LABORATORIO DE TELECOMUNICACIONES
Radar de aviones
JISHAR GERARDO RODRIGUEZ AGUILAR
MAYO 2015
¿Qué es ADS? De acuerdo a OACI (Organización de Aviación Civil Internacional), el ADS (Automatic Dependent Surveillance) es una técnica de vigilancia que permite a las aeronaves proporcionar automáticamente, mediante enlace de datos, aquellos datos extraídos de sus sistemas de navegación y determinación de la posición instalados a bordo.
Como su propio nombre indica, este sistema es: • Automático: Está siempre activo y no necesita intervenc ión de ningún operador. • Dependiente: La operación y su calidad dependen del comportamiento del sistema de
navegación de la aeronave. • Vigilante: Proporciona datos de vigilancia análogos a los del radar para los controladores
de tierra y otros aviones. La información que transmite el sistema ADS incluye la identificación de la aeronave y su posición en cuatro dimensiones. Adicionalmente, suelen aportarse más datos como la velocidad y e l rumbo, los puntos de paso obtenidos durante el vuelo en el sistema de navegación. Dentro del sistema ADS, pueden utilizarse dos subsistemas distintos: ADS-B (ADS-Broadcast) y ADS-C (ADS-Contract).
El ADS-B es una radiodifusión, dirigida a todos los posibles receptores dentro de su esfera de influencia ya que no se encuentra encriptado. De est a manera, un obstáculo geográfico puede enviar mensajes ADS-B, complementando los mapas que pueda tener el sistema de navegación. El máximo alcance del sistema es, en línea de mira, de menos de 370 km si se emplea sobre VHF. En zonas continentales puede usarse enlace de datos VHF o L-band directamente desde el avión, aunque en las operaciones transoceánicas estas comunicaciones se encuentran faltas de cobertura, por lo que es usual usar un satélite de comunicaciones geoestacionario. Una de las principales ventajas del sistema ADS-B frente a las redes de radares existentes es que la precisión d elos datos no depende de la distancia en la que se encuentra el avión, o de la frecuencia de barrido del radar, sino que los datos de posición se obtienen a partir de DNSS (Global Navigation Satellite System). El aumento de la precisión trae consigo mayor seguridad y mayor espacio aéreo. Transceptores
El sistema ADS-B puede utilizar tres tipos de transceptores:
Modo S extendido a un canal de 1090 MHz : El enlace de datos se realiza a través del
sistema SSR (Secondary Surveillance Radar), consistiendo en una extensión de este. Así, la aeronave transmite regularmente mensajes (conocidos como ext ended squitters) conteniendo información tal como la posición o la identificación. Los extended squitters son transmitidos en la misma frecuencia de respuesta que e l SSR, 1090 MHz, y pueden se r recibidos por cualquier aeronave o estación de tierra convenientemente equipada.
Universal Access Transceiver (UAT): Está definido específicamente para el ADS-B. Se trata
de un canal de 1 Mbps sobre portadora de 978 MHz (en la banda L, de 960 a 1215 MHz) para transmitir informes ADS-B y para difusión de información aeronáutica desde tierr a. UAT emplea reutilización de frecuencias por reparto en células al igual que la telefonía móvil. El acceso al medio se resuelve por ac ceso aleatorio: elección pseudoaletoria de uno de entre 3200 oportunidades de com ienzo de mensaje (Message Start Opportunities, MSO)
VDL Mode 4: Se trata de un enlace de datos VHF estandarizado por OACI y ETSI (European
Telecommunications Standards Institute) que provee comunicación digital entre dos estaciones móviles (aeronave y vehículos en la superficie del aeropuerto) o entre unidades móviles y estaciones de tierra. Procedimiento de trasmisión
El procedimiento consiste en recibir el broadcast transmitido por los aviones, en e l cual describe su longitud, latitud, numero de vuelo y ruta, e tc. Esta información se recibe de su sistema GPS. Periódicamente la base de control de t ráfico aéreo interroga a los aviones, en la frecuencia de 1030 MHz, esta interrogación se hace cerca de 450-500 veces por segundo, cuando la aeronave
recibe la interrogación, responde a dicha base en la frecuencia de 1090 MHz. Esta información puede ser recibida y decodificada por otras ae ronaves y radares.
Tecnología Modo S Señal expontanea extendida. ( mode S extended Squiter) El objetivo en sus inicios era diseñar un sistema de vigilancia en la comunicación de las aeronaves, y que fuera de una manera automática, esto facilitaría el tráfico aéreo, evitaría colisiones de aeronaves. Dentro de los diseños, se pretendía que que fuera económico, y preciso. Las investigaciones se le otorgaron al MIT Lincoln Laboratory. EL modo S es un Link de datos que en su tecnología usa interrogaciones de dirección discreta. Tantos los equipos en tierra como las aeronaves deben de estar equipados con sensores y transponders para el modo S. Las interrogaciones son generadas por la base en tierra en la frecuencia de 1030 Mhz, recepcionados por la aeronave, y respondidos por la misma en la Frecuencia de 1090Mhz. El éxito de esta técnica, está en la interoperabilidad y la precisión que se tuvo al momento del diseño de dicha tecnología. La interrogación se hace en la frecuencia de 1030Mhz por parte del radar en tierra, y a su vez respondido. En la frecuencia de 1090 Mhz, la interro gación puede ser:
La Forma de operación es:
1. La base envía la Interrogación e n Modo A. 2. La aeronave responde en modo A. 3. Se envía la Interrogación en Modo C. 4. La aeronave responde en modo C.
Equipo necesario
NooElec NESDR Mini 2 USB RTL-SDR & ADS -B (Lo más importante es el chip RTL2832U)
Laptop con alguna distribución de Linux, de preferencia Ubuntu o lubuntu.
Se instala y se compila el STL-ADSB.
Instalación Instalar y compilar el controlador RTL- SDR Abrimos una terminal y ponemos los siguientes comandos. 1. sudo apt-get install git 2. sudo apt-get install cmake 3. sudo apt-get install libusb-1.0-0-dev 4. sudo apt.get install build-essential Ahora instalamos el controlador del USB RTL- 2832U y seguidamente lo compilamos 1. git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git 2. cd rtl-sdr 3. mkdir build 4. cd build
5. cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON 6. make 7. sudo make install 8. sudo idconfig Ahora con los siguientes comandos le vamos a indicar al dispositivo lo que se le permite hacer y posteriormente reiniciaremos el sistema 1. cd ~ 2. sudo cp ./rtl-sdr/rtl-sdr.rules /etc/udev/rules.d/ 3. sudo reboot Cuando el sistema haya iniciado correctamente, abrimos una terminal y c olocamos el siguiente comando. 1. rtl_test –t El resultado que tendremos será algo como lo siguiente.
Lo importante de aquí es que el sistema ya reconoció al dispositivo.
Instalación Dump1090 1. Descargamos el código fuente de la aplicación desde la página oficial https://github.com/antirez/dump1090 o podemos aplicar el siguiente comando git clone git://github.com/antirez/dump1090.git
2. cd ~ or cd /home/pi/ (directorio)
3. 4. 5. 6. 7.
git clone git://github.com/MalcolmRobb/dump1090.git cd dump1090 make sudo apt-get install pkg-config make
Si todo se encentra bien instalado y conectado, al escribir ./dump1090 – interactive, podremos observar una tabla con las características tráfico aéreo como se muestra en la siguiente imagen.
Pruebas Abrimos una terminal
Verificamos nuestra computadora reconozca nuestro dispositivo
Iremos al directorio donde tenemos nuestros archivos de dump1090
Probamos que el adaptador este recibiendo paquetes ADS-B, si nos damos cuenta estamos recibiendo paquetes hexadecimales, dentro de esas líneas se encuentra la información de loa aviones.
Más información
Aplicaremos el comando. /dump1090 , y con este podremos observas características más especificas de los datagramas que estamos recibiendo.
En algunos casos ya nos facilita algunas características como altitud, latitud y altura.
Ya teniendo una idea de cómo se presenta la información, podremos utilizar el comando. /dump1090 - -interactive , lo que va a hacer es solamente desglosarme la información y desplegarla en columnas de una forma en la que el usuario pueda interpretar de mejor manera la información.
Podemos comprobar nuestro resultado localizando el vuelo en tiempo real, en este caso veremos el estado del vuelo AMX447, iremos a la página http://www.flightradars.eu/es_flightaware.html y colocaremos el vuelo y el resultado fue el siguiente.
Otra prueba.
Decodificación de la trama ADS-B La trama a decodificar es: 8f6eceb4446816892a4444acfb2e Lo primero que debemos hacer es desglosar la cabecera que posee 8 bits o un byte y en este caso son las siguientes: 8F 10001 111 DF CA DF=17 CA=7
Los siguientes 3 bytes o 24 bits corresponden al ICAO (Organización de Aviación Civil Internacional) 6ECEB4
A continuación se decodificara los datos de tipo código, bits de emergencia, altitud, longitud, si es un frame par o impar y la latitud. Sección de datos: 446816892a4444 Esto nos da el siguiente código binario: 0100 0100 0110 1000 0001 01 10 1000 1001 0010 1010 0100 0100 0100 0100
TC=Tipo de código (Los primeros 5 bits) P=Bit de emergencia (Los siguientes 3 bits) Altitud= Los siguientes 12 bits T=Indica sincronización con UTC (universal tme coordinated) (bit21) F=Indica si es un FRAME par o impar (bit 22) Latitud = Los siguientes 17 bits Longitud= Los siguientes 17 bits Para este caso se observa que es un FRAME impar. Recordemos que para calcular una posición valida, se necesita una trama par e impar validas.
TC=8 E=8 Altitud=1665 Latitud=83093 Longitud=17476
Ejemplo 2 Trama ADS-B es: 8D4008F15837F237EBE3A389BF53 DF= 17 ICAO=4008F1 Parte de datos: 5837F237EBE3A3
Código binario: 01011 000 001101111111 00 TC P ALTITUDE TF
La aeronave calcula su altitud, mediante el uso de BA (barometric altitude), el cual hace una comparación de la presión atmosférica en tierra c on la del momento en la que e stá volando, o con HAE (height above Elipsoid), que simula la tierra como un elipsoide, y calcula la altura del avión según el elipsoide, entre ambas técnicas no hay mucha diferencia. Aunque esto no es suficiente, debido a que por cada bit que incremente o decremente, va a ver una diferencia de 25 pies.
En el primer FRAME se observa que la bandera F esta en 0, esto quiere decir que es par, en el segundo FRAME se observa que la bandera F esta en 1, esto quiere decir que es el FRAME impar. Ahora con esto se puede calcular la posición de la aeronave.
El procesamiento se hace mediante la función floor, y MOD, a este procesamiento se le llama “latitude Index” o “j”. La función “floor” toma el mayor entero de un resultado, ejemplo de 8.99
toma solo el 8.
La verificación de que los datos obtenidos se encuentren bien, es revisar las tablas de longitud y latitud (el planeta se encuentra dividido en zonas de latitud, y longitud.), la latitud debe de ser la misma o muy parecido con Respecto a la anterior. El cálculo de la Longitud se hace me diante la función “Dlon”
Referencias http://www.airtechservicios.net/interes/articulos/72-ads-b-sesar-y-next-gen.html http://wikitel.info/wiki/Sistema_de_Vigilancia_Dependiente_Autom%C3%A1tica_%28ADS%29 http://es.slideshare.net/ssppcc/comunicaciones-adsb http://www.dragonjar.org/construyendo-un-radar-de-bajo-presupuesto-para-esnifaraviones.xhtml http://www.n8mdp.com/ads_b_setup.php http://www.seguridadaerea.gob.es/lang_castellano/navegacion/programas/ads/sistema_ads.aspx https://descsecurity.wordpress.com/category/adsb/ https://www.aerocivil.gov.co/Aerocivil/Proyecto-TorreMuisca/Documents/ANEXO_1_DOCUMENTOS_Y_ESTUDIOS_PREVIOS_V2.pdf http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/60181/fichero/Proyecto+fin+de+carrera.+Francisco+Cant os+Gal%E1n.pdf http://www.icao.int/SAM/eDocuments/Guia%20ADSB%20Vs1.2%20Spanish.pdf
