Giải mã dữ liệu vệ tinh Inmarsat STD-C EGC

Inmarsat là một hệ thống vệ tinh địa tĩnh cung cấp các dịch vụ dữ liệu, viễn thông cho người dùng toàn cầu; nó phục vụ các loại dịch vụ như điện thoại vệ tinh, truyền dẫn dữ liệu internet, cũng như cho phép gởi các đoạn tin nhắn giữa các điện thoại, máy thu. Vệ tinh địa tĩnh hoạt động tại một vị trí cố định trên quỹ đạo trái đất, do vận tốc vệ tinh di chuyển bằng với vận tốc quay của trái đất và bảo đảm được tính chất bao phủ tại mọi điểm trên toàn cầu.

Theo công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển SOLAS 74/88, Inmarsat-C là một thành phần của hệ thống thông tin an toàn và cứu nạn hàng hải toàn cầu (GMDSS), bắt buộc phải được trang bị lắp đặt tàu chở hàng, tàu chở khách, tàu chở dầu, tàu chở container… Một số dịch vụ mà Inmarsat cung cấp có thể tham khảo thêm tại http://www.marsat.ru/en/technologies-standarts.

Inmarsat truyền dữ liệu tại băng tần L (L-Band) trong khoảng 1.5GHz. Tại Việt Nam, người dùng hoàn toàn có thể thu tín hiệu này khá ổn định bằng nhiều phương pháp khác nhau: a. sử dụng ăn-ten GPS đã được điều chỉnh loại bỏ bộ lọc tần số (SAW filter), b. sử dụng ăn-ten dạng bảng (patch), ăn-ten chảo (dish) hoặc ăn-ten dạng xoắn ốc (helix). Trong bài viết này, t17lab thực hiện giải mã dữ liệu kênh vệ tinh STD-C, nó được dùng chủ yếu trong an toàn hàng hải như chứa các tin nhắn EGC (Enhanced Group Call) được dùng trong tìm kiếm và cứu nạn trên biển, cảnh báo khí tượng, dự báo thời tiết biển, cảnh báo hàng hải, các thông tin liên quan đến an toàn ở mức độ khẩn cấp khác,.… Thông tin chi tiết về băng tần L có thể tìm hiểu thêm tại trang web UHF-Satcoms.

Tại Việt Nam, trạm mặt đất thuộc hệ thống Inmarsat được đặt tại thành phố Hải Phòng quản lý và khai thác (Hải Phòng LES).

Video Giải mã dữ liệu vệ tinh Inmarsat STD-C EGC

Chuẩn bị phần cứng/ phần mềm

Để tiến hành thu tín hiệu và giải mã dữ liệu từ vệ tinh, tôi chuẩn bị một số phần cứng và phần mềm như sau:

1. Phần cứng SDR hỗ trợ tần số 1.5GHz (có thể sử dụng rtl-sdr v3, HackRF, Elonics E4000,…); tôi sử dụng Elonics E4000, hiện tại thì phần cứng loại này không còn được sản xuất và ngưng bán tại website của hãng NooElec; RTL-SDR trong phiên bản mới hiện tại sử dụng linh kiện
2. Bộ khuyếch đại tần số thấp (LNA) băng tần 1.5GHz, hiện tại có một số nhà cung cấp thiết bị này như NooElec (LNA & SAW Filter Module For Outernet and Other Inmarsat Applications), LNA4All (loại này thì có vẻ khó sử dụng hơn nhưng có thể dùng cho nhiều băng tần khác nhau), Outernet LNA (đã ngưng sản xuất).
3. Ăn-ten thu tín hiệu Inmarsat: một số loại có thể sử dụng như chảo vệ tinh, ăn-ten dạng bảng (mua tại Outernet Store, hoặc có thể tự tạo một ăn-ten tương đương Easy homemade Outernet antenna), ăn-ten xoắn Helix (https://www.thingiverse.com/thing:2310701), ăn-ten GPS (http://hshop.vn/products/anten-gps-1575-42mhzsma-duc); bạn có thể tìm kiếm thêm nhiều thông tin từ internet để có thể tự tạo một ăn-ten với chi phí thấp.
   – ăn-ten GPS (SNR thấp): bạn cần mua một ăn-ten thu loại này với giá tương đối rẻ, tuy nhiên bạn cần loại bỏ bộ lọc SAW Filter bên trong để có thể thu được băng tần rộng hơn.

   

   – ăn-ten Outernet (SNR trung bình): do đây là ăn-ten thụ động nên giá thành thấp, khá phù hợp cho người dùng không chuyên;
   
   – chảo/ ăn-ten xoắn (SNR cao nhất): đây là lựa chọn cho người dùng cần thu tín hiệu với cường độ mạnh hơn, nếu bạn đang sử dụng truyền hình vệ tinh thì việc tận dụng chảo thu sẽ cho tín hiệu tốt hơn; hoặc có thể nghiên cứu tự thiết kết một ăn-ten helix sử dụng chai nhựa và dây điện có sẵn.

4. Phần mềm: hiện nay có 2 phần mềm là http://www.inmarsatdecoder.com/ và http://www.tekmanoid.com/egc.shtml đều cung cấp bản miễn phí và thương mại.
   Trong đầu năm 2017, Tekmanoid đã cung cấp bảng cập nhật mới sau một thời gian dài từ 2009 (phiên bản 0.8) và nâng cấp lên phiên bản 1.1 vào tháng 08/2017; do tính chất nhạy cảm của phần mềm, nên người dùng cần phải liên hệ trực tiếp với tác giả Alex thông qua email để có thể tải phần mềm [email protected]. Đáng tiếc là IP Việt Nam hiện không thể truy cập website tekmanoid.com, do vậy bạn cần dùng VPN để có thể truy cập nội dung.
   Phiên bản demo của Inmarsat Decoder có thể tải tại http://www.inmarsatdecoder.com/stdc-demo-install.exe.
5. Audio Piping: bạn có thể tải phần mềm SDR# và cài đặt Virtual Audio Cable.

Thực hiện thu dữ liệu

1. 1. Xác định tọa độ, tần số vệ tin Inmarsat gần khu vực nhất. Nên chọn theo danh mục sau:
      Inmarsat 3-F2 tại 15.5 độ Tây
      Inmarsat 4-F1 tại 143.1 độ Đông
      Inmarsat 3-F1 tại 63.7 độ Đông
      Inmarsat 3-F4 tại 53.2 độ Tây
      Người dùng có thể cài chương trình Satellite AR trên Android để xác định hướng và góc vệ tinh.
   2. Kết nối các thành phần SDR, LNA, và ăn-ten vào PC như hình

      

      

   3. Cấu hình thiết bị đầu ra SDRSharp sử dụng Virtual Cable Audio.
      
   4. Thiết lập thu tín hiệu tại SDR Sharp theo các thông số Radio: USB; Freq: 1.541.450 MHz; Bandwidth: 4000. Tại khung FFT bạn sẽ thấy một dãy tín hiệu (được tô đỏ) thu được từ Inmarsat, bạn có thể phóng to dãy này lên để xem rõ hơn.

      

Kích hoạt chương trình tdma-demo.exe và điều chỉnh Volumn hoặc hướng ăn-ten để thông số QUAL có giá trị >0.

Như kết quả thu được từ hình trên, tôi có thể xác định dữ liệu từ hệ thống cảnh báo an toàn hàng hải ‘ALERT SaNET Std-C ….’, để bạn có thể hiểu thêm về loại dịch vụ này, tôi trích dẫn một số thông tin từ internet (http://vishipel.com.vn/print.aspx?page=detail&id=8909) như sau:

Hệ thống an toàn và cứu nạn hàng hải toàn cầuDịch vụ SafetyNet là gì?
Là dịch vụ thông tin in chữ trực tiếp tự động trên phạm vi Quốc tế, được dùng để phát quảng bá các Thông tin An toàn Hàng hải tới các tàu nhằm đảm bảo an toàn cho người và các phương tiện hoạt động trên các vùng biển.Dịch vụ này đã trở thành dịch vụ an toàn của hệ thống gọi nhóm tăng cường thuộc Tổ chức Vệ tinh Di động Quốc tế, nó đáp ứng được các yêu cầu của công ước SOLAS 74 cũng như các phiên bản sửa đổi.

Dịch vụ SafetyNet cung cấp phương thức nhận Thông tin An toàn Hàng hải như thế nào?

Dịch vụ này cung cấp phương thức nhận Thông tin An toàn Hàng hải đơn giản, tự động, tin cậy cho các tàu hành hải trên biển và các vùng ven biển. Thông tin được phát liên quan đến tất cả các tàu đang hành trình trên biển và với đặc tính có thể đặt tuỳ chọn thu bức điện (theo vùng, theo tính chất bức điện…) đảm bảo rằng người đi biển có thể nhận các thông tin an toàn phù hợp với nhu cầu của người đi biển.
Nguồn thông tin An toàn Hàng hải được cung cấp bởi các đơn vị có trách nhiệm như Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Quốc gia, Trung tâm Phối hợp Tìm kiếm Cứu nạn Hàng hải Việt Nam….

Tạm kết

Trong phần 1, chúng tôi tạm kết nội dung với các thành phần cơ bản để có thể thực hiện giải mã thông tin Inmarsat-C; phần tiếp theo, chúng tôi sẽ cố gắng thực hiện giảm chi phí phần cứng bằng các giải pháp thay thế để phù hợp tại Việt Nam.

Bạn có thể đọc thêm các bài viết khác về vô tuyến vệ tinh tại https://www2.t17lab.com/blog/tag/vo-tuyen-ve-tinh/