Trong bài viết này, tôi sử dụng chương trình Matlab và phần cứng RTL-SDR trong việc thu nhận tín hiệu ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) nhằm giám sát chuyến bay trong phạm vi khu vực địa lý giới hạn. Bài viết này phù hợp cho các bạn đang nghiên cứu về vô tuyến, xử lý tín hiệu hoặc bắt đầu tìm hiểu định vị trong hàng không dân dụng.

Nhóm cũng đã có một số bài viết liên quan đến ADS-B có thể tham khảo tại https://www2.t17lab.com/blog/tag/ads-b/

Tổng quan ADS-B

Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B) là một công nghệ được sử dụng trong việc giám sát vị trí của máy bay khi đang hoạt động trên không. ADS-B cho phép máy bay gởi dữ liệu định kỳ theo khoảng thời gian cố định nhằm thông báo các thông tin như vị trí, độ cao, tốc độ, mã chuyến bay, số hiệu máy bay và các thông tin khác.

Tính chất của hệ thống phát/ thu tín hiệu ADS-B

  1. Automatic: Không cần phi công hay kiểm soát viên không lưu can thiệp vào quá trình phát tín hiện.
  2. Dependent: Thông tin nhận được phụ thuộc vào hệ thống định vị và khả năng phát của thiết bị trên máy bay.
  3. Surveillance: Có khả năng cung cấp thông tin về vị trí, số hiệu, độ cao, mã chuyến, vận tốc,… của máy bay.
  4. Broadcast: Bất kỳ nơi nào, ở dưới đất hoặc trên không, nếu nằm trong tầm phủ sóng đều có thể thu được thông tin.

Công nghệ ADS-B sử dụng Mode-S trong việc định danh và truyền tải dữ liệu giữa thiết bị phát/ thu. Mode-S còn được biết với tên gọi Mode Select và được sử dụng rộng rãi trong tiêu chuẩn tại châu Âu và Bắc Mỹ, khi máy bay nhận được một tín hiệu yêu cầu truy vấn thông tin, máy bay sẽ hồi đáp lại thông tin mã squawk code và các thông tin khác theo khoảng thời gian định kỳ. Tín hiệu Mode-S áp dụng cơ chế truyền chuỗi xung tín hiệu (squitter messages), được sử dụng nhiều trong việc truyền tải tín hiệu hàng không. Mode-S có một số thuộc tính như sau:

  • Squitter là một chuỗi các xung dữ liệu được sử dụng trong bộ phát đáp của thiết bị ra đa trên tàu bay dùng để phát các dữ liệu đến các thiết bị của cơ sở cung cấp dịch vụ không lưu qua máy phát tần số 1.090 MHz.
  • Công nghệ Mode-S có hai loại Squitter là Short squitter messages và Extended squitter (ADS-B) messages.
  • Tần số hoạt động: 1090 MHz
  • Điều chế: PPM (Pulse Position Modulation)
  • Tốc độ truyền: 1 Mbit/s
  • Short Squitter Length: 56 microseconds
  • Extended Squitter Length: 112 microseconds

Short squitter messages chứa các thông tin:

  • Downlink Format (DF)
  • Capability (CA)
  • Aircraft ID (Unique 24-bit sequence)
  • CRC Checksum

Extended squitter (ADS-B) message chứa các thông tin của Short squitter message và các phần mở rộng sau:

  • Altitude
  • Position
  • Heading
  • Horizontal and Vertical Velocity
Cấu trúc của Mode-S sử dụng 80 bit tín hiệu trong phần đầu và phần dữ liệu chứa 56 hoặc 112 bit dữ liệu.

 

Thông số kỹ thuật trong thức ADS-B

Cài đặt môi trường Matlab

Quá trình cài đặt Matlab và các gói hỗ trợ có thể tham khảo bài viết sau:

Trong bài viết này tôi sẽ ghi chú lại một số điểm chính về yêu cầu kết nối giữa Matlab và rtl-sdr:

  1. Phần cứng RTL-SDR Blog R820T2 RTL2832U 1PPM TCXO SMA Software Defined Radio with Dipole Antenna Kit
  2. Phần mềm Matlab và Simulink, yêu cầu cài đặt Communications System Toolbox, DSP System Toolbox, Mapping Toolbox, Signal Processing Toolbox (tải bản cài đặt Matlab R2018A: https://drive.google.com/file/d/1GcYLJdtp3lf6zWIQDkDb6BsMZKE7fFuT/view?usp=sharing),
    và gói phần mềm hỗ trợ RTL-SDR (https://www.mathworks.com/hardware-support/rtl-sdr.html).
    Hướng dẫn kích hoạt Matlab R2018A: https://www2.t17lab.com/blog/huong-dan-cai-dat-matlab-2018a/
  3. Tạo và kích hoạt tài khoản tại MathWorks: https://www.mathworks.com/mwaccount/register
Các gói cần cài đặt để thực hiện kết nối SDR
Kiểm tra các gói cài đặt tại Matlab bằng lệnh ver

Sau khi đã tiến hành kết nối phần cứng và thiết lập Matlab, bạn có thể kiểm tra hoạt động sơ bộ bằng lệnh sdrinfo,

Kiểm tra hoạt động giữa Matlab và phần cứng đã kết nối

Tiến hành thu thử nghiệm ADS-B trực tiếp bằng cách sử dụng lệnh ADSBExample;

Cấu hình các thông số, lựa chọn nguồn thu tại Matlab
Thông tin một chuyến bay được thu và giải mã hiển thị tại bản đồ trực quan
Bảng thống kê các thông tin thu được trực tiếp từ chuyến bay đi ngang qua vùng trời gần với trạm thu, bán kính thu trong phạm vi 20 km

Tham khảo

  • https://www.mathworks.com/help/comm/examples/airplane-tracking-using-ads-b-signals.html
  • http://www.ads-b.com/
  • https://www.rtl-sdr.com/adsb-aircraft-radar-with-rtl-sdr/
  • https://www.rtl-sdr.com/radio-for-everyone-an-easy-homemade-outernet-antenna-more-flightaware-pro-stick-plus-results/
  • https://www.instructables.com/id/Track-Airplanes-with-RTL-SDR-and-ADS-B/