EnglishUm die Flugzeuge zu beobachten, benötigt man:
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| Die Transpondersignale sind
vertikal polarisiert. Um sie zu empfangen, benötigt man eine
vertikal polarisierte Antenne, die auf 1090 MHz abgestimmt ist. Im
einfachsten Fall ist das ein dünner, senkrechter Stab, mit einer
Länge von ca. 130 mm. Diese Länge ist die halbe
Wellenlänge des 1090-MHz-Signals. So eine Antenne ist ein
elektrischer Dipol und empfängt Signale aus allen Richtungen. Um die Empfindlichkeit der Antenne zu steigern, kann man mehrere solche Dipole zusammenschalten. Ordnet man sie aber nebeneinander an, ergibt sich eine Richtwirkung. Die Antenne ist nicht mehr in alle Richtungen gleich empfindlich. Dieser Nachteil tritt nicht auf, wenn man mehrere Dipole übereinander anordnet. Nun muss man diese Dipole noch zusammenschalten. Da oberes und unteres Dipolende beim Signalempfang gegenphasig schwingen, darf man sie nicht direkt verbinden. Die Signale der einzelnen Dipole würden sich auslöschen (Kurzschluss). Das vermeidet man, wenn man die Dipole mit horizontal verlaufenden Drahtstücken verbindet, die ebenfalls 130 mm lang sind. (Halbe Wellenlänge ergibt 180 Grad Phasenschiebung.) Da die Dipole senkrecht übereinander stehen, haben diese Verbindungsdrähte praktischerweise die Form einer horizontalen Schleife. Dipole und Schleifen biegt man am Besten gemeinsam aus einem Stück Draht, der dick genug sein muss, um nicht unter dem eigenen Gewicht umzuknicken. Dieser gestockte Dipol wird mit dem Mittelleiter des Antennenkabels verbunden. Für unseren Dipol brauchen wir noch eine "Ersatzerde", die mit dem Schirm des Antennenkabels verbunden wird. Ideal wäre ein horizontal liegendes rundes Stück Blech, mit einem Radius von ca 130mm. Ein paar radial angeordnete Drähte tun es aber auch. Um eine Richtwirkung zu vermeiden, sollten es wenigstens 4 Drähte sein. (Groundplane-Antenne). Diese Ersatzerde wird mit dem Schirm des Antennenkabels verbunden. Stab und Ersatzerde dürfen sich nicht berühren. Als Antennenkabel kommt 50-Ohm-Koaxialkabel (z.B. RG-58) zum Einsatz. |
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| Zum Empfang der ADS-B-Signale
benötigt man einen dafür ausgelegten Empfänger. Ein
preiswertes Exemplar ist der miniadsb
von jetvision.de,
den man auf http://miniadsb.web99.de/
für 45 Euro als Bastelsatz erwerben kann. Nach dem recht fipsligen
Zusammenbau (niedlichstes SMD) hat man einen 1090-MHz-Empfänger,
der kaum größer als ein Textmarker ist (ca. 2cm x 2cm x 8cm)
und die empfangenen Transponderdaten als analoges Ausgangssignal
bereitstellt. Der Eingang des miniadsb-Empfängers wird mit dem Koaxialkabel der Antenne verbunden. Darüber hinaus hat der miniadsb noch drei Anschlussdrähte:
Der analoge Ausgang des Empfängers kann nur etwa 0,4 mA treiben und ist empfindlich gegen versehentlich dort angelegte externe Spannungen. |
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| Das nebenstehende Foto zeigt
einen kompletten Decoder in der Lochrastervariante für Eilige. In SMD-Ausführung (einseitig) kann man
den Decoder komplett auf einer Fläche von 4cm x 4cm aufbauen. Dann
ist er noch kleiner als der miniadsb-Receiver. Das einzige aktive Bauelement des Decoders ist ein PIC18F2550 (oder wahlweise PIC18F2455) Microcontroller. Dessen Komparator wandelt zunächst das analoge Signal des miniadsb in eine digitale Pulsfolge um. Dazu benötigt der Komparator eine Referenzspannung, die etwas höher ist als der Durchschnittsspannungswert des analogen Signals. Diese Referenzspannung wird im Decoder automatisch erzeugt. Der PIC18F2550 sucht nun in der digitalen Pulsfolge nach Transponderdaten und liest diese ein. Es gibt eine Fülle verschiedener Datenpakete mit unterschiedlichem Nutzen für die Beobachtung. Am wertvollsten sind die DF17 (download format 17) Datenpakete. Ähnlich informativ wären auch DF18 und DF19, die in der Praxis aber kaum vorkommen. Der Decoder kann entweder alle empfangenen Daten oder nur DF17/18/19-Daten an den PC weiterleiten. |
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Datenpakete haben eine
Prüfsumme, um fehlerhafte Datenpakete zu erkennen. Bei
DF17/18/19-Paketen kann der Decoder selbständig die Fehlerfreiheit
der Pakete anhand dieser Prüfsumme bestimmen. Auf Wunsch sendet
der Decoder entweder alle DF17/18/19-Pakete oder nur fehlerfreie
DF17/18/19-Pakete zum PC weiter. Am PC wird der per USB angeschlossene Decoder als serielle Schnittstelle (z.B. COM-3 der COM-4) erkannt. (Für Windows sind Microchip-Treiber erforderlich.) Unten ist die Schaltung zu sehen. Der PIC erhält seine Betriebsspannung über den USB-Anschluss. L1 und C3 sorgen für eine saubere Betriebsspannung von ca 5V. C2 siebt die 3,3V, die der PIC seinerseits für die USB-Signale erzeugt. Q1, C4 und C5 stellen den Takt für den PIC bereit. D1 liefert eine Spannung von ca 4,5V an Pin 3 des miniadsb-Steckverbinders, die durch C6 noch einmal gesiebt wird. Hier ist die Betriebsspannungsleitung des miniadsb angeschlossen. Pin 1 des miniadsb-Anschlusses ist Masse. Am Pin 2 speist der miniadsb sein analoges ADS-B-Signal in den Decoder. Durch den Schutzwiderstand R2 wird es in den Komparator des PIC eingespeist. R2 kann überbrückt werden, wenn im miniadsb ein Ausgangswiderstand enthalten ist. |
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Das digitale Ausgangssignal des Komparators verlässt den PIC am Pin 6 und wird gleich wieder zur Analyse in Pin 11 eingespeist. Dieses Pin 11 ist der digitale ADS-B-Eingang des PIC. Wer anstelle des PIC-Komparators lieber einen eigenen externen Komparator verwenden will, trennt die Verbindung zwischen Pin 6 und Pin 11 auf, und schließt seinen Komparatorausgang an Pin 11 an. |
| Die LED3 zeigt das digitale
Signal an. Sie sollte im Normalbetrieb (einige Sekunden nach dem
Einschalten mit angeschlossenem miniadsb)
ganz
ganz
ganz
schwach
glimmen. Die LED1 blinkt kurz auf, wenn der Anfang einen ADS-B-Signals erkannt wurde. Gelang es, das Signal einzulesen, dann leuchtet LED2 auf, bis das Frame vom PC abgeholt wurde (Fw4) bzw. der Anfang eines neuen Paketes erkannt wird (bis Fw3). Mit bis zu 6 Schaltern oder Jumper an RB0..2 und RB4..6 kann man den Decoder steuern. In der Schaltung sind nur 4 Schalter vorgesehen, da diese in der Regel ausreichend sind. Wer als PC-Software adsbScope einsetzt, kann auf Schalter komplett verzichten, da diese Software den Decoder per USB (oder RS232) steuern kann.In diesem Fall ist RB0 permanent mit Vss (Masse) zu verbinden. Wer dagegen z.B. Planeplotter einsetzt, sollte wenigstens die 4 Schalter vorsehen, die im Stromlaufplan und Layout des Decoders vorgesehen sind. Ist aber der Schalter an RB0 (remote) geschlossen, dann werden die Schalter an RB2 und RB4 ignoriert. In diesem Fall erfolgt die Decodersteuerung durch die PC-Software via USB. Ist der remote-Schalter aber offen, dann sendet der Decoder selbständig die gefundenen Daten an den PC. Wird der DF17-Schalter geschlossen, dann werden nur Daten der Formate DF17/18/19 weitergeleitet. Wird dazu noch der CRC-Schalter geschlossen, dann werden nur Daten der Formate DF17/18/19 weitergeleitet, bei denen durch Kontrolle der Prüfsumme ein fehlerfreier Empfang nachgewiesen wurde. Eine Beschränkung auf DF17/18/19 kann den USB-Anschluss und die PC-Software deutlich entlasten, und bringt nur wenig Informationsverlust. Die Aktivierung der CRC-Prüfung entlastet USB und PC kaum noch, führt aber zu einer deutlichen Mehrbelastung des PIC. Dadurch können häufiger Signale des miniadsb vom Decoder "übersehen" werden. Bis zur Firmware 7 war der CRC-Schalter am Pin RB2 angeschlossen, seit der Firmware 8 liegt der CRC-Schalter an RB5, da er vergleichsweise unwichtig ist. Der Decoder sendet die Daten im RAW-Format (*<RAW>;). Wird der Schalter an TimeTAG geschlossen, dann sendet der Decoder die Daten mit einer Zeitmarke als Tag (@<TAG><RAW>;). Seit Firmware 8 liegt der TimeTAG-Schalter an RB2. |
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R8 wird für den Bootloader
verwendet. Will man den Bootloader manuell aktivieren, dann steckt man
(vor dem Anstecken des Decoders an den PC) einen Jumper auf JP1. Das
kann aber die Software adsbScope auch per Software erledigen.. Die nebenstehende Abbildung zeigt eine mögliche SMD-Version des vollständigen Decoders mit "Grobmotoriker-SMD" (nichts ist kleiner als 1206) auf 4cm x 4cm. Man könnte die Schaltung aber noch deutlich verschlanken. Mit den anschließend aufgelisteten Sparmaßnahmen kommt man auf eine Platinenfläche von 2,5 cm x 3,5 cm. mögliche Sparmaßnahmen Soll meine Software zur Darstellung am PC verwendet werden, dann kann auch der Schalter S1 entfallen, und Pin 21 des PIC wird dauerhaft mit Masse (Vss) verbunden. L1 ist nett, kann aber prinzipiell auch entfallen. R3,4,5 und die drei LEDs sind für die eigentliche Decoderfunktion entbehrlich. R2 kann bedenkenlos entfallen, wenn in der miniadsb-Ausgangsstufe ein 1 kOhm-Ausgangswiderstand belassen wird. Wer mutig ist, kann auf Schutzwiderstände auch ganz verzichten, und wird mit einem optimalen analogen Signal belohnt. Jumper JP1 ist überflüssig, da seine Funktion von adsbScope übernommen wird. |
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Wer keine Lust , Zeit oder
Muße hat, das alles selbst aufzubauen,
der kann auch eine industriell gefertigte Komplettlösung erwerben.
Ich teste im Moment der GNS5890-USB-Stick. Der GNS5890 ist kleiner als eine Streichholzschachtel und enthält einen ADS-B-Receiver mit Decoder. Zum Lieferumfang gehört auch noch eine Magnetfußantenne mit einem ca. 1 Meter langen Antennenkabel. Damit eignet sich der GNS5890 ideal für den mobilen Einsatz. Der Decoder ist zu meinem adsbPIC-Decoder voll kompatibel, und wird z.Z. mit einer (umgelabelten) Firmware der Version 8 ausgeliefert. Um ihn mit adsbScope zu nutzen, ist der zu adsbScope mitgelieferte CDC-Treiber zu verwenden (ZIP-File ab dem 16.12.2011). Ist dieser Treiber erst mal installiert, dann funktioniert der GNS5890 auch zusammen mit Planeplotter. Der GNS5890 verzichtet auf jeglichen Schnickschnack. Er hat weder DIP-Schalter noch RS232-Ausgang. Dadurch gelang es einen sehr kleinen, robusten Receiver-Decoder zu bauen. In ersten Tests schlug er meine Empfangskette (eine Kombination aus Dreifachdipol, miniadsb-Receiver und adsbPIC-Decoder) deutlich. Die Framerate lag um 20% bis 100% höher, und es wurden auch mehr Flugzeuge erfasst. Daraufhin habe ich mir meinen miniadsb-receiver noch mal unter den Lötkolben gelegt, und bekannte Schwachstellen ausgemerzt. Nun erzielen beide Systeme in etwa identische Ergebnisse Quelle Global Navigation Systems – GNS GmbH |
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Den preiswertesten Einstieg in
die ADS-B-Welt erlaubt ein billiger USB-Stick für DVB-T-Empfang.
Die freie Software RTL1090 (von Jetvision) oder ADSB# verwandelt diesen
DVB-T-Stick in einen einfachen ADSB-Empfänger, der seine Daten via
Netzwerk ausgibt. AdsbScope nimmt diese Daten via Netzwerk entgegen und
bringt sie zur Anzeige. Diese Lösung bringt zwar nicht die Framerate (Menge empfangener Daten) wie spezielle Receiver und Dekoder, man bekommt aber für kleines Geld einen funktionsfähigen Empfänger, ohne dass man den Lötkolben anwerfen muss. Die Software unterstützt ausschließlich DVB-T-Sticks mit RTL2832U-Interfacechip und E4000 oder R820T Tuner-Chip. Man findet die
Im direkten Vergleich scheint ADSB# mehr nutzbare Frames zu liefern. Außerdem verwendet es einen CRC-Check, wodurch keine fehlerhaften Daten ausgegeben werden. RTL1090 verzichtet auf einen CRC-Check. Im Ergebnis ist ein wesentlicher Anteil der gelieferten Frames fehlerhaft und nicht nutzbar. Das ist nicht wirklich ein Problem, aber eine hohe Framerate allein bedeutet wenig. Auch wenn RTL1090 mal mehr Frames ausgibt als ADSB#, dann sind es trotzden oft weniger nutzbare Frames. Die Autoren arbeiten eifrig an ihrer Software, so dass weitere Verbesserungen zu erwarten sind. Bekanntes Problem mit RTL1090: Die Software sendet Zeitmarken, die zu Problemen in adsbScope führen können. Deshalb muss die MLAT-Nutzung abgeschaltet werden. Das ist im Menüpunkt "Config - MLAT-clock" zu prüfen. Der Betrieb in einem MLAT-Netzwerrk ist gegenwärtig mit keiner der beiden Lösungen möglich. |
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| Es können zusätzlich
Ländergrenzen und Namen fast aller Länder der Welt
eingeblendet werden Einige der dazu nötigen Files sind
im Lieferumfang enthalten, die anderen können durch adsbScope auf
Wunsch automatisch aus dem Internet heruntergeladen und installiert
werden. Es kann die Lage von Start- und Landebahnen dargestellt werden, wenn die nötigen Files von jetvision.de heruntergeladen werden. Wird als Decoder mein adsbPIC-Decoder verwendet, dann kann folgendes eingestellt/ausgelesen werden:
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