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Un récepteur ADS-B simple


Presentation

Les signaux ADS-B sont émis par les avions en réponse aux demandes des radars.

En les recevant on peut afficher les positions, voir les trajectoires des avions autour de chez soi.

Le principe

L'avion réponds sur la fréquence de 1090Mhz, sous forme d'une série d'impulsion HF a 1090 Mhz.

Il existe de nombreux modes.

Tous se caractérisent par un préambule fait d'impulsions séparé par une certaines distance, puis d'un message code Manchester (le même que le rds pour la FM ou le RX5 pour les télécommande).

Le débit est de 1Mbits/s et le paquet contient soit 56 soit 112 bits.

source : http://www.radartutorial.eu


Le récepteur commercial

La société Kinetic Avionics propose un récepteur commercial SBS-1 au prix de 600 euros environ.

http://www.kinetic-avionics.com

Les solutions DIY, faite le vous même

Le récepteur se compose de deux parties.

La partie HF qui fournit le signal binaire ADS-B, la partie micro contrôleur converti ce signal en RS232 pour un affiche sur le PC.

s

La solution de concevoir, fabriquer son récepteur est faisable mais complexe en mise au point.

Les solutions a tuner satellite

Les récepteurs satellites couvre la bande 950MHz - 2 GHz, la tète satellite de la parabole transpose la bande des 10GHz dans cette bande.

L'utilisation de ces tuners permet de s'affranchir dans la conception et la réalisation de la partie HF (1090Mhz).

Les tuners satellite analogiques

Le précurseur dans ce domaine a été Mr Edward

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

Les tuners analogiques reçoivent la télévision (image + son) en modulation de fréquence FM.

Or ce type de modulation ne convient pas a la réception des signaux ADS-B puisqu'il faut détecter une porteuse, une modulation d'amplitude.

La solution consiste a enlever du tuner le démodulateur FM qui contient également les ampli limiteurs et a remplacer le tout par une chaîne de démodulation d'amplitude.





Une exclusivité jamais vu ailleurs ! !



La solution avec un tuner numérique


La solution présenté ici a son originalité dans l'utilisation d'un tuner numérique.

Le tuner numérique est un récepteur analogique, il n'y a donc aucune intervention a faire au niveau HF ou FI.

Le prototype a été fait en utilisant le tuner seul, mais la solution permet d'envisager de s'intégrer dans un récepteur satellite numerique.

Avec une entré double il n'est même plus nécessaire de commuter entre la parabole et l'antenne 1090Mhz.


Le "synoptique" de la sortie d'un tuner numérique est donné dans cette figure.

On obtient a la sortie deux signaux I et Q, qui forment un repère tournant du signal analogique.

Pour obtenir le signal S il faudrait (Pythagore) faire la racine carré de la somme des carrés de I et Q !.

Mais puisqu'il faut détecter simplement une porteuse on peut simplifier.

On constate que si I( ou Q) =0, I=S et que si I=Q alors I= S/R{2).

C'est le cas ou I et Q sont le plus faible.

Il suffit de détecter ce niveau sur I et Q pour détecter la porteuse.

Par rapport au signal S, cette détection entraîne une perte de 3dB.


Tuner numérique : partie analogique

Le tuner utilisé est de marque Thomson ref DSF8911

avec un TDA8060ATS pour la zero IF et un TSA5059 pour le PLL.

Elle se résume en deux circuits comparateurs analogique double faisant office de comparateur a fenêtre rapide.

En effet I et Q pouvant être négatif ou positif, il faut tenir compte de la valeur absolue.

Sortant en collecteur ouvert, la fonction ou s'effectue en reliant toutes les sorties ensemble.

Au repos le " zéro " de I et Q est a 2,5V, pour une alimentation de 5V.

L'amplitude maximale de sortie est de 1VCC.


Réalisation pratique

Il faut récupérer les signaux I et Q.

Pour la fréquence, dans un récepteur satellite numérique il suffit de le caler sur 1090Mhz.

En utilisant le tuner seul, il faut gérer l'I2C.

Le tuner numérique Thomson DSF8911, contient aussi le démodulateur IQ fonctionnant en 3v3 et qui est maître I2C pour le synthétiseur.

Ne voulant pas conserver la fonction " TV numérique ", on coupe la liaison I2C entre le démodulateur et le synthétiseur, on en prend le contrôle.

Le décodeur n'est pas alimenté, seul le 5 volts est appliqué au tuner.

La CAG, un potentiomètre a été utilisé pour la régler, au maximum !.

Sur un récepteur Sat, il faudra voir sa valeur, comment réagit le démodulateur, et si nécessaire réaliser une commutation.

Enfin sur ce tuner l'oscillateur a quartz est a transistor, alimenté en 3,3V utilisé par le décodeur et le PLL, il fonctionne sous 5 volts, c'est le fil blanc suplementaire( avec isolation de l'alim 3v3) !.


Mise au point.

Sur le schéma I et Q se connecte en P1/P4. On relie P7 et P6 a GND/VCC le sens détermine la polarité du signal.

R2,R4 sont des 4K7 et R3 Rajust, un potentiomètre en résistance variable de 5K. R1 vaut 2K7.

Une capa de 1uF a été ajouté en parallele de R3.

On vérifie que Rajust=0 on obtient la même tension, milieu sur les entrées des comparateur (Vcc/2, 2,4V sur la maquette.

On règle Rajust afin d'avoir 2,5 et 2,3V c'est tout.

A la mise sous tension, réglage du tuner sur 1090MHz, le signal ADS-B est apparu immédiatement.


La partie micro contrôleur

Le micro contrôleur se charge de programmer le tuner sur 1090MHz (sauf si le tuner est dans un récepteur sat) et de décoder le signal.

Le signal ADS-B est envoyé au micro contrôleur qui le décode et transmet l'info au PC.

En version AVR, Mr Edward propose une simple sortie texte de la trame (sur la phto).

En version PIC, sur http://rxcontrol.blogspot.com/search/label/ADS-B%20Decoder

propose une sortie RS232 avec des trames compatible avec le récepteur commercial, permettant d'utiliser le logiciel de cartographie.


Le source, et l'hex pour l'avr et le tuner thomson (modification programme de Mr Edward.

fichiers/AVR_Thomson.zip


L'antenne

Pour recevoir le signal il faut une antenne adaptée de préférence.

A la vente son prix est de l'ordre de 80euros.

La réalisation est simple.

http://www.airlomba.net/index.php?pag=projects

http://martybugs.net/wireless/collinear.cgi

Il faut du câble, max 6 m à cause des pertes (RG6 a 1E/m chez selectronic contre 25 euros /10m en boutique), deux fiches F, une embase F, du fil de cuivre, du tube PVC de 50mm, 3 bouchons et 3 raccord F/F. Enfin une plaque de métal, sur la photo c'est un capot de magnétoscope !.


Les essaies (20091226)

Un programme en C a été écrit (version alpha000 !) et fonctionne avec W2K en fenêtre DOS (pas de test sur les autres OS).


Il reçoit les trame a 115K sur COM1, fait un fichier log, affiche une analyse sur l'écran et envoi une trame " décodé " a 9600 bauds sur COM2.

Dans la fenêtre DOS, il affiche les info sur la trame ainsi que le contenu de sa base de donnée des avions(20 max).

Zéro indique un emplacement vide, sinon on affiche l'ICAO, la vie, des indicateurs (flags). La vie est mis a 255 a chaque réception d'une trame de l'avion, elle est decrementé a chaque réception d'une trame.

Cela permet de libérer la place d'un avion disparue.

Cette mémorisation est utile pour trouver la position et l'identifiant.

La trame sortant sur la COM2 a été envoyée sur un PC avec UBUNTU, Wine et plane plotters.



Le programme le choix 4 réalise le décodage, les autres sont des outils/ debug...

fichiers/ADSBV00.zip

La suite

Virer ceux qui ne sert a rien dans le tuner Thomson , y mettre le comparateur et le processeur, mettre le tout dans le tube de l'antenne !.


Page Web X.Fenard
(c) Xavier Fenard 2010

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