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用树莓派追踪400公里内的飞机?

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是时候搭建一个树莓派飞机追踪系统了!通过本文的最终设置,你可以亲自收集400多公里外飞机的准确位置数据,数据每分钟更新一到四次。无论是客机、货机、单引擎塞斯纳飞机、直升机,甚至偶尔出现的军用飞机,你都能掌握它们的详细信息,包括它们之前的飞行轨迹。这一切都要归功于树莓派和 FlightAware Pro Stick。将它们组合在一起,你就能创建一个PiAware系统!看看下面完成后的系统以及一架闪亮的塞斯纳140飞机图片。

通过PiAware,我们可以利用安装在几乎所有飞机上的ADS-B应答器传输的信息。这些飞机飞过头顶时,会发送这些信息。ADS-B(广播式自动相关监视)是一种技术,它使飞机能够通过卫星确定自己的位置,然后广播该位置。实际上,所有飞机都依法必须这样做。这些信息会发送到电磁频谱中,机场地面站可以接收。这就是机场追踪周围飞机的方式。

使用FlightAware,你可以搭建并运行自己的ADS-B地面站,接收这些ADS-B信号。我们的PiAware可以安装在任何地方,功耗低,能够直接从高空飞机接收实时、每分钟更新的数据!以下是本指南的内容:

ADS-B深入解析与FlightAware工作原理

所需材料

硬件设置

FlightAware设置

演示

后续步骤

随时了解空中交通状况具有巨大价值,本系统能为你提供最佳洞察,让你了解实际发生的情况。你甚至可以在家中安全地判断未来的航班是否会颠簸!FlightAware为所有地图提供准确的天气叠加图。对于一些人来说,穿梭机场可能很有趣,但如果你被困在长长的队伍中或遇到故障飞机,你可能会后悔没有搭建一个PiAware系统。

此外,读完本指南后,你将能够准确知道天空中每一架客机、货机或单飞行员飞机的位置。在全球任何地方!你甚至能够获取所有飞机的历史数据。这太不可思议了!非常感谢德克萨斯州休斯顿的聪明人让这一切成为可能。看看下面单个节点能实现什么,以及接入更大的FlightAware网络能实现什么。作为回报,你将完全免费地访问这些内容,甚至还能获得更多功能(企业级账户),为整体大局做出贡献。

FlightAware系统的创始人丹尼尔·贝克(Daniel Baker)将于今年(2023年)与兰斯·C·“野猫”·韦德(Lance C. “Wildcat” Wade)和切斯特·W·尼米兹(Chester W. Nimitz)一同入选德克萨斯航空名人堂,这是实至名归的。他的系统每月有超过一千万用户,是最大的实时航班跟踪数据聚合器。我小时候有朋友能通过声音准确告诉我天空中的飞机是什么型号。现在,我很高兴地说,我能告诉他们地平线上有什么飞机。

如果你有任何问题、疑问或希望我用这个系统做的事情,请告诉我们你的想法!考验你英语听力的时候到了,你可以直接观看视频

ADS-B深入解析与FlightAware工作原理

FlightAware运营着一个ADS-B接收器网络(其中许多是PiAware),用于追踪配备ADS-B的飞机。让我们详细解析一下。看看下面图片中安装在飞机(如右侧的湾流G700)上的ADS-B应答器。

什么是ADS-B?ADS-B是一种系统,飞机上的电子设备通过数字数据链自动广播飞机的精确位置。这些数据每半秒以1090MHz的频率广播一次。此外,其他飞机和空中交通管制可以使用这个数据链在显示屏上显示飞机的位置和高度,而无需任何雷达。这主要是为了安全,在大多数国家,这基本上是法律要求。在澳大利亚,任何按照仪表飞行规则飞行的飞机都需要安装。在美国,任何飞越18,000英尺的飞机都必须安装。美国军用和政府飞机通常通过ADS-B传输,但五角大楼允许他们关闭。然而,如果你幸运的话,在美国,你可能会在大型地图上显示时过滤掉之前看到一架E-4“守夜者”。非军用飞机没有这种灵活性,如果飞行员忽略这一点,将面临巨额罚款。这导致了大量的ADS-B信号不断发送数据,我们作为制造者可以自由获取这些数据。明确来说,ADS-B代表以下含义:

自动-->无需飞行员输入,自动进行。

依赖-->数据依赖于飞机导航系统提供的准确位置和速度数据。这通常是通过多颗卫星获取的GPS位置,卫星将时间信息发送到电磁频谱中。

监视-->提供飞机位置、高度、速度和其他监视数据以满足要求。

广播-->信息持续广播,以便配备适当设备的地面站、其他飞机或PiAware系统进行监控。

这些系统的广播可能包括以下信息:航班标识(航班号、呼号)、ICAO 24位飞机地址(全球唯一的机身代码)、位置(纬度和经度)、位置完整性/准确性(GPS水平保护限制)、气压高度和几何高度、垂直速度(爬升/下降速度)、航迹角和地速(速度)、紧急指示(选择紧急代码时)或特殊位置识别。

现在,如果任何飞机发出的数据在PiAware节点的范围内,FlightAware系统就会接收到。地面站接收信号的能力取决于高度、与站点的距离和障碍地形。每个地面站的最大范围可以超过250海里。这些数据将在PiAware飞机地图上每分钟更新一到四次。在每个地面站周围的空域中,监视范围将延伸至近地面。此外,在全球追踪时,它甚至会告诉你飞机何时在跑道上。加拿大航空与太空博物馆有一个很好的视频,展示了地面站和卫星如何与其链接工作,点击这里查看。看看下面的简化理解图片和一架法国航空空客A320-200客机。

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因此,非常明确地说,FlightAware和PiAware系统之所以能正常工作,完全是因为所有这些飞机都在不断广播它们的位置信号。PiAware可以通过互联网将其飞机位置数据发送给FlightAware(我建议这样做)。这将使你的准确飞机数据可供全球任何人查看。随着有足够多的站点(截至2023年,FlightAware拥有超过35,000个独特节点),已经有可能将所有这些数据拼接在一起,创建一张非常完整的地图,显示任何给定时间在空中飞行的所有飞机、直升机甚至滑翔机!看看下面令人印象深刻的全球FlightAware节点覆盖范围(192个独特国家)。要知道,FlightAware为ADS-B网络覆盖不足地区的个人免费提供FlightFeeder设备。他们真的希望全球各地都有节点。下面图片中的每个黄色圆点都是一个独特的FlightAware节点,为FlightAware更大的网状网络做出贡献。

因此,FlightAware系统收集这些数据,生成一张极其准确的地图,显示所有飞机的位置。你可以点击这个网页链接查看这张公共地图。

要知道,任何人都可以访问这张地图,但如果我们积极贡献数据,我们将免费解锁许多额外功能(企业级)。企业级的一个很酷的功能是,它可以让你追踪从商业航空公司到私人商务喷气机的飞机。我们也可以创建一个不向FlightAware发送数据、仅在本地保留数据的系统(但这没那么有趣)。做一个积极的全球公民,做出贡献。在这个现代时代,飞机仍然会失踪,这个系统积极防止这种情况再次发生。看看下面的FlightAware地图图片。

注意,默认设置是不显示没有航班的飞机。这就是直升机和小型通用航空飞机不会自动在FlightAware.com/live地图上显示的主要原因。你只需要打开“仅显示位置”就可以看到这些飞机。

所需材料

以下是将你的树莓派设置为功能齐全的飞机追踪器所需的一切:

FlightAware Pro Stick Plus(USB SDR ADS-B接收器)(仅重17克!)

3dBi ADS-B 1090Mhz SMA天线,带磁性底座

树莓派单板计算机(我使用的是树莓派4 Model B 2GB,但使用早期低规格的树莓派,如树莓派3 Model B+,也能完美完成)

16GB Micro-SD卡

Micro-HDMI转HDMI线,用于将系统连接到显示器

电源

一台带有鼠标和键盘的台式电脑

硬件设置

首先,打开台式电脑,插入Micro-SD卡。需要使用Micro-SD转USB适配器。插入后,确保已打开树莓派烧录程序(从此处安装)。

如果你需要帮助,请查看本指南。

https://core-electronics.com.au/guides/raspberry-pi-imager/

现在,使用此链接下载最新的Raspbian Linux PiAware镜像,并用它来烧录系统。

https://piaware.flightcdn.com/piaware-sd-card-8.2.img.zip

解压该文件,并在树莓派OS中选择它作为“操作系统”。然后,选择你的Micro-SD卡作为“存储”,并点击“写入”。看看下面图片中正在进行的过程。如果需要,右键点击图片并在新标签页中打开以查看完整大小。

烧录完成后,将烧录好的Micro-SD卡插入树莓派。现在,将FlightAware Stick Pro拧到天线连接器上。这是一个简单的SMA连接器,拧到位后就不会再拧进去了。看看下面图片中正在进行的过程。

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完成后,将FlightAware加密狗插入树莓派的USB端口。然后,将HDMI输出连接到显示器。这也是给树莓派主板的主CPU集成电路添加小散热片的好时机。此外,用网线将树莓派直接连接到路由器。如果你想创建一个仅WiFi的系统,请查看此官方指南。

完成后,通过插入USB-C连接器为树莓派系统供电。看看下面完成的PiAware设置。

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一开机,显示器上就会显示PiAware快速闪屏,然后显示与下面图片非常相似的页面。从这个页面上,最重要的是记下路由器为树莓派提供的IP地址。对我来说,这个数字是192.168.1.146。

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对于好奇的人来说,你可以在GitHub页面上查看将在我们系统上运行的所有开源脚本。https://github.com/flightaware/piaware

看看下面图片中页面的顶部。

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继续,从系统中获取这些信息后,你不再需要将显示器或HDMI线连接到系统。另外,轻轻拧动天线顶部接头处,确保它已正确安装。如果你不这样做,你将无法获得良好的连接。看看下面图片中正在进行的过程。

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注意,最理想的天线安装方式是安装在室外屋顶上,这样有效范围将超过400公里!看看下面图片中的完美安装。

FlightAware设置

点击此链接跳转到FlightAware账户创建网站。填写表格并创建账户。

你还需要通过验证电子邮件来确认账户。确保将用户名保存在某个地方,因为我们将在接下来的步骤中使用它。看看下面图片中正在进行的过程。

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现在,在浏览器URL中直接输入PiAware站点的IP地址(对我来说是192.168.1.146)。看看下面图片中的样子。这里的目标是使屏幕中间的四个彩色列变为绿色。一旦从飞机接收到数据,“1090无线电”列将自动变为绿色。这对我来说不到一分钟。下一步是点击按钮“认领此馈送器以将其与你的FlightAware账户关联”。

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你也可以通过点击此链接访问此页面PiAware - 认领并链接全新的PiAware地面站页面,点击此处链接。

https://flightaware.com/adsb/piaware/claim

看看当它未找到你的PiAware系统时,页面是什么样子的。点击“再次检查我的PiAware”,直到页面更改。

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成功页面如下所示。一旦看到这个,你就离完成所有设置非常近了!你甚至可以访问FlightAware专门为你创建的个人网站。在那里,你可以查看所有亲自收集的数据。

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现在,点击“查看你的ADS-B统计数据”部分中的链接。这将直接带你进入你的个人数据网站。甚至还有一个排名系统,可以查看你与其他全球各地的人相比看到了多少飞机!注意,你现在已成为企业用户,这非常棒。下一步是修复MLAT设置,使其也变为绿色。MLAT代表多点定位。多点定位(MLAT)系统计算飞机的位置。为了使我们的系统对MLAT工作良好,我们需要为其提供准确的GPS位置。按“齿轮”符号开始此过程。

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一按“齿轮”符号,就会弹出一个设置菜单。看看向PiAware系统提供准确GPS详细信息的步骤。确保点击“保存”。

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完成后,你的PiAware状态网页将如下所示。5分钟后,MLAT也将变为绿色!这样,你的PiAware的所有软件设置就完成了!

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要知道,你可以使用任何本地连接的设备连接到此网页。看看下面我的手机打开网页并看到所有列现在都变为绿色的样子。太棒了!

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演示

让我们看看使用我们的系统可以识别什么。我的系统识别的第一架飞机是尾号为VH-XGW、航班号为AE866的派珀PA-31纳瓦霍。一架二手派珀纳瓦霍酋长的平均价格为250,321美元。这架飞机正从塔姆沃思飞往纽卡斯尔。看看下面我使用FlightAware获取的这架和所有其他信息(历史和行程)。我甚至有那架飞机的照片!

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然后,如果我们扩大视野,包括其他人的数据,使用FlightAware地图,我们可以看到任何时候都有大量飞机在我们周围飞行。

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你还可以访问你的个人SkyAware地图。这是一个用于查看航班并在地图上显示仅由你的接收器接收到的航班的网络门户。看看下面图片中的样子。

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后续步骤

使用FlightAware,你可以看到一些真正令人惊叹的事物。例如,下次你乘坐商业飞机时,如果你注意到飞机采取了一些奇怪的飞行路径,请在FlightAware中查看飞机的历史记录。你可能正在参与一些空中艺术而不自知。看看下面的一些精彩示例。

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原文地址:

https://core-electronics.com.au/guides/raspberry-pi/flight-aware-raspberry-pi-setup/