本気でADS-B受信環境構築 ラボ #ADSB

staging環境と本番環境がほぼほぼ稼働状況になりましたので、
諸々ラボとして実験をしていきたいと思います。
正式運用開始しちゃうと、出来るだけ止めたりしたくないので、
色々実験するにはstaging環境を今後は使う形になりますが、
今は本番環境も気軽に止めれるので、じゃんじゃんやって行きましょう。

SDRドングル

まずは、SDRドングルの違いによる受信感度の件からです。
今回実験の為、入手したSDRドングルは下記の2つです。

特徴

テスト環境について

ディスコーンアンテナから、インピーダンス度外視で、2股のスプリッターという名の下の
分岐ケーブルを使って、V4にはフィルター／ブースターが内蔵されていないので
外付けのフィルター／ブースターを取り付けて、その下にSDRドングルを取付
もう一方は、スプリッターから直接SDRドングルに接続して同時接続の下感度測定を行っている。
おそらく、スプリッター部分での損失も出ていると思うので、フルスペックでの測定ではない事に注意されたし。

感度について

RTL-SDR V4には、フィルターもブースターも内蔵されていない為、
単純に比較は出来ないけど外付けフィルター／ブースターを追加して、感度比較してみた。

右がRTL-SDR V4　左がADS-B Mode-S TV Tuner Stickである。
これだけを見ると若干ADS-B Mode-S TV Tuner Stickに軍配が上がる気がする。
RTL-SDR V4につけているブースターが結構いいお値段した割にイマイチなのかも知れない結果になっている気がする。

ディスコーンアンテナの特性や開けている向きもあって、若干でこぼこしているが
本番機をADS-B Mode-S TV Tuner Stickに変更した方が、良い結果が出る気はし始めている。
このまま継続し検証を進めていき、本設置となる時に決断してどちらかにしたいと思う。

ブースター・filterについて

数種類出ているフィルター／ブースターですが、今回入手した製品は以下の製品です。
商品詳細を見る限り、他よりブーストされる出力が大きかった事でこれにしました。

スペック

Nooelec SAWbird+ ADS-B:プレミアム、デュアルチャンネル、カスケード超低ノイズアンプ(LNA)&飛行機追跡アプリケーション用フィルターモジュール1090MHz(ADSB)および978MHz(UAT)センター周波数

この製品は、競合製品と比較して、プレーン トラッキング信号強度 (SNR) を大幅に向上させるように設計されています。 入手可能なすべての低コスト ADS-B アンプおよびフィルタを大幅に上回ります。
SAWbird+ ADS-B は、ADS-B と UAT の両方のアプリケーションに対してクラス最高の雑音指数 (0.9dB 以下) と大幅なゲイン (34dB 以上) を提供することで、SNR を向上させ、したがって信号範囲を拡大します。
購入品には、美しい黒色のカスタム アルミニウム エンクロージャにプレインストールされた完全に組み立てられた SAWbird+ ADS-B モジュール、2 つのオス – オス SMA アダプタ、およびマイクロ USB – DC バレル コネクタ アダプタ ケーブルが含まれています。
注: 他のアンプと同様に、結果として受信が増加することを確認するには、ゲイン レベルを下げるか、シグナル チェーン内の他のアンプを削除する必要があります。 そうしないと、無線に過負荷がかかり、受信が減少するか受信がゼロになります。 意図したとおりにセットアップすると、SAWbird+ ADS-B はほぼすべての飛行追跡セットアップのパフォーマンスを大幅に向上させます。
デバイスの両側には、バイアス ティー電源オプション (3 ～ 5 V DC および 140 mA 以上の電流が利用可能) が用意されています。 あるいは、バイアス ティー電源が利用できない場合や不適切な場合に、マイクロ USB ポートを使用して外部電源を供給することもできます。

結論としては、それなりにフィルターされていて、それなりに受信出来る範囲が広くなったので
動作している事は間違い無いということと、978MHz帯のフィルター／ブースターも内蔵されているので
将来的に有意義に使える可能性は高い。日本国内においては、いちおう導入実績はあれども
1090MHzがメインであるには違いないので。

後は、他社のモデルは、動作ＬＥＤ等がなくて、動作しているのか？どうか肌感で知るしかないので
その点は、この製品はＬＥＤがついているので、動作を目視確認出来る点が良いかなと思う。
バイアスティに対応しているので、ＳＭＡアンテナ端子から5ｖを出力してあげると
特にこれについては、電源を確保する必要が無いというのも良い点だと思う。

アンテナ直下にラズパイごと設置を考えているので、PoEでＬＡＮケーブル1本で
全て電源も完結できるのは大きいと思う。100ｖの電源ケーブルとＬＡＮケーブルと
2本引き回すのはとても大変なので。

まちがってもこの構成はNG（やるとしても条件付き）

もっと感度を上げるため、下記の様にADS-B Mode-S TV Tuner Stickの手前に
フィルター／ブースターを噛ませると、増幅した電波をさらにADS-B Mode-S TV Tuner Stick内部で
増幅する2段ブーストターができあがるのですが、これは、実は止めた方がいいです。

ブースターは、受信できるか？できないか？の電波を底上げして、受信出来るレベルまで引き上げる物である。
そもそも、かすかにも聞こえていない物を、大音量にしても聞こえないのと同じく
さらに、大音量にした場合、ノイズも同時に増幅されるため本来必要なパルス波が
増幅した雑音がうるさすぎてかき消されてしまう現象が起こる。

よって、この構成にする場合は、必要な増幅幅を調整出来るアッテネーター自作等で
ちょうどいい増幅幅になるように調整出来る機構が必要になります。
フルパワーで増幅すると、せっかくブースターで増幅し微細なパルス波が復調できるようになったのに
逆効果になりかねないと言った事も、頭に置いて考える必要があります。

総括

今回も色々やってきましたが、部材がなかなかそろわず、手を動かせないので
ちょっと実験って感じでやっています。アンテナも来月位で涼しくなってから
設置になるので、それまでは色々実験していきたいと思います。
記事に書くかどうかは、また別の話ですので、何か試して見てほしいこと等があれば
コメントいただければと思います。

電波については、アマチュア無線技師なのでいちおう、その当たりの知見をつかいつつ
少し濃い領域まで記事にしています。何か参考になればと思います。
次は、SE観点でADS-Bのビーコンフォーマットや仕組みについて
もうちょい深掘りしてみましょうかね。

アンテナについても、ロケーションが良いとそれほど高スペックなものでなくても
良い気はしますけど、ロケーションがわるいと出来るだけ高利得なものが相性が良いと思います。
ただ、都市ノイズが多いと、利得が高いとそれらも拾ってきてしまう気はします。
設置は、出来るだけ高い部分に設置することがおすすめですが、例えば屋根の上などです。
筆者は、これからアンテナは設置しますが、ベランダに衛星アンテナ用の基台を取り付けて
それに鉄管を固定して立ち上げています。

テスト中は、1300MHzまで受信出来る上記紹介のディスコーンアンテナを使っています。
指向性は全く0が特徴ですが、それにしても利得としては、効率の良い物では無い気がします。
あくまでも、広範囲受信出来ますよって程度かと思います。

それでは、次の第6回防水ボックス制作編でお会いしましょう。