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DL4MEA  FPGA  ADS-B receiver/decoder two channels Update 27/02/2011

 
Faisant suite au premier décodeur à PIC de Günter DL4MEA, voici une autre version autour d'un FPGA que Günter m'a fourni- Merci Günter.
Ce dernier est équipé de 2 canaux de réception, un sur un récepteur interne et un connecté sur un récepteur externe type miniADS-B utilisé dans la version à PIC.
Ceci permet de sectoriser les antennes, avec par exemple
- une antenne omni sur un canal et une antenne directive sur le deuxième canal pour avoir un gain plus important dans une direction particulière (aéroport par exemple)
- deux antennes identiques avec un gain important et couvrant chacune 180° en Azimut (2 AMOS-5 de 12dB de gain dans l'axe)
 
Following the first ADS-B decoder from DL4MEA, based on a PIC, here is a new one based on FPGA. In addition, this one provides two Rx channel, one internal and one external to be connected to -for example- one miniADS-B receiver, as used with the previous PIC decoder.
This configuration will allowed to use différents antennas for each receiver. (sectorised antennas )
-One omni-directional antenna on one Rx channel and a directive one with higher gain on the second one to be pointed to an  azimut of particular interest
- Two identical antenna with gain and 180° az pattern such as 2x AMOS-5 with 12dB gain in the beam axis, giving an equivalent of 360° coverage with 12db gain
Le récepteur/décodeur FPGA à droite et le récepteur miniADS-B et PIC ADSB8 à gauche
The FPGA receiver/decoder on the right side and the mini ads-b receiver with the PIC decoder on the left side. 
 
Pour se faire une idée des conditions de réception, quelque photos côté Sud, Ouest et nord de l'horizon.
Some pictures of the reception conditions, Azimut clearing on south, West and North
Antenne coax colinéaire et direction Sud / Coax colinear antenna and south direction
 
Dégagement côté Nord-Ouest - North-West side
Dégagement côté Nord  - North side
Ces différentes vues montrent des conditions loin d'être optimum, et pourtant les résultats de réception son très satisfaisants
These various pictures show that the received conditions are far from to be optimum, but followins records show anyway very acceptable results.
Enregistrement PP et nombre de trames traitées par seconde. Le maximum obtenu a été de 432 trames/secondes et 102 avions
PlanePlotter records and numbers of treated frames per second (all frame type). Maximum reached has been 432 frames per second and 102 planes
 
 
415 trames par seconde - 88 avions / 415 frames per second -88 planes
 
Récepteur interne avec antenne coaxiale colinéaire  / Internal receiver with coax collinear antenna
Récepteur externe mini ADS-B avec antenne AMOS-5 située à l'intérieur et pointée vers le Nord / External mini ADS-B receiver with indoor AMOS-5 antenna beaming to north
Trames DF11/DF17 par seconde /Frame DF11/DF17 per seconde

 

 

Comparaison avec les résultats du PIC-ADSB8 As compare to PIC-ADSB8

 

18to19/01/2011    Enregistrement sur 24h de PP / 24hours record of PP

Résultats de tests effectués en région parisienne, sur le trafic de Roissy CDG 

Some results of tests performed in Paris area, on the Roissy CDG airport traffic

1-  Tests effectués à Tremblay-en-France à 5km à vol d'oiseau des pistes de CDG. L'antenne colinéaire coaxiale est située à l'intérieur de la maison à 3m au dessus du sol. On peut cependant voir les avions à une altitude de 250 pieds (environ 80m). Le rayon de couverture, compte tenu de la position de l'antenne n'éxède pas 50nM

Tests in Tremblay-en-France, 5km South from the runway of CDG airport. The colinear coaxial antenna is located inside the house, 3m above ground level. However, can see the planes at an altitude of 250 feet (about 80m). The radius of coverage, given the position of the antenna, does not exceed 50 nM

 

On peut voir les circuits d'atterrissage et de décollage sur les 4 pistes de Roissy1 et Roissy 2.

Atterrissages à gauche sur deux pistes et décollages à droite sur deux pistes

 You can see the landing and take-off tours on 4 runways.

 On the left, landings on two strips and takeoffs on the right on two other strips

2- Test effectués à Maurecourt, 40km à l'ouest de Roissy CDG

 L'antenne était placée au niveau du sol, et la visibilité des avions a été à une altitude minimum de 3000 pieds. Couverture maximum, également 50 nM

Jusqu'à 112 avions ont été suivi simultanément, et le volume de trames traitées par seconde a été de 440, tous types confondus.

Test performed at Maurecourt, 40km west of Roissy CDG

 The antenna was placed at ground level and visibility of the aircraft was at a minimum altitude of 3000 feet. Maximum coverage, also 50 nM

Up to 112 planes were followed simultaneously, and the rate of processed frames was 440 per second ,  all types together.

 

Ici on voit bien, côté gauche, les circuits d'approche et d'atterrissage des deux pistes, et côté droit on voit la boucle de virage à gauche après décollage de Roissy1, pour suivre un cap vers l'ouest, et l'amorce de virage à droite après décollage de Roissy2. 

Cette image de PlanePlotter donne une idée de l'importance du trafic, tous niveaux de vol confondus. Malheureusement pour l'instant on ne peut faire la différence de niveau de vol, une seule couleur étant disponible pour les traces permanentes 

Here we can see, left side, the approach and landing circuits on two strips, and on right side one can see the left turn loop after take off Roissy1, to follow a west route, and  right turn after takeoff of Roissy2.

 This PlanePlotter picture gives an idea of the amount of traffic, all flight levels combined. Unfortunately for now, we can't make the difference in flight level , a single color being available for permanent trails.

 Récepteur FPGA avec deux canaux, antenne colineaire coaxiale sur le récepteur interne , et antenne AMOS-5 sur récepteur externe miniads-b

FPGA receiver with two channels, coaxial collinear antenna on the internal receiver, and AMOS-5 antenna  on external miniads-b

Les résultats des testes suivants ont été réalisé en désactivant le controle CRC sur le décodeur FPGA, et en réalisant la correction d'erreur par une application séparée (CRC-V4) développée par Guenter de DL4MEA. Cette application tourne entre le récepteur et PlanePlotter, et permet un gain d'environ 30% sur le nombre de trames traitées par seconde.

The following tests were done by disabling the CRC check  on FPGA  decoder and performing error correction through a separate application (CRC-V4) developed by Guenter of DL4MEA. This application runs  between the receiver and PlanePlotter , and improove by about 30%  the number of frames processed per second.
 
 Simultanément, adsbcompare, un programme de mesure du nombre de trames DF11/DF17 traité par seconde, traite les mêmes informations que PlanePlotter et CRC-V4.

Pour faire tourner toutes ces applications en même temps il est fait appel à 3 couples de ports COM virtuel, créé par le programme com0com.

Simultaneously, adsbcompare, a program to measure the number of threated DF11/DF17 frames per second , process the same information than PlanePlotter and CRC-V4.
To run these applications at the same time one uses 3 pairs of virtual COM ports created by the com0com program .

 

COM200/COM201

COM300/COM301

COM400/COM401

Un autre programme Hub4com permet d'assurer le routage entre les ports COM(USB), COM200 et COM300 

 Another program, Hub4com ensures routing between the COM ports (USB), and Comm 300  and COM200 

La configuration finale étant:

Final configuration being:

USB port(COM8)  –> Hub4com –> com200  <> com201  ->CRC-V4 –> com400<> com401 –> Plane PlotterP

                                   -> com300 <> com301 –> ADSBcompare
 

Nous avons donc les programmes suivants actifs en même temps:

All the following programms are runing together

Hub4com (fenêtre de commande minimisée)

CRC-V4 (fenêtre de commande minimisée)

PlanePlotter

Adsbcompare

Trames DF11/DF17 avec CRC par le décodeur FPGA

 

 

Trames DF11/DF17 avec CRC par l'application CRC-V4

Nous constatons un gain d'environ 30% sur le nombre de trames traitées

 

 
 
 
 
Performance globales:
 
+ de 200 nM de couverture au niveau de vol FL 390
183 avions en traitement sur la copie d'écran, 202 atteints
398 trames traitées par seconde sur la copie d’écran, mais il a été atteint 561trames par seconde traitées, tous types confodus
jusqu’à plus de 140 trames DF11/DF17 par seconde

 Overall Performance:
 
+ 200 nM coverage at flight level FL 390
183 planes processed on the screenshot, (202 have been reached)
398 frames processed per second on the screenshot, but it was hit 561trames processed per second, all types, and over 140 frames per second DF11/DF17
 

 

 Enregistrement sur 24h avec antenne CoaxColinéaire extérieure (9m du sol) avec préampli, et antenne AMOS-5 à l'intérieur du QRA (5m au dessus du sol) direction Paris (NE) avec préampli sur le 2e canal.

 24hrs recording with CoaxColinéaire external antenna  (9m above the ground) with preamp on one channel, and indoor AMOS-5 antenna  in direction of Paris (North-East) with preamp on the second channel (5m above ground level).