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Aviões no rádio: ADS-B e banda aérea

O que um avião transmite em 1.090 MHz, até onde dá para receber, como um RTL-SDR decodifica e como ouvir a voz em AM.

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O avião conta onde está

ADS-B é a sigla em inglês de vigilância dependente automática por radiodifusão. Cada palavra diz algo:

• Automática: ninguém precisa perguntar. O avião transmite sozinho.
• Dependente: depende do sistema de navegação do próprio avião, em geral GPS.
• Radiodifusão: a mensagem sai para todos os lados, em claro, para qualquer receptor.

O radar tradicional descobre onde o avião está medindo o eco. No ADS-B é o avião que calcula a própria posição e anuncia. O controle de tráfego recebe, os outros aviões recebem, e um receptor barato numa janela também.

O que vai na mensagem

A transmissão é em 1.090 MHz. São rajadas curtíssimas: um preâmbulo de 8 microssegundos e 112 bits de dados, em pulsos, a um milhão de bits por segundo. Cada mensagem dura pouco mais de um décimo de milésimo de segundo.

Toda mensagem leva o endereço ICAO do avião, um número de 24 bits escrito em hexadecimal, fixo para cada aeronave. O Brasil recebeu da ICAO o bloco que vai de E40000 a E7FFFF, então aeronaves de matrícula brasileira têm endereço começando com E4, E5, E6 ou E7. O resto varia conforme o tipo:

A posição vem compactada num formato chamado CPR. O decodificador precisa de duas mensagens seguidas, uma par e uma ímpar, para resolver a posição sem ambiguidade. Por isso um avião aparece primeiro na lista, só com endereço e altitude, e alguns segundos depois ganha lugar no mapa.

Nem todo avião aparece. Aeronaves antigas ou pequenas podem ter transponder sem ADS-B: respondem ao radar, mas não anunciam posição. Redes colaborativas conseguem localizar algumas delas comparando o instante de chegada do sinal em vários receptores, técnica chamada multilateração.

Até onde dá para receber

Em 1.090 MHz o sinal anda em linha reta. Não dobra o horizonte e não atravessa morro. O alcance teórico depende das duas alturas:

distância em km ≈ 4,12 × (√altura da antena + √altura do avião), com as alturas em metros.

Isso é o teto, com horizonte livre para todos os lados. Na cidade, o que manda é o que está em volta. Prédio, morro e a própria parede da casa cortam fatias inteiras do céu.

Com um RTL-SDR e uma antena simples, o alcance costuma ser parcial: um lado do céu chega bem e o outro quase não aparece. O desenho da cobertura no mapa acaba sendo um retrato do relevo e das construções em volta da antena.

Como um RTL-SDR recebe

O RTL-SDR é um receptor USB barato que entrega ao computador as amostras brutas do sinal. O trabalho todo é do programa.

1. O receptor é sintonizado em 1.090 MHz e amostra 2 milhões de vezes por segundo, ou um pouco mais.
2. O decodificador (o clássico é o dump1090 e seus derivados) procura o desenho do preâmbulo no meio do ruído.
3. Achado o preâmbulo, ele lê os 112 bits pela posição dos pulsos.
4. Os últimos 24 bits são uma verificação de erro. Mensagem que não fecha a conta é corrigida, se o erro for de um bit, ou descartada.
5. As mensagens válidas alimentam uma tabela e um mapa, numa página servida pelo próprio programa.

A antena é pequena, porque a onda é curta: uns 27,5 cm. Um dipolo vertical para 1.090 MHz tem cada perna com cerca de 6,5 cm. O que mais pesa no resultado:

• Altura e vista livre. Um metro a mais no telhado vale mais que qualquer acessório.
• Cabo curto. Cabo coaxial fino perde muito em 1.090 MHz. Cada metro conta.
• Polarização vertical. As antenas dos aviões são verticais.
• Filtro e amplificador junto da antena. Ajudam onde há celular e FM fortes por perto, e compensam o cabo.

O guia do primeiro receptor traz o resto da montagem.

A voz: banda aérea em AM

Os dados mostram onde o avião está. A voz conta o que está acontecendo. A comunicação entre pilotos e controle fica entre 118 e 137 MHz, em AM.

O AM sobreviveu na aviação por um motivo técnico. Em FM, quando duas estações transmitem juntas, a mais forte apaga a outra, e ninguém percebe que houve uma segunda. Em AM as duas se misturam num apito, e o controlador fica sabendo que alguém foi encoberto.

O que dá para encontrar:

• ATIS: gravação contínua com tempo, pista em uso e avisos de um aeroporto. É o melhor primeiro alvo, porque está sempre no ar.
• Torre, solo e tráfego: o movimento do aeroporto.
• Controle de aproximação e centro: os aviões em subida, descida e em rota.
• 121,500 MHz: frequência internacional de emergência. Quase sempre em silêncio.

As frequências de cada aeroporto são públicas e estão nas cartas aeronáuticas. No Brasil, o serviço de informação aeronáutica do DECEA publica todas.

Uma característica chama a atenção de quem começa: você ouve o avião e não ouve a torre. O avião está alto, em visada direta. A antena da torre está no chão, a dezenas de quilômetros, atrás do horizonte.

Ouvir a banda aérea é uma coisa. Gravar e publicar é outra, e a diferença importa. O guia sobre o que se pode ouvir e publicar trata disso.