RTL-SDR Руководство: Декодирование STD-C EGC сообщений Инмарсат

Инмарсат — это поставщик услуг связи с несколькими геостационарными спутниками на орбите. Они предоставляют услуги спутниковой телефонии, широкополосного интернета и текстовых и дата-сообщений. Геостационарность означает, что спутники занимают фиксированное положение на небе и не перемещаются. Примерно из любой точки на Земле можно принять хотя‑то спутник Инмарсат.

Инмарсат передаёт сигналы в диапазоне L примерно на частоте 1,5 ГГц. С помощью RTL-SDR-устройства, дешевой модифицированной GPS‑антенны за 10 $ или одного-двух LNA и антенны типа патч, диска или спиральной антенны можно принимать сигналы Инмарсат и, в частности, декодировать канал STD-C NCS. Этот канал в основном используется судами и содержит сообщения Enhanced Group Call (EGC), включая информацию о поиске и спасении (SAR), береговую охрану, новости, погоду и отчёты об инцидентах. Дополнительная информация о приёме диапазона L доступна на странице UHF-Satcoms. В конце поста есть руководство по переделке GPS‑антенны для приёма Инмарсат.

Ниже приведены примеры EGC‑сообщений, которые можно получить на канале STD-C NCS:

STRATOS CSAT 4-AUG-2015 03:21:25 436322 SECURITY FM: RCC NEW ZEALAND 040300 UTC AUG 15 COASTAL NAVIGATION WARNING 151/15 AREA COLVILLE, PLENTY CUVIER ISLAND (REPUNGA ISLAND), BAY OF PLENTY 1. LIVE FIRING 060300 UTC TO 060500 UTC AUG 15 IN DANGER AREA NZM204. ANNUAL NEW ZEALAND NOTICES TO MARINERS NUMBER 5 REFERS. 2. CANCEL THIS MESSAGE 060600 UTC AUG 15 NNNN

NAVAREA XI WARNING NAVAREA XI 0571/15 SINGAPORE STRAIT. ARMED ROBBERY INFORMATION. 301845Z JUL. 01-04.5N 103-41.8E. FIVE ROBBERS ARMED WITH LONG KNIVES IN A SMALL UNLIT HIGH SPEED BOAT APPROACHED A BULK CARRIER UNDERWAY. ONE OF THE ROBBERS ATTEMPTED TO BOARD THE SHIP USING A HOOK ATTACHED TO A ROPE. ALERT CREW NOTICED THE ROBBER AND RAISED THE ALARM AND CREW RUSHED TO THE LOCATION. HEARING THE ALARM AND SEEING THE CREW ALERTNESS, THE ROBBERS ABORTED THE ATTEMPTED ATTACK AND MOVED AWAY. INCIDENT REPORTED TO VTIS SINGAPORE. ON ARRIVAL AT SINGAPORE WATERS, THE COAST GUARD BOARDED THE SHIP FOR INVESTIGATION. VESSELS REQUESTED TO BE CAUTION ADVISED.

NAVAREA XI WARNING NAVAREA XI 0553/15 SINGAPORE STRAIT. ROBBERY INFORMATION. 261810Z JUL. 01-03.6N 103-36.7E. DUTY ENGINEER ONBOARD AN UNDERWAY PRODUCT TANKER DISCOVERED THREE ROBBERS IN THE ENGINE ROOM NEAR THE INCINERATOR SPACE. THE ROBBER THEIR BOAT. A SEARCH WAS CARRIED OUT. NO ROBBERS FOUND ON BOARD AND NOTHING REPORTED STOLEN. VTIS SINGAPORE INFORMED. COAST GUARD BOARDED THE TANKER FOR INVESTIGATION UPON ARRIVAL AT SINGAPORE PILOT EASTERN BOARDING AREA.VESSELS REQUESTED TO BE CAUTION ADVISED. CANCEL 0552/15.

NAVAREA XI WARNING NAVAREA XI 0569/15 NORTH PACIFIC. SUBMARINE CABLE REPAIRING WORKS BY C/V ILE DE SEIN. 05 TO 20 AUG. IN VICINITY OF LINE BETWEEN A. 21-37.3N 156-11.5W AND 25-03.6N 148-43.2E. CANCEL THIS MSG 21 AUG.

ON PASSAGE FROM LAE (06-44S 147- 00E) TO FINSCHHAFEN (06-36S 147-51E), MOROBE PROVINCE. VESSEL DEPARTED LAE AT 310500Z JUL 15 FOR FINSCHAFFEN WITH ETA OF 310800Z JUL 15 BUT FAILED TO ARRIVE. ALL VESSELS REQUESTED TO KEEP A SHARP LOOKOUT AND BE PREPARED TO RENDER ASSISTANCE. REPORTS TO THIS STATION OR MRCC PORT MORESBY VIAEMAIL: ******@****.***.**, TELEPHONE +*** *** ****; RCC AUSTRALIA VIA TELEPHONE +*********** INMARSAT THROUGH LES BURUM (POR ***,IOR***), SPECIAL ACCESS CODE (SAC) **, HF DSC ******* NL BURUM LES 204 4-AUG-2015 03:23:14 773980 AMSA_ER 23150928 PAN PAN FM JRCC AUSTRALIA 030858Z AUG 15 INCIDENT 2015/5086 AUS4602 CORAL AND SOLOMON SEAS 23FT WHITE BANANA BOAT WITH BROWN STRIPES, AND A 40HP OUTBOARD AND 5 ADULT MALES IS OVERDUE ON PASSAGE FROM LAE (06-44S 147- 00E) TO FINSCHAFFEN (06-36S 147-51E), MOROBE PROVINCE. VESSEL DEPARTED LAE AT 310500Z JUL 15 FOR FINSCHAFFEN WITH ETA OF 310800Z JUL 15 BUT FAILED TO ARRIVE. ALL VESSELS REQUESTED TO KEEP A SHARP LOOKOUT AND BE PREPARED TO RENDER ASSISTANCE. REPORTS TO THIS STATION OR MRCC PORT MORESBY VIA EMAIL: *******@****.***.**, TELEPHONE +*** *** ****; RCC AUSTRALIA VIA TELEPHONE +************ INMARSAT THROUGH LES BURUM (POR ***,IOR ***), SPECIAL ACCESS CODE (SAC) **, HF DSC *********, EMAIL: ******@****.***.** OR BY FAX +************. NNNN

NL BURUM LES 204 4-AUG-2015 02:29:41 709950 AMSA_ER 23153978 SECURITE FM JRCC AUSTRALIA 040224Z AUG 15 AUSCOAST WARNING 202/15 SPECIAL PURPOSE VESSEL JOIDES RESOLUTION CONDUCTING DRILLING OPERATIONS IN POSITION 28 39.80` S 113 34.60` E 2.5NM CLEARANCE REQUESTED. NNNN

PAN PAN TROPICAL CYCLONE WARNING / ISSUED FOR THE NORTH OF EQUATOR OF METAREA XI(POR). WARNING 050900. WARNING VALID 060900. TYPHOON WARNING. TYPHOON 1513 SOUDELOR (1513) 930 HPA AT 19.9N 133.2E WEST OF PARECE VERA MOVING WEST 12 KNOTS. POSITION GOOD. MAX WINDS 95 KNOTS NEAR CENTER. RADIUS OF OVER 50 KNOT WINDS 80 MILES. RADIUS OF OVER 30 KNOT WINDS 240 MILES NORTH SEMICIRCLE AND 210 MILES ELSEWHERE. FORECAST POSITION FOR 052100UTC AT 20.1N 130.6E WITH 50 MILES RADIUS OF 70 PERCENT PROBABILITY CIRCLE. 935 HPA, MAX WINDS 90 KNOTS NEAR CENTER. FORECAST POSITION FOR 060900UTC AT 20.8N 128.1E WITH 75 MILES RADIUS OF 70 PERCENT PROBABILITY CIRCLE. 935 HPA, MAX WINDS 90 KNOTS NEAR CENTER. JAPAN METEOROLOGICAL AGENCY.=

Оборудование и ПО

В плане аппаратного обеспечения рекомендуются следующие позиции: 

1. RTL-SDR V3 dongle. Этот девайс включает bias tee, необходимый для питания LNA и активных антенн, и улучшен для более стабильного приёма диапазона L. Стоимость: 20,95 USD.
2. Patch‑антенна RTL-SDR Blog. Эта антенна рассчитана на приём сигнальных диапазонов L и отлично справляется. Стоимость: 39,99 USD.

Далее обсуждаем аппаратное обеспечение подробнее и приводим альтернативы:

• Приёмники: RTL-SDR dongle на R820T2 или E4000. Можно попробовать один из наших обновлённых V3 RTL-SDR с встроенным bias‑tee для упрощения питания LNA и GPS‑антенны.
  • Обратите внимание, что обычные R820T2‑донглы могут плохо принимать выше 1,5 ГГц при высокой температуре. Волнение, что RX может быть нестабилен. E4000 должен работать лучше на диапазоне L, но такие тюнеры редки и дороги. Примечание: наш RTL-SDR V3 не имеет этой проблемы благодаря активному охлаждению.
  • Если у вас есть Airspy SDR, то он ещё лучше (там хороший приём на диапазон L и есть bias tee). HackRF и SDRPlay тоже подойдут.
• Антенны: активная Patch‑антенна диапазона L, спиральная антенна или модифицированная GPS‑активная антенна. Протестировано две антенны: одна — воздушная Patch‑антенна от Outernet, используемая с несколькими LNA; вторая — модифицированная GPS‑активная антенна. Обе работали отлично, Patch‑антенна Outernet лучше. Обновление 2019: протестирована новая активная Patch‑антенна, которая продаётся на нашем сайте и тоже хорошо работает.
  • GPS (низкий SNR): можно использовать модифицированную за 3–10 USD с усилением 28–30 dB. Способ модификации приведён в конце поста. Приём может быть на границе возможности, но за такую цену стоит попробовать. Также необходим bias tee для питания GPS‑антенны.
  • Patch (средний SNR): 2019 обновление: продаём активную Patch‑антенну за 39,95 USD с доставкой; см. пост анонса для деталей. Также смотрите другой пост по размерам для самодельной Patch‑антенны.
  • Дис/Геликс (самый высокий SNR): для наивысшего SNR используйте дисковую или геликсовую антенну. Можно построить RHCP‑геликс примерно из 25 витков, дающий около 15 dBi. Тогда нужен будет только один LNA. На странице UHF‑Satcoms есть информация по конструированию такой антенны. Если есть ТВ‑тарелка, её можно использовать с LHCP‑геликсом.
• LNA: если не используете активную антенну, как наша Patch, понадобятся LNA, например NooElec. Для использования такого LNA нужен донгл с bias tee (наш RTL-SDR V3 или внешний bias tee). Второй вариант — LNA4ALL от Адама; он работает, но качество SNR может быть чуть хуже, чем у специализированного LNA Инмарсат.
• Программное обеспечение: демо‑версия или платная версия декодера Инмарсат с inmarsatdecoder.com, декодер STD-C EGC на Java Tekmanoid и Scytale‑C. По состоянию на 2019 год у трёх систем близкие показатели.
• Аудиопайпинг: потребуется SDR# или аналог и программное обеспечение для аудиопайпинга, например Virtual Audio Cable, VB Cable, или включение стерео микса.

Обновление 2019/2020: этот пост был написан до появления нашей собственной Patch‑антенны диапазона L; тогда использовалась Outernet Patch‑антенна, сейчас она не продаётся. Ниже приведён прототип, который отправили нам. У него VSWR около 1,1 на 1,5 ГГц и 1,45 на 1,56 ГГц. С 2019/2020 года можно использовать нашу Patch‑антенну, чтобы практически гарантировать приём.

Учебник

1. Первый шаг — узнать, где на небе находятся местные спутники Инмарсат. Самый простой способ — бесплатное Android‑приложение под названием Satellite AR. Откройте приложение, найдите в базе спутников «Инмарсат», выберите 3‑F или 4‑F и используйте режим дополненной реальности камеры, чтобы определить положение спутников. Положение спутников фиксировано — не требуется отслеживание антенны.
2. Направьте L‑диапазонную антенну к спутнику и обеспечьте открытое небо.
3. Подключите LNA рядом с антенной. Мы рекомендуем проложить несколько метров коаксиального кабеля, чтобы RTL-SDR находился подальше от антенны и её собственные излучения не мешали приему. Рекомендуем RG6 или аналогичный кабель; при наличии двух LNA можно использовать кабель меньшего качества. Другой способ уменьшить помехи — экранирование RTL‑SDR металлическим боксом.
4. Выберите и укажите метод аудиопайпинга по умолчанию в свойствах звука Windows (Stereo Mix, Virtual Audio Cable или VB Cable).
5. Установите частоту дискретизации 48 кГц в свойствах воспроизведения и записи.
6. Откройте SDR# и выберите в выпадающем списке вывода аудио используемый метод аудиопайпинга.
7. Запустите SDR# и настройтесь на 1,541450 ГГц. Вы увидите тонкий сигнал шириной около 2,5 кГц — это канал STD-C NCS. Так как сигнал RHCP, можно попробовать поворачивать антенну для лучшего приёма.
8. Если сигнал смещён по частоте из‑за дрейфа осциллятора и PPM-offset, аккуратно выведите сигнал на центральную полку настройки с помощью коррекции PPM в SDR#. На частотах диапазона L 1 PPM может соответствовать примерно 1,5 кГц. Если точное центрирование невозможно, просто центрируйте сигнал вручную мышью.
9. Установите режим USB и настройтесь на ровно на 2 кГц ниже центра. Например, если центр 1 541 450 000 Гц, настройтесь на 1 541 448 000 Гц.
10. Установите полосy пропускания около 4 кГц (4000).
11. Откройте демо‑программу декодера Инмарсат tdma-demo.exe. Наблюдайте за значениями QUAL в левом нижнем углу. Если они близки к нулю — увеличьте громкость в SDR# до появления значения выше нуля. Продолжайте подбирать, пока QUAL не достигнет максимума. (Можно также открыть декодер Tekmanoid и настроить громкость так, чтобы индикатор был зелёным.)
12. Через несколько секунд вы должны увидеть информацию в окне команд. Проверьте папку декодера Инмарсат на наличие автоматически сохранённых .txt файлов с полученными сообщениями, как на примерах выше.

Ниже приведён пример того, как звучит канал STD-C NCS при настройке в USB на 2 кГц ниже центра и скриншот того, как должны выглядеть SDR# и декодер Инмарсат.

Обратите внимание, что без TCXO-донгла частота может сильно дрейфовать в первые полчаса. Даже при TCXO дрейф температурой 1 PPM на 1,5 ГГц может быть достаточно большим для узкополосного сигнала. Рекомендуем подождать, пока температура стабилизируется, прежде чем настраивать, возможно несколько минут с TCXO и более 30 минут без него. После получения фикса декодером Inmarsat он продолжит отслеживать дрейфы порядка ~500 Гц.

Платная версия декодера Инмарсат также может декодировать приватные сообщения, отправляемые через канал, например личные сообщения и письма с вложениями. Полная версия стоит 100 евро. Обратите внимание, что декодирование приватных сообщений может быть незаконным в некоторых странах — соблюдайте местное законодательство.

Как переделать GPS‑антенну для приёма Инмарсат

Дешевая активная GPS‑антенка за 10 $ может быть переделана для приёма Инмарсат (хотя это не идеальная антенна, но для STD-C NCS её хватает). GPS‑антенны требуют питания по питанию DC, поэтому нужен внешний bias tee‑модуль или SDR с опцией bias tee, например наши донглы. Активные GPS‑антенны содержат керамическую патч‑антенну, LNA и фильтр диапазона 1575 МГц. Фильтр диапазона не допускает приём сигналов на расстоянии более 1–2 МГц от 1575 МГц. Всё, что нужно для переделки GPS‑антенны для широкополосного приёма — удалить фильтр диапазона. Ниже показано на примере дешёвой GPS‑антенны.

Обновление: Оказывается, не все GPS‑антенны имеют фильтр диапазона. Многие очень дешёвые GPS‑антенны вообще не имеют фильтра; такие подойдут уже для Инмарсат. Внутреннее устройство может различаться по форме фильтров.

Сначала аккуратно снимите пластиковый корпус. У некоторых антенн корпус можно разобрать плоской отверткой, у других придётся отпилить пластик. Внутри будет антенна: сверху — керамическая патч‑антенна, снизу — металлический отражатель, закрывающий схемотехнику.

С помощью паяльника аккуратно удалите нижний отражатель. Это откроет схему. Вы увидите фильтр диапазона на плате. Обычно это самый крупный компонент и может быть помечен 1575. У нашей антенны он был помечен 1575P.

Аккуратно удалите фильтр диапазона. При необходимости используйте термодинамический паяльник; можно обойтись без него, если аккуратно вырвать фильтр. Учтите, что это может повредить дорожки на плате.

Теперь, сняв фильтр, соедните вход и выход фильтра проводом или конденсатором примерно на 100 пФ. Обычно это контакты по центру фильтра. Если контакты отошли, можно соединить через соседние компоненты.

Примечание: Не все GPS‑антенны одинаковы. У некоторых фильтр может быть меньших размеров или отсутствовать вовсе. В некоторых случаях нужен конденсатор вместо проволочного моста. См. видео Адама для объяснения. Если фильтр стоит прямо между двумя усилителями, используйте примерно 100 пФ конденсатор вместо проволочного моста.

Теперь наденьте отражатель и верните всё в пластиковый корпус — готово. Можно поэкспериментировать с длиной кабеля RG‑174, который часто идёт в комплекте, или использовать кабель с меньшими потерями, например RG6.

GPS‑антенна не так эффективна, как специально созданная Patch‑антенна диапазона L с LNA, но она всё равно годится для декодирования сигнала. Ниже приведено сравнение водопада между двумя антеннами. Можно навести мышь для просмотра водопада GPS‑антенны. Канал STD-C NCS — первая тонкая линия слева от красной полосы настройки.

В этой конфигурации мы использовали две LNA на Outernet Patch‑антенне и 3 м удлинительного RG‑174 кабеля (RG‑174 плохо себя ведёт на диапазоне L, поэтому понадобились две LNA; если применяется RG6, одной LNA достаточно). GPS‑антенна использовала 3 м кабеля RG‑174, входившие в комплект. Также можно улучшить приём GPS‑антенной, разместив её на большом металлическом предмете (например, банке с печеньем). Наличие металлической поверхности может существенно повлиять на возможность декодирования.

Что ещё на диапазоне L?

На диапазоне L присутствуют многие сигналы Инмарсат и других спутников, таких как Iridium. Возможно, вам будет интересно декодирование пейджеров Iridium, происходящее на частоте 1,626 ГГц. Некоторые видеоролики и ссылки по декодированию Iridium можно найти здесь и здесь, а также заметки пользователя на нашем форуме здесь.

Источник:

• Страница UHF-Satcoms
• Airspy SDR
• LNA для Инмарсат и Iridium от NooElec
• LNA4ALL
• Декодер Инмарсат от inmarsatdecoder.com
• Tekmanoid декодер STD-C EGC на Java
• Scytale-C
• Satellite AR
• Видео Adams