سیگنال‌نگاری؛ هوانوردی

درس خواندن در مهندسی برق و کامپیوتر آدم را به مدولاسیون¹ علاقه‌مند می‌کند؛ از سال‌ها پیش کاوش در دنیای سیگنال‌ها برایم جذابیت داشت و این سال‌ها هم بسیار پیگیر رادیو نرم‌افزاری² بودم تا که خرید RTL-SDR از لیست خرید به سبد خرید رسید و من همه‌ی این دو ماه³ مشغول پیچاندن تیونر⁴ بودم!

به بیان ساده RTL-SDR⁵ قطعه‌ای سخت‌افزاری است که با کمک انواع آنتن، سیگنال‌های اطراف را جمع‌آوری می‌کند و با کمک روش‌های نرم‌افزاری می‌توان این سیگنال‌ها را خواند و بررسی کرد.
مثل هر آماتور دیگری که رادیو را روشن می‌کند از بازه FM و با شنیدن یاد و نام خدا از رادیو قرآن ذوق‌زده شدم! و با کمی جست‌و‌جو در فرکانس‌های کمی بالاتر و با ساده‌ترین آنتن به ATIS⁶ فرودگاهی رسیدم! صدایی که شروع تجربه پیش رو از کاوش من در دنیای سیگنال‌های هوانوردی شد!

ATIS

سرویس ATIS (Automatic Terminal Information Service) در واقع صدای پس‌زمینه و حیاتی هر فرودگاه شلوغ است که با پخش مداوم یک پیام از پیش ضبط شده بر روی بازه فرکانسی ۱۱۸ تا ۱۳۷ مگاهرتز (Air Band) اطلاعات عملیاتی ضروری درباره وضعیت فرودگاه شامل سمت و سرعت باد، میزان دید، دمای هوا و فشار هوا و اطلاعات باندها و … را به خلبان‌ها ارائه می‌دهد.

با یک ستاپ اولیه نرم‌افزاری و تنظیم آنتن دایپل⁷ ساده به‌صورت عمودی و با طول کل تقریبا ۱.۲ متری توانستم روی باند VHF هوانوردی با مدولاسیون AM سیگنال فرودگاه شهید قاسم سلیمانی اهواز را با کیفیت قابل قبولی دریافت کنم! شکل سیگنال در واترفال چنین چیزی است:

که پس از حذف نویز، موجی است که وضعیت فرودگاه اهواز را به‌صورت صوتی اعلام می‌کرد که به عنوان اولین تجربه، خارق‌العاده بود!

ACARS

کمی که بیشتر کنجکاوی کردم در حوالی ۱۳۱ مگاهرتز به داده‌های ACARS⁸ رسیدم؛ سامانه Aircraft Communications Addressing and Reporting System یک شبکه ارتباطی دیجیتال و متنی برای انتقال گزارش‌های فنی و عملیاتی میان هواپیما و ایستگاه‌های زمینی از طریق بسترهای رادیویی یا ماهواره‌ای و در قالب متنی است.

سیگنال‌های ACARS وابسته به منطقه جغرافیایی در برخی از فرکانس‌‌ها فعال‌ترند⁹ که در این حوالی با تنظیم عمودی یک آنتن دایپل با طول کل تقریبی ۱.۱ متر در فرکانس‌های 131.725، 131.475، 131.525، 131.825 می‌توان burstهای کوتاه دیجیتال آن را در بعضی ساعات روز و برای برخی خطوط هوایی تا فلات مرکزی و از سوی دیگر تا خلیج فارس دریافت کرد!

برای دیکود این سیگنال‌ها به داده‌های متنی پس از ستاپ اولیه با استفاده از ابزار acarsdec¹⁰ با اجرای دستور

acarsdec \
  -g 29.7 \
  --rtlsdr 0 \
  --output monitor:file:path=- \
  131.550 131.725 131.825 131.525 131.475 131.450 

acarsdec \
  -g 29.7 \
  --rtlsdr 0 \
  --output monitor:file:path=- \
  131.550 131.725 131.825 131.525 131.475 131.450 

می‌توان داده‌ها را به‌صورت دیکود شده مشاهده کرد.

همین داده، جزییات جذاب زیادی دارد، مثلا:

{
  "timestamp": 1770379718.888486,
  "station_id": "localhost",
  "channel": 0,
  "freq": 131.725,
  "level": -49.5,
  "noise": -61.1,
  "error": 2,
  "mode": "2",
  "label": "16",
  "block_id": "6",
  "ack": false,
  "tail": "A7-AHG",
  "flight": "QR004V",
  "msgno": "M74A",
  "text": "PEKAM  ,N 35.731,E 50.421,35014,0435,1321, 16\\TS113936,060226",
  "assstat": "skipped",
  "app": {
    "name": "acarsdec",
    "ver": "v4.4.1"
  }
}

{
  "timestamp": 1770379718.888486,
  "station_id": "localhost",
  "channel": 0,
  "freq": 131.725,
  "level": -49.5,
  "noise": -61.1,
  "error": 2,
  "mode": "2",
  "label": "16",
  "block_id": "6",
  "ack": false,
  "tail": "A7-AHG",
  "flight": "QR004V",
  "msgno": "M74A",
  "text": "PEKAM  ,N 35.731,E 50.421,35014,0435,1321, 16\\TS113936,060226",
  "assstat": "skipped",
  "app": {
    "name": "acarsdec",
    "ver": "v4.4.1"
  }
}

که نشان می‌دهد ایرباس قطری در سطح پروازی FL350 (تقریبا ۳۵ هزار پایی)، مختصات دقیق خود (N35.731 / E50.421) را در محدوده اشتهارد استان البرز، از طریق پیام موقعیتی خودکار ACARS و بر بستر ارتباط VHF به ایستگاه زمینی ارسال کرده است.

VDL-M2

چند قدم جلوتر در باند هوانوردی و حوالی ۱۳۷ مگاهرتز، به سیگنال‌هایی با ساختار متفاوت‌تر رسیدم که مربوط به VDL2 ¹¹ بودند؛ نسل جدیدتری از ارتباطات دیتالینک هوایی که همچنان بر بستر VHF کار می‌کند اما نسبت به ACARS کلاسیک ظرفیت و سرعت بالاتری دارد.

VHF Data Link – Mode 2 در بازه‌ای نزدیک به 136 تا 137 مگاهرتز فعال است و برای تبادل پیام‌های عملیاتی، برنامه‌های پروازی و ارتباطات کنترلی میان هواپیما و ایستگاه‌های زمینی به‌کار می‌رود. تفاوت اصلی آن با ACARS قدیمی در ساختار شبکه‌ای‌تر، مدیریت بهتر کانال و امکان تبادل پایدارتر داده در محیط‌های پرترافیک است؛ به بیان ساده، اگر ACARS را نسل اولیه پیام‌رسانی هوایی بدانیم، VDL2 نسخه بهینه‌تر و پرظرفیت‌تر آن در همان بستر VHF محسوب می‌شود.

با تنظیم عمودی آنتن دایپل با طول کل ۱.۰۴ متر و کمی صبر روی فرکانس 136.975 مگاهرتز، هم‌ می‌توان سیگنال‌های VDL را در واترفال دید و هم با استفاده از ابزار dumpvdl2¹² برای دیکود با دستور اجرایی زیر، پیام‌های متنی را مشاهده کرد

dumpvdl2 --rtlsdr 0 --gain 43.4 --extended-header --utc 136.975M

dumpvdl2 --rtlsdr 0 --gain 43.4 --extended-header --utc 136.975M

برای مثال

[2026-02-17 14:25:00 GMT] [136.975] [-32.3/-47.8 dBFS] [15.5 dB] [-2.5 ppm] [S:0] [L:68] [F:1] [#0]
507C85 (Aircraft, Airborne) -> 210518 (Ground station): Command
AVLC type: U (XID) P/F: 1
 XID: Link Establishment
  Public params:
   Parameter set ID: 8885:1993
   Procedure classes: 00 01
   HDLC options: 20 a4 80
  VDL params:
   Parameter set ID: V
   Connection management: 04
   XID sequencing: seq: 1 retry: 3
   AVLC specific options: 24
   Modulation support: VDL-M2, D8PSK, 31500 bps
   Destination airport: URMG
   Aircraft location: 31.9N 49.1E 32000 ft

[2026-02-17 14:25:00 GMT] [136.975] [-32.3/-47.8 dBFS] [15.5 dB] [-2.5 ppm] [S:0] [L:68] [F:1] [#0]
507C85 (Aircraft, Airborne) -> 210518 (Ground station): Command
AVLC type: U (XID) P/F: 1
 XID: Link Establishment
  Public params:
   Parameter set ID: 8885:1993
   Procedure classes: 00 01
   HDLC options: 20 a4 80
  VDL params:
   Parameter set ID: V
   Connection management: 04
   XID sequencing: seq: 1 retry: 3
   AVLC specific options: 24
   Modulation support: VDL-M2, D8PSK, 31500 bps
   Destination airport: URMG
   Aircraft location: 31.9N 49.1E 32000 ft

که نشان می‌دهد ایرباس ازبکستانی که در حوالی شوشتر به سوی فرودگاه گروزنی روسیه¹³ در ارتفاع ۳۲هزار پایی در حال حرکت است برای بار سوم تلاش کرده ارتباطی بر روی VDL-M2 با فرودگاه بین‌المللی بحرین برقرار کند¹⁴.

ADS-B

هرچه فرکانس بالاتر می‌رفت، داده‌ها خفن‌تر می‌شد! با جست‌وجوی بیشتر در اینترنت متوجه شدم هواپیما‌ها بصورت مداوم داده‌هایی از وضعیت خود را که ده-هیچ نسل‌های قبلی را به لحاظ حجم و فراگیری می‌بُرد به صورت پیوسته و همگانی ارسال می‌کنند! Automatic Dependent Surveillance–Broadcast¹⁵ که به اختصار ADS-B نامیده می‌شود، سامانه‌ای نظارتی است که اطلاعاتی مانند موقعیت دقیق جغرافیایی، ارتفاع، سرعت، مسیر حرکت و شناسه پروازی را بر پایه سنسورهای خودِ هواپیما معمولاً هر نیم‌ثانیه یک‌بار بر روی فرکانس ۱۰۹۰ مگاهرتز منتشر می‌کند.

تفاوت مهم ADS-B با سامانه‌های قبلی در این است که این داده‌ها نه در پاسخ به درخواست یک ایستگاه زمینی، بلکه به‌صورت خودکار و در قالب پیام‌های ۱۱۲ بیتیِ Extended Squitter ارسال می‌شوند. در واقع ADS-B نسخه به‌روزشده‌ای از سیستم Mode S¹⁶ است که بر بستر رادارهای ثانویه¹⁷ کار می‌کند، با این تفاوت که بدون نیاز به تحریک از سمت رادار، اطلاعات را منتشر می‌کند.

همین ویژگی «خودکار و همگانی بودن» باعث شده هر گیرنده‌ای در محدوده پوشش بتواند آن‌ها را دریافت کند و شبکه‌ای جهانی از گیرنده‌های داوطلب شکل بگیرد. وب‌سایت‌هایی مانند Flightradar24 و ADS-B Exchange نیز دقیقاً بر پایه جمع‌آوری و تجمیع همین داده‌ها ایجاد شده‌اند و با کنار هم قرار دادن اطلاعات هزاران گیرنده، نقشه برخط آسمان جهان را ترسیم می‌کنند.

با آنتن دایپل کوتاهی که در بسته خود RTL-SDR بود شروع کردم، تقریبا طول کل ۱۴ سانتی‌متر، زمان زیادی به نظاره نشستم، همان سیگنا‌ل‌های ضعیف و حتا داده‌های خیلی حداقلی mode s باعث شد که امیدوار شوم که می‌شود! شکل سیگنال چنین بود:

با کمی جست‌وجو متوجه شدم که برای دریافت بهتر سیگنال ۱۰۹۰ نیاز به آنتن ویژه‌تری هست که از قضا به سادگی هم می‌توان آن را با یک کانکتور SMA و نیم متر سیم مسی ساخت¹⁸، با کمک عقیل و مجتبای عزیز یک آنتن عنکبوتی¹⁹ که ابتدا ۴پا بود ولی بعدا ۳پایه شد ساختیم

نتایج فوق‌العاده هیجان‌انگیز بود، دیگه حالا واترفال ۱۰۹۰ مگاهرتز شارپ و شلوغ بود

با کمک ابزار readsb²⁰ و با دستور زیر این سیگنال‌ها به اطلاعات بسیار جذابی رمزگشایی می‌شوند

sudo readsb --device-type rtlsdr \
  --gain -10 \
  --net \
  --write-json /run/readsb \
  --write-json-every 1 \
  --interactive

sudo readsb --device-type rtlsdr \
  --gain -10 \
  --net \
  --write-json /run/readsb \
  --write-json-every 1 \
  --interactive

اطلاعاتی که با کمک tar1090²¹ بسیار خفن‌تر جلوه می‌کنند! ابزاری که خروجی جیسون readsb را بر نقشه بصورت زنده به نمایش‌ می‌گذارد! همین آنتن فسقلی درون فضای بسته می‌توانست سیگنال‌ها را از چند صد کیلومتر آن‌طرف‌تر را دریافت کند!

با کمی جست‌وجو و کمک جمنیای و معین عزیز یک نسخه آپگریدشده‌ی آنتن عنکبوتی، این‌بار با هشت رادیال هم ساختیم، که نتایج بصورت کمی و کیفی بهبود یافت. در هر دو صورت با یک آنتن ساده دست‌ساز، در میان این نویز شهری و در درون محیط بسته اتاق، سیگنال‌های ADS-Bی هواپیماها را می‌شد از خلیج فارس تا زاگرس مثل یک رادارِ خانگی مشاهده کرد!

فرود

پس از FMنوردی این ‌باند‌های هوانوردی تجربه خارق‌العاده‌ای برای شروع رادیو آماتوری برای من بودند که همه خاطره و تجربه‌های مهندسی برق و کامپیوتر و برنامه‌نویسی و لینوکس و… را درهم تنیده به شیرینی برایم یادآور کردند. البته فرکانس‌های دیگری مثل ارتباط رادیویی با برج مراقبت، HFDL²²، VOR²³، ILS²⁴، SATCOM²⁵ و… در دنیای هوانوردی نیز وجود داشت که اغلب به دلیل ضعف سخت‌افزاری آنتن متاسفانه نتوانستم آن‌ها را دریافت کنم یا در این نوشته به آن نپرداختم.

به امید سیگنال‌ها و سیگنال‌نگاری بهتر.

پی‌نوشت

1. مدولاسیون یا مِدوله‌سازی یا modulation ↩︎
2. Software-defined radio ↩︎
3. این نوشته را ابتدای اسفند ۱۴۰۴ نوشته بودم که پس از جنایت آمریکایی-صهیونی و قطع اینترنت، منتشر نشده بود ↩︎
4. تیونر ↩︎
5. About RTL-SDR ↩︎
6. سرویس خودکار اطلاعات ترمینال ↩︎
7. آنتن دوقطبی ↩︎
8. Aircraft Communications Addressing and Reporting System ↩︎
9. Aircraft Communications Addressing and Reporting System (ACARS) ↩︎
10. ACARSDEC ↩︎
11. VHF Data Link – Mode 2 (VDL-M2) ↩︎
12. dumpvdl2 ↩︎
13. فرودگاه گروزنی ↩︎
14. ground-stations.csv ↩︎
15. Automatic Dependent Surveillance–Broadcast ↩︎
16. Mode S ↩︎
17. Secondary surveillance radar ↩︎
18. Three Easy DIY Antennas for Beginners ↩︎
19. Spider Antenna ↩︎
20. Readsb ↩︎
21. tar1090 ↩︎
22. High Frequency Data Link ↩︎
23. VHF omnidirectional range ↩︎
24. Instrument landing system ↩︎
25. Satcom (satellite) ↩︎