ADS-B Decodificacion, Teoria.

ADS-B 1090 MHz (Automatic Dependent

Surveillance Broadcast )

Mode S (extended Squitter)

Mode A/C

Posicionamiento de Aviones mediante recepción Broadcast ADSB.

Tecnologia Mode S Señal expontanea extendida. ( mode S extended Squiter)

El objetivo en sus inicios era diseñar un sistema de vigilancia en la comunicación de las aeronaves, y que fuera de una manera automática, esto facilitaría el trafico aéreo, evitaría colisiones de aeronaves. Dentro de los diseños, se pretendía que que fuera económico, y preciso. Las investigaciones se le otorgaron al MIT Lincoln Laboratory.

 EL modo S es un Link de datos que en su tecnología usa interrogaciones de dirección discreta. Tantos los equipos en tierra como las aeronaves deben de estar equipados con sensores y transponders para el modo S. Las interrogaciones son generadas por la base en tierra en la frecuencia de 1030 Mhz, recepcionados por la aereonave, y respondidos por la misma en la Frecuencia de 1090Mhz.

El éxito de esta tecnica, esta en la interoperabilidad y la presicion que se tuvo al momento del diseño de dicha tecnologia.

Tecnología Mode A/C (alpha/Charlie) (SSR, secundary survillance Radar).

La interrogación se hace en la frecuencia de 1030Mhz por parte del radar en tierra, y a su ves respondido. En la frecuencia de 1090 Mhz, la interrogación puede ser:

ModeA-C

Los tiempos de interrogación y respuesta son como se ven en la gráfica anterior.

La Forma de operación es:

1. La base enviá la Interrogación en Modo A.

2. La aeronave responde en modo A.

3. Se enviá la Interrogación en Modo C.

4. La aeronave responde en modo C.

formadeoperacionA-C

En caso de Tener varias aeronaves en la cobertura del radar, se interrogan a cada aeronave, y las respuestas se dan en diferentes espacios de tiempo.

variosavionesA-C

modoS

Compatibilidad entre el Mode A/C y el Mode S

       interoperabilidadmodoA-CmodeS

Gráfica 2.1

Interrogaciones y Respuesta en Modo S

Las Interrogación en Modo S, al igual que en modo A/C tienen unos tiempos que los caracterizan:

interrogacionmodo

Grafica 2.3

  • La rata de los datos es de 4 Mbps.

  • La modulación usada es DPSK(differencial phase shift keying)

A su ves las Respuestas en modo S, se caracterizan por lo siguiente:

Gráfica 2.4

  • La rata de los datos es de 1Mbps

  • La modulación usada es PPM.

En ambos casos se puede observar claramente que amabas señales poseen un preámbulo, este se usa para hacer sincronizar y diferenciar un frame, de entre otro.

Modo S formato de Datos:

Para el modo S, se pueden tener FRAMES tanto de 56 bits como de 112 bits, esto depende de la información que contenga el FRAMES, a continuación una explicación de ello:

El mensaje comienza después de darse el preámbulo de la comunicación, en el campo de los datos puede ir la siguiente información:

  • Posición (altitud, longitud, latitud)

  • Velocidad

  • Superficie

  • Identificación

  • Señales de Emergencia

A continuación el diagrama de bloques del FRAME:

bloquesmodeS

Gráfica 3.1

Con esto se logra tener un sistema TCAS ( traffic Alert and Colision Avoidance System), evitando colisiones y accidentes tanto en el aire como en las pistas de aterrizaje.

tcas

Gráfica 3.2

Concepto de la Señal Espontanea Extendida (squitter expontaned concept)

Es una señal que contiene 112 bits, en el cual la aeronave obtiene la información de su posición mediante su GPS, y ordena el FRAME para se transmitido de la siguiente manera:

squitterextended

Gráfica 4.1

Gráficamente su funcionamiento es de la Siguiente manera:

graficasquitterextend

Gráfica 4.2

EL tipo de datos que puede ser enviado por parte de la aeronave se diferencia según el valor que se encuentre en el campo de DF(downlink format) que se encuentra en el espacio de Control.(downlink format posee 5 bits), DF puede marcar la diferencia entre los siguientes tipos de mensajes: 

formasdemensaje

Grafica 4.3

La detección y recepción de la señal espontanea se hace:

  • Se hace la detección del preámbulo

  • Se detecta el bit de declaración y confidencialidad

  • corrección y detección de errores.

En muchos de los casos es necesario tener que capturar muchos FRAMES para tener un dato valido, esto se debe a que la recepción de la señal esta expuesta a mucha interferencia.

Para sabe su un pulso es un “1” digital o un “0” digital depende en muchos de los casos de el sistema que se esta implementando y a su ves de la modulación implementada, en nuestro caso es PPM.

Para este caso se tomara como un “1” digital si se encuentra dentro de los valores de +3dB y -3dB.

El rango de Cobertura del sistema ADS-B con señales espontaneas extendidas dependen del Linkbudget.

Decodificación del FRAME en Hexadecimal de ADS-B

1) Ejemplo del FRAME:

8D75804B580FF2CF7E9BA6F701D0

Del anterior FRAME, los primeros 5 bits corresponden al DF(downlink format), los 3 bits que siguen corresponden al CA (capability), y los siguientes 3 Bytes al ICAO.

10001 101 0111 0101 1000 0000 0100 1011

DF CA 7 5 8 0 4 B

ICAO

DF= 17

CA= 5

ICAO=75804B

2) Ejemplo FRAME:

8D4008F15837F237EBE3A389BF53

DF= 17

CA=

ICAO=4008F1

Parte de datos:

5837F237EBE3A3

01011 000 001101111111 00

TC P ALTITUDE TF 

decodeframe

Gráfica 5.1

TC = Tipo de Codigo

P = Bit de emergencia

T = Indica sincronizacion con la UTC(universal time coordinated)

F = Indica si es un FRAME par o impar

La aeronave calcula su altitud, mediante el uso de BA (barometric altitude), el cual hace una comparación de la presión atmosférica en tierra con la del momento en la que esta volando, o con HAE (height above Elipsoid), que simula la tierra como un elipsoide, y calcula la altura del avión según el elipsoide, entre ambas técnicas no hay mucha diferencia. Aunque esto no es suficiente, debido a que por cada bit que incremente o decremente, va a ver una diferencia de 25 pies.

 parimpar

En el primer FRAME se observa que la bandera F esta en 0, esto quiere decir que es par, en el segundo FRAME se observa que la bandera F esta en 1, esto quiere dicir que es el FRAME impar.

Ahora con esto se puede computar la posición de la aeronave.

compatar1

El procesamiento se hace mediante la funcion floor, y MOD, a este procesamiento se le llama “latitude Index” o “j”. La funcion “floor” toma el mayor entero de un resultado, ejemlo de 8.99 toma solo el 8.

floor

Las funciones equivalentes para otener una lattitud certera es:

dlat

La verificacion de que los datos obtenidos se encuentren bien, es revisar las tablas de longitud y latitud (el planeta se encuentra dividido en zonas de latitud, y longitud.), la latitud debe de ser la misma o muy parecido con Respecto a la anterior.

El calculo de la Longitud se hace mediante la funcion “Dlon” 

dlat2 dlon dlat1 tablalatitude Rlon

En el caso de que el DF indique que el FRAME contiene otro tipo de informacion el prcesamiento de los datos es diferente.

Cordialmente. @mrdesc

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