Opisaliśmy już, jak stosunkowo prostym i niedrogim Wio-Tracker, można stać się elektronicznie widocznym dla innych użytkowników przestrzeni powietrznej i widzieć innych, choć nie wszystkich których można byłoby zobaczyć nieco droższym rozwiązaniem. Teraz czas na kolejny krok.

Stratux to znacznie bardziej rozbudowane urządzenie Electronic Conspicuity. Nie tylko nadaje własną pozycję, ale przede wszystkim potrafi odbierać ruch z kilku różnych systemów jednocześnie funkcjonujących co do zasady na różnych zakresach częstotliwości, m.in. ADS-B, Mode-S, FLARM, OGN, ADS-L czy FANET.

W praktyce oznacza to jedno: na ekranie pilota może pojawić się znacznie pełniejszy obraz tego, co dzieje się wokół samolotu. W poniższym artykule pokazujemy, czym Stratux różni się od prostszych trackerów, co naprawdę potrafi i jakie ma ograniczenia…

Pomysł Stratuxa powstał w USA: było to urządzenie, które potrafiło odbierać pakiety ADS-B/Mode-S na częstotliwości 1090MHz oraz UAT na 978MHz. Sprzęt Stratuxa to Raspberry PI, odbiornik RTLSDR dla ADS-B oraz specjalizowany odbiornik dla UAT. Stratux nie nadawał żadnych sygnałów: był czysto pasywnym odbiornikiem: odebrane sygnały wysyłał poprzez WiFi w formacie GDL90 do aplikacji wizualizacyjnych klasy SkyDemon czy ForeFlight.

Gdy Stratux dotarł do Europy zaistniała potrzeba odbioru transmisji w paśmie 868MHz: w tym celu podmieniono odbiornik UAT na drugi odbiornik RTLSDR który, podobnie jak odbiornik naziemny OGN, przetwarzał to pasmo radiowe a odebrany pakiety danych przekazywał do rdzenia procesowego Stratuxa.

Kolejnym krokiem było dodanie nadajnika na 868MHz, i w ten sposób powstało kompletne urządzenie EC, które nadaje własną pozycję oraz odbiera pozycje innych statków powietrznych.

Czym różni się Stratux od urządzeń klasy WIo-Tracker: dla przejrzystości zbierzmy te różnice w tabelce.

Co zyskujemy mając Stratux na pokładzie?

Stratux jest zatem urządzeniem większym, cięższym, wymagającym mocniejszego zasilania. Co zatem zyskujemy mając go na pokładzie ? Oto najważniejsze punkty:

Odbieramy sygnały ADS-B oraz Mode-S - urządzenia klasy Wio-Tracker zupełnie nie widzą pasma 1090, Stratux widzi tam wszystko.
Odbieramy FANET, którego nie odbiera Wio-Tracker (a dlaczego: to dłuższa historia)
Efektywność odbioru na paśmie 868MHz: Stratux widzi każdy pakiet podczas gdy urządzenia klasy WIo-Tracker muszą “kombinować” ponieważ ich odbiornik w danej chwili potrafi słuchać tylko na jednej częstotliwości i tylko jednej modulacji dlatego nigdy nie zdoła odebrać wszystkich pakietów na tym paśmie, a jedynie jakąś ich część.
Czułość czyli zasięg odbioru na paśmie 868MHz: zwykle znacznie większy, ponieważ odbiornik SDR jest sprawniejszy, algorytmy są bardziej wyrafinowane w odfiltrowywaniu sygnału od szumu, lepiej toleruje niedoskonałości sygnału, zakłócenia, itp.

Innymi słowy, Stratux na pokładzie daje nam potężny boost w odbiorze widzimy o wiele więcej oraz dalej, ale ceną za te dodatkowe osiągi są dwa odbiorcze tory radiowe oraz większa jednostka centralna, która przetwarza dane radiowe: stąd większa masa, rozmiary oraz większy pobór prądu no i cena. Coś za coś. Jak to mówią: "there is no free lunch".

Dobrze w tym miejscu jest wyjaśnić kwestie pomiędzy odbiorem ADS-B oraz Mode-S - bo przecież ADS-B to także są pakiety Mode-S, prawda?

Odbiór ADS-B to prosta sprawa: odbieramy pakiety Mode-S typu DF17/18 które niosą pozycję samolotu, dekodujemy i już wiemy, gdzie jest ten drugi samolot.

Teraz, pod pojęciem “odbiór Mode-S” rozumiemy odbiór pakietów typu DF0/4//16/20 które są odpowiedziami transpondera samolotu na zapytania radaru wtórnego lub innego interrogatora, np. systemu TCAS. Pakiety te nie zawierają pozycji ale jedynie wysokość barometryczną statku powietrznego. Po ich zdekodowaniu nie wiemy zatem, gdzie jest ten samolot: znamy tylko jego wysokość.

Ale, możemy zrobić coś więcej: otóż, biorąc siłę sygnały tych pakietów możemy oszacować odległość do samolotu wysyłającego te pakiety, a to już jest istotna informacja, bo możemy wykryc bliskość oraz, że samolot się do nas zbliża (sygnał narasta) co stanowi już bardzo istotną informację, szczególnie jeśli wysokość tegoż samolotu jest podobna do naszej.

Stratux potrafi w ten sposób analizować sygnały, a wykryte samoloty określa się mianem “bezkierunkowych” (non-directional or omnidirectional targets) ponieważ znamy jedynie odległość do nich, ale nie kierunek. Podkreślmy tutaj, że odległość jest jedynie szacowana na podstawie siły sygnału: może się mocno różnić od tej rzeczywistej.

Czyli tak praktycznie, co zobaczysz, jeśli np. jako pilot samolotu będziesz miał na pokładzie Stratux oraz odpowiednią aplikację do wizualizacji ruchu w powietrzu:

Samoloty i śmigłowce posiadające na pokładzie transmitery ADS-B
Samoloty i śmigłowce posiadające na pokładzie transpondery Mode-S (będą widoczne w trybie bez podania kierunku i z szacowaną odległością). Uwaga: aby widzieć pakiety Mode-S w danym obszarze musi pracować radar lub inny interrogator, np. TCAS.
Szybowce oraz samoloty posiadające na pokładzie FLARM
Szybowce oraz samoloty posiadające na pokładzie OGN/ADS-L
Paralotnie posiadające na pokładzie SkyTraxx, XC-Tracer lub inne urządzenia EC

W Polsce coraz więcej szybowców posiada FLARM lub OGN: np. wedle mojej wiedzy wszystkie klubowe szybowce na lotniskach EPKP, EPZR, EPPT oraz EPGL. Lata w Polsce kilkanaście samolotów wyposażonych w Stratux lub konstrukcje na nim bazowane. Jak chodzi o paralotnie, to niestety, niewiele z nich jest widzialnych elektronicznie tak, że w tym miejscu zachęcamy gorąco: wystarczy się zaopatrzyć w Wio-Tracker i już jesteś widoczny dla wielu innych użytkowników przestrzeni powietrznej.

Jak zbudować Stratux?

Oto bardzo konkretny i dokładny opis, którego autorem jest Adrian Batzill, programista, który stworzył wersję europejską Stratuxa: https://github.com/stratux/stratux/wiki/Build-example-3:-Include-transmission-capabilities,-so-others-can-see-you-as-well

W zasadzie jest tam wszystko: lista części, jak je poskładać, jak zaprogramować: wystarczy wpisać gotowy obraz na kartę SD, itd. - to tylko jeden z wariantów, bo każdy robi trochę po swojemu, daje własną obudowę, własny moduł do nadawanie w systemach 868MHz, może np. przetwornicę z 12V na 5V, a może powerbank, wariantów jest mnóstwo.

A tutaj inny opis, autorstwa Thomasa Breibacha, jak zbudować Stratux do zamontowania na panelu w standardzie 57mm: autor także szczegółowo wymienia części, opisuje montaż, programowanie. https://github.com/TomBric/stratux-radar-display/wiki/Stratux-with-1.54-Epaper-Display-and-OGN-transmit

Wspomnijmy tutaj o jednym ważnym aspekcie takiego urządzenia: komputery oraz przetwornice potrafią generować sporo zakłóceń radiowych, szczególnie na częstotliwościach VHF - klasyczny scenariusz to taki, w którym wszystko działa na stole, a po włożeniu do samolotu nagle okazuje się, że radio VHF nie nadaje się do użytku z powodu tychże zakłóceń. Zwróćmy zatem szczególną uwagę na ten aspekt: mniejsze zakłócenia to lepszy odbiór VHF oraz także EC.

Samodzielna budowa urządzenia wymaga jednak rozwagi i zachowania szczególnej ostrożności przy testach w locie. Domyślna wersja, zależnie od zastosowanego sprzętu może nie działać stabilnie, a w niektórych sytuacjach mogą wystąpić przerwy lub opóźnienia w prezentowaniu danych, w tym własnej pozycji. Pierwsze próby w locie należy więc traktować jako testowe, zachowując niezależne źródło informacji nawigacyjnej.

Z rodzimego podwórka opiszemy urządzenie zbudowane i zamontowane w samolocie Aeroprakt A22 przez pilota z Łęgu Tarnowskiego koło Tarnowa. Flytrax, bo taką nazwę otrzymało, to w pełni pokładowe urządzenie nadawczo-odbiorcze, współpracujące zarówno z aplikacjami do nawigacji lotniczej, takimi jak SkyDemon, jak i z pokładowymi systemami EFIS, np. Dynon Avionics.

Flytrax

Do nadawania i odbioru danych wykorzystuje zewnętrzne anteny radiowe, dzięki czemu zapewnia duży zasięg i płynny odbiór informacji. Umożliwia prezentację ruchu na kilku systemach jednocześnie.

Urządzenie opiera się na oprogramowaniu Stratux, które zostało zmodyfikowane zarówno pod względem stabilności działania, jak i funkcjonalności. Dzięki dodaniu stabilnego i wygodnego użytkowo połączenia Bluetooth z aplikacją nawigacyjną, np. SkyDemon, urządzenie można dodatkowo połączyć z osobistym hotspotem. Zapewnia to kolejną, „trzecią nogę” przesyłania i odbierania danych o ruchu, za pośrednictwem internetu.

Wprowadzenie tej funkcjonalności wymagało nie tylko zmian w oprogramowaniu urządzenia, w tym w systemie Stratux, lecz także przystosowania naziemnej sieci OGN (jej serwerów). Sieć ta dostarcza dane do takich serwisów jak Flightradar24, a teraz może również odbierać i przekazywać je bezpośrednio na pokładowe ekrany. Jest to kolejny duży krok w rozwoju elektronicznej widzialności.

Dzięki temu otrzymujemy kompleksowy zestaw informacji pochodzących nie tylko ze źródeł radiowych, lecz także, jako wsparcie, z systemów internetowych, takich jak SafeSky.

Kolejnym niezwykle istotnym aspektem niezbędnym do poprawnego działania urządzeń EC jest umiejscowienie anten

Idealne miejsce do montażu anteny to zewnętrzna część samolotu. Zasięg pomiędzy takimi statkami powietrznymi może dochodzić do 30km. Sygnał z anteny umieszczonej wewnątrz samolotu może być zasłaniany przez poszycie, elementy konstrukcji, silnik czy skrzydła, co drastycznie ogranicza zasięg łączności pomiędzy statkami powietrznymi. Szczególnie niekorzystna jest sytuacja, gdy oba statki mają anteny wewnętrzne. Sygnał jest wtedy osłabiony po obu stronach a zasięg w niekorzystnych sytuacjach może spaść poniżej 1km. Dlatego, jeśli tylko jest taka możliwość, zdecydowanie lepszym wyborem są prawidłowo zamontowane anteny zewnętrzne, zapewniające większy i bardziej przewidywalny zasięg. A w przypadku anten wewnętrznych takie ich umiejscowienie, by “widziały”, jak największą część przestrzeni.

Ile kosztuje zbudowanie Stratuxa?

Jeśli chodzi o koszt budowy Stratuxa, trzeba przyjąć, że same podzespoły to wydatek rzędu około 1500 - 2000 zł. Przy odrobinie cierpliwości, zakupach w różnych źródłach i samodzielnym kompletowaniu elementów można zejść nawet do ok. 300 EUR. Ostateczna cena zależy jednak od wybranej wersji Raspberry Pi, odbiorników SDR, modułu nadawczego 868 MHz, pamięci, anten, obudowy, zasilania oraz dodatkowych elementów, takich jak przetwornica czy wyświetlacz. Należy też pamiętać o prawidłowej instalacji na zewnątrz, i przewodach antenowych. Stratux nie jest więc najtańszym urządzeniem EC, ale w zamian oferuje znacznie większe możliwości odbiorcze niż proste trackery.

Podsumowując, chciałbym podziękować pilotowi Mirosławowi Kaszubie za przygotowanie opisu urządzenia, które zbudował, a któ®ego doświadczenia posłużyły do napisania tego artyułu.

Paweł Jałocha