Hello Habr. Probabbilment kull min tal-inqas darba ltaqa' jew raw lil qraba jew ħbieb fuq ajruplan uża s-servizz Flightradar24 b'xejn. Dan huwa mod konvenjenti ħafna biex issegwi l-pożizzjoni tal-inġenju tal-ajru f'ħin reali.
В ġie deskritt il-prinċipju tal-operat ta’ tali servizz onlajn. Issa se mmorru aktar u nsiru nafu x'dejta tiġi trażmessa u riċevuta mill-inġenju tal-ajru għall-istazzjon li jirċievi, u niddekodifikawha aħna stess billi nużaw Python.
Story
Ovvjament, id-dejta tal-inġenji tal-ajru mhix qed tinqasam biex l-utenti jarawhom fuq l-ismartphones tagħhom. Is-sistema tissejjaħ ADS-B (Sorveljanza dipendenti awtomatika—xandir), u tintuża biex tittrasmetti awtomatikament informazzjoni dwar l-inġenju tal-ajru liċ-ċentru tal-kontroll - l-identifikatur tiegħu, il-koordinati, id-direzzjoni, il-veloċità, l-altitudni u data oħra huma trażmessi. Preċedentement, qabel il-miġja ta 'sistemi bħal dawn, id-dispaċċ seta' jara biss tikka fuq ir-radar. Dan ma kienx biżżejjed meta kien hemm wisq ajruplani.
Teknikament, ADS-B jikkonsisti minn trasmettitur ta 'inġenju tal-ajru li perjodikament jibgħat pakketti b'informazzjoni bi frekwenza pjuttost għolja ta' 1090 MHz (hemm modi oħra, iżda mhumiex daqshekk interessanti għalina, minħabba li l-koordinati huma trasmessi hawn biss). Naturalment, minbarra t-trasmettitur, hemm ukoll riċevitur x'imkien fl-ajruport, iżda għalina, bħala utenti, ir-riċevitur tagħna stess huwa ta 'interess.
Mill-mod, għal tqabbil, l-ewwel sistema bħal din, Airnav Radarbox, iddisinjata għal utenti ordinarji, dehret fl-2007 u tiswa madwar $ 900, u abbonament għal servizzi tan-netwerk jiswa madwar $ 250 fis-sena.
Reviżjonijiet ta 'dawk l-ewwel sidien Russi jistgħu jinqraw fuq il-forum . Issa li r-riċevituri RTL-SDR saru disponibbli bil-kbir, apparat simili jista 'jiġi mmuntat għal $ 30, aktar dwar dan kien f' . Se ngħaddu għall-protokoll innifsu - ejja naraw kif jaħdem.
Jirċievu sinjali
L-ewwel, is-sinjal għandu jiġi rreġistrat. Is-sinjal kollu għandu tul ta '120 mikrosekondi biss, għalhekk sabiex il-komponenti tiegħu jiġu żarmati bil-kumdità, huwa mixtieq riċevitur SDR b'rata ta' kampjunar ta 'mill-inqas 5 MHz.
Wara r-reġistrazzjoni, aħna tikseb fajl WAV b'rata ta 'kampjunar ta' 5000000 kampjun / sek, 30 sekonda ta 'tali reġistrazzjoni "iżnu" madwar 500MB. Naturalment, huwa inutli li tismagħha b'media player - il-fajl ma fihx ħoss, iżda sinjal tar-radju diġitizzat direttament - hekk jaħdem Software Defined Radio.
Aħna se niftħu u nipproċessaw il-fajl billi tuża Python. Dawk li jixtiequ jesperimentaw waħedhom jistgħu jniżżlu eżempju ta' reġistrazzjoni .
Ejja niżżlu l-fajl u naraw x'hemm ġewwa.
from scipy.io import wavfile
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
fs, data = wavfile.read("adsb_20190311_191728Z_1090000kHz_RF.wav")
data = data.astype(float)
I, Q = data[:, 0], data[:, 1]
A = np.sqrt(I*I + Q*Q)
plt.plot(A)
plt.show()
Riżultat: naraw "impulsi" ċari fl-isfond tal-istorbju.
Kull "impuls" huwa sinjal, li l-istruttura tiegħu hija viżibbli b'mod ċar jekk iżżid ir-riżoluzzjoni fuq il-graff.
Kif tistgħu taraw, l-istampa hija pjuttost konsistenti ma 'dak li jingħata fid-deskrizzjoni ta' hawn fuq. Tista 'tibda tipproċessa d-data.
Dekodifikazzjoni
L-ewwel, għandek bżonn tikseb bitstream. Is-sinjal innifsu huwa kodifikat bl-użu ta 'kodifikazzjoni ta' Manchester:
Huwa faċli li tikseb reali "0" u "1" mid-differenza fil-livell fil-nibbles.
bits_str = ""
for p in range(8):
pos = start_data + bit_len*p
p1, p2 = A[pos: pos + bit_len/2], A[pos + bit_len/2: pos + bit_len]
avg1, avg2 = np.average(p1), np.average(p2)
if avg1 < avg2:
bits_str += "0"
elif avg1 > avg2:
bits_str += "1"
L-istruttura tas-sinjal innifsu hija kif ġej:
Ejja nħarsu lejn l-oqsma f'aktar dettall.
DF (Downlink Format, 5 bits) — jiddefinixxi t-tip tal-messaġġ. Hemm diversi tipi:
()
Aħna huma interessati biss fit-tip DF17, għaliex fih il-koordinati tal-inġenju tal-ajru.
ICAO (24 bit) — il-kodiċi internazzjonali uniku tal-inġenju tal-ajru. Tista 'tiċċekkja l-inġenju tal-ajru bil-kodiċi tiegħu (Sfortunatament, l-awtur waqaf jaġġorna d-database, iżda għadu rilevanti). Pereżempju, għall-kodiċi 3c5ee2 għandna l-informazzjoni li ġejja:
Edit: fi id-deskrizzjoni tal-kodiċi ICAO tingħata f'aktar dettall, nirrakkomanda li dawk li huma interessati jaqrawha.
DATA (56 jew 112 bit) - id-data attwali li aħna se jiddekowdja. L-ewwel 5 bits ta 'data huma l-qasam Kodiċi tat-TipA li fih is-sottotip tad-dejta maħżuna (m'għandux jiġi konfuż ma' DF). Hemm pjuttost ftit minn dawn it-tipi:
()
Ejja nħarsu lejn xi eżempji ta 'pakketti.
identifikazzjoni tal-inġenju tal-ajru
Eżempju binarju:
00100 011 000101 010111 000111 110111 110001 111000
Oqsma tad-dejta:
+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+
| TC,5 | EC,3 | C1,6 | C2,6 | C3,6 | C4,6 | C5,6 | C6,6 | C7,6 | C8,6 |
+------+------+------+------+------+------+------+------+------+------+
TC = 00100b = 4, kull karattru C1-C8 fih kodiċijiet li jikkorrispondu għall-indiċijiet fis-sekwenza:
#ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ#####_##############0123456789######
Wara li ddekodifikat is-sekwenza, huwa faċli li tikseb il-kodiċi tal-inġenju tal-ajru: EWG7184
symbols = "#ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ#####_###############0123456789######"
code_str = ""
for p in range(8):
c = int(bits_str[8 + 6*p:8 + 6*(p + 1)], 2)
code_str += symbols[c]
print("Aircraft Identification:", code_str.replace('#', ''))
pożizzjoni fl-ajru
Jekk kollox huwa sempliċi bl-isem, allura bil-koordinati huwa aktar ikkumplikat. Huma trażmessi bħala frames 2x, fard u saħansitra. Kodiċi tal-qasam TC = 01011b = 11.
Eżempju ta' pakketti pari u fard:
01011 000 000101110110 00 10111000111001000 10000110101111001
01011 000 000110010000 01 10010011110000110 10000011110001000
Il-kalkolu tal-koordinati innifsu jseħħ skont formula pjuttost delikata:
()
Jien mhux speċjalista tal-GIS, allura ma nafx minn fejn ġej. Min jaf, ikteb fil-kummenti.
L-għoli huwa kkunsidrat aktar sempliċi - skond il-bit speċifiku, jista 'jiġi rappreżentat jew bħala multiplu ta' 25 jew 100 pied.
Veloċità fl-Ajru
Pakkett b'TC=19. Il-ħaġa interessanti hawnhekk hija li l-veloċità tista 'tkun kemm preċiża, relattiva għall-art (Veloċità tal-Art), kif ukoll bl-arja, imkejla mis-sensor tal-inġenju tal-ajru (Airspeed). Jgħaddu wkoll ħafna oqsma differenti:
()
Konklużjoni
Kif tistgħu taraw, it-teknoloġija ADS-B saret simbjożi interessanti, meta standard huwa utli mhux biss għall-professjonisti, iżda wkoll għall-utenti ordinarji. Iżda ovvjament, ir-rwol ewlieni f'dan kellu t-teknoloġija irħas ta 'riċevituri diġitali SDR, li tippermetti li l-apparat litteralment "għal Penny" jirċievi sinjali bi frekwenza 'l fuq minn gigahertz.
Fl-istandard innifsu, ovvjament, ħafna aktar. Dawk interessati jistgħu jaraw il-PDF fuq il-paġna jew żur diġà msemmija hawn fuq .
Huwa improbabbli li dak kollu ta 'hawn fuq se jkun utli għal ħafna, iżda għallinqas l-idea ġenerali ta' kif taħdem, nittama, tibqa '.
Mill-mod, diġà jeżisti decoder Python lest, tista 'tistudjah . U s-sidien tar-riċevituri SDR jistgħu jiġbru u jmexxu decoder ADS-B lest , dan huwa diskuss f'aktar dettall fi .
Il-kodiċi tas-sors tal-parser deskritt fl-artikolu jingħata taħt il-qatgħa. Dan huwa eżempju tat-test li ma jippretendix li huwa produzzjoni, iżda xi ħaġa taħdem fiha, u jistgħu jparsjaw il-fajl irreġistrat hawn fuq.
Kodiċi Sors (Python)
from __future__ import print_function
from scipy.io import wavfile
from scipy import signal
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import math
import sys
def parse_message(data, start, bit_len):
max_len = bit_len*128
A = data[start:start + max_len]
A = signal.resample(A, 10*max_len)
bits = np.zeros(10*max_len)
bit_len *= 10
start_data = bit_len*8
# Parse first 8 bits
bits_str = ""
for p in range(8):
pos = start_data + bit_len*p
p1, p2 = A[pos: pos + bit_len/2], A[pos + bit_len/2: pos + bit_len]
avg1, avg2 = np.average(p1), np.average(p2)
if avg1 < avg2:
bits_str += "0"
elif avg1 > avg2:
bits_str += "1"
df = int(bits_str[0:5], 2)
# Aircraft address (db - https://junzis.com/adb/?q=3b1c5c )
bits_str = ""
for p in range(8, 32):
pos = start_data + bit_len * p
p1, p2 = A[pos: pos + bit_len / 2], A[pos + bit_len / 2: pos + bit_len]
avg1, avg2 = np.average(p1), np.average(p2)
if avg1 < avg2:
bits_str += "0"
elif avg1 > avg2:
bits_str += "1"
# print "Aircraft address:", bits_str, hex(int(bits_str, 2))
address = hex(int(bits_str, 2))
# Filter specific aircraft (optional)
# if address != "0x3c5ee2":
# return
if df == 16 or df == 17 or df == 18 or df == 19 or df == 20 or df == 21:
# print "Pos:", start, "DF:", msg_type
# Data (56bit)
bits_str = ""
for p in range(32, 88):
pos = start_data + bit_len*p
p1, p2 = A[pos: pos + bit_len/2], A[pos + bit_len/2: pos + bit_len]
avg1, avg2 = np.average(p1), np.average(p2)
if avg1 < avg2:
bits_str += "0"
# bits[pos + bit_len / 2] = 50
elif avg1 > avg2:
bits_str += "1"
# http://www.lll.lu/~edward/edward/adsb/DecodingADSBposition.html
# print "Data:"
# print bits_str[:8], bits_str[8:20], bits_str[20:22], bits_str[22:22+17], bits_str[39:39+17]
# Type Code:
tc, ec = int(bits_str[:5], 2), int(bits_str[5:8], 2)
# print("DF:", df, "TC:", tc)
# 1 - 4 Aircraft identification
# 5 - 8 Surface position
# 9 - 18 Airborne position (w/ Baro Altitude)
# 19 Airborne velocities
if tc >= 1 and tc <= 4: # and (df == 17 or df == 18):
print("Aircraft address:", address)
print("Data:")
print(bits_str[:8], bits_str[8:14], bits_str[14:20], bits_str[20:26], bits_str[26:32], bits_str[32:38], bits_str[38:44])
symbols = "#ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ#####_###############0123456789######"
code_str = ""
for p in range(8):
c = int(bits_str[8 + 6*p:8 + 6*(p + 1)], 2)
code_str += symbols[c]
print("Aircraft Identification:", code_str.replace('#', ''))
print()
if tc == 11:
print("Aircraft address:", address)
print("Data: (11)")
print(bits_str[:8], bits_str[8:20], bits_str[20:22], bits_str[22:22+17], bits_str[39:39+17])
# Bit 22 contains the F flag which indicates which CPR format is used (odd or even)
# First frame has F flag = 0 so is even and the second frame has F flag = 1 so odd
# f = bits_str[21:22]
# print("F:", int(f, 2))
# Altitude
alt1b = bits_str[8:20]
if alt1b[-5] == '1':
bits = alt1b[:-5] + alt1b[-4:]
n = int(bits, 2)
alt_ft = n*25 - 1000
print("Alt (ft)", alt_ft)
# lat_dec = int(bits_str[22:22+17], 2)
# lon_dec = int(bits_str[39:39+17], 2)
# print("Lat/Lon:", lat_dec, lon_dec)
# http://airmetar.main.jp/radio/ADS-B%20Decoding%20Guide.pdf
print()
if tc == 19:
print("Aircraft address:", address)
print("Data:")
# print(bits_str)
print(bits_str[:5], bits_str[5:8], bits_str[8:10], bits_str[10:13], bits_str[13] ,bits_str[14:24], bits_str[24], bits_str[25:35], bits_str[35:36], bits_str[36:65])
subtype = int(bits_str[5:8], 2)
# https://mode-s.org/decode/adsb/airborne-velocity.html
spd, hdg, rocd = -1, -1, -1
if subtype == 1 or subtype == 2:
print("Velocity Subtype 1: Ground speed")
v_ew_sign = int(bits_str[13], 2)
v_ew = int(bits_str[14:24], 2) - 1 # east-west velocity
v_ns_sign = int(bits_str[24], 2)
v_ns = int(bits_str[25:35], 2) - 1 # north-south velocity
v_we = -1*v_ew if v_ew_sign else v_ew
v_sn = -1*v_ns if v_ns_sign else v_ns
spd = math.sqrt(v_sn*v_sn + v_we*v_we) # unit in kts
hdg = math.atan2(v_we, v_sn)
hdg = math.degrees(hdg) # convert to degrees
hdg = hdg if hdg >= 0 else hdg + 360 # no negative val
if subtype == 3:
print("Subtype Subtype 3: Airspeed")
hdg = int(bits_str[14:24], 2)/1024.0*360.0
spd = int(bits_str[25:35], 2)
vr_sign = int(bits_str[36], 2)
vr = int(bits_str[36:45], 2)
rocd = -1*vr if vr_sign else vr # rate of climb/descend
print("Speed (kts):", spd, "Rate:", rocd, "Heading:", hdg)
print()
# print()
def calc_coordinates():
def _cprN(lat, is_odd):
nl = _cprNL(lat) - is_odd
return nl if nl > 1 else 1
def _cprNL(lat):
try:
nz = 15
a = 1 - math.cos(math.pi / (2 * nz))
b = math.cos(math.pi / 180.0 * abs(lat)) ** 2
nl = 2 * math.pi / (math.acos(1 - a/b))
return int(math.floor(nl))
except:
# happens when latitude is +/-90 degree
return 1
def floor_(x):
return int(math.floor(x))
lat1b, lon1b, alt1b = "10111000111010011", "10000110111111000", "000101111001"
lat2b, lon2b, alt2b = "10010011101011100", "10000011000011011", "000101110111"
lat1, lon1, alt1 = int(lat1b, 2), int(lon1b, 2), int(alt1b, 2)
lat2, lon2, alt2 = int(lat2b, 2), int(lon2b, 2), int(alt2b, 2)
# 131072 is 2^17, since CPR lat and lon are 17 bits each
cprlat_even, cprlon_even = lat1/131072.0, lon1/131072.0
cprlat_odd, cprlon_odd = lat2/131072.0, lon2/131072.0
print(cprlat_even, cprlon_even)
j = floor_(59*cprlat_even - 60*cprlat_odd)
print(j)
air_d_lat_even = 360.0 / 60
air_d_lat_odd = 360.0 / 59
# Lat
lat_even = float(air_d_lat_even * (j % 60 + cprlat_even))
lat_odd = float(air_d_lat_odd * (j % 59 + cprlat_odd))
if lat_even >= 270:
lat_even = lat_even - 360
if lat_odd >= 270:
lat_odd = lat_odd - 360
# Lon
ni = _cprN(lat_even, 0)
m = floor_(cprlon_even * (_cprNL(lat_even)-1) - cprlon_odd * _cprNL(lat_even) + 0.5)
lon = (360.0 / ni) * (m % ni + cprlon_even)
print("Lat", lat_even, "Lon", lon)
# Altitude
# Q-bit (bit 48) indicates whether the altitude is encoded in multiples of 25 or 100 ft (0: 100 ft, 1: 25 ft)
# The value can represent altitudes from -1000 to +50175 ft.
if alt1b[-5] == '1':
bits = alt1b[:-5] + alt1b[-4:]
n = int(bits, 2)
alt_ft = n*25 - 1000
print("Alt (ft)", alt_ft)
fs, data = wavfile.read("adsb_20190311_191728Z_1090000kHz_RF.wav")
T = 1/fs
print("Sample rate %f MS/s" % (fs / 1e6))
print("Cnt samples %d" % len(data))
print("Duration: %f s" % (T * len(data)))
data = data.astype(float)
cnt = data.shape[0]
# Processing only part on file (faster):
# cnt = 10000000
# data = data[:cnt]
print("Processing I/Q...")
I, Q = data[:, 0], data[:, 1]
A = np.sqrt(I*I + Q*Q)
bits = np.zeros(cnt)
# To see scope without any processing, uncomment
# plt.plot(A)
# plt.show()
# sys.exit(0)
print("Extracting signals...")
pos = 0
avg = 200
msg_start = 0
# Find beginning of each signal
while pos < cnt - 16*1024:
# P1 - message start
while pos < cnt - 16*1024:
if A[pos] < avg and A[pos+1] > avg and pos - msg_start > 1000:
msg_start = pos
bits[pos] = 100
pos += 4
break
pos += 1
start1, start2, start3, start4 = msg_start, 0, 0, 0
# P2
while pos < cnt - 16*1024:
if A[pos] < avg and A[pos+1] > avg:
start2 = pos
bits[pos] = 90
pos += 1
break
pos += 1
# P3
while pos < cnt - 16*1024:
if A[pos] < avg and A[pos+1] > avg:
start3 = pos
bits[pos] = 80
pos += 1
break
pos += 1
# P4
while pos < cnt - 16*1024:
if A[pos] < avg and A[pos+1] > avg:
start4 = pos
bits[pos] = 70
pos += 1
break
pos += 1
sig_diff = start4 - start1
if 20 < sig_diff < 25:
bits[msg_start] = 500
bit_len = int((start4 - start1) / 4.5)
# print(pos, start1, start4, ' - ', bit_len)
# start = start1 + 8*bit_len
parse_message(A, msg_start, bit_len)
pos += 450
# For debugging: check signal start
# plt.plot(A)
# plt.plot(bits)
# plt.show()
Nispera li xi ħadd kien interessat, grazzi għall-attenzjoni tiegħek.
Sors: www.habr.com