In precedenti articoli abbiamo già abbondantemente parlato di AIS ed illustrato come ricevere e displayare gli spot che il sistema consente di catturare.

Abbiamo anche mostrato alcune realizzazioni basate sull’uso di un PC o di una schedina Raspberry associati ad un ricevitore AIS sia tradizionale che di tipo SDR.

Ovviamente tutti sapete o immaginate che esistono soluzioni commerciali per la ricezione dei segnali AIS.  La domanda che ovviamente viene spontanea e’ per quale motivo affannarsi ad acroccare cose strane quando basta fare una ricerca su internet e scegliere l’oggetto commerciale migliore o di prezzo migliore…

Indubbiamente la domanda è legittima 🙂

Anche io mi sono posto la domanda e ho cercato di darmi delle risposte….

La prima risposta che mi è venuta è stata ovviamente quella del “vil danaro” !

Se voglio cercare di capire di che si tratta l’AIS senza mai averne sentito parlare è corretto cercare di fare tutto il possibile senza mettere mano alla tasca… e cosi ho fatto pure io….

Ovviamente la prima cosa che ho fatto è stata cercare su internet qualcosa di già disponibile…. il sito https://www.marinetraffic.com/    è una fonte interessantissima di informazioni al riguardo:  si tratta infatti di uno dei portali piu’ noti di raccolta di spot AIS da parte di dilettanti e professionisti del mare e dei suoi sistemi di supporto…

Il sito come suo obiettivo principale ha quello di aggregare spots AIS raccolti via radio da stazioni AIS sulla terraferma e uploadati via internet al portale stesso: i dati aggregati vengono resi disponibili gratuitamente a chi contribuisce con una propria stazione AIS alla raccolta dei dati nella sua area geografica, e a pagamento a tutti quei soggetti che possono avere interesse nei dati stessi: in particolare non solo appassionati delle barche, ma soprattutto operatori che realizzano il loro business sulle attività del mare….

Questo piccolo dettaglio… economico spiega come siano nate e state messe sul mercato una serie di soluzioni già belle e confezionate per fare il giochino…. quelle di seguito sono un esempio dei dispositivi più diffusi tra gli appassionati di AIS:

Il sito https://shop.marinetraffic.com/   riporta una bella sintesi di cose disponibili: con la modica cifra di 400-600 € ci si può procurare un ottimo scatolotto in grado di fare il giochino di ricevere gli spot AIS e uploadarli sul portale in questione; se vogliamo completare la stazione basta acquistare una antenna ad hoc con altri 100 € e il cavo coassiale per collegare l’antenna allo scatolotto  e con 500-700 € abbiamo una ottima stazione AIS… se poi vogliamo strafare basta riuscire a trovare chi ci fornisce la possibilità di installare il tutto sul pizzo di una montagnola possibilmente in mezzo o in prossimità del mare e siamo up&running con una meravigliosa  stazione AIS in grado di coprire migliaia di Km-quadrati di mare 🙂

Ovviamente la ricerca è anche servita a capire quali specifiche e quali dati di performance queste apparecchiature forniscono.… in modo anche da capire che relazione ci sia con il relativo prezzo e che senso possa avere fare qualcosa anzicchè comprarla: è quello che i professionisti chiamano “make or buy decision”.

Ovviamente tutto questo fa sorgere la domanda:  ma che senso ha fare tutto questo ? o che soddisfazione si trae dal tutto ?  o che vantaggi si traggono da una tale realizzazione ?

Ognuno ovviamente si darà le sue risposte…. nel mio caso le risposte sono state varie e diverse via via che grazie al buon Gennaro iz8ogk mi addentravo con il suo aiuto nel tema e cominciavo ad appassionarmi al discorso…..

La prima constatazione è stata che spendere tanti soldi per un hobbista forse non ha nessun senso… anche perchè è possibile ottenere sostanzialmente risultati già molto interessanti con meno di 100 €  e sfruttando oggetti , ad es. un PC, che già si ha in casa con una chiavetta USB RTL-SDR…..

Il primo articolo sul tema  ( https://www.sarimesh.net/2018/02/09/sdr-come-ricevere-i-segnali-ais-con-poca-spesa/  )  in sostanza rappresenta il risultato di questa prima fase….

Come si potrà notare leggendo eventualmente l’articolo, questo tipo di soluzioni sicuramente consentono già di soddisfare chi è interessato oltre che a vedere gli spot AIS su una mappa sul suo PC, anche e soprattutto chi è interessato a smanettare con computers e internet 🙂

Via via però che si prende gusto nel discorso vengono subito al pettine alcuni nodi…

• il sistema funziona ma mi costringe a tenere accesso svariati scatolotti tra cui un PC….
• se manca la corrente bisogna far ripartire tutto daccapo manualmente ….  e questo fa scendere “la qualità” della stazione AIS sui relativi portali…
• la distanza a cui si riescono a ricevere gli spot dei natanti … forse si potrebbe migliorare...  l’area di copertura è un altro parametro che sui portali AIS salta all’occhio….
• si riesce ad uplodare i propri spot AIS su parecchi portali, ma ce ne sono altri dove non si riesce…. e sarebbe interessante uploadare i propri spot ( es. il portale APRS.FI usato dai radioamatori per riportare i propri “oggetti”).

 

Come vedete ci sono svariate direzioni in cui si può fare meglio….

Sempre grazie agli stimoli del buon Gennaro iz8ogk, innanzitutto lupo di mare prima ancora e più che radioamatore ( come ama definirsi…) abbiamo cercato di fare qualche passetto avanti… il secondo articolo  ( https://www.sarimesh.net/2018/02/13/ais-uploadiamo-gli-spots-su-aprs-fi/  ) rappresenta il risultato di questi miglioramenti….

Come si può leggere nell’articolo , usando un piccolo scatolotto Raspberry basato su linux, associato al vecchio ( cioè già n uso ) ricevitore AIS tradizionale, riusciamo a risolvere agevolmente tre dei quattro punti sopra elencati: spesa 50 € …. abbondantemente bilanciati dal risparmio di energia elettrica dovuta al fatto che non è più necessario tenere acceso il PC :).

La soluzione RX AIS tradizionale + Raspberry linux si è dimostrata estremamente stabile nel tempo e in grado di uploadare spots anche sul portale APRS.FI in modo da rendere visibili su tale portale le navi e i natanti presenti nelle zone di mare adiacenti la nostra area.

La fig. seguente è un esempio a questa sera:

 

Purtroppo il sistema si è però dimostrato poco flessibile sotto due punti di vista:

• limitatissimo supporto di ricevitori SDR
• impossibilità di uploadare gli spot AIS sul portale DXMAPS.COM che è il portale top per gli OM dediti al DX

 

Il primo punto in particolare era il più brutto: in pratica l’unico dispositivo SDR ben supportato erano le famose chiavette USB tipo RTL-SDR:  economicissime, ma altrettanto scandenti in quanto a caratteristiche funzionali ( sensibilità, etc.); per usare ricevitori più performanti si finiva inesorabilmente sul dover usare windows e quindi un PC aggiuntivo.

Per il secondo punto invece il problema era di natura SW in quanto i gestori del portale DXMAPS.COM consentono di uploadare gli spots esclusivamente tramite dei loro programmi che girano solo sotto windows….  anche in questo caso rendendo necessario l’uso di un PC associato al ricevitore AIS.

Ovviamente difronte a queste evidenze si è riproposta la domanda:  ma a che cosa può servire tutto questo ?

La risposta che mi sono dato personalmente è stata molto semplice… sicuramente non serve fare di più se ci limitiamo all’upload sui portali AIS, ma, pensandoci con più attenzione, il discorso AIS altro non è che un metodo automatico per scoprire se ci sia o meno propagazione verso certe zone, e questo è sicuramente un discorso interessante che si affianca ad altri discorsi quali il WSPR  ( http://wsprnet.org/drupal/wsprnet/map ) o quello dei Beacons NCDXF   ( http://www.ncdxf.org/beacon/index.html )  di cui oggi tanto si parla….

Non solo: il supporto di ricevitori SDR sotto linux è un tema estremamente interessante ed attuale…. lavorarci sopra quindi è un investimento ….

Sulla base di queste considerazioni ho quindi deciso che era interessante proseguire sul lavoro e cercare una soluzione che sfruttando la “scusa” dell’AIS ci consentisse di fare un poco di ulteriore esperienza sui temi correlati.

Dopo un poco di ricerche sono arrivato a individuare una soluzione ottimale per supportare ricevitori SDR di svariati tipi: si tratta della “suite GNU Radio”; la soluzione si basa su un progetto completamente opensource estremamente ben pensato e in grado di consentire lo sviluppo di applicazioni SDR sfruttando blocchi funzionali riutilizzabili; è come dire che abbiamo a disposizione un meccano di pezzi che assemblati in maniera intelligente consentono di realizzare sistemi comunque complessi con sforzo di progettazione limitato.  Per chi è interessato al discorso riporto il puntatore al sito di riferimento di questo progetto: https://www.gnuradio.org/

Una delle grosse caratteristiche del sistema GNU-Radio è la disponibilità di un meccanismo di interfacciamento verso dispositivi SDR HW ( es. ricevitori, trasmettitori, etc.) molto ben fatto e dotato di una serie di plugin in grado di interfacciare quasi tutto l’esistente….   proprio quello che serve a noi per poter interfacciare un ricevitore SDR ad un processore basato su linux….

Il sistema GNU-Radio ha però un piccolo-grosso problema: è molto pesante in termini di potenza di calcolo e soprattutto memoria richiesta al processore su cui deve girare !!!!!

Leggendo su internet sembrava che nonostante tutto il sistema potesse girare anche sui famosi schedini Raspberry like…. per cui mi sono imbarcato nel cercare di far frullare il tutto su una scheda Raspbery con 1 Giga RAM, e successivamente su una scheda Odroid con 2 Giga RAM, entrambi basati su processori ARM…  purtroppo la stabilità del tutto è apparsa subito estremamente precaria… nel senso che le cose giravano… ma il processore poverino non ce la faceva … e crepava 🙁

Senza perdersi d’animo ho deciso di cambiare piattaforma e ripiegare sulla sempre attuale piattaforma HW  Intel X86, in particolare selezionando una schedina mini-ITX ( 17×17 cm)  con processore ATOM J1900  quad core a 2Ghz di clock e con supporto di memoria RAM fino ad 8Gigabytes….  mi direte:  ma questo è un super PC… chissa’ quanto costa…. orbene niente di tutto questo: la spesa per una simile scheda è sui 45 € +  il costo delle memorie RAM  ( contro i 35-40 di un raspberry) … a conti fatti uno scatolotto contenente tutto il necessario, con 8 Giga RAM e un disco da 500 Giga si aggira  sui 100 €…  non male soprattutto se si pensa che il consumo di potenza non supera i 15-20 Watt.

La figura sotto ritrae lo scatolotto nudo 🙂

Detto fatto mi sono imbarcato nell’avventura:  installato Linux nella sua distribuzione Ubuntu, ho piano piano installato tutto l’insieme dei tools della suite GNU-Radio, oltre ad altri innumerevoli strumenti di supporto per lo sviluppo di applicazioni SDR basati sia su HW ad hoc, che su HW programmabile ( FPGA Field Programmable Logic Array )….

Il tutto con una interfaccia grafica windows like e la possibilità di operare da remoto sia in maniera consolle che in maniera grafica.

La figura seguente rappresenta una schermata tipica del tool “GNU-Radio Companion” che rappresenta l’interfaccia grafica dell’ambiente GNU-Radio e serve per sviluppare e testare le varie applicazioni: quello mostrato è il flowgramma della applicazione AIS utilizzata come descritto nel seguito:

Una caratteristica importante dell’ambiente GNU-Radio è la possibilità di testare in maniera dettagliata gli algoritmi SDR che si vanno a sviluppare, utilizzando dei tools SW di analisi.

La figura seguente rappresenta per es. una immagine in tempo reale della coppia di canali AIS ricevuti e processati dall’algoritmo visualizzato nella immagine precedente: si notano in verde la coppia di canali del servizio AIS a +-25 Khz dalla frequenza centrale del canale 162.00 Mhz. La schermata è stata ottenuta inserendo nel flowgramma del ricevitore un blocchetto “WX FFT GUI Sink” che equivale ad un analizzatore di spettro SW, collegato giusto all’ingresso del ricevitore in modo da osservare il segnale ricevuto prima d tutte le altre operazioni necessarie a decodificare i segnali AIS stessi.

Sulla piattaforma è anche installato un ottimo tool di ricezione SDR chiamato GQRX : la figura seguente rappresenta la sua schermata principale di controllo; il tool è molto potente e completamente opensource;

La figura di seguito rappresenta una schermata tipica di questo tool sintonizzato sulla frequenza di 144.800 Mhz usata per il servizio APRS, e con attivo il decodificatore AFSK1200 usato per decodificare i messaggi APRS in tempo reale ricevuti.

Ovviamente l’obiettivo è stato non solo quello di fare qualcosa per l’AIS, ma piuttosto quello di sperimentare cosa si potesse riuscire a fare su una piattaforma quale quella descritta…  il timore era sempre che alla fine si scoprisse che anche questa volta il tutto si dimostrasse instabile e inaffidabile…

La prova del fuoco è stata quella di interfacciare diversi tipi di ricevitori SDR al processore e cercare di estrarre i famosi spot AIS, uploadandoli su tutti i portali target che ci eravamo dati….   osservando nel tempo la stabilità del tutto….

La soluzione scelta per l’estrazione degli spot AIS è stata quella di utilizzare un ricevitore costruito con una serie di blocchi GNU-Radio e in grado di decodificare entrambi i canali A e B del sistema AIS, già disponibile nell’ambito delle applicazioni  GNU-Radio.

Per quanto riguarda invece la parte di upload sui vari portali AIS e sul portale APRS.FI abbiamo riutilizzato esattamente lo stesso codice in precedenza usato sula versione schedina Raspberry ( di cui all’articolo n. 2 citato sopra).

Restava il grosso scoglio dell’upload sul portale DXMAPS.COM che richiedeva di  usare un programma disponibile solo per la piattaforma windows:  ci è venuto incontro ancora una volta Linux e in particolare il tool WINE tramite il quale è possibile far girare , benissimo se la piattaforma HW è di tipo Intel X86, direttamente sotto linux anche dei programmi concepiti solo per windows 🙂

Il risultato è stato quello di mettere insieme una piattaforma HW/SW interamente basata su Linux e in grado di fare tutto quello che ci eravamo prefissato di fare….  senza avere necessità di nessun PC windows tradizionale.

Restavano ovviamente da scegliere i componenti SDR da utilizzare: è stato subito chiaro che perchè il discorso AIS avesse un senso radioamatoriale, era indispensabile che potesse essere utilizzabile come sistema di monitoraggio della propagazione… quindi era essenziale usare un ricevitore SDR molto sensibile, curare molto bene la parte di filtraggio a monte del ricevitore stesso e scegliere una antenna sufficientemente performante… ovviamente sempre tenendo conto del portafoglio….

La scelta è quindi caduta sul ricevitore SDR SDR-Play RSP1A   ( https://www.sdrplay.com/rsp1a/ )    che ha un ottimo rapporto prestazioni/prezzo e costa  meno di 100 €; associato al ricevitore abbiamo utilizzato un preamplificatore-filtro centrato sulla banda del servizio  AIS e basato sull’utilizzo di filtri SAW   ( ad onde superficiali) molto stretto, anch’esso con un rapporto costo/prestazioni molto buono. Come antenna abbiamo deciso di usare una antenna collineare a tre elementi.

L’accrocco è ormai in funzione da circa due mesi ed ha dimostrato una stabilità molto buona senza mai fermarsi..

La fig. seguente rappresenta una schermata tipica del funzionamento dei tools AIS descritti relativi alla ricezione AIS e all’upload dei relativi spots su tutti iportali descritti.

Ovviamente il tutto funziona anche senza che sia visibile la schermata di cui sopra…. in altri termini non è necessario essere collegati alla interfaccia grafica affinchè il tutto funzioni; l’interfaccia grafica serve unicamente per seguire l’attività della piattaforma quali ad es. i log dei vari tools attivi o il carico della CPU.

Volendo è possibile visualizzare gli spot AiS raccolti in tempo reale sui vari portali descritti ed in particolare sul portale DXMAPS.COM che riporta , nella sezione AIS, i soli collegamenti considerati DX, ovvero con distanza superiore a 300 Km.

Il portale marinetraffic invece può essere utile anche per visualizzare il traffico non DX e quindi consentire di avere una panoramica della “lunghezza” della propagazione …  va osservato al proposito che è noto che le caratteristiche della propagazione radio tra i 100Mhz  e i 1000 Mhz sono sostanzialmente identiche per cui è possibile estrapolare i dati visualizzati dall’AIS a 162 Mhz sia alla banda dei 144 che a quella dei 432 Mhz.

Di seguito riportiamo alcuni esempi di schermate ottenute dai portali indicati e che possono dare una idea del discorso.

La fig. seguente rappresenta la situazione ad oggi pomeriggio 27-luglio-2018: si può notare come sia presente una ottima propagazione che dalla nostra zona permette di coprire quasi tutto il tirreno per arrivare fino alle coste africane…

 

La figura seguente rappresenta una situazione di qualche giorno fa estrapolata dal sito DXMAPS.COM e quindi tale da riportare solo i collegamenti superiori a 300 Km.

La seguente figura invece si riferisce ad un evento E-Sporadico registrato nei giorni scorsi e che consentiva collegamenti di oltre 2000 Km di distanza.

Nel valutare i diagrammi di copertura ovviamente bisogna tenere conto che tutti i dati si riferiscono alla stazione nstallata presso il mio QTH e quindi posta nell’abitato ad una altezza di circa 60 msl e in mezzo alle case e con apertura quasi esclusivamente verso ovest; se si riuscisse a trovare una posizione migliore ovviamente le cose potrebbero ulteriormente migliorare 🙂   Sfruttando la rete SARIMESH potremmo installare una stazione del genere su qualche luogo in collina con una migliore apertura….

A conclusione di questa chiacchierata quello che possiamo sottolineare è che il lavoro di sperimentazione svolto partendo dal semplice spunto AIS, ci ha consentito di mettere insieme una piattaforma HW/SW che potremo utilizzare sicuramente come base per ulteriori esperienze.

Inoltre, per come è stata pensata, la soluzione è facilmente replicabile per cui è auspicabile che altri possano trarre incoraggiamento nel cimentarsi sul terreno delle nuove tecnologie superando l’istintiva paura del nuovo.

Qualora sia di interesse è possibile realizzare un duplicato della piattaforma e renderla disponibile sulla rete SARIMESH in modo che possa essere utilizzata anche da remoto da parte degli utenti collegati alla rete. Se ci dovessero essere persone interessate basta che mi contattino ad info@sarimesh.net.