ADS-B: come gli aeromobili trasmettono la propria posizione e come riceverli con una stazione radioamatoriale

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Osservare in tempo reale gli aeromobili che attraversano il cielo sopra la propria abitazione è una delle applicazioni più interessanti della radio definita dal software, comunemente chiamata SDR – Software Defined Radio.

Con un ricevitore economico, un’antenna adatta ai 1090 MHz e un piccolo computer è possibile realizzare una vera e propria stazione di ricezione ADS-B, visualizzando su una mappa locale gli aerei ricevuti direttamente via radio, senza dipendere dai dati provenienti da Internet.

L’ADS-B è oggi uno dei sistemi fondamentali della sorveglianza aeronautica. Gli aeromobili opportunamente equipaggiati trasmettono automaticamente la propria posizione, l’altitudine, la velocità e altre informazioni operative, permettendo ai sistemi di controllo del traffico aereo e agli altri aeromobili di conoscerne la posizione con grande precisione.

Per il radioamatore e per l’appassionato di aviazione, ricevere questi segnali rappresenta un’attività tecnicamente stimolante, a metà strada tra radioascolto, informatica, studio delle antenne e conoscenza dei sistemi aeronautici.

Che cosa significa ADS-B

L’acronimo ADS-B significa:

Automatic Dependent Surveillance – Broadcast

Ogni parola descrive una caratteristica precisa del sistema.

Automatic

Il sistema trasmette automaticamente, senza che sia necessario un intervento del pilota e senza attendere necessariamente l’interrogazione di un radar.

Dependent

Le informazioni trasmesse dipendono dai sistemi di bordo dell’aeromobile. La posizione deriva normalmente da una sorgente di navigazione satellitare GNSS, mentre altitudine, velocità, identificazione e altri parametri vengono forniti dall’avionica di bordo.

Surveillance

Le informazioni permettono di sorvegliare e seguire il movimento dell’aeromobile.

Broadcast

Il messaggio viene diffuso via radio. Non è indirizzato a un singolo destinatario: può essere ricevuto contemporaneamente dalle stazioni di terra e dagli altri aeromobili che si trovano nella zona di copertura.

L’ADS-B Out trasmette periodicamente informazioni come posizione GNSS, altitudine, velocità al suolo e altri dati di volo. La FAA descrive aggiornamenti della posizione dell’ordine di una volta al secondo, più frequenti rispetto al ciclo di aggiornamento tipico di molti radar tradizionali.

ADS-B Out e ADS-B In

Per comprendere correttamente il sistema bisogna distinguere tra ADS-B Out e ADS-B In.

ADS-B Out

L’ADS-B Out è la funzione con la quale l’aeromobile trasmette i propri dati.

Le informazioni vengono generate dai sistemi di bordo e inviate attraverso il transponder o un apparato ADS-B dedicato. Tra i dati ricevibili possono comparire:

• indirizzo ICAO a 24 bit;
• identificativo o callsign del volo;
• posizione geografica;
• altitudine barometrica;
• altezza geometrica, quando disponibile;
• velocità al suolo;
• rotta o track;
• rateo verticale;
• categoria dell’aeromobile;
• stato operativo;
• codice squawk;
• informazioni sulla qualità e integrità della posizione.

Non tutti questi dati sono contenuti nello stesso messaggio. L’aeromobile trasmette diversi tipi di messaggi in sequenza e il software di ricezione ricostruisce progressivamente il quadro completo.

ADS-B In

L’ADS-B In è invece la capacità di ricevere a bordo le informazioni trasmesse da altri aeromobili o dalle stazioni di terra.

Negli Stati Uniti l’ADS-B In può fornire servizi come traffico TIS-B, ritrasmissione ADS-R e, sulla frequenza UAT di 978 MHz, informazioni meteorologiche e aeronautiche FIS-B. Il servizio FIS-B non viene trasmesso sul collegamento 1090ES.

Un ricevitore SDR domestico realizza concettualmente una forma di ricezione ADS-B, ma non è un apparato aeronautico certificato. I dati ricevuti a casa o mediante un computer portatile non devono essere usati per separazione del traffico, navigazione o decisioni operative di volo.

ADS-B, radar secondario e Mode S

L’ADS-B non deve essere confuso con il radar primario.

Il radar primario trasmette un impulso radio e rileva l’energia riflessa dall’aeromobile. Non richiede necessariamente la collaborazione del bersaglio.

Il radar secondario di sorveglianza, invece, interroga il transponder dell’aeromobile. Nel sistema SSR e Mode S, le interrogazioni vengono trasmesse normalmente sulla frequenza di 1030 MHz, mentre le risposte del transponder vengono trasmesse sulla frequenza di 1090 MHz.

L’ADS-B basato su 1090ES, cioè 1090 MHz Extended Squitter, utilizza la stessa frequenza di discesa del Mode S. I messaggi ADS-B vengono però trasmessi spontaneamente e periodicamente, senza la necessità che ogni singolo messaggio sia provocato da un’interrogazione radar.

La coppia 1030/1090 MHz è una risorsa critica per la sorveglianza aeronautica europea: viene utilizzata da radar secondari, Mode S, ADS-B, sistemi di multilaterazione e apparati anticollisione ACAS.

È importante ricordare che:

non tutti i messaggi ricevuti a 1090 MHz sono ADS-B.

Un ricevitore può captare anche:

• risposte Mode A;
• risposte Mode C;
• messaggi Mode S;
• messaggi di sorveglianza elementare;
• messaggi di sorveglianza avanzata;
• Extended Squitter ADS-B;
• segnali provenienti da sistemi di terra.

Un aeromobile dotato di transponder Mode S, ma non di ADS-B Out, può essere rilevato dal ricevitore senza che sia disponibile direttamente la sua posizione geografica.

La frequenza utilizzata in Europa

In Europa e nella maggior parte del mondo, il collegamento di maggiore interesse è:

1090 MHz Extended Squitter – 1090ES

Negli Stati Uniti esiste anche il sistema UAT – Universal Access Transceiver, che opera a 978 MHz ed è destinato principalmente all’aviazione generale operante al di sotto dello spazio aereo di Classe A. La FAA precisa che il 1090ES è il collegamento utilizzato per la conformità internazionale, mentre il sistema UAT a 978 MHz è sostanzialmente una soluzione statunitense.

Per una stazione installata in Italia, quindi, la frequenza da ricevere è quasi esclusivamente:

1090,000 MHz

Non è necessario eseguire una scansione di banda: il ricevitore deve restare sintonizzato stabilmente su questa frequenza.

Come viene trasmesso il segnale

I messaggi Mode S e ADS-B su 1090 MHz sono costituiti da brevi impulsi radio.

Il segnale ADS-B 1090ES utilizza messaggi Extended Squitter lunghi 112 bit. Una parte del messaggio contiene l’indirizzo ICAO dell’aeromobile, mentre il contenuto informativo varia in funzione del tipo di messaggio trasmesso.

La posizione viene generalmente codificata mediante un sistema chiamato CPR – Compact Position Reporting. Per ottenere una posizione globale completa, il ricevitore combina normalmente una coppia di messaggi, denominati “even” e “odd”, ricevuti entro un determinato intervallo temporale.

Il software come dump1090 o readsb esegue automaticamente queste operazioni. L’utente non deve decodificare manualmente i bit del messaggio: il programma trasforma i segnali radio in coordinate, velocità, identificativi e tracce visualizzabili.

Perché i segnali ADS-B si ricevono a grande distanza

La frequenza di 1090 MHz appartiene alla gamma UHF e si propaga prevalentemente in visibilità ottica.

Il segnale non viene normalmente riflesso dalla ionosfera come accade nelle comunicazioni HF. La distanza raggiungibile dipende soprattutto da:

• altezza dell’aeromobile;
• altezza dell’antenna ricevente;
• presenza di colline, montagne ed edifici;
• qualità e guadagno dell’antenna;
• attenuazione del cavo coassiale;
• sensibilità del ricevitore;
• livello di rumore radioelettrico;
• eventuali ostacoli nella direzione del velivolo.

Un aeromobile a 35.000 o 40.000 piedi può essere ricevuto a centinaia di chilometri perché si trova molto al di sopra degli ostacoli e dell’orizzonte locale.

Una formula indicativa per stimare la distanza dell’orizzonte radio è:

d ≈ 3,57 × (√h₁ + √h₂)

dove:

• d è la distanza in chilometri;
• h₁ è l’altezza dell’antenna ricevente in metri;
• h₂ è l’altezza dell’aeromobile in metri.

Con un’antenna posta a 10 metri e un aeromobile a circa 10.000 metri, il limite geometrico teorico si avvicina a 370 chilometri. Nella realtà, terreno, ostacoli, cavi e sensibilità del sistema modificano il risultato.

FlightAware indica per una stazione ben realizzata una copertura orientativa compresa tra 100 e 300 miglia, fortemente dipendente dall’installazione dell’antenna e dall’orizzonte disponibile.

Gli aeromobili in avvicinamento o subito dopo il decollo vengono invece persi molto prima, perché volano a bassa quota e possono essere schermati da edifici, rilievi o dalla curvatura terrestre.

Che cosa serve per ricevere l’ADS-B

Una stazione di base può essere costruita con pochi componenti.

Il ricevitore SDR

La soluzione più economica è una chiavetta RTL-SDR, normalmente basata su un convertitore RTL2832U abbinato a un sintonizzatore capace di coprire la frequenza di 1090 MHz.

Si possono utilizzare:

• comuni chiavette RTL-SDR;
• ricevitori SDR con oscillatore stabilizzato;
• ricevitori specifici per ADS-B;
• chiavette dotate di amplificatore;
• ricevitori con filtro integrato sui 1090 MHz.

FlightAware, per esempio, propone ricevitori SDR dedicati e indica che i modelli dotati di filtro integrato possono risultare vantaggiosi negli ambienti urbani con forte rumore e segnali fuori banda.

Un ricevitore generico è sufficiente per iniziare. Il vantaggio di un apparato specifico è soprattutto nella presenza di:

• maggiore stabilità;
• amplificazione a basso rumore;
• migliore dinamica;
• filtro passa-banda;
• connettori più robusti.

Il computer

Il software può essere eseguito su:

• Raspberry Pi;
• mini PC;
• computer Linux;
• computer Windows;
• server domestico;
• alcuni dispositivi Android compatibili con SDR USB.

Il Raspberry Pi è particolarmente adatto perché consuma poco, può funzionare continuamente e può essere installato vicino all’antenna.

Non serve necessariamente il modello più recente. Anche modelli meno potenti sono normalmente sufficienti per decodificare il traffico ADS-B locale.

L’antenna per 1090 MHz

L’antenna è uno degli elementi più importanti dell’intera stazione.

La lunghezza d’onda a 1090 MHz è:

λ = 300 / 1090 ≈ 0,275 metri

La lunghezza d’onda è quindi di circa 27,5 centimetri.

Un quarto d’onda teorico misura:

27,5 / 4 ≈ 6,9 centimetri

Un semplice stilo verticale lungo circa 68-69 millimetri, abbinato a un piano di massa, può già ricevere numerosi aeromobili.

Ground plane a quarto d’onda

Una delle antenne autocostruite più semplici è la ground plane.

È composta da:

• un elemento verticale di circa 69 millimetri;
• tre o quattro radiali;
• un connettore coassiale;
• un supporto meccanico;
• una protezione contro pioggia e umidità.

I radiali possono essere inclinati verso il basso per ottenere un’impedenza più vicina ai 50 ohm.

Le misure rappresentano un punto di partenza. Spessore dei conduttori, connettore, supporto e materiali circostanti influenzano la frequenza di risonanza. Un analizzatore vettoriale di rete può essere utilizzato per perfezionare la taratura.

Antenna collineare

Le antenne collineari verticali possono offrire un guadagno maggiore verso l’orizzonte.

Sono disponibili modelli commerciali specifici per 1090 MHz, oppure possono essere autocostruite con elementi coassiali o sezioni di conduttore opportunamente dimensionate.

Un guadagno elevato non è sempre automaticamente migliore. Un’antenna con lobo molto schiacciato può ricevere ottimamente gli aeromobili lontani, ma essere meno efficace verso quelli molto vicini e quasi verticali.

Installazione esterna

Per ottenere buoni risultati, l’antenna dovrebbe essere:

• collocata il più in alto possibile;
• libera da ostacoli metallici;
• lontana da muri spessi;
• verticalmente polarizzata;
• protetta dalle intemperie;
• dotata di collegamenti impermeabilizzati;
• installata nel rispetto delle norme di sicurezza e protezione dalle scariche atmosferiche.

Un’antenna interna vicino a una finestra permette comunque di iniziare, ma vetri schermati, cemento armato, tetti metallici e ostacoli circostanti possono ridurre sensibilmente la copertura.

Il problema delle perdite nel cavo

A 1090 MHz le perdite del cavo coassiale sono molto più importanti rispetto alle bande HF.

Un lungo tratto di cavo sottile può annullare quasi completamente il vantaggio ottenuto installando l’antenna sul tetto.

Le soluzioni possibili sono:

• utilizzare un cavo coassiale a bassa perdita;
• mantenere il cavo più corto possibile;
• collocare il ricevitore SDR vicino all’antenna;
• portare verso casa un cavo USB attivo o una connessione di rete;
• installare un Raspberry Pi in un contenitore protetto vicino all’antenna;
• utilizzare un amplificatore a basso rumore in prossimità dell’antenna.

L’amplificatore non deve essere scelto soltanto in base al guadagno. In presenza di potenti segnali cellulari o di altre emissioni, un amplificatore a larga banda può saturare il ricevitore e peggiorare la ricezione.

Filtro e amplificatore LNA

Un filtro passa-banda per 1090 MHz attenua i segnali che si trovano fuori dalla banda di interesse.

Può essere particolarmente utile in presenza di:

• stazioni cellulari vicine;
• ponti radio;
• trasmettitori broadcast;
• ripetitori;
• forte rumore urbano;
• saturazione del convertitore SDR.

Un LNA – Low Noise Amplifier amplifica invece il debole segnale ricevuto.

L’ordine ideale dei componenti è generalmente:

antenna → filtro/LNA → cavo → ricevitore

La posizione esatta di filtro e amplificatore dipende dal tipo di componenti e dal livello dei segnali presenti. In ambienti RF difficili può essere preferibile filtrare prima di amplificare.

Alcuni LNA vengono alimentati attraverso il cavo coassiale mediante bias tee. Prima di attivarlo bisogna verificare che amplificatore, ricevitore e collegamenti siano compatibili: applicare tensione a un dispositivo non predisposto può danneggiarlo.

I principali software di decodifica

dump1090

dump1090 è uno dei programmi più conosciuti per la ricezione Mode S e ADS-B mediante RTL-SDR.

Il software:

• sintonizza il ricevitore;
• individua gli impulsi Mode S;
• decodifica i messaggi;
• corregge alcuni errori;
• associa i dati agli indirizzi ICAO;
• ricostruisce le posizioni;
• genera dati utilizzabili da altri programmi;
• può offrire un’interfaccia web locale.

La versione dump1090-fa viene utilizzata nel sistema PiAware di FlightAware. Le istruzioni ufficiali prevedono l’installazione del pacchetto su Raspberry Pi insieme al software PiAware.

readsb

readsb è un altro decoder Mode S e ADS-B, sviluppato per la ricezione mediante dispositivi RTL-SDR e per l’integrazione con reti, mappe e aggregatori.

Può funzionare in modalità interattiva, mostrare una tabella degli aeromobili ricevuti, produrre file JSON e distribuire i dati tramite diverse porte di rete.

tar1090

tar1090 è un’interfaccia web avanzata utilizzabile insieme a readsb o dump1090-fa.

Non sostituisce il decoder: utilizza i dati già prodotti dal programma di ricezione e li presenta su una mappa con tracce, etichette, cronologia e informazioni sugli aeromobili.

PiAware e SkyAware

PiAware è il sistema sviluppato da FlightAware per creare una stazione ADS-B basata su Raspberry Pi.

Il software riceve i dati da dump1090, li visualizza localmente attraverso SkyAware e, quando configurato, li inoltra alla rete FlightAware. L’inoltro dei dati è facoltativo: la stazione può essere utilizzata anche per osservare localmente il traffico ricevuto dalla propria antenna.

Virtual Radar Server

Virtual Radar Server è un’applicazione open source che crea un server web locale e visualizza su una mappa i dati provenienti da ricevitori Mode S o da software capaci di produrre formati compatibili.

Può essere utilizzato soprattutto su Windows, ma è disponibile anche per sistemi Linux attraverso ambienti compatibili.

La soluzione più semplice: Raspberry Pi e PiAware

Per chi desidera iniziare rapidamente, una configurazione tipica è composta da:

1. Raspberry Pi;
2. scheda microSD;
3. alimentatore adeguato;
4. chiavetta SDR;
5. antenna a 1090 MHz;
6. connessione Ethernet o Wi-Fi;
7. immagine PiAware oppure Raspberry Pi OS con dump1090-fa.

La procedura generale è la seguente.

Preparazione della scheda

Si installa sulla microSD l’immagine predisposta oppure un sistema Raspberry Pi OS aggiornato.

Nel caso dell’installazione a pacchetti, la documentazione FlightAware prevede l’aggiunta del repository, l’installazione di PiAware e successivamente di dump1090-fa. Il pacchetto dump978-fa può essere ignorato fuori dagli Stati Uniti perché il sistema UAT a 978 MHz è utilizzato soltanto negli USA.

Collegamento del ricevitore

La chiavetta SDR viene inserita in una porta USB del Raspberry Pi.

Se il dispositivo è troppo largo e ostacola le altre porte, può essere utilizzata una breve prolunga USB di buona qualità.

Collegamento dell’antenna

L’antenna viene collegata direttamente al ricevitore o attraverso il cavo coassiale.

È importante controllare il tipo di connettore: SMA, MCX e connettori simili possono apparire compatibili, ma non lo sono. Bisogna inoltre distinguere tra SMA e RP-SMA.

Avvio del decoder

Una volta avviato, dump1090-fa inizia a ricevere e decodificare i segnali.

Se l’antenna funziona correttamente e vi sono aeromobili in visibilità radio, dopo pochi secondi dovrebbero comparire i primi indirizzi ICAO e le prime posizioni.

Configurazione della posizione

È opportuno impostare:

• latitudine della stazione;
• longitudine;
• altezza dell’antenna;
• unità di misura;
• nome della stazione.

La posizione del ricevitore serve per calcolare distanza e direzione degli aeromobili, valutare la copertura e partecipare ai sistemi di multilaterazione. FlightAware utilizza le coordinate note di più stazioni per stimare mediante MLAT la posizione di aeromobili Mode S che non trasmettono direttamente una posizione ADS-B.

Visualizzazione della mappa

SkyAware, tar1090 o un’altra interfaccia web permette di visualizzare:

• posizione degli aeromobili;
• traccia percorsa;
• quota;
• velocità;
• callsign;
• distanza dalla stazione;
• direzione;
• intensità del segnale;
• tempo trascorso dall’ultimo messaggio.

La mappa locale mostra gli aeromobili ricevuti direttamente dalla propria stazione e non necessariamente tutti quelli visibili sulle piattaforme mondiali.

Che cosa appare sullo schermo

Quando un aereo viene ricevuto, il software può presentare diversi campi.

ICAO Hex

È l’indirizzo a 24 bit assegnato all’aeromobile.

Viene solitamente rappresentato con sei caratteri esadecimali, per esempio:

4CA123

Non coincide con la registrazione, anche se i database possono associare l’indirizzo ICAO alla matricola dell’aeromobile.

Callsign

È l’identificativo inserito nei sistemi di bordo.

Su un volo commerciale può corrispondere al designatore ICAO della compagnia seguito dal numero del volo operativo. Non sempre coincide con il numero commerciale visibile sul biglietto.

Il callsign può essere:

• assente;
• errato;
• non aggiornato;
• differente dalla registrazione;
• impostato manualmente dall’equipaggio.

Squawk

È il codice a quattro cifre ottali impostato sul transponder.

Codici come 7500, 7600 e 7700 hanno significati operativi particolari, ma la comparsa di uno di questi codici su una stazione amatoriale deve essere interpretata con cautela: possono esistere errori di ricezione, prove a terra o inserimenti temporanei.

Altitudine

Il dato mostrato può essere l’altitudine barometrica trasmessa dal transponder oppure, quando disponibile, l’altitudine geometrica derivata dal sistema di navigazione.

L’altitudine barometrica ADS-B è normalmente riferita alla pressione standard e non necessariamente coincide con la quota indicata rispetto al QNH locale.

Ground speed

La ground speed è la velocità rispetto al terreno.

Non coincide necessariamente con la velocità indicata o con la true airspeed, perché è influenzata dal vento.

Track

La track è la direzione del movimento rispetto al suolo.

Non deve essere confusa con l’heading, cioè la direzione verso la quale è orientato il muso dell’aeromobile. In presenza di vento laterale, track e heading possono essere differenti.

Vertical rate

Indica la velocità di salita o discesa, solitamente espressa in piedi al minuto.

RSSI o livello del segnale

Indica la potenza relativa con la quale il messaggio è stato ricevuto.

Non deve essere usato come misura assoluta senza conoscere la calibrazione del ricevitore, ma è utile per confrontare antenna, guadagno, filtri e modifiche dell’impianto.

Come regolare il guadagno

Il massimo guadagno non produce necessariamente il miglior risultato.

Se il guadagno è troppo basso, i segnali lontani non vengono decodificati. Se è troppo alto, il ricevitore può saturare in presenza di aeromobili vicini o di forti segnali fuori banda.

Per ottimizzare il sistema bisogna osservare:

• numero totale di messaggi;
• numero di aeromobili;
• distanza massima;
• distribuzione dei segnali;
• percentuale di messaggi forti;
• errori di decodifica;
• stabilità nel corso della giornata.

Una buona regolazione deve permettere di ricevere sia gli aeromobili lontani sia quelli relativamente vicini, senza sovraccaricare il front-end.

Perché alcuni aeromobili non compaiono

L’assenza di un aeromobile dalla mappa locale può avere diverse cause.

L’aeromobile potrebbe:

• non essere equipaggiato con ADS-B Out;
• trasmettere soltanto Mode S;
• trovarsi dietro un rilievo;
• volare troppo basso;
• essere fuori dall’orizzonte radio;
• trovarsi nel lobo debole dell’antenna;
• essere schermato dalla struttura dell’aeromobile;
• trasmettere dati temporaneamente non validi;
• essere ricevuto con un segnale insufficiente;
• non essere identificato dal database utilizzato.

Alcuni siti Internet applicano inoltre politiche di filtraggio o limitazione. La mappa locale può quindi mostrare traffico che non appare su determinate piattaforme pubbliche, oppure può ricevere un messaggio Mode S senza essere in grado di calcolare autonomamente la posizione.

La multilaterazione MLAT

Un transponder Mode S può trasmettere messaggi senza includere una posizione ADS-B.

Se lo stesso messaggio viene ricevuto da più stazioni sincronizzate, una rete può confrontare i tempi di arrivo e stimare la posizione dell’aeromobile.

Questa tecnica prende il nome di:

MLAT – Multilateration

Per contribuire correttamente alla multilaterazione sono necessarie:

• coordinate precise della stazione;
• altezza corretta dell’antenna;
• sincronizzazione temporale;
• ricezione dello stesso aeromobile da parte di più stazioni;
• collegamento con un server MLAT.

La posizione MLAT non viene calcolata dal singolo ricevitore isolato, ma nasce dalla cooperazione tra più stazioni geograficamente separate.

Condividere i dati con le reti online

Una stazione ADS-B può funzionare interamente in locale oppure inviare i dati ricevuti a uno o più servizi online.

La condivisione permette di:

• contribuire alla copertura globale;
• visualizzare statistiche della stazione;
• partecipare alla multilaterazione;
• confrontare la propria ricezione;
• conservare una cronologia;
• osservare traffico ricevuto da altre stazioni.

Tra i software e i sistemi disponibili vi sono PiAware, readsb e diversi client feeder.

Prima di condividere i dati è opportuno leggere attentamente:

• condizioni del servizio;
• modalità di utilizzo dei dati;
• politiche di filtraggio;
• regole sulla redistribuzione;
• gestione delle coordinate della stazione;
• informazioni sulla privacy;
• eventuali usi commerciali dei dati forniti.

L’invio a un aggregatore non è indispensabile. Mantenere una stazione completamente locale è una scelta perfettamente valida e consente di osservare soltanto ciò che viene realmente ricevuto dalla propria antenna.

Un progetto interessante per il radioamatore

La ricezione ADS-B non avviene all’interno di una banda attribuita al servizio di radioamatore. È quindi più corretto definirla un’attività di radioascolto tecnico praticata da radioamatori, piuttosto che una comunicazione radioamatoriale.

Il progetto permette comunque di approfondire molti argomenti tipici della sperimentazione radio:

• propagazione UHF;
• orizzonte radio;
• antenne verticali;
• filtri a microonde;
• amplificatori a basso rumore;
• perdite nei cavi;
• SDR;
• Linux;
• reti TCP/IP;
• database;
• decodifica digitale;
• sincronizzazione temporale;
• cartografia;
• multilaterazione.

Una stazione ADS-B è inoltre un ottimo strumento per confrontare diverse antenne. Modificando altezza, posizione, cavo e guadagno è possibile verificare immediatamente gli effetti attraverso il numero di messaggi e la mappa di copertura.

Limiti operativi e sicurezza

Un ricevitore ADS-B amatoriale è uno strumento sperimentale.

Non deve essere utilizzato per:

• fornire separazione tra aeromobili;
• sostituire informazioni ATC;
• effettuare navigazione;
• evitare collisioni;
• confermare la sicurezza di una pista;
• prendere decisioni operative;
• controllare attività aeroportuali;
• fornire servizi aeronautici.

I dati possono essere incompleti, ritardati, errati o associati all’aeromobile sbagliato. Possono inoltre mancare interi settori di copertura a causa di ostacoli o problemi tecnici.

Una mappa ADS-B domestica deve quindi essere considerata uno strumento didattico e sperimentale, non una sorgente aeronautica certificata.

Aspetti normativi

Questo tipo di impianto deve essere realizzato esclusivamente come ricevitore passivo.

Non bisogna mai trasmettere, generare messaggi di prova, irradiare segnali o collegare trasmettitori alle frequenze 1030 e 1090 MHz. EUROCONTROL considera la coppia 1030/1090 MHz una risorsa critica per radar secondari, ADS-B e sistemi anticollisione, sulla quale interferenze o uso improprio possono avere conseguenze immediate sulla sicurezza e sulla capacità della rete ATM.

Il MIMIT ricorda che l’uso trasmissivo delle frequenze aeronautiche è subordinato alle specifiche abilitazioni e licenze previste per il servizio radioelettrico aeronautico.

La patente o l’autorizzazione di radioamatore non autorizzano a trasmettere su 1090 MHz. Il Codice delle comunicazioni elettroniche definisce la libera attività di solo ascolto con riferimento specifico alle frequenze attribuite al servizio di radioamatore; tale disposizione non deve essere interpretata come un’autorizzazione generale all’uso attivo di qualsiasi banda ricevibile con un SDR.

Per la registrazione, pubblicazione o redistribuzione dei dati è prudente verificare la normativa applicabile e le condizioni delle piattaforme utilizzate, soprattutto quando vengono conservate informazioni storiche o rese pubblicamente accessibili.

Come migliorare progressivamente la stazione

Un buon percorso di sviluppo può essere diviso in più fasi.

Prima fase

• chiavetta RTL-SDR;
• piccola antenna interna;
• computer o Raspberry Pi;
• dump1090 o readsb;
• visualizzazione locale.

Seconda fase

• antenna specifica per 1090 MHz;
• installazione esterna;
• cavo a bassa perdita;
• configurazione precisa delle coordinate;
• analisi della copertura.

Terza fase

• filtro passa-banda;
• LNA vicino all’antenna;
• ottimizzazione del guadagno;
• protezione dalle intemperie;
• alimentazione stabile;
• collegamento Ethernet.

Quarta fase

• tar1090 o altra interfaccia avanzata;
• registrazione delle tracce;
• statistiche;
• MLAT;
• condivisione selettiva;
• confronto tra antenne;
• monitoraggio dello stato del sistema.

Procedere gradualmente permette di capire quale modifica produce realmente un miglioramento, evitando di sostituire contemporaneamente troppi componenti.

Conclusioni

L’ADS-B rappresenta uno dei punti d’incontro più interessanti tra aviazione, radiotecnica e informatica.

Gli aeromobili equipaggiati con ADS-B Out trasmettono automaticamente posizione, altitudine, velocità e altri dati. In Europa questi messaggi vengono ricevuti principalmente sulla frequenza di 1090 MHz mediante il sistema Mode S Extended Squitter.

Con una semplice chiavetta SDR, un’antenna dedicata e un Raspberry Pi è possibile costruire una stazione capace di visualizzare in tempo reale il traffico aereo ricevuto direttamente via radio.

La qualità del risultato dipende soprattutto dall’antenna, dalla visibilità dell’orizzonte, dalle perdite del cavo e dalla corretta regolazione del ricevitore. Installare un’antenna elevata e libera da ostacoli produce spesso un miglioramento maggiore rispetto all’acquisto di un ricevitore più costoso.

La ricezione ADS-B deve rimanere rigorosamente passiva e sperimentale. Non sostituisce alcun sistema aeronautico certificato e non può essere utilizzata per finalità operative.

Proprio entro questi limiti, tuttavia, costruire una stazione ADS-B permette di trasformare il cielo sopra casa in un laboratorio radio permanente: ogni aeromobile ricevuto diventa un segnale da analizzare, una posizione da decodificare e una dimostrazione concreta di ciò che può essere realizzato unendo radio, antenne e software.