HFDL dient der Datenübertragung zwischen Flugzeugen und den Bodenstellen ihrer Luftfahrtgesellschaften. Auf den Frequenzen der Luftfahrtgesellschaften werden Informationen übermittelt, die der Wirtschaftlichkeit, aber auch der Sicherheit des Flugbetriebes dienen. So gehören Wetterinformationen, navigatorische Hinweise, Betriebsparameter der Flugzeuge, Personenanfragen und vieles mehr zu den Inhalten. Bis heute wird der Kontakt noch zahlreich per Sprachübermittlung vollzogen, doch seit den 90iger Jahren statten immer mehr Fluggesellschaften ihre Flugzeuge mit der von ARINC entwickelten Technik zur Datenübertragung aus. Dazu sind besondere Frequenzen vergeben. Die Kontaktaufnahme erfolgt auf ihnen automatisch – verbale Anfragen und die Vermittlung durch die Boden-Flugfunkdienste sind nicht mehr erforderlich. Dies vereinfacht nicht nur den Betrieb, sondern hat auch positive Auswirkungen auf die Frequenzökonomie. Immerhin werden Informationen digital in sekundenschnelle ausgetauscht, was bedeutet, dass die Frequenzen wesentlich kürzer belegt sind.
HFDL ist der Kurzwellenpedant zu ACARS, welches schon früher zur Erleichterung des Funkverkehrs im Nahbereich auf VHF-Frequenzen eingesetzt wurde. Dass im Zeitalter der Satellitenkommunikation ein neuartiges Kurzwellenübertragungssystem aufgebaut wird, findet seine Begründung in seiner Verfügbarkeit. Satelliten des Inmarsat—Dienstes decken nicht die Bereiche der Erdkugel in den höchsten Breitengraden ab. Das ist ein Mangel, wenn es darum geht, die entfernungsmäßig günstigen Routen über den Nordpol zu betreiben. Sie sind besonders für den Verkehr zwischen Europa und der nordamerikanischen Westküste von Bedeutung. So darf man hier getrost von einer Renaissance der Kurzwelle sprechen. Die Bandbreitenbegrenzung auf Kurzwelle macht jedoch eine geringere Übertragungsgeschwindigkeit als bei ACARS notwendig. Üblicherweise beträgt sie 300 Bd (2-PSK), das System ermöglicht aber auch 1200 Bd (4-PSK).
Dieser Beitrag soll die Empfangsmöglichkeiten des HFDL beleuchten und einen Weg zur Verarbeitung der Inhalte aufzeigen.
Ich möchte es daher bei der Beschreibung des Systems hiermit belassen und statt dessen auf die abschließend aufgeführten Literaturhinweise verweisen. Darin findet man neben technischen Beschreibung auch Tips im Umgang mit den Hexadezimal-Datenformaten, Auflistungen von Flugzeugregistrierungen sowie nicht zuletzt Frequenztabellen. Diesbezüglich beschränke ich mich hier auf die Darstellung der geografisch nächstgelegenen Bodenfunkstelle:
Shannon, Irland, ID-Nr.: 07. mit den Standardfrequenzen: 5.547 kHz, 6.532 kHz, 8.942 kHz, 11.384 kHz.
Auf 2.998, 3.455, 8.843 und 10.081 kHz findet Verkehr alternativ statt.
Was benötigt man zum Empfang? Zunächst einen Kurzwellen-Empfänger, der sich auf Einseitenband schalten lässt. Im oberen Seitenband (USB) wählt man, je nach Störungsaufkommen, den ZF-Filter. In den Hinweisen zur Decoder-Software wird 2,8 kHz empfohlen. Wenn es das Störungsaufkommen zulässt, sollte man aber einen breiteren Filter wählen, z.B. 6 kHz. Das erhöht dann die Übertragungssicherheit. Die automatische Verstärkungsregelung AGC sollte abgeschaltet sein, damit der Beginn einer Aussendung nicht wegen ihrer Ansprechträgheit unterdrückt wird.
Desweiteren bedarf es natürlich noch der schon erwähnten Decoder-Software, die kostenlos unter [1] und [4] zum Download bereit steht. Hierfür wird als Untergrenze ein PC mit 500 MHz Taktrate empfohlen. Dies kann ich zwar nicht aus eigener Erfahrung bestätigen, in jedem Fall aber erfordert die Software weit weniger Rechenleistung als die für ACARS bekannte Software, die sich WACARS nennt. Bei arbeitet der Ventilator meines Notebooks fast kontinuierlich – beim HFDL-Decoder nur selten.
Alles, was jetzt noch fehlt, ist ein Audio-Kabel, das den Empfänger mit dem Soundkarteneingang verbindet.
Wenn das NF-Signal vom Empfänger her ausreichend stark ist – und das ist sowohl beim Kopfhörer- wie beim Lineausgang gewährleistet – sollte vermieden werden, den empfindlichen Mic.-Eingang der Soundkarte zu nutzen. Die NF—Spannung wäre sonst starker Tobak für die Soundkarte. Am besten gewöhnt man es sich an, das NF-Dargebot über den PC-Lautsprecher zu beobachten. So ist gewährleistet, dass man bei zu laut eingestelltem NF-Regler des Empfängers eine Übersteuerung der Soundkarte wahrnimmt. Entstammt die NF dem Line-Ausgang, so ist die Lautstärke unveränderlich und muss über die Einstellungen der Soundkarte geregelt werden.
Ist das Programm aufgerufen und das Gekrächze der Datenübertragung zu hören, sollten eigendlich sofort Inhalte im Fenster des Decoder erscheinen – vorrausgesetzt, mindestens eine Display Option ist gewählt.
Die Neugier lässt jeden Nutzer natürlich erstmal alle Häkchen machen, aber man erkennt schnell, dass nur die Option „HFNPDU“ von Bedeutung ist, wenn es um die Routenverfolgung der Flugzeuge auf Grund ihrer geografischen Positionsangaben gehen soll. Der Hinweis auf die Bodenstation mit der Option „MPDU“ ist ja bereits mit der Frequenzwahl gegeben (hier Shannon), ggfls. könnte darin noch die Angabe zur Übertragungsgeschwindigkeit interessant sein. „LPDU“ zeigt die Identitätsnummer-Vergabe der Bodenstation an die Flugzeuge – eine organisatorische Maßnahme für die gleichzeitige Abwicklung des Funkverkehrs mehrerer Flugzeuge. Die „HFNPDU“-Inhalte sehen folgendermaßen aus:
Der Zeitstempel in UTC, der übrigens den Sendestellen entstammt und nicht vom eigenen PC hinzuzgefügt werden. Die Flight-ID sowie die Breiten- und Längengrad-Angaben. Und genau die sind es, die uns nicht nur die Flugroute eines Flugzeuges nachvollziehen lassen, sondern auch zur Beurteilung der Ausbreitungsbedingungen interessant sind.
Ansonsten ist die Beschreibung der Software kurz: Die kleine Box „Aircraft Data“ zeigt alle in einer Sitzung empfangenen Flugzeuge. Ein Doppelklick auf eines lässt seine Daten in dem oberen Fenster erscheinen. Die Auflistung z.B. aller Einträge ein und desselben Flugzeuges in chronologischer Reihenfolge ist leider nicht möglich. Die einzige Möglichkeit, die Empfangsdaten zu sichern besteht ferner darin, den Inhalt des großen Fensters mit Copy und Paste in einen Texteditor zu übertragen. Hier ein Beispiel nach der Bereinung von allen Inhalten außer den oben genannten:
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14:16:20 UTC Flight ID = JAL652 LAT 62 53 1 N LON 3 45 38 E |
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14:08:22 UTC Flight ID = VS0652 LAT 45 0 43 N LON 0 25 12 W |
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13:58:16 UTC Flight ID = VS0652 LAT 43 54 11 N LON 0 0 56 E |
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13:57:10 UTC Flight ID = VS0901 LAT 58 19 23 N LON 8 9 26 E |
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13:53:34 UTC Flight ID = VS0652 LAT 43 23 19 N LON 0 12 45 E usw. |
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Ich gehe dann noch einen Schritt weiter und öffne diese Textdatei mit Excel. Erst darin lassen sich die Daten wunschgemäß sortieren, die geografischen Angaben in Dezimalgrad umrechnen oder gar Statistiken anfertigen. Leider sind die Informationen zunächst nicht durch Tabulatoren, sondern nur durch Leerzeichen getrennt, was beim Öffnen mit Excel durch das entsprechende Setzen von Trennungsmarken zu berücksichtigen ist. Und das ist auch nur bedingt möglich, da die einstelligen Gradangaben ohne führende Null ausgegeben werden und damit alle darauf folgenden Zeichen nach vorn zieht. Dann ist in EXCEL händisch etwas Nacharbeit gefragt – nein: Besser ist Vorarbeit im Texteditor!
Die EXCEL-Tabelle steht. Die Grundlage ist eine Aufzeichnung vom 12.03.2006 auf der Frequenz 8.942 kHz von 09:14 Uhr bis 14:16 Uhr. Die Empfangsanlage bestand aus einem AR5000 in Verbindung mit einer 25 Meter langen Windom-Antenne, abgestimmt auf die Rundfunk-Bänder.
Zunächst ermittelte ich einige statistische Zahlen: Alle 114 Sekunden konnte eine auswertbare Aussendung empfangen werden. Wohlbemerkt: Dabei handelt es sich nur um die Dekodierung von „HFNPDU“. Tatsächlich hört man alle paar Sekunden Aussendungen. Die mittlere Entfernung aller Empfänge betrug 828 km, die weiteste Entfernung 2760 km (13:31 Uhr: 40,0°N, 39,83°E). 31 verschiedene Flüge wurden registriert, d.h. im Mittel gab jeder Flug 5 Meldungen ab, während er sich in meinem Empfangsbereich befand. Um die Plausibilität der Empfänge zu überprüfen, stelle ich die Koordinaten grafisch dar. Dazu habe ich die Längen- und Breitengrade zunächst in Dezimalgrade umgerechnet, damit sie als Koordinaten unter EXCEL verwendbar sind:
G3=WENN(F3=”N”;C3+(D3+(E3/60))/60;(C3+(D3+(E3/60))/60)*-1)
M3=WENN(L3=”E”;I3+(J3+(K3/60))/60;(I3+(J3+(K3/60))/60)*-1)
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A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
I |
J |
K |
L |
M |
|
|
1 |
|
|
Breite |
|
Länge |
||||||||
|
2 |
UTC |
Flight ID |
° |
m |
s |
|
° dez. |
|
° |
m |
s |
|
° dez. |
|
3 |
14:16:20 |
JAL652 |
62 |
53 |
1 |
N |
62,884 |
|
3 |
45 |
38 |
E |
3,761 |
|
4 |
14:08:22 |
VS0652 |
45 |
0 |
43 |
N |
45,012 |
|
0 |
25 |
12 |
W |
-0,42 |
|
5 |
13:58:16 |
VS0652 |
43 |
54 |
11 |
N |
43,903 |
|
0 |
0 |
56 |
E |
0,016 |
|
6 |
13:57:10 |
VS0901 |
58 |
19 |
23 |
N |
58,323 |
|
8 |
9 |
26 |
E |
8,157 |
|
7 |
13:53:34 |
VS0652 |
43 |
23 |
19 |
N |
43,389 |
|
0 |
12 |
45 |
E |
0,213 |
| 8 | usw. | ||||||||||||
Es ergibt sich folgende Grafik, in der deutlich die Routen erkennbar sind. In der Grafik ist natürlich zu berücksichtigen, dass die Konvergenz der Längengrade bei diesem Maßstab schon recht stark ist und hier zu einer spürbaren Verzerrung der Fläche besonders im oberen Teil des Koordinatennetzes führt. Zum Zwecke meiner Auswertung genügt das aber.
Das werte ich als generell gute Auswertequalität. 157 Meldungen gingen ein. Es ist zu bedenken, dass meist nur die großen und interkontinental fliegenden Gesellschaften mit HFDL ausgestattet sind. Lediglich drei Meldungen davon gaben einen Zeitstempel außerhalb meiner Beobachtungszeit ab.
Die Statistik ergibt mit einem Verhältnis von 0,47 eine recht ausgewogene Verteilung zwischen Empfängen aus nördlicher und südlicher Richtung, wo hingegen mit dem Verhältnis von 0,82 ein deutliches Übergewicht von Empfängen aus östlicher Richtung stammen. Ob dies als Indiz für die Ausbreitungsbedingungen des betreffenden Tages gelten mag oder das Flugaufkommen entsprechend verteilt war…?
Fazit:
Die Antenne war nicht auf die hier benutzte Frequenz abgestimmt, liegt auf dem Dachboden unter einem Dach, was zum gegebenen Zeitpunkt mit Schnee bedeckt war und hat eine etwa 8 Meter lange Ableitung über ein RG-58-Koaxkabel, in die kein Verstärker eingeschliffen war. Der häusliche Störnebel lag zwischen S5 und S7. Unter diesen Bedingungen und der Tatsache, dass die Kurzwelle generell kein einfaches Medium zur Übertragung von digitalen Informationen ist, darf man dem Progrämmchen „HFDL Decoder“ wirklich eine gute Note attestieren.
Literatur, Quellen:
[1] http://users.otenet.gr/~aviation/HFDL/HFDL.htm
[2] http://www.429-arinc.com/arinc-429-tutorial.html
[3] http://www.acarsonline.co.uk/register.htm
[4] http://www.kloth.net/radio/
[5] Spezialfrequenzliste 2003/04, M. Marten, W. Siebel, Siebel-Verlag
