VHDL ADS-B Decoder

Ziel dieses Projektes war es einen ADS-B Decoder in VHDL zu entwerfen der den Datenstrom aus einem 1090MHz Empfänger möglichst effizient auswertet. Herausgekommen ist ein leistungsstarker FPGA basierter Decoder. Die digitale Schaltung wurde in VHDL geschrieben. Durch verschiedene Verarbeitungsstufen und den Verzicht auf externe Module wie Prozessoren arbeitet der Dekoder sehr schnell und zuverlässig. Die Daten werden anschließen über eine RS232-Schnittstelle an einen PC übertragen. Durch verschiedene Maßnahmen (z.B. Datenpufferung für die serielle Datenübertragung und CRC Korrektur) konnten die Verluste durch die langsame übertragungsgeschwindigkeit einer seriellen Schnittstelle weitestgehend kompensiert werden. Das Projekt wurde von den Studenten Carsten Fischbeck und Frank Kuhlmann im Rahmen ihres Elektrotechnikstudiums, Vertiefung technische Informatik, durchgeführt.

ADS-B steht für Automatic Dependent Surveillance - Broadcast und ist eine Erweiterung des Mode-S Sekundärradars. Im Prinzip ermöglicht es Verkehrsflugzeugen Daten wie Flugnummer, Geschwindigkeit, Richtung, und Flughöhe unabhängig von einem Primärradar an die Bodenstationen und die Flugsicherung zu senden. Die übertragungsfrequenz mit der die Flugzeuge ihre Daten an die Bodenstationen senden ist 1090MHz. Mode-S ist ein Paket orientiertes System und die eigentlichen ADS-B Daten werden im sogenannten Downlink Format 17 übertragen.

VHDL steht für Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language. Diese Hardwarebeschreibungssprache beschreibt im Gegensatz zu einer Programmiersprache keine Software, wie zum Beispeil c, sondern die Architektur und das Verhalten einer digitalen Hardware. Dadurch ist es möglich sehr effiziente Datenverarbeitungseinheiten zu erstellen. Um die in der Hardwarebeschreibungssprache beschreibene Hardware in Betrieb zu nehmen, wird sie nicht wie Software in einen Prozessor geladen, sondern zu einer aus Grundelementen bestehenden Hardwareschaltung synthetisiert. Für Prototypen und kleinere Serien werden die VHDL-Beschreibungen für sogenannte FPGA Chips synthetisiert.

FPGA steht für Field Programmable Gate Array und ist eine spiezielle Sorte von Chips. Diese Chips enthalten sehr viele universell einsetzbare Logik-Einheiten die durch eine Konfiguration so verschaltet werden, dass sie die beschriebene digitale Schaltungsfunktion erfüllen.

Zum schnellen Testen haben wir den ADS-B Plotter von Edward Cardew verwendet. Dieses Programm ist Opensource und Freeware.

Eine weitere Alternative wäre Planeplotter, die lizensiert werden muss.

Das Projekt wird hier noch etwas genauer in Form eines Videos vorgestellt.

Sollte das Video nicht mehr auf Youtube verfügbar sein, so können Sie dies hier downloaden.

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