Giới thiệu SDR - Theo dõi thông tin chuyến bay sử dụng MATLAB và RTL-SDR thu nhận tín hiệu ADS-B - P2

Bạn có một DỰ ÁN hay giống thế này? Chia sẻ nhé!

visudoblog gửi vào Chủ nhật, 1 Tháng 1, 2017 - 20:35

16744 lượt xem

Mô tả dự án:

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 giới hạn.

Người dùng có thể sử dụng các công cụ khác nhau để có cùng kết quả phân tích dữ liệu. Tuy nhiên, trong các bài viết này tôi tập trung chủ yếu vào việc ứng dụng Matlab và RTL-SDR để làm các thử nghiệm trong môi trường thu/ phát tín hiệu đã được khống chế. Việc sử dụng Matlab cho phép người dùng phát triển và đo lường các giải thuật tốt hơn với các bộ công cụ mà nó hỗ trợ trước khi tiến hành triển khai trên môi trường ứng dụng máy tính.

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

Automatic: Không cần phi công hay kiểm soát viên không lưu can thiệp vào quá trình phát tín hiện.
Dependent: Thông tin nhận được phụ thuộc vào hệ thống định vị và khả năng phát của thiết bị trên máy bay.
Surveillance: Có khả năng cung cấp thông tin về vị trí, số hiệu, độ cao, mã chuyến, vận tốc,... của máy bay.
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

Hình: 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.

Thiết lập môi trường

Tín hiệu ADS-B có thể được xử lý thông qua bộ công cụ MATLAB® and Communications System Toolbox™ và hiển thị vị trí thời gian thực trên bản đồ với bộ công cụ Mapping Toolbox. Cần bảo đảm bộ công cụ Communications System Toolbox Support Package for RTL-SDR Radio đã được cài đặt đúng như hướng dẫn từ nhà cung cấp phần mềm. Xem bài viết Giới thiệu SDR - Ứng dụng MATLAB và RTL-SDR trong nghiên cứu sóng vô tuyến - P1 để thiết lập môi trường ban đầu.