Прием и декодирование ACARS

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

Адресно-отчётная система авиационной связи (англ.  Aircraft Communications Addressing and Reporting System, ACARS) - цифровая система радиосвязи, применяемая в авиации для передачи коротких сообщений между летательным аппаратом и наземными станциями.

В мире действуют два основных провайдера ACARS: 
ARINC

SITA

В Беларуси в аэропорту Минск (MSQ/UMMS) расположена наземная станция (англ. Remote Ground Station, RGS) SITA.

Система работает на таких частотах:
Европа - 131,725 (первичный канал), 131,525, 131,825, 136,900 (SITA),  136,750 и 136,925 (ARINC) МГц;
США - 131,550 МГц (первичный канал);
Япония - 131,450 МГц (первичный канал).

Распределение частот в Европе и покрытие для сети станций SITA:

Как видно из этой карты, Республика Беларусь расположена в зоне 131,725 МГц.

ACARS может работать в различных режимах цифрового УКВ канала пережачи данных (англ. VHF Digital Link, VDL):

В дальнейшем, я буду рассматривать только ACARS MSK.

Модуляция сигнала ACARS - амплитудная.

Скорость передачи - 2400 бод, модуляция MSK - Minimum Shift Keying (разновидность FSK)
Используются 2 тона - NRZI-кодирование:
половина периода 1200 Гц - индикация изменения значения бита на противоположное;
полный период 2400 Гц - индикация отсутствия изменения значения бита.

Каждый символ содержит семь бит данных и один бит четности. Пакет данных содержит 50 - 272 символа (длительность пакета 0,17 - 0,91 с).

Структура пакета данных ACARS:

Кол-во симв.  Назначение       Комментарий
       16     Pre-key          Xmitter warm-up/Rx AGC adjustment
       2      Bit sync         establish bit synchronisation - символы "+" и "*"
       2      character sync   establish character synch - два символа SYN (16h)
       1      SOH              indicate start of message - символ SOH (01h)
 *     1      Mode             ground system interface configuration
 *     7      Address          aircraft resgistration number
       1      Ack/Nak          acknowledge/non-acknowledge marker
 *     2      Label            type of message
 *     1      Block ID         message block number 
       1      STX              indicates start of message text - STX (02h) или ETX (03h)
 *     4      Sequence#        message sequence number**
 *     6      Flight number    airline flight number**
 *     210    Text             message text
       1      ETX              indicates end of text - ETX (03h) или ETB (17h)
       16     Block Check Seq  error detection polynominal value
       1      BCS suffix       last character - символ DLE (7fh)   

* - отображаются на устройстве ACARS:
** - только "воздух-земля"

В начале пакета данных передается шестнадцать символов, содержащих только единичные биты, - тон 2400 Гц длительностью 0,053 с.

Поле "Mode" ("Режим") может принимать следующие значения:

Поле "Label" ("Метка") определяет тип сообщения.

Наземная станция периодически передает тестовое сообщение ("squitter") с полем "Label" SQ , причем четвертый символ в тексте сообщения, например:
01XAOVD ...
обозначает принадлежность станции:  A - ARINC,  S - SITA.
Станции ARINC всегда передают сообщения с полем "Mode" 2. Станции SITA заполняют поле "Mode" своим идентификатором.

Радиолюбителям удавалось принимать сигналы наземных станций на удалении 250 миль. При этом может использоваться, например, антенна в виде полуволнового диполя на 130 МГц (с плечами длиной 21,5 дюйм).

Принятые мной сигналы ACARS

Я использовал описанный выше переделанный радиоприемник для приема сигналов ACARS, настроив его на частоту 131,5-131,6 МГц:

 запись сигнала (wav-файл): ACARS_1.wav

Также я принял сигналы ACARS посредством RTL-SDR приемника:
я выставил полосу пропускания фильтра 13 кГц,
отключил шумоподавление (Squelch).

Сигналы ACARS имеют такой вид на спектрограмме:
на частоте 131,725 МГц:

на частоте 131,825 МГц:

На работу приемника могут оказывать мешающее влияние находящиеся рядом радиопередающие устройства. Например, вот такие помехи создает расположенный вблизи антенны 3G-модем:

Декодирование ACARS

Для декодирования сигнала ACARS я использую программы acarsd и  AcarSDeco2.

acarsd

Для декодирования сигнала ACARS я установил программу acarsd версии 1.65 (www.acarsd.org).

Для передачи принятого сигнала из программы SDR# в программу acarsd я установил драйвер виртуального аудио-кабеля VB-Cable (vb-audio.pagesperso-orange.fr) - появились два новых аудиоустройства:
воспроизведения

записи

В программе SDR#  я задал устройство CABLE Input как устройство вывода:

Программа acarsd принимает сигнал с устройства CABLE Input - оно должно быть единственным включенным устройством записи.

Я задал формат принимаемого сигнала для программы acarsd: разрядность 8 бит, частота оцифровки 22050 Гц.

Настройки уровня громкости в программе SDR# необходимо установить так, чтобы при отстутствии полезного сигнала уровень, отображаемый в программе acarsd, не превышал 10:

В качестве примера приведу принятое мной сообщение ACARS на частоте 131,725 МГц
от борта MNJSS в режиме 2 с меткой Q0 (ACARS link test):

Этот самолет отображался на карте в сервисе FlightRadar24:

Для получения информации о самолете по его номеру я использовал сайт www.airframes.org:

Протокол своей работы программа acarsd записывает в суточные файлы в папке /logs:

AcarSDeco2

Также я использую для декодирования ACARS программу AcarSDeco2 версии 20150718, которая позволяет декодировать сигналы на трех каналах одновременно.

Список доступных устройств-приемников можно посмотреть командой 

acarsdeco2 --device-list

Для запуска мониторинга ACARS на частотах 131,725 и 131,825 МГц я использую команду:

acarsdeco2 --gain 36.4 --freq-correction 60 --freq 131725000 --freq 131825000

--gain 36.4  - усиление, dB;
--freq-correction 60 - коррекция частоты, ppm
--freq 131725000 --freq 131825000 - частоты мониторинга, Гц

В качестве примера приведу принятое мной сообщение ACARS на частоте 131,725 МГц от борта OE-LDE в режиме O с меткой 5V:

Этот самолет отображался на карте в сервисе FlightRadar24:

Мне удалось принять сообщения от борта VP-BDF на расстоянии 180 км (!):

Я принял сообщение ACARS от борта 7T-VJC:

Капитана этого борта сфотографировали алжирские авиаспоттеры (@algerianspotter):

Также мне удалость сфотографировать на эшелоне самолет TC-JTO (Airbus A321-231 (W)) авиакомпании Turkish Airlines, следующий рейсом TK092W, и принять его сообщения ACARS:

Для фиксации редко находящихся в воздухе типов самолетов я, используя обновляемые в реальном времени онлайн-источники информации, определил типы самолетов (31), чаще других находящихся в воздухе:
(эти самолеты хотя бы один раз оказались в первой двадцатке наиболее многочисленных находящихся в воздухе самолетов)

P.S. Я решил расширить список, фиксируя типы, попавшие в первую пятидесятку - сейчас собираю информацию.

Наиболее популярны самолеты двух типов:

Boeing 737-800	Airbus A320

Мои зафиксированные "редкие" борта по принятым сообщениям ACARS:

Номер борта	Тип борта (код ИКАО)	Номер рейса	Фото борта/ принадлежность борта
9HVFB	Bombardier CL-600-2B16 Challenger 605 (CL60)	XA0001	VistaJet
CSDLD	Dassault Falcon 2000EX (F2TH)	GS0000	NetJets Transportes Aereos (PT - Португалия)
CS-TFV	Bombardier BD-100-1A10 Challenger 300 (CL30)	O10001	Omni Aviacao e Tecnologia (PT - Португалия)
D-AIHH	Airbus A340-642 (A346)	LH0730	LH - Lufthansa (DE - Германия )
MNJSS	Embraer ERJ-135BJ (E35L)	ZD0000	Saby Finance Ltd, Tortola BVI (Остров Мэн)
N252UP	McDonnell Douglas MD-11F (MD11)	UP0011	UP - United Parcel Service (US - США )
OE-IIE	Gulfstream GIV-X (G450) (GLF4)	XA0711	MJet Aviation GmbH (AT - Австрия )
P4-AGL	Bombardier Challenger 300	XA0001	???
VN-A887	Airbus A350-941 (A359)	VN0011	VN - Vietnam Airlines (VN - Вьетнам )
VN-A890	Airbus A350-941 (A359)	VN0019	VN - Vietnam Airlines (VN - Вьетнам )
B-8430	???	QW8430	???
CEPL21	???	XA0001	???

A346 - Airbus A340-600 - самый вместительный представитель семейства A340 (4-х двигательный)
A359 - Airbus A350-900 XWB ("XWB" - "Extra Wide Body" - дополнительно расширенный фюзеляж) - замена A330/340
F2TH  - Dassault Falcon 2000EX - служебный реактивный самолет
GLF4 -  Gulfstream GIV-X (G450) - дальнемагистральный служебный реактивный самолет
MD11 - McDonnell Douglas MD-11F - дальнемагистральный, широкофюзеляжный грузовой самолет

Мои принятые сообщения ACARS:

режимы ("Mode"): 2 (50h), O (79h), A (65h)

метки ("Label"):

• метка B6 - Provide ADS report
  сообщение (борт A6-EBS)
  /DXBEGEK.ADS.A6-EBS0725A938B18F48CA118A1DBA70
• метка B9 - Request ATIS information
  сообщение /VIDP.TI2/024VIDPA6A9D (борт N741CK)
  сообщение /UMMS.TI2/024UMMSTC7E8 (борт P4AGL)
• метка H1 - Message to/from terminal
  сообщения (борт EW340PO)
  #CFBMM0431070118AAJ
  04290606 340 214

  #CFBACMF251_LHEXC_20170118043501S.CSV
  ACMF SNAPSHOT REPORT 2017JAN18 04:35:01
  A/C EW340PO
  SWVER 23.1 APPVER S.4.1    APPNAME OEM.ACM
  SIZE 1277
  170LDI25.5V23.1PM-V14
  R 2017JAN18 04:35:01 T 2017JAN18 04:35:01

  #CFB--
  0, 771.5, 0, 85.625, 0, 87.5156, 54.75, 0, 0, 0, 54.75, 76.5, 124.5, 4, 0, 0.6875,

  #CFBMM1756330119AAK
  17543205 344  74
  17552315 344  74
  сообщение (борт N252UP)
  #CFBACARS FAULT LIST (PRESENT LEG) PG 1
  MD-11 19JAN 1646 0011
  ASCU//19JAN//1223//2224//0//A/S VALVE SYS1  7
  END OF RPT

  #DFB*POS
  01200922N5257E03111349321053830M6091536

  сообщение (борт N260UP)
  #DFB*POS
  01221405N5256E03054319352051819M5650728

  ...

  формат:
  MMDDhhmm

  сообщения (борт N280UP)
  #DFB093125 22 22  57
  00 36100  5700 36300 61200  8300     0 109008FE8303FFFFBFA03093127 22
  20  5700 36100  5700 36300 61200  8300     0 109008FE8303FFFFBFA0309
  3129 22 20  5700 36100  5700 36300 59900  8300

  CF - Central Fault Display:
  каждый компьютер в системе авионики содержит средства для обнаружения отказов и отправляет сообщения об отказах на центральный дисплей
  DF - Digital Flight Data Acquisition Unit:
  

• метка HX - Undelivered uplink report
  сообщение (борт N252UP)
  32 FMF E131550XA/E131725XS/E131550XS/E130750XS/E131450JD/E136850XS/E131450XA/E13
  0600XS/E122900XS/E136925XA/E131550XB/E131725XA/E122900DA/E131450CA/E131725XA/
• метка Q0 - ACARS link test
• метка QR - ON Report
  сообщение ULLIUMGG0618001NE13061802N5231.4E03100.0004111 (борт CS-TFV)
• метка SA - Media advisory
  сообщения (борт 7T-VJB)
  0EV105048VS
  0LH052648VS
  сообщение 0EV222512VS (борт OO-THA)
  сообщение 0EV024016VHS (борт B-6528)
  сообщение 0LS164857V (борт N252UP)
  структура сообщения ...hhmmss... : hh , mm , ss - часы, минуты, секунды текущего времени UTC
• метка 10 - User defined messages/No header
  сообщение MET01EPWA (борт G-ZBKM):
  борт British Airways -  MET01 - Weather Data Request
• метка 11 - Inrange Arrival report
  сообщение (борт B-5920)
  POS
  CAS 278,LAT N 52.956,LON E 30.900,ALT 35003,FOB 127600,UTC 215340
  сообщение (борт LY-SPG)
  POS
  CAS 261,LAT N 53.043,LON E 33.674,ALT 36001,FOB 9360,UTC 171453
• метка 15 - General aviation position report
  сообщение (борт G-STBI)
  FST01VIDPEGLLN529649E0309613360 239 508 M52C 4102527227649416083206490419
• метка 16 - General aviation weather request
  сообщение /N52.373/E30.975/3697/1501/1515/08290/1719/ (борт TC-JTO)
  сообщение 115804,10000,1220,  97,N 52.055 E 28.894 (борт EW455PA)
• метка 17 - Estimated Time of Arrival report
  сообщение (борт B-6528)
  PRESENT POSITION REPORT
  DMY 18JAN17,UTC 024300,FLT CSN347,LAT N 52.946,LON E 30.717,CAS 260,WD  2888,WS   30,ALT 37999,FOB 214,ETA 0507,ZGGG,LFPG,------,---,- 22,- 51,99,PS029050,PS029110,OGARA  ,,1511,,
  формат:
  DMY - день месяц год
  UTC - время UTC
  FLT - идентификатор рейса
  ZGGG - ICAO-код аэропорта Гуанчжоу Байюнь
  LFPG - ICAO-код аэропорта Париж - Шарль-де-Голль
• метка 3U - Acknowledgement
  сообщения (борт N252UP)
  A191647 18ALA WAW 36SDFXD5X  000SDFXD5X  2ARTR 02
  UPS0011 /18 ALA-WAW
  UPS 11/18
  DEST EDDK
  ALTN EDDL
  RTE K0867F340 B365 TOBLO/K0868F340 Z860 RAVOK P851 VALOL/N0468F340 P8
  51 WAR T174 INDIG L980 SUI DCT P

  OVEL DCT NOR
  BURN 31.0
  EDDL  6.2
  RSV   3.7
  HOLD  7.4
  XTRA 19.2
  LAND WITH 36.4
  BALANCE RLSE SAME
  ACK REQUIRED
  DAVID SHAHEEN, 191644

  В сообщении борта N252UP компании United Parcel Service(UPS) упоминается David Shaheen:
  фото из профиля  David Shaheen, UPS  в Facebook:
  

• метка 44
  сообщения (борт CSDKH)
  011*4lSb_E~SLq6lSA~A?b'Alb\2yDbMMnnblE~Lbl(~qbl?ASblA'OA
• метка 5U - Weather request
  сообщение (борт P4AGL)
  001WX18111316N5202.8E03106.73694600046
  024AQ,UKDD,,,,,,
• метка 5V - VDL switch advisory
• метка 80 - Aircrew addressed downlink
  сообщение (борт VN-A890)
  3N01 POSRPT 0019/17 VVNB/LFPG VN-A890
  /POS N52545E030100/ALT 400/MCH 859/FOB 0401
  /TME 0300/WND 23 26/OAT -52/TAS 497
• метка 81 - Off report
  сообщение (борт B-6528)
  FREE TEXT REP
  ETA EXP 0318Z
  ETA LFPG 0510
  FL 380
  REQ WX INFO
  ETA 0507/
• метка 83 - Aircrew addressed downlink
  сообщение (борт P4AGL)
  001PR18111028N5218.1E03041.53704710049
  ...

Принятые мной сообщения ACARS о неисправностях:

Сообщение от борта 4R-ALN (Airbus A330-343 (A333))

следующего рейсом PK0786 "London (LHR) - Islamabad (ISB)":
оператор: авиакомпания SriLankan Airlines;
партнер: авиакомпания Pakistan International Airlines

ACARS mode: A (65), label: H1 (Message to/from terminal)
Block id: 3 (51), msg. no: C26A
Aircraft reg: 4R-ALN, flight id: PK0786
Message content:-
#CFB.1/WRN/WN1701222047  284902506FUEL FUEL LO TEMP
[2017-01-22 20:47:32.576]

Автоматически отправляемое сообщение "FUEL LO TEMP" означает, что температура топлива упала ниже -35 ºC.

Продолжение следует