Kuparilangasta lentokoneiden ADS-B-dataan
Sisällys
Vanha RTL-SDR-tikku, muutama pätkä kuparilankaa ja SMA-liitin – siinä kaikki, mitä oman lentoradan rakentamiseen tarvittiin. Näin syntyi kotitekoinen ADS-B-antenni, joka yltää parhaimmillaan yli 300 kilometriin.
Mikä ADS-B on?
ADS-B (Automatic Dependent Surveillance–Broadcast) on järjestelmä, jossa lentokoneet lähettävät jatkuvasti radioteitse GPS-sijaintinsa, nopeutensa, korkeutensa ja muuta lentodataa. Toisin kuin tutka, se tuottaa erittäin tarkkaa ja lähes reaaliaikaista tietoa ja toimii myös alueilla, joilla tutkapeittoa ei ole. Signaalit lähetetään taajuudella 1090 MHz (maailmanlaajuisesti) ja 978 MHz (pääosin Yhdysvalloissa). Koska lähetykset ovat salaamattomia, kuka tahansa voi seurata lentoja yksinkertaisella antennilla ja vastaanottimella.
Minulla on ollut vanha RTL-SDR-tikku (Software Defined Radio) jo pitkään, enkä ole tehnyt sillä projekteja aikoihin. Olen haaveillut omasta lentoradasta ja sääsatelliittikuvien vastaanotosta pitkään, joten ajattelin, että nyt olisi hyvä hetki kokeilla jotain hauskaa RF-maailmasta ja rakentaa oma ADS-B-antenni ja lentoseurain.
Ohjelmisto
Käytin projektissa ADS-B Feeder Imagea, joka tekee lentojen seurannasta helpompaa kuin koskaan.
ADS-B Feeder Imagella voi vastaanottaa ja syöttää dataa useista eri tekniikoista, kuten ADS-B, AIS, ACARS/VDL, HFDL ja Sonde. Kaikki on valmiiksi koottu ja konfiguroitu: kun levykuva on kirjoitettu muistikortille, järjestelmä on heti käyttövalmis. Se tukee laajaa valikoimaa SDR-vastaanottimia ja yhden piirilevyn tietokoneita.
Syötän keräämäni datan seuraimeen, joka ei vaadi kirjautumista: adsb.fi on yhteisövetoinen lentoseurain, jolla on yli 3500 syöttäjää ympäri maailman. Se tarjoaa avoimen ja suodattamattoman pääsyn maailmanlaajuiseen lentoliikennedataan.
Antennin suunnittelu ja laitteisto
Käytössä oleva laitteisto:
- Raspberry Pi 4B
- RTL-SDR-tikku (versio 2?)
- Itse tehty hämähäkkiantenni (1090 MHz)
Etsin tietoa helpoista DIY-antenneista ja törmäsin yksinkertaiseen hämähäkkiantenniin (spider antenna). Se sopii projektiini täydellisesti, koska se on pieni ja halpa.
- Pystysäteilijä katkaistuna 1/4 aallonpituuteen: 68 mm
- Maasäteilijät (4, 6 tai 8 kpl) samoin 1/4 aallonpituuteen: 68 mm
- Maasäteilijät taivutettuna 45 asteen kulmaan, jolloin antennin impedanssi asettuu noin 50–60 ohmiin
Lisää antennin suunnittelusta voi lukea täältä:
https://discussions.flightaware.com/t/10-groudplane-spider-antenna/17811/18
Hämähäkin rakentaminen
Ensimmäinen versioni oli nelijalkainen hämähäkkiantenni, jossa 1 mm:n umpinaiset kuparilangat oli juotettu suoraan SMA-runkoliittimeen. Lisäsin lähes heti kaksi jalkaa lisää, jolloin maasäteilijöitä tuli yhteensä kuusi.
Siinä se! Upea kuusijalkainen antenni – oli aika kytkeä se kiinni ja katsoa, miten se toimii.
Antenni kytkettiin suoraan SDR-vastaanottimeen ilman vahvistinta tai suodinta, ja sijoitin sen sisätiloihin ikkunan viereen.
Kuuluvuus
Yllätyin aluksi todella positiivisesti siitä, miten hyvin antenni toimi: koneita alkoi näkyä kartalla heti. Alkuhämmästyksen ja GAIN-säädön jälkeen näin, kuinka kauas antenni yltää ja mitkä alueet jäivät sen ulottumattomiin.
En ollut tyytyväinen. Kantama ei parantunut, vaikka siirsin antennia lähemmäs ikkunaa ja yritin asemoida sitä paremmin. Kartalla oli katvealueita etenkin siinä suunnassa, johon ikkunasta ei ollut suoraa näkyvyyttä.
Jotain oli tehtävä.
Antennin siirtäminen ulos
Kuuluvuusalueen kasvattamiseksi antenni piti saada ulos. Tein nopeasti telineen, jonka sain kiinnitettyä ilman ylimääräisiä reikiä talon seiniin tai omiin ikkunankarmeihini.
Erittäin tyylikäs “KUKKAKEPPI!"-telineeni kiinnitettynä ikkunankarmiin.
Kuuluvuus siirron jälkeen
Vau! Antennin uudelleensijoittelulla oli iso vaikutus ADS-B-signaalin vastaanottoon, ja myös RSSI-arvot paranivat huomattavasti. En usko, että tällä hetkellä ja näillä laitteilla pystyn parempaan – varsinkaan ilman vahvistinta. Alkuperäinen tavoite kuitenkin täyttyi jo, joten voin olla tähän tyytyväinen.
Pisin kuuluvuus tähän mennessä on ollut 162,8 meripeninkulmaa (301,5 kilometriä), mikä on paljon enemmän kuin osasin kuvitella! Signaali kantoi aina naapurin Viroon ja melkein rakkaaseen Ruotsiin asti.
Parannuksia tulevaisuudessa
Tässä muutamia asioita, joilla voin parantaa vastaanottoa ja signaalin laatua. Toteutan näitä sitä mukaa kun ehdin.
Vähäkohinainen esivahvistin (LNA)
LNA voi parantaa ADS-B-vastaanottoa pienentämällä järjestelmän kohinalukua ja kompensoimalla koaksiaalikaapelin sekä muiden signaalitiellä olevien komponenttien, kuten kytkimien ja liittimien, häviöitä. Parhaan hyödyn saa, kun LNA sijoitetaan lähelle antennia ennen vastaanottimelle menevää koaksiaalikaapelia.
RTL-SDR Blogin ADS-B LNA:n vahvistus on 27 dB taajuudella 1090 MHz, ja kaistan ulkopuoliset signaalit vaimenevat vähintään 60–80 dB. FM-radiokaistalla ja alle 800 MHz:n taajuuksilla vaimennus on käytännössä yli 100 dB. LNA:n signaalitiellä on ensin pienen läpäisyhäviön ylipäästösuodin, joka vaimentaa tyypillisesti erittäin voimakkaita FM-radio-, TV-, hakulaite- ja vastaavia signaaleja.
SAW-suodin
1090 MHz:lle viritetty SAW-suodin. Toinen SAW-suodin sijaitsee LNA:n lähdössä. Näin voimakkaat kaistan ulkopuoliset signaalit vaimentuvat merkittävästi, mutta LNA toimii edelleen tehokkaasti 1090 MHz:llä matalalla, noin 1 dB:n kohinaluvulla.
Parempi sijoitus tai suuntaus?
Antennin sijoituksella ja suuntauksella voin vaikuttaa siihen, miten ja mihin suuntaan signaali kantaa. Ongelmana on, etten voi sijoittaa antennia katolle vaan ainoastaan ikkunan ja seinän läheisyyteen.
Uusi SDR-tikku
Uudessa tikussa on paremmat ominaisuudet kuin vanhassani.
Päivitys: 8 maasäteilijän versio
Muokkasin antennia vielä niin, että siinä on yhteensä kahdeksan maasäteilijää. Merkittäviä muutoksia ei tullut, mutta näytetään se nyt kuitenkin postauksen lopuksi.
