným množstvím nastavení, nebo volně šířené. Jejich obecná nevýhoda je obtížné nastavení a vyladění, které vyžaduje značné znalosti. Výhodou je naprostá universálnost a možnost přizpůsobit aplikaci přesně svým potřebám - užití doporučuji jen vývojářům..
b) Dekodéry ACARS první generace - jsou volně stažitelné, pracují pod Windows 3.1-XP nebo i DOSem . Převedou signál do textové podoby. Nic dalšího s ním nedělají - výstupem je sled písmen, který představuje zprávu, která se v PC uloží.
c) Dekodery ACARS druhé generace - pracují pod W98-XP a kromě schopnosti signál dekódovat, disponují také knihovnou kódů ACARS, zobrazují přeložené a dekodované zprávy a mohou zobrazit například ilustrační fotografii letadla nebo zanésou polohu letadla do mapy.


ACARSD v. 1.65 – typický představitel programů druhé generace.

Po stažení programu ACARSD jste dotázáni na cílový adresář a následně na město a stát, ve kterém je umístěn váš počítač. Je to proto, že program umožňuje propojit váš přijímač do sítě a tímto se lokalizuje umístění vašeho serveru. Upozorňuji ale, že propojit se takto s ostatními uživateli není pro příjem zpráv nezbytné a podle zkušeností to není ani jednoduché - proto se zpočátku nepřipojujte ikonkou "Server". Program ACARSD by si měl sám najít zvukovou kartu - najde vždy tu defaultní, kterou máte ve Windowsech nastavenou a ihned po svém spuštění začíná dekodovat signál na vstupu této karty. Většina voleb v hlavní obrazovce programu se týká zobrazení a třídění přijatých zpráv - vyjímkou je volba "Map", ve které si můžete navolit libovolnou vlastní mapu pro zobrazení polohy sledovaných letadel.
Na následujících ukázkách obrazovek vidíte zobrazené zprávy přijaté scannerem, dekódované a zobrazené programem ACARSD v.1.65. Program pracuje zcela samočinně, po přjetí zprávy ji dekoduje, zobrazí a zapíše získané údaje do tabulek. Volbou "Windows" - "Main ACARS Window" můžete kromě tabulky zobrazovat i "surová" data. Toto je hlavní náplň práce programu. Získáte databázi (volaček, času, kódů ACARS, linek, typů letadel), kterou můžete neomezeně editovat (volba "Database") a případně i sdílet s ostatními uživateli. Program  má řadu doplňkových funkcí, například můžete k identifikovanému letadlu zobrazit v reálném čase jeho fotografii, staženou online ze sítě.


Obsah zpráv ACARS.

Prakticky každá zpráva ACARS nese informaci o volačce a typu letadla, které ji vyslalo, nebo kterému je určena. Řada zpráv obsahuje podrobnosti o trati letu, technické údaje o stavu systémů letadla, časté jsou i meteozprávy o počasí v destinaci nebo na trati. Bohužel, ne v každé zprávě je informace o aktuální poloze letadla. Upřímně řečeno, je to jen v malé části zpráv, proto toho na mapě moc neuvidíte ....
                  

 
Ukázku jsem vybral z Ruzyně při příletu letadla British Airways, let BA0858. Na první obrazovce vidíte zobrazení tohoto letadla v mapě programu ACARSD v.1.65. Vidíte, že se jedná o jediné letadlo, u kterého ACARSD zobrazil polohu. Na dvou následujících obrázcích vidíte výpis přijatých zpráv: tabulka obsahuje všechny ze zpráv zjistitelné údaje o letu (ve sloupci „Time“ vidíte, že zprávy jsou přijímány s kadencí několika zpráv za minutu). Pod tabulkou je pak výpis přijaté zprávy – po nějaké době studia, zjistíte sami, co zobrazené kódy znamenají (např. let D-AIGO: dlouhý seznam zkratek s tečkami je trať letu rozepsaná po jednotlivých traťových bodech). Také vidíte poměrně vysoký počet přijatých „uplink“ zpráv (Emirates, Transavia). To jsou zprávy vyslané pozemní stanicí (Ruzyně). Všechny zprávy byly zachyceny scannerem UBX-180 a oddělenou anténou v místě zhruba 15km od LKPR. Fotografie sledovaného airbusu A319, registrace G-EUPG se samočinně vytahne z databáze fotografií po přijetí zprávy. Do databáze fotografií můžete svými úlovky také sami přispívat.


Úžasná hračka pro nejnáročnější - přijímač signálu z odpovídačů SBS-1.

Na posledním obrázku není obrazovka programu ACARSD, ale poloha BAW0858 je zachycená jiným způsobem - pomocí přijímače SBS-1.

 

Přijímač SBS-1 nemá se systémem ACARS nic společného. SBS-1 je přijímač jiných signálů, těch, kterými letadlo odpovídá na ozáření paprskem sekundárního radaru. Odpovídač pracuje na frekvenci ~1.09 GHz a tento signál nelze jednoduše přijímat ani dekodovat běžným scannerem. K příjmu těchto signálů je potřebný speciální přijímač, dnes nejobvyklejší je právě typ SBS-1.


Teorie k tomu všemu.

Každé letadlo je ze země sledováno pomocí radarů. Podrobnosti o principu fungování sekundárního radaru a odpovídače najdete zde na serveru Aeroweb. Ve zkratce: vždy po ozáření letadla paprskem z radaru, vyšle zařízení na jeho palubě, nazývané odpovídač, impuls, ve kterém je zakódováno hodně zajímavých informací. Jde především o identifikaci letadla ,údaj o aktuální výšce a v novějších verzích i údaj o poloze letadla. Jedinou nevýhodou tohoto signálu - kromě ceny  přijímače - zůstává skutečnost, že informaci o poloze letadla vysílají jen odpovídače v tzv. „Modu S“, kterým ještě ani dnes nemusí být vybavena všechna letadla.
Abychom nezahltili prostor technickými detaily, odkáži zájemce na skvělou a vyčerpávající  recenzi přijímače SBS-1.


Jak sledovat letadla pomocí SBS–1 ?

Jsou dvě možnosti, jak se vidět polohu letadel na základě signálů z odpovídačů :
a) pořídíte si vlastní přijímač SBS-1, který se dodává i s anténou a softwarem;
b) připojíte se k serveru, který rozesílá již dekodovaná data ostatním uživatelům.

Rozdíl je v tom, že k pořízení stanice SBS-1 potřebujete řádově 20.000,- CZK, zatímco připojení k serveru OpenATC.com je zadarmo. V obou případech vidíte zobrazenu polohu letadel na digitální mapě ve vašem PC. Zobrazuje se jejich volačka, aktuální kurz, výška a rychlost stoupání/klesání - takže prakticky získáváte "malý domácí radar". Přijímač SBS-1 „vidí“  o vzdálenosti až ~250km, server OpenATC umožňuje monitrovat radarovou situaci nad „celým světem“. Server OpenATC má ale jednu nevýhodu: nemáte jistotu, že vaši oblast zájmu bude zrovna monitorovat některá stanice SBS-1. Pokud ano, vidíte "radarovou situaci“ s jen s minimálním zpožděním oproti skutečnosti. Na obrázcích je několik příkladů zobrazení serveru OpenATC, jak vypadá na různém mapovém podkladu:




        
         
Horní řádek: Finální přiblížení linky CSA7545 (B737-400, OK-YGU) na RWY24 v LKPR.
Spodní řádek: odlet linky CSA6958 (B737-400, OK-VGZ) z RWY24.
K pořízení obrázků byl použit server Open ATC a pro ověření přijatých dat pak výpis odletů z oficiální stránky Letiště Praha (…jednalo se o koupáckou linku do Džerbu…).


Budoucnost digitální komunikace: systém VDL - VHF Data Link.

Závěrem ještě malá zmínka o nově připravovaném systému VDL (VHF Data Link). Je  to nově zaváděný komunikační systém, který umožňuje jedním zařízením realizovat digitální i analogový přenos mezi letadlem a zemí. Hlavním důvodem zavádění je zvýšený požadavek na kapacitu a spolehlivost přenášených dat (ACARS cestou potratí až 20% paketů) i lepší využití leteckého pásma. VDL je mnohem více integrovaný do systémů letadla než ACSRS a dokáže víceméně bez účasti pilota komunikovat s pozemní stanicí. Přitom si sám zvolí volné frekvence a zamezí stavu, kdy zpráva musí dlouho čekat na uvolnění.
Systém VDL bude zabezpečovat datový přenos "letadlo-země" v rámci letecké telekomunikační sítě (ATN) a bude pracovat paralelně s jinými podsítěmi ATN. Pozemní stanice VDL sestáva z  radiopřijímače VKV a počítače. Je schopna  zpracovávat protokol VDL v rámci celé zóny pokrytí a zabezpečuje připojitelnost prostřednictvím pozemní telekomunikační sítě (např. používající X.25) s mezilehlými stanicemi ATN, které budou zabezpečovat přístup k pozemním koncovým systémům ATN. Při navázání spojení "letadlo-země" budou použity kanály 25 kHz v pásmu VKV letecké pohyblivé (traťové) služby, u nás v pásmu 136,900 - 136,975 MHz, které je zatím volné. V současnosti ale není v ČR ještě VDL 100% specifikováno, takže jeho použití je spíše experimentální a vývojovou záležitostí.


Závěr.

Příjem digitálních signálů ACARS scannerem je poměrně jednoduché vylepšení, jen je potřeba investovat do vyladění aparatury, především vhodné antény a nalezení místa pro ni. Výsledkem je značné rozšíření poznání, jak to v letecké dopravě chodí. Pokud máte dva scannery, můžete současně sledovat digitální i běžnou komunikaci letadla a určitě časem ulovíte zajímavé kousky do sbírky. Nevýhodou ACARSu zůstává, že nepřenáší polohu letadla a jen málo jich uvidíte na mapě.
Příjem signálu z odpovídače pomocí přijímače SBS-1  poskytuje sice jen polohové údaje o letadlech, ale prakticky s jeho pomocí získáváte informaci shodnou, jako mají  profesionální řídící. Pokud současně posloucháte komunikaci, máte víceméně i stejný přehled o provozu. Nevýhodu SBS-1 je vysoká cena a nutnost investic do zvláštní antény, svodu, případně dalších vylepšení. Částečnou náhradou je možnost podívat se na veřejný výstup sítě SBS-1, server OpenATC, kde mnohdy najdete online data.
Seriál článků o domácím poslechu leteckých pásem chtěl především ukázat, jak je možno i s poměrně nenáročnými prostředky rozvíjet zajímavého technického koníčka, který určitě přinese hodně nových poznatků a zábavy.

Mohlo by vás zajímat


Zkušenosti a doplnění našich čtenářů

live provoz

19. 8. 2010 v 16:09 Milan

funkční web je například www.sledujto.cz

Odpovědět

Přidat komentář