Raspberry Pi 2 para recepção de satelites e ADS-B

A algum tempo atrás, conheci os famosos dongles e o sistema SDR-RTL para recepção de sinais através de um simples receptor de TV digital USB. Depois de descobrir algumas das maravilhas que é possivel fazer com esse brinquedinho, resolvi montar um sistema de monitoramento ADS-B e radioescuta, além de recepção de imagens de satélites meteorológicos.

Para este projeto, a minha ideia é utilizar um Raspberry Pi para processar todos os sinais dos dongles e transmitir via rede para um PC que esteja na rede local ou via internet.

A ideia inicial era montar uma caixa com todo o circuito e subir apenas os cabos das antenas (VHF, DCA para o satelite e JPole para o sistema ADS-B). Porém, após alguns testes, resolvi que para melhorar a qualidade do sinal RF e diminuir um pouco os cabos, o ideial seria todos o equipamento ficar o mais próximo possivel das antenas, diminuindo assim o comprimento dos cabos das antenas. Foi quando eu encontrei esta caixa em uma loja online:
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Ela é hermeticamente fechada e possui borracha na tampa para impedir agua e outras sujeiras de entrarem. Além disso, conta com dois prensa-cabos e já vem pronta para prender em mastros.

Uma vez adquirida a caixa, resolvi instalar dois ventiladores nela: um para jogar ar para dentro e outro para retirar o ar quente. Para que não entre agua pelos furos de entrada e saida de ar dos ventiladores, utilizei dois pedaços de cano de 40mm e cortei quatro ‘braços’ em uma das pontas, onde são presos os parafusos dos ventiladores na parte externa da caixa. Prendendo este cano na parte inferior da caixa, a agua não irá entrar na caixa, uma vez que o cooler nao tem força suficiente para sugar a mesma.

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Uma vez montado o sistema de circulação de ar, o próximo passo era volar um suporte para montagem de todas as placas do sistema, incluindo os dongles. Para isso, resolvi utilizar uma placa de fenolite (PCB). Para evitar de criar uma ‘mega antena’, removi todo o cobre da placa utilizada como base. Na imagem abaixo é possivel ver a placa ainda com cobre e os furos de algumas placas, assim como os furos para prende-la na caixa.

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Depois de furada, foi feita a instalação dos espaçadores e teste de localização das placas na caixa.

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Instalação dos dongles e identificação dos itens na placa:

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O módulo de relês será utilizado para ligar/desligar os ventiladores da caixa (automaticamente, baseado na temperatura da mesma) e a placa da direita (na imagem abaixo) é um conversor DC/DCm utlizado para reduzir a tensão de 12v para 5v necessárias para ligar o Raspberry Pi 2.

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Para otimizar a recepção dos sinais ADS-B, resolvi montar um filtro com amplificador embutido. Esse filtro operar em 1090Mhz (frequencia do ADS-B) e logo após filtrar o sinal, o mesmo é amplificado utilizando um CI amplificador de RF PSA4-5043+. Esse projeto não é de minha autoria e pode ser encontrado aqui. O circuito é alimentado com 5v direto de uma conexão USB fornecida pelo Raspberry Pi.

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A instalação do filtro foi feita logo ao lado da placa do Raspberry Pi na vertical.

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Também utilizei um amplificador RF dedicado (sem filtro) para recepção do sinal de satélites utilizando a antena DCA. Ainda falta montar um filtro pequeno o suficiente para a frequencia dos satelites e que caiba na caixa.

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Atualizado 21/08/2015

Após alguns testes, descobri que o raspberry pi 2 não consegue ‘conversar’ com 3 dongles simultaneamente. Logo, fui obrigado a eliminar um deles. A ideia agora é utilizar o mesmo dongle utilizado na recepção de imagens de satélite para o WebSDR (radio-escuta), porém mantendo o LNA desligado. Com isso, terei que desligar o WebSDR quando for receber imagens de satélites….mas é melhor que não tem o WebSDR!

E o layout final da placa ficou assim:
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A nova antena para ADS-B também ficou pronta e esta preparada para ser instalada no mastro junto com o sistema todo:
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Outro revés que eu tive no projeto inicial foi relacionado ao filtro e amplificador para o ADS-B. Infelizmente, dentro da caixa existe muita interferência de todas as placas/receptores, gerando assim muito ruido no filtro e diminuindo drasticamente o alcance. Para resolver isso, instalei a placa do filtro+LNA em uma caixa antiga de fica cassete e isolei a mesma com fitas e silicone. Essa caixa foi instalar no cano de sustentação da antena ADS-B. Com isso, consegui deixar o cabo da antena com menos de um palmo de comprimento!
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Era tarde, mas resolvi instalar a antena no mesmo dia (20/08/2015) e o resultado ficou assim:
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Com relação ao desempenho do sistema ADS-B, houve um aumento significativo. De acordo com os dados do FlightAware, minha média de posições reportadas era de 110/5min. Depois de instalar o sistema novo, essa média subiu para 320/5min! A média diária só saberei hoje, pois ontem (20/08/2015) o sistema foi instalado no fim da noite. Pela tabela, dá pra saber que a diferença será grande:
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