Mode-S / ADS-B, ovvero... IL RADAR A CASA NOSTRA

Le mie attrezzature per la ricezione dei trasponder degli aeromobili sulla frequenza di 1090 MHz.

L'ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast), è una tecnologia applicata al controllo del traffico aereo (ATC) particolarmente utile per l'identificazione degli aeromobili nonchè dei veicoli di supporto presenti sul sedime aeroportuale nell'ottica della gestione del traffico e per evitare eventuali collisioni in mancanza di visibilità o congestione degli aeromobili. Ogni aereo o veicolo dotato di un transponder operante in Modo-S è in grado di calcolare la propria posizione GPS e di inviarla periodicamente nell'etere in modo che speciali ricevitori di tipologia ADS-B siano in grado di identificare la posizione del target trasmittente. Le informazioni di posizione sono presenti in messaggi di tipo Mode-S extended. Il messaggio trasmesso dal target è di tipo broadcast, in quanto il trasmettitore non è interessato a chi riceve il messaggio. La tecnologia è automatica in quanto il messaggio contenente le informazioni per la localizzazione del target viene trasmesso periodicamente in frequenza senza l'intervento diretto di operatori né necessariamente è sollecitato dall'esterno. Inoltre, la tecnologia ADS-B si intende cooperativa in quanto, come in un radar secondario di sorveglianza si richiede una collaborazione attiva da parte del target per l'effettiva individuazione dello stesso. Il sistema di tracking basato su algoritmi ADS-B è tecnologicamente differente da sistemi analoghi basati sulla tecnica della multilaterazione che si basa sulla misura dei tempi di arrivo del segnale fisico su più sensori. L'ADS-B prevede infatti la decodifica da parte anche di un unico sensore di un segnale Modo-S proveniente dal target e contenente la posizione GPS calcolata dall'aereo stesso.

  

Il Mode-S, o Modo S, è una tecnica di trasmissione dati utilizzata dal radar secondario di sorveglianza (SSR) per il controllo del traffico aereo dei velivoli dotati di transponder. La "S" sta per selectable ovvero indica la possibilità di interrogare il velivolo in maniera selettiva tramite un indirizzo univoco a 24 bit, possibilità, questa, non offerta dalle precedenti tecnologie chiamate Mode A (o Mode 3A) e Mode C. Il Modo S sfrutta una larga banda in grado di assicurare un datarate di 4MBit/s in uplink (interrogazione Mode-S) dalla stazione di terra al velivolo e di 1MBit/s in downlink dal velivolo verso la stazione di terra. Le due tipologie di comunicazione sono allocate su due frequenze differenti: in uplink si usa la frequenza di 1030MHz con una modulazione di fase binaria, mentre in downlink si usa la frequenza di 1090MHz con una modulazione di posizione. In entrambi i casi i segnali trasmessi sono impulsivi. I messaggi in downlink possono essere emessi sia spontaneamente dal transponder (ed in questo caso si chiamano squitter), che sollecitati dalla stazione di terra (in questo caso si chiamano repliche). Il messaggio Mode-S è individuato da un preambolo di 8 microsecondi formato da quattro impulsi di durata di 500 nanosecondi ciascuno, chiamati P1, P2, P3 e P4. In particolare gli impulsi P1 e P2 e gli impulsi P3 e P4 sono distanti 1 microsecondo rispettivamente, mentre P2 e P3 sono distanti 2,5 microsecondi. Il campo dati di un messaggio Mode-S è distante 8 microsecondi dall'inizio del preambolo. Esso conta 56 o 112 bit a seconda che si intenda inviare un messaggio short o extended, codificati secondo la modulazione PPM (Pulse Position Modulation): ogni bit occupa un tempo di 1 microsecondo, e si indica come 1 logico se l'energia del segnale è presente nella prima metà del tempo (500 nanosecondi) viceversa uno 0 logico se occupa la seconda metà.

    

Ma cosa serve per trasformare lo schermo del nostro PC di casa in un vero e proprio radar ? Beh, sostanzialmente bastano tre cose: l'antenna, il ricevitore e il software da installare sul computer. I normali scanner, anche se arrivano a coprire frequenze superiori al GHz, non sono adatti per ricevere i segnali ADS-B. E' necessario un ricevitore dedicato con una selettività e dinamica dedicata alla frequenza di 1090 MHz. In commercio si trovano diverse tipologie di tali ricevitori. Io ho optato per il performante e noto Airnav RadarBox. Con circa 500,00 € di spesa si ha questa piccolissima scatolina metallica e l'applicativo da installare sul pc (gira sotto tutte le versioni di Windows). L'interfaccia è molto semplice e si connette al pc tramite porta usb 2.0. Dalla stessa connessione viene pure alimentata. Altro unico collegamento da effettuare è quello mediante connettore SMA femmina al quale si dovrà connettere l'antenna ricevente.

    

Ma cosa si vede in sostanza sullo schermo del pc ? Attraverso il software fornito, i dati ricevuti vengono visualizzati sia in formato tabulare che grafico, mostrando la situazione attuale del traffico aereo nella regione. La distanza massima cui un aereoplano può essere monitorato é di circa 400 Km e viene comunque grandemente influenzata dalla presenza di ostacoli nelle vicinanze. Una tabella mostra l'identificativo dell'aereo, la nazionalità, il nominativo, la posizione, la velocità al suolo, la prua, la velocità di ascesa/discesa e molto altro ancora. La visualizzazione grafica mostra la posizione, la rotta ed i dati richiesti per ciascun aereo. Aerei in salita o in discesa vengono colorati in maniera differente, rappresentando la situazione aggiornata dello spazio aereo sovrastante. Vari livelli di zoom mostrano la situazione dettagliata di porzioni più ristrette, per esempio nei dintorni di un aereoporto. Il CD-ROM fornito nella confezione contiene molte informazioni geografiche, come confini, waypoint, aereoporti, ecc. Il database copre il mondo intero e può essere facilmente modificato dall'utente essendo in simple text format.

    

Ecco qui sotto come si presenta il programma RadarBox: sulla sinistra i velivoli sono elencati in formato tabulare, con le relative informazioni, metre la porzione di schermo sulla destra ospita la rappresentazione della mappa sulla quale vengono tracciati gli aeromobili.

    

Nella schermata esemplificativa sottostante è rappresentata l'area grosso modo compresa tra Bolzano e Ferrara e tra Verona e Ronchi. Diversi i velivoli identificati con le relative informazioni.

    

In questa seconda immagine la rappresentazione radar è limitata ai CTR di Treviso e Venezia-Tessera. Si vedono due velivoli in atterraggio. Un Boeing 737-800 Ryanair (EI-DLW) sta ultimando l'ILS per pista 25 al Canova di Treviso e si trova a 925 piedi mantenendo una velocità di 137 nodi. Un Airbus 319 di Tap Portugal (CS-TTO) è invece in avvicinamento per pista 04R a Venezia; si trova a 900 piedi con 126 nodi di velocità relativa.

    

L'impianto d'antenna è fondamentale per la ricezione dei segnali ADS-B. Personalmente ho dovuto optare per una "soluzione interna" poiché sul tetto di casa trovano già collocazione un paio di verticali per le VHF & UHF, nonchè due filari per le HF. Visto che la stazione d'ascolto si trova nella mansarda (sottotetto), ho utilizzato impropriamente un buon cavalletto fotografico per collocare una verticale e una direttiva per i 1090MHz. Questa soluzione reca il vantaggio che i cavi coassiali possono essere della lunghezza minima indispensabile e conseguentemente si riduce la perdita di segnale, fattore critico quando si opera su frequenze così alte. Vanno obligatoriamente utilizzati cavi a bassa dispersione come il CLF-400 o l'RG-58 A/U. Sarebbe buona norma non dover mai superare i 5 metri di lunghezza tra antenna e ricevitore.

    

Le antenne migliori che si trovano in commercio sono prodotte in Germania. La verticale è una GP-1090 della WiMo. Lunga solamente 55cm, ha un guadagno di circa 5dB. Visto che tale valore sarebbe insufficiente per una ricezione appropriata bisogna abbinarci un preamplificatore dedicato a basso rumore. Amplificatore (A12-1090), iniettore (BT-12) e alimentatore sono realizzati dall'italiana Elad. Applicando tale preamplificatore la GP-1090 arriva a guadagnare circa 11dB. Il range di ricezione a 360° dei segnali arriva a circa 150 miglia. Il sistema d'antenna completo costa circa 270,00 €.

    

    

La seconda soluzione per la ricezione è costituita da un'antenna yagi professionale di 13 elementi. Sempre di costruzione tedesca, è realizzata questa volta dalla ditta BAZ Spezialantennen e costa 350,00 €, spese di spedizione incluse. Denominata FLU-SR/Y13 prof , è una poderosa direttiva lunga 1160 mm, caratterizzata da un guadagno di circa 14,5dBi. Utilizzando questa antenna la ricezione diventa molto più selettiva (nel mio caso è puntata verso est, in direzione approssimativa degli aeroporti di Treviso e Venezia); il range di copertura arriva oltre le 200 miglia.

    

    

Appassionati di radio e aviazione tutti: vale veramente la pena attrezzarsi per la ricezione dell'ADS-B perché è come avere un vero e proprio radar a casa! Da quando mi interesso di radioascolto l'ACARS e l'ADS-B sono stati i due modi di trasmissioni digitali che mi hanno regalato il maggior numero di soddisfazioni. Se con queste poche righe e fotografie posso aver trasmesso ad altre persone la voglia di cimentarsi in questa impresa... ho raggiunto il mio scopo. Provare per credere; e allora anche voi potrete finalmente dire: "Radar contact!"

Diego Bigolin

L'autore desidera ringraziare AirNav Systems, WiMo e BAZ Spezialantennen.