HFDL - ACARS na KV

ACARS na krátkých vlnách

 

Po úspěšném zavedení letecké komunikace automatických telegramů v systému ACARS na VHF, byl tento způsob přenosu vyzkoušen a následně rozšířen i na krátkých vlnách. Důvodem k jeho zavedení byla především snaha využít výhodné vlastnosti systému i mimo dosah pozemních stanic v pásmu VHF, především nad moři a oceány. 




 

Proto byla vybudována síť pozemních stanic pro HF-ACARS (High Frequency Data Link - HFDL) pracujících výhradně na krátkovlnných kmitočtech, přičemž síť několika vysílačů pokryje signálem prakticky celou zeměkouli včetně polárních oblastí. Princip navázání spojení je prakticky totožný s fungováním GSM telefonů, zde se ale jedná o přenos dat, ne řeči.

Znak

Umístění

Frekvence v kHz

H01

San Francisco USA

2947, 4672, 5508 6559, 8927, 11327, 13276, 21934

H02

Molokai (Hawaii) USA

2878, 3019,3434, 5463, 5508, 5538, 8936, 10081, 11348, 1793         

H03

Reykjavick ICE

3316, 3900, 5720, 6712, 8977, 11184, 15025

H04

New York USA

3428, 5523, 6652, 8912, 11315, 13276, 21928, 21931, 21937             

H05

Auckland NZA

3016, 3404, 5583, 6583, 8921, 10084, 11327, 13351, 17916, 21949

H06

Hat Yai THA

4687, 5655,6535, 8930, 10066, 13309, 13351, 17928, 2194

H07

Shannon IRL

2998, 3455, 5547, 6532, 8843, 8943, 1138

H08

Johannesburg SA

3016, 4681, 8834, 13321, 21949  

H09

Barow (Alaska) USA

4654, 6646, 8936, 100093, 11354

H10

Annapolis USA

8885     

H11

zatím neobsazeno

 

H12

Anchorage (Alaska)

11354

H13

SantaCruz BOL

8957, 13315, 21967

H14

Krasnojarsk RUS

10087, 13321

H15

Bahrain BAH

8885, 11312, 17967, 21982

H16

Agana Guam GUM

11306, 13339, 17919


Specifikum šíření kratých vln a zajištění co největšího dosahu předurčilo pro HFDL (KV ACARS) použití provozu USB, odlišně od VHF ACARS, kde se používá AM modulace. Na krátkých vlnách je také používán odlišný přenosový protokol a proto zde nelze použít dekódovací programy pro VHF ACARS. Společné pro obě verze je ale paketově orientovaný datový přenos a fázová modulace nosné. Přenosová rychlost je závislá na kvalitě spojení a pohybuje se od 300 do 1800 bps.  Vlastní protokol je komplexní digitální zpracování signálu s korekcí chyb a časovým i frekvenčním multiplexem což zajišťuje, přes nestálost spojení na KV, správný přenos všech informací. Pro specialisty, systém HFDL používá protokol ARINC 635-2, charakteristika 753, střední frekvence 1440 Hz, chip-rate 5400, 2,4 nebo 8 PSK (!) modulace.



Na obrázku je graficky znázorněn velký počet druhů přenášených zpráv během celého letu. Velmi podrobné a zajímavé informace o civilním leteckém provozu jsou k vidění na adrese: www.sasflightops.com, odkud pocházejí i první tři obrázky v článku. Vřele doporučuji návštěvu těchto webových stránek všem zájemcům o letecký provoz a nejen o HFDL.


 

Pro zpracování a dekódování zpráv v systému HFDL jsou nabízeny pro letouny profesionální dekodéry, které jsou ale dost drahé (DSP-dekodér HOKA Code 300-A stojí okolo 4000 $). Pro našince je asi nejpřijatelnější řešení z internetu stáhnout některý z programů, fungujících jak pod MS DOS, tak i s MS Windows. Ty druhé pracují jen se zvukovou kartou jako modemem.  Autorovi se osvědčil nejlépe software PCHFDL získaný na adrese www.chbrain.dircon.co.uk/pchtdl. html.

 

Program PC-HFDL existuje ve dvou variantách jednodušší 101 a složitější 201. Jednodušší verze pracuje na PC s procesorem P120 a 32 MB RAM. Na obrázku jsou vidět jak dekódovaná data letadla CO 0046 včetně zeměpisných souřadnic letounu v čase vyslání dat, t.j. 11:15:54 UTC, tak  tatáž data v hexadecimální podobě. 

 

Lepší semiprofesionální varianta 201, má ale, pokud si nezaplatíme registraci, časové omezení jen na asi 10 minut provozu. Přesto se dá i s ní, po zacvičení, velmi dobře pracovat a získat podrobnější data. Bohužel ne v uceleném sledu protože program skutečně po výše uvedené době "zatuhne" a všechna data se ztratí (zpravidla při nejzajímavějším sledování). Varianta 201 již také vyžaduje podstatně lepší hardwarové vybavení. Stojí ale za to tuto verzi vyzkoušet, protože informace je zde opravdu komplexní a zajímavější. V hlavním okně můžeme vyčíst značku stanice, použitý kmitočet, další aktivní frekvence, u letounu číslo letu, identifikační značku letadla, jeho přesnou zeměpisnou pozici a řadu dalších údajů. Přijímané a zobrazované údaje lze filtrovat "zaškrtnutím" jednotlivých položek. Pokud se zajímáme jen o příjem dat pozemních stanic zvolíme SPDU a VERBOSE, údaje o letadle naopak získáme zaškrtnutím HFNPDU. Zobrazení RAW (surových) dat umožní "zafajfkování" PREAM, nebo v hexadecimální formě HEX. V horním okně je vidět spektrogram "hvizdu" letounu CO0046 v nultém časovém úseku (t.zv. timeslotu).

 

Pozemní stanice vysílají každou 32. sekundu, i když nejsou právě v kontaktu s některým z letadel, krátký datový burst-signál  zvaný Squitter. A to podle časového plánu, synchronizovaného pomocí satelitů, s přesností +/- 10 milisekund. Právě tyto hvizdy jsou pro nás velmi praktické, neboť pomocí nich lze rychle zjistit jednak jak vypadají podmínky šíření a za druhé přesně naladit přijímač. Je totiž potřeba přijímač naladit co nejpřesněji na jednotky Hz!  Časový interval mezi dvěma "hvizdy" je rozdělen do 12 dílů, t.zv. timeslotů, určených pro komunikaci s letounem. V našem příkladu vidíme squitter pozemní irské stanice Shannon s informacemi o právě aktivních frekvencích ostatních pozemních stanic sítě.

 

Jako příjímač je již potřeba dobrý krátkovlnný přijímač s úzkým mezifrekvenčním filtrem do 3 kHz a možností příjmu USB. Anténa, jako obvykle, čím výkonnější, tím lepší výsledky. Obrázky z článku byly přijaty přijímačem AR 7030 a aperiodickou drátovou anténou 65 m jak je naznačeno v obrázku.


Na mapě Evropy je grafické znázornění HFDL kontaktů uskutečněných během pár dnů, přičemž jeden bod na trase znázorňuje jeden telegram, což dokladuje velmi aktivní komunikační provoz HFDL.



 

Další zajímavé informace o systému HFDL lze najít na:  www-arinc.com, www.acarslink.com a dalších adresách, stačí jen do vyhledávače zadat heslo ACARS.

 

Systém používá v krátké době již většina leteckých společností a v modifikované podobě se rozšiřuje i do vojenského letectví. Zcela rozhodně je to v současné době jeden z nejmodernějších způsobů bezdrátové datové komunikace na KV a lze právem očekávat, že začne vytlačovat zastarávající radiové technologie i v jiných oblastech než je jenom letectví. Už jen proto, že k přenosu rozsáhlé zprávy stačí jeden "hvizd" v délce několika málo milisekund.


 

Pokud máme v počítači nainstalovaný software DX Atlas, program Program PC-HFDL 201 umí i zanést polohu letounů do příslušné mapy. A pokud máme dost trpělivosti, uvidíme pohodlně pohyb i směr letadel po mapě a nemusíme přemísťování letounů pracně počítat z udávaných zeměpisných souřadnic.

 

 

  © Petr Janásek, 2003

 Aktualizace 2006

HFDL monitoring
HFDL je dekódovací program datových  protokolů podle ARINC spec 635-3, nazývaný také KV ACARS .
Přenosy na KV (HF) se dějí v módu USB na středním kmitoču  nf kanálu 1440 Hz se symbolovou rychlostí 1800 baudů.
Modulace je 2-PSK, 4-PSK nebo 8-PSK s účinnou přenosovou rychlostí 300, 600, 1200 nebo 1800 bitů / sec.
HFDL služba je provozována jako služba ARINC GLOBALink prostřednictvím celosvětové sítě stanic na KV.
PC-HFDL program je software pracující pod Windows, dekódující datové přenosy autor Charles Brain.
Jako signál pro dekódování se používá NF výstup z přijímače s modulací USB zavedený do zvukové karty v počítači se systémem Windows PC-HFDL.
Nejlepších výsledků monitorování bude dosaženo s tímto PC-HFDL nastavením:
SPDU            OFF                - při ON, zjistíme ve squitters nové neznámé pozemní stanice
MPDU           ON                  - viz MPDU pakety
LPDU             ON                  - viz LPDUs v MPDUs
BDU               ON                  - viz BDUs
VERB            ON                  - bližší informace, když jsou letadla log-on s jejich adresou ICAO24
HFNPDU       ON                  - rutinní hlášení o poloze letounu 
HEX               OFF                - nutné pouze pro účely ladění
Takže stručně řečeno, pokud nastavíme všechny možnosti 'ON', s výjimkou SPDU a HEX, získáme úplné relace při: LOG-ON z letadla do pozemní stanice s udáním 24bitové ICAO-ID, přiřazení 1bytového pořadového čísla ID pro daný ICAO-ID  na pozemní stanici, uváděnou při následujícím provozu, a jasné rozdělení paketů MPDU obsahujících více než jen jeden LPDU a dostupné podrobnosti.
 
Příklady dopravních hlášení HFDL
Následující příklad dopravních hlášek za jeden den v roce 2003 na 8942 kHz, počínaje 1640UTC.
Provoz dalších letadel s touto pozemní stanicí je pro přehlednost vystříhaný a ignorovaný.
[MPDU AIR CRC PASS]
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID LOG-ON
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1200 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU LOG ON DLS REQUEST] ICAO AID 9F0002  
 [HFNPDU FREQUENCY DATA]
 16:38:44 UTC Flight ID = SU0203 LAT 60 18 49 N LON 24 56 52 E

Navázán kontakt s letadlem s ICAO-ID 9F0002, zahájení LOG-ON na pozemní stanice SHANNON (7) a poskytování prvních údajú HFNPDU t.j. datových záznamů tohoto letadla letu AEROFLOT SU0203.
[MPDU AIR] uvádí, že tento paket MPDU směřuje z letadla do groundstation (pozemní stanice).
[MPDU GND CRC PASS]
 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 NR AIR CALLS 1
 AIR CALL 0 = LOG-ON
 LPDUS = 1
 Max Bit rate 1200 bps
 [LPDU LOG ON CONFIRM] ICAO AID 9F0002 ID 86
 TXW = 0 D(R) = 0 D(R)vect = 0
 
Pozemní stanice SHANNON (7) přijímá žádost o zalogování (LOG-ON) a přidělí pořadové identifikační číslo 86 v 8bitovém formátu.Toto číslo se bude používat pro veškerý další komunikační provoz tohoto letadla na této frekvenci. Předchozí letadlo získalo 85 a další letadla přihlašování dostane pořadové číslo 87. Vzhledem k tomu, že je 1byte-číslo počítáno od 0x01 do 0xFD, nemůže být více než 253 letadel, pracující na jednom kanálu současně. [MPDU GND] uvádí, že tento paket je od MPDU groundstation do letadla.
[MPDU GND] ukazuje, že MPDU packet je vysílán z pozemní stanic (groundstation) do letounu.[MPDU AIR CRC PASS]
 
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID 86
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1800 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED ACKED DATA]
 [HFNPDU ACARS AID ]
   2.VP-BWA Q00 S84ASU0204 B
 
Takže, pokud bychom se nyní podívali na ICAO-ID 4000F9 (bitreversed "9F0002") uvedenou v prvním LOG-ON paketu, víme nyní jistě, že se jedná o letadlo: AFL / Aeroflot VP-BWA, Airbus A319-111 2052.
Je zajímavé, že ačkoli první zpráva HFNPDU k vidění na LOG ON je značená jako let, SU0203, v této zprávě ACARS se nyní říká, že je let SU0204. Pozemní stanici se kdysi letadlo podle jeho jedinečného 24bit ICAO-ID označilo takto a nyní je jednoduše předáno, dokud nepřijdou další zaktualizovaná informace obsažené v dalších zprávách, takže zatím se neví, který z čísla 2 let, je správný.
[MPDU GND CRC PASS]
 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 NR AIR CALLS 2
 AIR CALL 0 = 86
 LPDUS = 1
 Max Bit rate 1200 bps
 AIR CALL 1 = 87
 LPDUS = 1
 Max Bit rate 1200 bps
 [LPDU UNNUMBERED DATA]
 [HFNPDU ACARS GND STN]
   2.VP-BWA4_ P 0+
 [LPDU UNNUMBERED DATA]
 [HFNPDU ACARS GND STN]
   2.VP-BWD1_ B B?

Další sdělení navazuje.
[MPDU GND CRC PASS]
 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 NR AIR CALLS 2
 AIR CALL 0 = LOG-ON  
 LPDUS = 1
 Max Bit rate 600 bps
 AIR CALL 1 = 86
 LPDUS = 1
 Max Bit rate 1800 bps
 [LPDU LOG ON CONFIRM] ICAO AID B60E3C ID 89
 TXW = 0 D(R) = 0 D(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED DATA]
 [HFNPDU ACARS GND STN]
   2.VP-BWA8_ T ,7

Nyní se posílá další MPDU z pozemní stanice, řešící 2 letadla najednou. V 1. LPDU potvrzující LOG-ON do jiného letadla s ICAO-ID B60E3C (= 3C706D unreversed) s přidělením pořadového čísla 89 a ve 2. LPDU zasíláním ACARS zprávy letadlu s ID = 86, které je opět potvrzena z obsahu zprávy, určené pro VP-BWA.
 [MPDU AIR CRC PASS]
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID 86
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1800 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED ACKED DATA]
 [HFNPDU ACARS AID ]  
   2.VP-BWA QR6 M17ASU0204UUEEEFHK1456 h?

Další zpráva z letadla, oznamující letu SU0204 z UUEE / Moskva k EFHK / Helsinki čas příletu na 1456, což se zdá být divné, oproti předcházející zprávě z prvního LOGON-paketu, určující přílet na 1640 UTC.
[MPDU AIR CRC PASS]
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID 86
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1800 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED ACKED DATA]
 [HFNPDU ACARS AID ]
   2.VP-BWA QP8 M19ASU0204EFHKUUEE1629 238      Sk

Někdo na palubě zřejmě opravil některé vstupní údaje v kolonce ACARS: číslo letu SU0204,  nyní asi "otočil", které mají být z EFHK / Helsinek do UUEE / Moskva, v době, kdy nyní 1629 (take off čas?).
[MPDU AIR CRC PASS]
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID 86
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1200 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED DATA]
 [HFNPDU PERFORMANCE]
 16:38:40 UTC Flight ID = SU0203 LAT 60 18 56 N LON 24 57 8 E

Nicméně, v hlavním okně programu HFDL stále figurují stará data: další HFNPDU pro staré SU0203 číslo letu se starým časovým razítkem a starým údajem o poloze.
  [MPDU CRC AIR PASS]
  Nr LPDUs = 1 pozemní stanice ID SHANNON - IRSKO synched
  Letadel ID 86
  Slots Požadovaná střední Low = 0 = 0
  Max Bit rate 1200 bps U (R) = 0 UR (R) vect = 0
  [LPDU unnumbered DATA]
  [HFNPDU PERFORMANCE] 
  17:06:32 UTC Let ID = SU0204 LAT 59 38 4 N LON 30 49 10 E

Někdo na palubě rovněž opravil údaje v kolonce HFDL: nová aktuální HFNPDU pro "nové" SU0204 číslo letu s aktualizovaným časovým razítkem a poslední pozicí (letadlo "skok" na 6 stupňů na východ od 1638 UTC).
[MPDU AIR CRC PASS]
 Nr LPDUs = 1 Ground station ID SHANNON - IRELAND SYNCHED
 Aircraft ID 86
 Slots Requested medium = 0 Low = 0
 Max Bit rate 1800 bps U(R) = 0 UR(R)vect = 0
 [LPDU UNNUMBERED ACKED DATA]
 [HFNPDU ACARS AID SU0204]
   2.VP-BWA 132 M22ASU0204CONN GATE REQ /AIR ID SU,/DEST UUEE,/ETA 1801
 
 
Z uvedených příkladů vyplývá, např.:

Přičemž je evidentní, že neexistuje žádná absolutní pravda v přenášených hdatec - kvalita dat závisí na provozní situaci a kvalitě spojení
HFDL pozemní stanice se nestará o obsah zpráv, jsou generovány automaticky podle přede, zadaných výchozích údajů.
ACARS a HFDL datové pakety na palubě mohou být koordinovan pro výměnu zpráv, ale ID v letových datech se uvádí vždy samostatně.
Význam použitých zkratek:
Basic Data Unit  (Základní údaje)  
LPDU             - Link Protocol Data Unit (Údaje protokolu)
MPDU           - Media Access Protocol Data Unit (Údaje MDA)
SPDU            - Squitter Protocol Data Unit (Údaje Squitter)
Více informací:
Pojednání o 24 bitových adresách ICAO letadel a jejich použití v PC-HFDL.  
http://www.kloth.net/radio/icao-id.php
. Seznam letadel na HFDL. http://www.kloth.net/radio/icao24list.php
to states. Seznam ICAO 24 bitů adresy přidělené státům http://www.kloth.net/radio/icao24alloc.php
between binary - octal - hex, bit-reverse it and look it up in the list of aircraft. Interaktivní online služba pro konverzi ICAO 24 bitové adresy na binární - hex, bit-reverzní včetně seznamu letadel http://www.kloth.net/radio/icao24lookup.php
 Aktualizace 2015

 

 

QTH
 
Advertisement
 
QTH
 
Long : 15.2178 E (15° 13' 4'' E)
Lat : 50.3751 N (50° 22' 30'' N)

QTH locator : JO70OJ
 

=> Do you also want a homepage for free? Then click here! <=