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Quando osserviamo un aeromobile attraversare il cielo, raramente pensiamo alla complessa rete di comunicazioni che lo collega ai controllori del traffico aereo, alla compagnia, agli aeroporti e agli altri centri operativi.
Dietro una semplice autorizzazione al decollo si trova un’infrastruttura mondiale composta da radio analogiche, collegamenti digitali, reti terrestri, stazioni remote e satelliti.
Per il radioamatore, le comunicazioni aeronautiche rappresentano un settore particolarmente interessante, perché uniscono propagazione radio, modulazioni analogiche, trasmissioni digitali, reti geografiche e procedure operative estremamente rigorose.
Le funzioni delle comunicazioni aeronautiche
Non tutte le comunicazioni provenienti da un aeromobile hanno la stessa finalità. In ambito aeronautico si distinguono principalmente:
- le comunicazioni ATS, relative ai servizi del traffico aereo;
- le comunicazioni AOC, dedicate al controllo operativo della compagnia;
- le comunicazioni amministrative;
- le comunicazioni di emergenza e soccorso;
- i collegamenti tra enti e centri di controllo a terra.
Le comunicazioni ATS comprendono le autorizzazioni al rullaggio, al decollo, alla salita, alla discesa e all’atterraggio. Sono quindi direttamente collegate alla sicurezza della navigazione aerea.
Le comunicazioni AOC, acronimo di Aeronautical Operational Control, collegano invece l’aeromobile con la propria compagnia. Possono riguardare la pianificazione del volo, il carburante, la manutenzione, i ritardi, le condizioni meteorologiche, il gate di arrivo oppure gli orari OOOI.
La sigla OOOI identifica quattro momenti operativi:
- Out: uscita dal parcheggio;
- Off: decollo;
- On: atterraggio;
- In: arrivo al parcheggio.
La fonia aeronautica in VHF
Il sistema di comunicazione aeronautico più conosciuto è la radio VHF. La banda civile destinata principalmente alle comunicazioni vocali aria-terra si estende indicativamente da 117,975 a 137 MHz.
A differenza delle comunicazioni radioamatoriali in VHF, che utilizzano generalmente la modulazione di frequenza, la fonia aeronautica impiega la modulazione di ampiezza, indicata normalmente con la sigla AM.
Dal punto di vista radioelettrico, la VHF aeronautica è essenzialmente un servizio in portata ottica. La copertura dipende soprattutto:
- dall’altezza dell’aeromobile;
- dall’altitudine delle stazioni terrestri;
- dalla posizione delle antenne;
- dalla presenza di montagne, edifici e altri ostacoli.
Un aeromobile in quota può essere ricevuto anche a centinaia di chilometri, mentre la stessa trasmissione effettuata da terra può avere una portata molto più limitata.
Per assicurare una copertura adeguata, i centri di controllo utilizzano numerose stazioni radio remote, collegate attraverso reti terrestri alle postazioni operative dei controllori.
Perché l’aviazione utilizza ancora la modulazione AM?
La modulazione AM può sembrare una tecnologia superata, ma possiede una caratteristica particolarmente utile nel traffico aeronautico.
Quando due stazioni trasmettono contemporaneamente sulla stessa frequenza, il ricevitore può percepire la sovrapposizione dei segnali, spesso accompagnata da distorsioni o fischi.
Nella modulazione FM, invece, il cosiddetto effetto di cattura tende a far prevalere il segnale più forte, rendendo meno evidente l’esistenza di una seconda trasmissione.
In un sistema nel quale una comunicazione può contenere un’autorizzazione operativa o un messaggio di emergenza, accorgersi che due stazioni hanno trasmesso contemporaneamente può essere estremamente importante.
La semplicità degli apparati, l’affidabilità e l’enorme infrastruttura già installata hanno inoltre contribuito a mantenere l’AM come standard della fonia aeronautica VHF.
Dalla canalizzazione a 25 kHz agli 8,33 kHz
Con l’aumento del traffico aereo, soprattutto in Europa, i tradizionali canali distanziati di 25 kHz non erano più sufficienti.
È stata quindi introdotta la canalizzazione a 8,33 kHz, che permette di ottenere un numero molto maggiore di canali all’interno della stessa porzione di spettro radio.
In Europa, l’impiego di apparati compatibili con gli 8,33 kHz è stato progressivamente esteso anche agli spazi aerei inferiori.
Alcune frequenze e alcuni servizi sono rimasti esclusi dalla conversione generalizzata, tra cui:
- la frequenza internazionale di emergenza 121,500 MHz;
- alcuni servizi di ricerca e soccorso;
- alcuni canali destinati ad ACARS;
- alcuni canali utilizzati dai sistemi VDL.
Per il radioascoltatore è quindi consigliabile utilizzare un ricevitore in grado di gestire:
- la modulazione AM;
- la banda compresa tra 118 e 137 MHz;
- la canalizzazione a 8,33 kHz;
- la tradizionale canalizzazione a 25 kHz.
Un ricevitore che consenta soltanto passi di 12,5 o 25 kHz potrebbe non sintonizzare correttamente tutti i canali aeronautici moderni.
Le comunicazioni aeronautiche in HF
La VHF è molto efficace sul continente, ma non può garantire una copertura continua sopra gli oceani, nelle regioni polari o nelle vaste aree scarsamente popolate.
In questi scenari vengono ancora utilizzate le comunicazioni in HF.
Le bande aeronautiche HF sono distribuite indicativamente tra 2.850 e 22.000 kHz. Sfruttando la propagazione ionosferica, i segnali possono superare l’orizzonte radio e coprire distanze di migliaia di chilometri.
L’efficienza del collegamento dipende da numerosi fattori:
- l’ora del giorno;
- l’attività solare;
- la stagione;
- la latitudine;
- le condizioni della ionosfera;
- la frequenza utilizzata.
La fonia HF aeronautica utilizza normalmente la modulazione SSB in banda laterale superiore, cioè USB, con canali della larghezza di circa 3 kHz.
Le stazioni terrestri possono utilizzare potenze elevate e grandi sistemi d’antenna per assicurare collegamenti affidabili sulle rotte oceaniche.
L’ascolto delle reti HF aeronautiche è particolarmente affascinante per il radioamatore, perché permette di applicare direttamente le proprie conoscenze sulla propagazione ionosferica.
Una stazione può essere ricevuta perfettamente durante una parte della giornata e scomparire completamente poche ore dopo.
Il sistema SELCAL
Durante un volo oceanico sarebbe poco pratico obbligare i piloti ad ascoltare continuamente il rumore di fondo di una frequenza HF.
Per risolvere questo problema viene utilizzato il SELCAL, abbreviazione di Selective Calling.
La stazione a terra invia una particolare sequenza di toni associata all’aeromobile. Quando il sistema di bordo riconosce il proprio codice SELCAL, genera un avviso acustico e luminoso.
L’equipaggio può quindi aumentare il volume della radio e rispondere alla chiamata.
Il SELCAL non sostituisce la comunicazione vocale, ma funziona come un sistema selettivo di avviso, permettendo ai piloti di non mantenere continuamente alto il volume del ricevitore HF.
ACARS: i messaggi digitali degli aeromobili
Uno dei primi sistemi digitali largamente utilizzati dall’aviazione commerciale è l’ACARS, acronimo di Aircraft Communications Addressing and Reporting System.
ACARS permette lo scambio di brevi messaggi tra l’aeromobile, la compagnia e, in determinate configurazioni, i servizi del traffico aereo.
I messaggi possono essere trasportati attraverso differenti mezzi di comunicazione:
- VHF;
- VDL Mode 2;
- HF Data Link;
- collegamenti satellitari.
ACARS non deve quindi essere considerato semplicemente come una frequenza, ma come un sistema di messaggistica capace di utilizzare differenti sottoreti radio.
Tra i messaggi trasmessi possono comparire:
- informazioni operative;
- dati meteorologici;
- comunicazioni di manutenzione;
- orari di partenza e arrivo;
- informazioni sul carburante;
- messaggi destinati all’equipaggio.
Per molto tempo i segnali ACARS in VHF sono stati facilmente ricevibili con scanner, ricevitori SDR e programmi di decodifica.
La ricezione deve comunque essere effettuata nel rispetto della normativa applicabile alla riservatezza, alla registrazione e alla diffusione delle comunicazioni.
VDL Mode 2
Con la crescita del traffico digitale, il tradizionale sistema ACARS VHF ha mostrato alcuni limiti di capacità.
Una delle principali evoluzioni è stata il VDL Mode 2, acronimo di VHF Data Link Mode 2.
In Europa, VDL Mode 2 rappresenta una delle principali tecnologie radio aria-terra utilizzate per numerosi servizi datalink.
Rispetto ai sistemi ACARS più datati, offre una maggiore capacità e una gestione più efficiente delle comunicazioni digitali.
Dal punto di vista del radioascolto, un segnale VDL2 appare come una trasmissione digitale intermittente, decisamente diversa dalla normale voce in AM.
Può essere ricevuto utilizzando:
- una chiavetta SDR;
- un’antenna adatta alla banda aeronautica;
- un computer;
- un software specifico per la demodulazione e la decodifica.
CPDLC: il controllore scrive al pilota
Il CPDLC, Controller-Pilot Data Link Communications, permette ai controllori e ai piloti di scambiarsi messaggi digitali relativi al controllo del traffico aereo.
Attraverso il display di bordo possono essere ricevute autorizzazioni, richieste e istruzioni standardizzate. Il pilota può accettare, rifiutare o rispondere utilizzando messaggi predefiniti.
Il CPDLC viene utilizzato principalmente per le comunicazioni non urgenti e non sostituisce completamente la radio.
La fonia rimane essenziale per:
- istruzioni immediate;
- situazioni anomale;
- emergenze;
- comunicazioni complesse;
- indisponibilità del collegamento dati.
Uno dei principali vantaggi del CPDLC è la riduzione delle incomprensioni causate da:
- accenti differenti;
- qualità audio insufficiente;
- congestione della frequenza;
- errori di lettura;
- trasmissioni radio simultanee.
Trasferendo parte delle comunicazioni ordinarie sul canale dati, il CPDLC contribuisce inoltre a liberare capacità sulle frequenze vocali VHF.
Nelle aree continentali europee viene normalmente trasportato attraverso reti ATN e VDL Mode 2. Nelle regioni oceaniche può invece utilizzare sistemi FANS basati su ACARS, SATCOM oppure HFDL.
HFDL: i dati viaggiano anche sulle onde corte
Le frequenze HF non trasportano soltanto la voce.
Il sistema HFDL, abbreviazione di High Frequency Data Link, permette l’invio e la ricezione di dati attraverso collegamenti radio che sfruttano la propagazione ionosferica.
HFDL può supportare:
- comunicazioni operative della compagnia;
- messaggi CPDLC;
- rapporti ADS-C;
- informazioni meteorologiche;
- messaggi tecnici e amministrativi.
Può inoltre rappresentare un’alternativa per gli aeromobili non dotati di SATCOM oppure un collegamento di riserva quando il servizio satellitare non è disponibile.
I sistemi di bordo possono selezionare automaticamente le frequenze più adatte in base alle condizioni di propagazione e alla disponibilità delle stazioni terrestri.
Per il radioamatore, la decodifica HFDL rappresenta un interessante punto d’incontro tra il tradizionale ascolto delle onde corte e le moderne comunicazioni digitali.
Le comunicazioni satellitari SATCOM
I collegamenti SATCOM permettono comunicazioni vocali e digitali anche quando l’aeromobile si trova fuori dalla copertura delle stazioni VHF terrestri.
Attraverso i satelliti possono transitare:
- chiamate vocali operative;
- messaggi della compagnia;
- dati ACARS;
- comunicazioni CPDLC;
- rapporti ADS-C;
- servizi destinati ai passeggeri.
I servizi per i passeggeri sono normalmente separati dai sistemi utilizzati per la sicurezza e la conduzione operativa del volo.
Il collegamento satellitare è particolarmente importante sulle rotte oceaniche e nelle aree remote.
Non elimina però completamente le comunicazioni HF e VHF. In aviazione, la ridondanza è fondamentale e differenti mezzi di comunicazione possono essere utilizzati come sistema principale, alternativo o di riserva.
ADS-C e ADS-B: due sistemi differenti
Le sigle ADS-C e ADS-B possono generare confusione, ma identificano sistemi profondamente differenti.
ADS-C
L’ADS-C, Automatic Dependent Surveillance–Contract, crea un accordo digitale tra l’aeromobile e un ente di controllo a terra.
In base a questo contratto, l’aeromobile trasmette automaticamente la posizione e altri dati a intervalli prestabiliti oppure quando si verificano determinate condizioni.
I rapporti possono essere inviati attraverso:
- SATCOM;
- ACARS;
- HFDL;
- altre reti datalink.
ADS-B
L’ADS-B, Automatic Dependent Surveillance–Broadcast, è invece un sistema di sorveglianza a diffusione.
L’aeromobile trasmette periodicamente informazioni come:
- identità;
- posizione;
- quota;
- velocità;
- direzione di volo;
- velocità verticale.
L’aeromobile non conosce necessariamente quali stazioni riceveranno il segnale. Non esiste quindi un contratto con uno specifico destinatario.
L’ADS-B, normalmente ricevibile in Europa sui 1090 MHz, è uno dei sistemi aeronautici più conosciuti dai radioamatori.
Permette di realizzare una stazione di monitoraggio del traffico aereo utilizzando una chiavetta SDR, un’antenna dedicata e un piccolo computer, come un Raspberry Pi.
Tecnicamente, però, l’ADS-B deve essere classificato principalmente come sistema di sorveglianza e non come normale sistema di comunicazione tra pilota e controllore.
Le frequenze aeronautiche di emergenza
La frequenza internazionale di emergenza civile più conosciuta è 121,500 MHz, spesso chiamata semplicemente Guard.
Può essere utilizzata per:
- comunicazioni di emergenza;
- chiamate di soccorso;
- operazioni di intercettazione;
- contatto con aeromobili che abbiano perso le normali comunicazioni;
- coordinamento di particolari operazioni di ricerca e soccorso.
La corrispondente frequenza UHF di emergenza è 243,000 MHz, utilizzata soprattutto in ambito militare.
La frequenza 123,100 MHz è invece associata a specifiche attività di ricerca e soccorso.
Le moderne radio di bordo consentono spesso di mantenere l’ascolto della frequenza operativa principale e, contemporaneamente, di sorvegliare 121,500 MHz attraverso il secondo ricevitore.
Attenzione: le frequenze di emergenza non devono essere utilizzate per prove, conversazioni ordinarie o comunicazioni non necessarie.
Le comunicazioni aeronautiche tra stazioni a terra
Una parte importante dell’infrastruttura aeronautica non viene irradiata direttamente dagli aeromobili.
Centri di controllo, uffici meteorologici, enti aeroportuali e operatori scambiano continuamente:
- piani di volo;
- NOTAM;
- messaggi meteorologici;
- informazioni di coordinamento;
- messaggi di allertamento;
- dati amministrativi e operativi.
Storicamente questo compito è stato svolto dall’AFTN, Aeronautical Fixed Telecommunication Network.
La rete viene progressivamente affiancata o sostituita dall’AMHS, ATS Message Handling System, un sistema più moderno destinato alle comunicazioni aeronautiche terra-terra.
Queste reti non sono normalmente accessibili attraverso un semplice ricevitore radio, ma costituiscono una componente indispensabile dell’architettura globale delle telecomunicazioni aeronautiche.
Come iniziare il radioascolto aeronautico
Per iniziare ad ascoltare la fonia aeronautica VHF è sufficiente un ricevitore che copra la banda compresa tra 118 e 137 MHz in modulazione AM.
Un apparato compatibile con la canalizzazione a 8,33 kHz è preferibile per ricevere correttamente le assegnazioni utilizzate in Europa.
Il ricevitore
È possibile utilizzare:
- uno scanner portatile;
- un ricevitore da tavolo;
- un ricetrasmettitore dotato di sola ricezione in banda aeronautica;
- una chiavetta SDR collegata a un computer.
L’antenna
L’antenna dovrebbe essere installata in posizione elevata e libera da ostacoli.
Una semplice antenna verticale può già fornire buoni risultati. Una discone oppure un’antenna progettata specificamente per la banda aeronautica può offrire prestazioni migliori.
Poiché i segnali VHF aeronautici si propagano prevalentemente in portata ottica, l’altezza e la posizione dell’antenna sono spesso più importanti del guadagno dichiarato.
Filtri e interferenze
Nelle zone urbane, la vicinanza di potenti trasmettitori della radiodiffusione FM può causare saturazione e prodotti di intermodulazione, soprattutto nei ricevitori SDR economici.
Un filtro elimina-banda FM oppure un filtro passa-banda dedicato alla banda aeronautica può migliorare notevolmente la ricezione.
La ricezione dei sistemi digitali
Per ricevere i segnali digitali si possono utilizzare ricevitori SDR e software dedicati a:
- ACARS;
- VDL Mode 2;
- HFDL;
- ADS-B.
La corretta decodifica dipende dalla qualità del segnale, dall’antenna, dal ricevitore e dal software utilizzato.
Aspetti normativi del radioascolto aeronautico
L’ascolto deve rimanere rigorosamente passivo.
L’autorizzazione generale radioamatoriale non consente di trasmettere sulle frequenze aeronautiche. Per utilizzare in trasmissione una stazione radio aeronautica sono necessarie specifiche abilitazioni e autorizzazioni.
È inoltre opportuno prestare particolare attenzione alla normativa nazionale relativa alla riservatezza delle comunicazioni.
La possibilità tecnica di ricevere o decodificare un messaggio non implica automaticamente la possibilità di registrarlo, pubblicarlo, diffonderlo o utilizzarlo liberamente.
Nota per i radioamatori: non trasmettere mai sulle frequenze aeronautiche e non interferire con le comunicazioni operative. Anche una trasmissione molto breve potrebbe compromettere comunicazioni direttamente collegate alla sicurezza del volo.
Conclusioni
Le comunicazioni aeronautiche rappresentano un esempio straordinario di integrazione tra tecnologie appartenenti a epoche differenti.
La fonia VHF in AM continua a essere il principale strumento per il contatto immediato tra pilota e controllore. Le HF garantiscono collegamenti su distanze intercontinentali, mentre ACARS, VDL2, HFDL e SATCOM trasportano informazioni operative e messaggi digitali.
Il CPDLC permette di trasferire una parte delle comunicazioni ATC dalla voce al testo, riducendo le incomprensioni e la congestione delle frequenze.
A questi sistemi si aggiungono ADS-C, le reti terrestri AFTN e AMHS e i sistemi di sorveglianza come ADS-B.
Per il radioamatore, studiare questo mondo significa comprendere non soltanto come si propaga un segnale, ma anche come differenti frequenze, reti e protocolli cooperino per mantenere il contatto con migliaia di aeromobili in volo.
La radio tradizionale non è stata sostituita dal digitale: è diventata parte di un sistema globale, integrato e ridondante, nel quale ogni tecnologia contribuisce alla sicurezza e all’efficienza del trasporto aereo.
Le informazioni contenute in questo articolo hanno finalità esclusivamente divulgative e radioamatoriali. Il radioascolto e la gestione delle comunicazioni ricevute devono essere effettuati nel rispetto della normativa vigente.