1090 MHz-ADS-B-Receiver

von vinculum

Die Schaltung ist fertiggestellt und erprobt und kann als Bausatz (SMD!!!) über http://www.miniadsb.com bestellt werden.Das Projekt ist damit erstmal beendet.

The circuit is completed and tested and can be ordered as kit (SMD!!!) via http://www.miniadsb.com. The project is ended so far.

Es gibt jetzt auch einen zum Frontend passenden Selbstbau Dekoder auf Basis PIC. There is a d-iy- decoder available here:

http://www.qsl.net/dl4mea/picadsb/picadsb.htm

Die passende Software ist hier There is a viewer here:

http://www.coaa.co.uk/planeplotter.htm

Die aktuelle Version kann sowohl die PIC Daten als auch Roh-Daten der AVR-Dekoder von Edward anzeigen. The current version can display PIC (Bertrand) and AVR (Edward) data

Stand

--Vinculum 27. Sep. 2009 // Housekeeping Fotos - Ergänzungen zu den Frontends der kommerziellen Geräte

--Vinculum 05:57, 8. Nov. 2009 (UTC) // Link zu Gerät auf Basis Sat-Tuner hinzugefügt

--Vinculum 21:44, 10. Nov. 2009 (UTC) // Aktuellen Status zur Teileverfügbarkeit hinzugefügt

--Vinculum 13:10, 14. Nov. 2009 (UTC) // Verweis auf neue Webseite

--Vinculum 21:24, 21. Feb. 2010 (UTC) // Projekt erstmal beendet

--Vinculum 21:35, 25. Mär. 2010 (UTC) // added reference to Dekoder and Software

--Vinculum 16:02, 29. Jun. 2010 (UTC) // Housekeeping

Einleitung

FAQs und weitere Details zum 1090 MHz-Receiver aus dieser Diskussion: [1]

Status

Die kritischen Bauteile (AD8313, 1090 MHz SAW Filter, MMICs) sind für das RF-Frontend jetzt vorrätig. Es wird bald eine Webseite geben, auf der Details zur Schaltung zu lesen sind. Wer dann mit einer eigenen Platine anfangen möchte, kann die kritischen Bauteile bei mir bekommen. Eine Platine und das Komplettkit mache ich ggfs. noch später, im Moment fehlt mir aber die Zeit dazu. Einen Video-Amp, den Komparator und den µC werde ich zur Schaltung nicht mehr hinzufügen, da es bereits zwei gute Designs mit PIC und AVR gibt (s. unten) (10.11.2009)

Critical parts (AD8313, 1090 MHz SAW Filter, MMICs) for the RF frontend are now in stock. There will be a website shortly (also in English) where design details will be published. I will make available the critical parts to anybody who wants to design the PCB on its own. Maybe I will publish a PCB and make available a full kit later, but at this time I am too busy. The video amp, comparator and microprocessor will not added by me to the design as there are two pretty good ones available for PIC and AVR already (see below). (Nov 10, 2009)

Die seltensten Bauteile sind bestellt. Diese haben allerdings über 6 Wochen Lieferzeit. In der Zwischenzeit sind auch noch einige Probleme der Interfaceschaltung vom Frontend zum µC zu klären. Also bitte Geduld. (03.09.2009)

Ich kann berichten, dass jetzt ein Prototyp der Eingangsstufe fertig ist. Er lieferte heute zum ersten Mal ein sauberes 5V-Signal der 1090 MHz Signale. (23.08.2009)

Prototypplatine (5 x 1,7 cm)

Video vom Ausgangssignal [2]

Hardware

Antenne

Die Wartezeit auf Teile kann lohnend mit einem Blick auf die Möglichkeiten der Antennenlösung genutzt werden.

Faustregel: Was mit dem Auge nicht gesehen wird, wird nicht empfangen (Wolken mal außen vor). Die Signale auf 1090 MHz können nur empfangen werden, wenn freie Sichtverbindung zum Flugzeug besteht. Fensterscheiben, dünne Wände, Dachschindeln, Bäume dämpfen das Signal bereits erheblich und schränken die Reichweite ein. Sicherheitsverglasung, Betonwände, Berge, Gelände machen einen Empfang unmöglich.

Berge, Gelände: Dies ist auch der Grund, warum die Reichweite sowieso beschränkt ist. Ein Flugzeug, das auf Reiseflughöhe in 200 NM Entfernung von der Antenne fliegt, befindet sich bereits unter dem Horizont. Stark vereinfacht und ohne Sondereinflüsse zu berücksichtigen, kann der sog. Radarhorizont hier berechnet werden: http://radarproblems.com/calculators/horizon.htm

Antenne, z. B.

http://www.spezialantennen.eu/bosismantennen/flugfunkantennen/index.php

http://www.thiecom.de/gp1090.htm

http://onlineshop.funkwerk-avionics.com/index.php?cPath=170_171

http://www.ssejim.co.uk/26-sseads1090sj.htm

DIY Antennen

http://www.kineticavionics.co.uk/forums/viewtopic.php?t=9847&highlight=antenna

http://www.kineticavionics.co.uk/forums/viewtopic.php?t=7489&highlight=antenna

Breitbandige Antennen, z. B. Discones, sind nicht verwendbar, da in der Regel die Eingangsstufe zugestopft wird.

Antennenkabel und -stecker, Vorverstärker

Abhängig von der Kabellänge ist auf dämpfungsarmes Kabel zu achten. Bewährt hat sich Ecoflex-10 (-1,4 dB/10m) oder -15 (-1 dB/10m). Ist aber teuer. RG-58 (-6 dB/10m) o.ä. dünnes Koaxkabel kann nicht benutzt werden. Passende Stecker sind an den dicken Kabeln evtl. selbst nur schwer anzubringen. Konfektierte Kabel gibt es z. B. bei Wimo oder SSB-Elektronik. Für den Übergang auf den BNC- oder SMA-Stecker auf der Platine braucht man dann noch einen Adapter.

Ein Vorverstärker sollte bei diesem Projekt nicht nötig werden, da die HF-Platine dicht an der Antenne montiert werden kann.

FAQs

Wieviel Rechenaufwand ist es denn das Signal zu dekodieren ? Es ist schon notwendig, sich intensiv mit der Materie auseinanderzusetzen. Das kostet Zeit, und man muss ins Detail gehen. Für mal kurz am Wochenende zwischen zwei anderen halbfertigen Projekten ist das nichts. Hierzu gibt es weiter unten das ICAO Manual. Es gibt sehr viele unterschiedliche Formate, die Positionsbestimmung verwendet zwei Frames, die mit trigonometrischen Formeln verarbeitet werden müssen. Das Beste ist immer noch die Verarbeitung am PC.

Was kostet so ein Teil denn in etwa? Kannst du schon die Kosten überschlagen? Das hängt vor allem von der Bestellmenge für die beiden SAW-Filter ab. Da habe ich noch keine Preise und es gibt auch Mindestbestellwerte usw. Die können zusammen also über 30 Euro kosten, dazu die Platine, das Weißblechgehäuse, der Logamp mit 15 Euro und jede Menge Kleinkram (R, C, LM311, SMA). Bei großerer Abnahmemenge kann das ganze aber auch 20 Euro billiger werden.

ich hätte auch Interesse, wenn ich die Daten auch irgendwo der Gemeinheit bereit stellen kann. Gibt es da noch nichts online zusammen mit OSM [OpenStreetMap, http://www.openstreetmap.org]? Die Bereitstellung der Daten unterliegt dem Telekommunikationsgesetz und da kann man wohl davon ausgehen, dass das nicht zulässig ist

Würde sich die Platine eignen, um im Flugzeug mitgeführt den Traffic in der Umgebung anzuzeigen? Quasi als TCAS (Abstandswarnungssystem). Nein, auf keinen Fall. Die Genauigkeit der ADS-B-Positionen ist aus vielen Gründen nicht ausreichend, und die Nutzung ist luftrechtlich nicht zugelassen. Auch senden nicht alle Flugzeuge ihre Position, sondern höchstens 75-80%. Man könnte innen auch höchstens das Signal des eigenen Flugzeuges empfangen.

Wenn hier 100 Leute Interesse haben, kannst du doch 100 Module fertigen lassen. Nö, dann könnte ich ja auf 80 Stück sitzen bleiben, dazu habe ich keine Lust

Ich würde den Empfänger am liebsten direkt an der Antenne anbringen. Das ist sinnvoll und die beste Variante, um Dämpfung durch das Antennenkabel zu vermeiden. Die Speisung des Frontends ist 3,3V mit ungefähr 30 mA (z.Zt. auch noch 5 V, aber das wird noch geändert). Das Ausgangssignal kommt dann von einem Opamp, der 30 mA am Ausgang treiben kann.

Andere Geräte und interessante/wichtige Links

Theorie über 1090 MHz-Signale und Mode-S ADS-B

http://www.radartutorial.eu/13.ssr/sr24.de.html

http://dcaa.slv.dk:8000/icaodocs/Annex%2010%20-%20Aeronautical%20Telecommunications/Volume%20IV-%20Surveillance%20Radar%20and%20Collision%20Avoidance%20Systems/Vol%20IV%20-%204yh%20ed,%20July%202007.pdf

(Dies ist die wichtigste Unterlage, die die Datenformate beschreibt, die zu dekodieren sind - Achtung - extrem lange Ladezeit!)

Das allerwichtigste Dokument ist jedoch das DO260A, dieses kann man aber nur bei der RTCA kaufen. Erhältlich sind jedoch die Entwürfe des kommenden DO260B über die Website der FAA WG3

http://adsb.tc.faa.gov/WG3_Meetings/Meeting30/1090-WP30-18-DRAFT_DO-260B-V42.pdf

Bei diesen Working Papers finden sich viele weitere interessante Unterlagen, z.Bsp:

http://adsb.tc.faa.gov/WG3_Meetings/Meeting30/1090-WP30-12-Proposed%20_New_Appendix-CPR101.pdf

Eine Erklärung des Compact Position Reporting, also der Codierung der Positionsdaten

http://www.vsgc.odu.edu/src/SRC07/SRC07papers/Mennatoallah%20Youssef%20Paper.pdf

Videos (1090 Mhz Signale)

http://www.youtube.com/watch?v=d85Uuno2drs

http://www.youtube.com/watch?v=bCldfiP6nn0

http://www.youtube.com/watch?v=wSZEhjQBywo

http://www.youtube.com/watch?v=rOOV7CXp5fw

Diverse andere Unterlagen

http://www.cts-kenwood.cz/kv/

http://www.tech-software.net/

Profi-Geräte

http://www.selex-si.com/IT/Common/files/SelexSI/brochure_datasheet/CNS_ATM_SCHEDE/atc_2008/mxc.pdf http://www.asecna.aero/publications/14SELEX_MPici.pdf

http://www.thalesgroup.com/Portfolio/Defence/LandJoint_Products_Air_IFF_ADS-B/?pid=1568

http://www.comsoft.de/html/atc/products/adsb/index.htm

http://www.aeroexpress.com/products/pdfs/tr220.pdf

http://www.pcas.ca/adsbinfo.pdf

http://www.funkwerk-avionics.com/cms/upload/Downloads/Transponder/03.2102.010.71e_101_070706_TRT800_IO.pdf http://www.lxavionics.co.uk/traffic-monitor.htm

http://www.ifn-brandl.de/en/adsbrx.htm

http://dissrr.com/

http://www.thiecom.net/ftp/kinetic/sbs1/information/sbs-2productspec.pdf

Eingangsstufen

Die Eingangsstufen der "Hobbygeräte" werden bei den Geräten näher beschrieben. Es handelt sich durchweg um Direktempfänger mit SAW- bzw. Helix-Filter. Alle drei Empfängertypen nutzen den AD8313 Logamp als Detektor, der schwer verfügbar und teuer ist. Eine Alternative wäre der LT5534, der ab eine 10dB geringere Empfindlichkeit hat.

Kinetic SBS-1, SBS-1 MkII

Erstes Gerät dieser Art, erschien Ende 2005. Die Platine ist vierlagig.

Aufwändige Eingangsstufe: Helixfilter (3 Stufen) TEMWELL K3RBT-1090M-20M - LNA MAX2611 - Helixfilter (3 Stufen) - MMIC SGB4533 - SAW Sawtec 856096 (symmetrisch) - AD8313 Logamp

Es folgt danach ein Tiefpassfilter, das aus 2 MAX4450 aufgebaut ist. Die Daten gehen dann auf einen 40MHz-A/D-Converter AD9203 und werden mit einem FPGA weiterverarbeitet und als dekodierter und CRC-gesicherter, aber verschlüsselter USB-Stream an den PC gesendet.

http://www.wimo.com/download/testbericht_fa%201_06_sbs-1.pdf

Airnav Radarbox

Die Radarbox erschien 2007. Die Platine ist zweilagig. Die Antenne war in der ersten Version direkt an das 1. SAW-Filter angeschlossen (siehe Foto), dies führte zu einer hohen Ausfallrate. Die Radarbox hat im Frontend eine deutlich höhere Verstärkung als die SBS-1, wodurch erste Exemplare im Bereich London (mit der wohl höchsten Dichte an Mode-S Signalen) zugestopft wurden.

SAW-Filter TA1090 single-ended - LNA MAX2640 - TA1090 - 2x MMIC SGA-2486 - TA1090 - AD8313

Es folgt dann ein Komparator LMV7235, der eine gefilterte Referenz (floating) hat, die mit einem TSH74 erzeugt wird. Die Daten werden in einem dsPIC33FJ64GP306 vorgefiltert (Mode A/C, DME) und an die USB-Schnittstelle abgegeben. Der "rohe" Bitstream zum PC besteht aus 8 bits=1 byte je Manchester-codiertem Bit des 56- oder 112-bit langen Mode-S-Datenwortes. D.h. die effektive Abtastrate beträgt 8 MHz. Die weitere Aufbereitung der Daten erfolgt im PC. Die Datenrate ist sehr hoch, da 56 byte oder 112 byte je empfangenen Mode-S-Datensatz übermittelt werden. Die serielle Schnittstelle des FT232R wird daher mit 1,25 MBit/s angesteuert.

http://www.cts-kenwood.cz/kv/Klinovec

Kinetic SBS-1e, SBS1-eR

Die SBS-1e erschien 2008 und ist eine verkleinerte Version der SBS-1, jedoch mit weitgehend neuer Hardware. Die Platine ist vierlagig. Die Schnittstelle zum PC ist kompatibel zur SBS-1, jedoch steht auch eine Ethernet-TCP-Schnittstelle zur Verfügung (verschlüsselt). Das Gerät soll eine höhere Empfindlichkeit als die SBS-1 haben.

Das Frontend ist sehr kompakt aufgebaut: SAW-Filter TA1090 single-ended - MMIC SGL0622 - TA1090 - AD8313.

Die weitere Verarbeitung entspricht der SBS-1, jedoch ist das Filter mit einem Dual-OP LT1801 aufgebaut.

Das SBS-1e Frontend bietet sich eigentlich zum Nachbau an, allerdings ist der SGL0622 nicht mehr verfügbar und auch schwer bis gar nicht lötbar.

!!!Error in drawing: R39 connected to U716 pin 6 not pin 7

Selbstbau ADS-B aus TV-Tuner, auch AVR-Programm zur ersten Dekodierung der Daten

Die Seiten zeigen, wie mit einem ATMega48 (20 MHz) sehr einfach die Mode-S Daten dekodiert und über den UART gesendet werden können. Nachteil ist allerdings, dass die maximale Datenrate des UART bei 20 MHz Takt nur 230 kBaud betragen und während der laufenden Datenübertragung die nächste Dekodierung damit nicht beginnen kann. Evtl. kann Übertaktung mit 22 MHz und dann 921 kBaud an der seriellen Schnittstelle helfen oder die Verwendung von SPI.

http://www.lll.lu/~edward/edward/adsb/

http://www.lll.lu/~edward/edward/adsb/SimpleAdbsReceiver.html