MLAT-Multilateration: Wie GPS/PPS-Synchronisation Nicht-ADS-B-Signale ortet

In der modernen kooperativen Luftraumüberwachung hat ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) auf 1090 MHz die Flugverfolgung revolutioniert. Dennoch operiert ein signifikanter Prozentsatz militärischer Luftfahrzeuge, Rettungshubschrauber und Maschinen der Allgemeinen Luftfahrt (GA) nach wie vor mit herkömmlichen Mode-S-Transpondern oder SSR-Einheiten (Secondary Surveillance Radar) ohne GPS-Positionsübertragung. Hier kommt die Multilateration (MLAT) ins Spiel: Durch die Nutzung von Laufzeitdifferenzen (TDOA – *Time Difference of Arrival*) abgefangener Mode-S-Pakete über ein dichtes Netz bodengestützter Empfänger, die über GPS-Pulse-Per-Second(PPS)-Signale auf die Nanosekunde genau synchronisiert sind, lässt sich die exakte dreidimensionale Position jedes Funksignals berechnen.

1. Physikalische Prinzipien von TDOA und Ankunftszeitgeometrie

Das Funktionsprinzip der passiven Multilateration beruht auf Positions-Hyperboloiden. Wenn ein Luftfahrzeug mit einer ICAO-24-Bit-Hex-ID (z. B. 48406F) einen Mode-S-Impuls sendet, breitet sich die elektromagnetische Wellenfront mit Lichtgeschwindigkeit aus ($c \approx 299.792.458 \text{ m/s}$). Wenn mindestens vier Bodenstationen exakt dasselbe Binärpaket empfangen, zeichnet jede Station einen Ankunftszeitstempel $t_i$ auf.

Die Zeitdifferenz zwischen Station $A$ und Station $B$ definiert eine geometrische Hyperbel:

\Delta t_{AB} = t_A - t_B = \frac{||R_A - P|| - ||R_B - P||}{c}

Durch die Schnittmenge von mindestens drei Basislinien (vier koordinierten Empfängern) löst das System ein nichtlineares Gleichungssystem und bestimmt Breiten-, Längengrad und barometrische Höhe des Luftfahrzeugs.

2. Hardware-Architektur und PPS-Synchronisation für ADSBItalia-Feeder

Für die aktive Teilnahme am MLAT-Netzwerk von ADSBItalia reicht ein einfacher SDR-Empfänger nicht aus; Uhrenstabilität ist essenziell. Die empfohlene Hardware-Konfiguration umfasst:

• SDR-Empfänger: RTL-SDR v4 oder Airspy Mini / Airspy R2 für hohe Abtastraten (20 MSPS).
• 1090-MHz-Antenne: Vertikale Kollinear-Glasfaserantenne (5dBd) mit LMR-400 oder RG-213 Koaxialkabel.
• SAW-Bandpassfilter: Keramikfilter bei 1090 MHz zur Unterdrückung von GSM/LTE-Störungen.
• PPS-Modul: GNSS-Empfänger wie u-blox NEO-M8T für Hardware-PPS-Impulse.

*028c42b8e0104f;
-- CRC: OK
-- Downlink Format: 11 (Acquisition Squitter)
-- ICAO Address: 48406F (ITA - Italian Air Force / Coast Guard)
-- Timestamp PPS: 1718374928.109284719 s

3. Decoder-Softwarekonfiguration und Server-Weiterleitung

Als Dekodierungs- und Weiterleitungssoftware wird readsb verwendet. Installationsbefehle für Linux Debian/Raspberry Pi OS:

sudo apt update && sudo apt install -y git build-essential debhelper libusb-1.0-0-dev pkg-config rtl-sdr librtlsdr-dev
git clone https://github.com/wiedehopf/readsb.git
cd readsb
make -j$(nproc) AIRCRAFT_HASH_BITS=16
sudo make install

Startbefehl für den Daemon:

readsb --device-type rtlsdr --net --net-connector feed.adsbitalia.it,30004,beast        --gain 49.6 --ppm 0 --net-bi-port 30005 --lat 41.9028 --lon 12.4964        --fix --net-heartbeat 60 --net-ro-size 1280 --net-ro-interval 0.05

4. Referenztabelle: Frequenzen und Überwachungsparameter

5. Teilen Sie Ihre Daten mit ADSBItalia (Feeding HFDL/ACARS & MLAT)

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