INMARSAT AERO

Durante i primi mesi del 2018 ho inziato gli esperimenti di ricezione in banda L, intorno a 1.545GHz. Per esplorare queste frequenze si utilizza come ricevitore la solita chiavetta RTL2832U. Lo scopo che mi sono prefisso è quello di implementare su PlanePlotter anche la ricezione delle comunicazioni aeronautiche digitali satellitari. Se in banda VHF gli aeri comunicano con i protocolli ACARS e VHF Data Link Mode 2, su piattaforma SATCOM questi pacchetti di dati prendono il nome di Inmarsat AERO Classic (trasmissioni a 600 e 1200 bps) e di Inmarsat AERO H/H+ (trasmissioni a 10500 bps).

Le trasmissioni di pacchetti dati a 600bps hanno una larghezza di banda di 800Hz, mentre quelle a 1200bps utilizzano una larghezza di banda di 1800Hz. Queste tipologie di trasmissioni sono in progressiva dismissione, come l'ACARS in VHF. Si parla di un completo abbandono entro il 2018. Le trasmissioni a 10500kbps invece, sono più consistenti numericamente, e oltre ai classici pacchetti di dati comprendono anche trasponder per comunicazioni digitali in voce a 8.4kbps. I messaggi AERO in banda-L a 1,5GHz contengono una serie di informazioni ground-to-air (tresmesse dai satelliti agli aerei), come condizioni meteo, piani di volo, clearance oceaniche e free text message indirizzati ai velivoli. La banda-C sui 3,5GHz invece è utilizzata per i messaggi air-to-ground (trasmessi dai velivoli ai satelliti, e poi ritrasmessi a terra). I segnali in banda-C sono molto più difficili da ricevere. Richiedono parabole da oltre 1 metro di diametro e particolari LNB. Comunque sono indubbiamente più interessanti in quanto contengono sempre la posizione del velivolo, come avviene a 1.090MHz per i segnali ADS-B.

Per ricevere questi segnali il sistema d'antenna è fondamentale. Ho condotto diverse prove prima di capire quale era la corretta configurazione da adottare. Come spessso si fa in qusti casi, mi ero documentato sul web, e come prima antenna ho provato una elicoidale cinese, la High Gain 13db 1.5GHz Circular Polarization Helix Axial Mode, RHCP FPV della Huahong. Si è dimostrata molto ben costruita e dal guadagno appena sufficiente per la ricezione dei pacchetti a 600 e 1200 bps. Inserendo in linea il preamplificatore a basso rumore della NooElec.com, ideato per i 1.542Ghz, le cose andavano discretamente ma l'antenna funzionava soltanto all'apaerto, lontano da qualsiasi ostacolo.

Il mio intento invece era quello di ricevere i segnali, almeno di un satellite Inmarsat, sfruttando il balcone di una finestra della mia stazione radio. Così facendo avrei avuto i cavi con la minore lunghezza possibile ed il vantaggio di poter "ammainare" l'antenna, in caso di non utilizzo. Ho tentato così la carta di una piccola parabola televisiva da 45cm, in abbinata ad un'antenna LogPer PCB (printed circuit board) da 750MHz a 11 GHz. Sulla carta doveva avere un guadagno da 5 a 11 dB. Ma questo esperimento non è riuscito. L'antenna funzionava peggio della elicoidale. Per fortuna ho trovato una valida applicazione alternativa per questa antenna, che ora sfrutto, con molta soddisfazione, per la ricezione e decodifica delle trasmissioni TETRA in banda UHF 70cm.

Sempre il web mi è venuto in soccorso suggerendomi di tentare con un'antenna GPS modificata. Togliendo il filtro ceramico alle comuni antenne GPS da auto, gli si allarga la banda di ricezione, potendo arrivare fino ai 1.545GHz delle trasmissioni Inmarsat AERO. Ho avuto la fortuna di acquistare su internet un vecchio modello di antenna GPS dalla statunitense Outhernet, ideata per la ricezione del loro internet a banda larga satellitare. Me la sono cavata con 50 euro, comprese le spese di spedizione.

Questa soluzione ricevente è chiamata Ceramic Active Patch Antenna. E' caratterizzata dall'utilizzo di un materiale dielettrico ceramico dalle dimensioni generose rispetto alle normali antenne GPS. L'antenna è anche attiva, nel senso che integra un amplificatore a basso rumore (LNA), che deve essere alimentato da 3-5V mediante l'attivazione del bias tee della chiavetta RTL2832U. E' presente pure un filtro SAW per la banda-L, con una larghezza di banda da 1525 a 1559 MHz.

Il segnale ottenuto non sarà strepitoso ma è comunque sufficiente per una buona decodifica da parte del programma JAERO al quale il VAC consegna il flusso audio prelevato dal programma SDR# che controlla la chiavetta RTL-SDR. Il vantaggio del patch ceramico sta nel fatto di essere meno direzionale e più facile da puntare. Nel mio caso l'antenna è semplicemente appoggiata sul balcone e puntata alla buona verso sud, con il muro perimetrale dell'edificio molto vicino. A differenza dell'elicoidale i segnali si ricevono molto bene.

L'antenna è dotata di un connettore sma femmina posteriore. Io non utilizzo cavo coax, applicando direttamente il dongle SDR-RTL posteriormente e raggiungendo poi una porta del PC con un cavo USB lungo 3 metri. In teoria però la perdita di segnale non dovrebbe essere rilevante e si potrebbero utilizzare fino a 2,5 metri di cavo prima del dongle. Una cosa da tener presente, per un utilizzo simile, è il fatto che il circuito posteriore dell'antenna non è waterproof. Penso che il prossimo step sarà quello di alloggiare l'antenna all'interno di un contenitore plastico trasparente in modo da proteggerla da qualche eventuale goccia di pioggia.

L'antenna è fornita priva di qualsiasi sistema di montaggio. Ho quindi pensato di sfruttare lo scheletro di una vecchia antenna TV da interni della Meliconi. Il sistema di rotazione ed elevazione sembra perfetto per la Ceramic Patch Antenna. Mi è bastato sfruttare i quattro piccoli fori presenti nel patch per ancorarla con quattro piccole fascette da elettricista alla struttura plastica, ed il gioco è fatto!

Ecco come appare lo spettro a 1.545MHz. Si distinguono chiaramente i canali AERO Classic. Le righe più strette sono le trasmissioni a 600bps. Quelle più larghe, sono a 1200bps.

In questa diversa schermata invece vedete lo spettro a 1.546MHz, dove sulla destra dominano i tre canali AERO H/H+ a 10.500bps. Pronti per decodificare l'Inmarsat AERO H/H+ ? L'immagine seguente vi mostra la ricezione di un canale AERO H a 10500bps. Sul monitor di sinistra il programma SDR# sintonizza la chiavetta su 1.546,065 USB 16000Hz, il programma virtual audio cable trasferisce il flusso audio verso il programma JAERO (monitor di destra), che decodifica i pacchetti di dati. Un recente aggiornamento del programma JAERO consente di ricevere contemporaneamente 2 canali. Per fare ciò bisogna utilizzare il plugin AUX VFO per SDR#. L'immagine va aperta con un click. Un click successivo per effettuare lo zoom per leggere il contenuto.

Lo schema qui sotto rappresenta il sistema Inmarsat AERO con l'inserimento delle stazioni PlanePlotter. Ci sono una serie di stazioni a terra che trasmettono i dati ai satelliti geostazionari Inmarsat, utilizzando la banda-C a 3,5GHz mediante parabole dal diametro di 8 metri. I satelliti a loro volta trasmettono verso terra ai velivoli utilizzando la banda-L a 1,5GHz. Esistono degli appassionati, gestori di stazioni PlanePlotter, che ricevono direttamente i segnali Inmarsat sui 3,5GHz grazie a parabole di circa 1 metro di diametro, congiuntamente a degli LNB commerciali in banda-C con tecnologia PLL (Titanium C1W-PLL). Mediante un semplice decoder satellitare l'LNB viene alimentato e con un cavo loop si esce dal decoder per entrare nel dongle RTL-SDR che riceve i segnali convertiti in banda-L. Qui entrano in gioco 4 programmi del PC: SDR# per la ricezione con la chiavetta RTL2832U, VAC per il segnale audio, JAERO per la decodifica vera e propria dei messaggi e per traslarli verso PlanePlotter per la visualizzazione su mappa della posizione degli aerei.

Per trasferire i dati ricevuti da JAERO a PlanePlotter, bisogna spuntare la combo su "output to UDP" all'interno del menù settings di JAERO. Altra casella da correggere è "localhost:18765". Questo valore non è corretto. Bisogna cambiarlo in "localhost:8765". Quando PlanePlotter non è in funzione, ma il programma è aperto (non ancora cliccato su pallino verde start...), è necessario andare su PP I/O settings e attivare la spunta su "ACARS FROM JAERO" e "UDP/IP from net". Facendo poi partire la ricezione, cliccando sul pallino verde start, gli aerei e i messaggi Inmarsat AERO, dovrebbero iniziare a materializzarsi su PlanePlotter. Vi confermo che funziona ! Qui sotto potete vedere i messaggi AERO riportati sulla finestra di PlanePlotter.

Altra schermata JAERO + PP. Esempio di riporto posizione: Il velivolo A7-BBC, un Boeing 777 della Qatar Airways, è stato interrogato dal satellite per riportare la posizione. Appena la trsmette, ecco che sulla finestra velivoli di PlanePlotter appare in elenco, dopo i satelliti Inmarsat, con il codice ICAO 06A073, registrazione A7-BBC, etc... posizione in latitudine e longitudine !

Su piattaforma Inmarsat non ci sono solamente i messaggi AERO. Si possono ricevere infatti anche tutti i messaggi dedicati alla sicurezza in mare. Qui sotto potete vedere un esempio di ricezione EGCs, nello specifico un messaggio del circuito SafetyNET per il coordinamento SAR in mare. Anche in questo caso fate un click per aprire l'immagine, e un click successivo per leggere il testo sulla destra. La frequenza è 1.541,450. Per decodificare i messaggi EGCs utilizzo il programma gratuito ScytaleC, sempre lavorando a braccetto con SDR# e VAC.

Termino con una variante sul tema... ovvero: invece di utilizzare 3 programmi per la decodifica dei messaggi Inmarsat AERO, possedendo la licenza per i modi professionali del programma MULTIPSK, quest'ultimo è sufficiente sia per pilotare direttamente il dongle RTL2832U, sia per decodificare i pacchetti di dati AERO a tutte e tre le velocità 600, 1200 e 10500bps. Qui sotto potete vedere l'esempio della prima decodifica che ho effettuato a 1200bps. Messaggio da stazione con id 44 a velivolo con mode-s AE055E, che corrisponde ad un C5-M Galaxy dell'USAF con nominativo RCH780. Sempre un click per aprire l'immagine, e un click successivo per leggere il testo.

Apprendo proprio in questi giorni che la piattaforma Inmarsat si sta trasformando gradualmente per operare, da settembre 2018, con solamente 4 satelliti: tre di nuova generazione I4 e un più vecchio I3. Per chi avesse la necessità di informarsi in modo più specifico, questo è il link da seguire: https://www.inmarsat.com/support/i-3-to-i-4-services-migration/ Praticamente, a migrazione completata, per quanto riguarda la nostra posizione in Europa, il satellite di riferimento diventerà Inmarsat-4 AF1, posizionato a 25°EST. I trasponder che si ricevono attualmete, compresi quelli descritti in questa pagina, essendo di Inmarsat I-3 AOR-E a 15,5°W, passeranno su I-3 F5. Purtroppo il footprint di Inmarsat I-3 F5 a 54°W è stato spostato più a ovest, per meglio coprire le americhe, e arriva debole in Europa, coprendo appena l'Italia.

Per capire meglio la nuova strategia di Inmarsat AERO vi invito a visionare questo pdf, ricco di cartine e schemi molto approfonditi: Inmarsat I-3 to I-4 migration guide Mi propongo di creare, durante l'inverno 2018, una nuova pagina con novità e frequenze confermate della nuova costellazione Inmarsat ricevibile dall'Italia.