Station ADS-B : Suivi du trafic aérien chez soi

Chaque avion commercial qui passe au-dessus de chez toi diffuse en permanence sa position GPS, son altitude, sa vitesse et son identifiant sans chiffrement, sur 1090 MHz. Avec un dongle USB, une antenne extérieure et un serveur, on peut recevoir tout ce trafic, le décoder en temps réel et afficher une carte interactive de tout ce qui vole dans un rayon de 200 à 400 km.

C’est l’ADS-B. Ce post couvre le protocole en détail, puis le montage complet de la station avec la stack Docker ultrafeeder.

Qu’est-ce que l’ADS-B ?

Mode S et le concept d’Extended Squitter

ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) est un protocole de surveillance aérienne standardisé par l’OACI. Ce qui le distingue du radar classique : il est entièrement unidirectionnel. Le radar interroge, l’ADS-B diffuse. Chaque avion équipé émet spontanément ses données sans sollicitation sol, environ deux fois par seconde.

Il s’appuie sur Mode S (Mode Select), un protocole sol-avion sur 1090 MHz développé dans les années 80. L’ADS-B utilise spécifiquement le format DF-17 (Downlink Format 17), aussi appelé Extended Squitter (ES), un type de message Mode S long que l’avion émet de façon autonome.

Structure d’une trame DF-17

Une trame ADS-B DF-17 fait 112 bits (14 octets), transmis en modulation PPM (Pulse Position Modulation) : chaque bit est encodé par la position d’une impulsion dans une fenêtre de 1 µs. Le signal est précédé d’un préambule fixe de 8 µs (4 impulsions aux positions 0, 1, 3,5 et 4,5 µs) qui permet au récepteur de se synchroniser.

    Préambule        DF      CA      Adresse ICAO         Message Extended (ME)         CRC
      8 µs         5 bits  3 bits      24 bits                  56 bits               24 bits
├────────────────┼────────┼──────┼─────────────────┼────────────────────────────────┼─────────┤
│ 0─1─3.5─4.5 µs │        │      │ ex: 0x3944EF    │ TC (5b) │ Données (51b)        │         │

Le champ ME : Type Code et contenu

Les 5 premiers bits du champ ME forment le Type Code (TC), qui définit la nature des données transportées :

Décodage d’une trame réelle

Prenons la trame brute 8D4840D6202CC371C32CE0576098 :

8D        → DF=17, CA=5
4840D6    → ICAO 0x4840D6
202CC371C32CE0  → ME
  TC = 0b00100 = 4 (identification)
  Callsign décodé → "KLM1023 "
576098    → CRC ✓

Encodage CPR des positions

Le champ ME des messages de position (TC 9-18) n’encode pas directement les coordonnées GPS — il utilise le CPR (Compact Position Reporting), un format compressé sur 17 bits de latitude + 17 bits de longitude.

La résolution d’une position absolue nécessite deux trames consécutives : une trame paire et une trame impaire (bit F dans le message), reçues dans un intervalle inférieur à 10 secondes. Les deux encodages utilisent des grilles de zones différentes (60 zones pour le pair, 59 pour l’impair), ce qui permet par combinaison de lever l’ambiguïté de position. Avec une seule trame, seule une position relative approximative est possible.

C’est pour ça que readsb maintient un état par ICAO : il doit accumuler les trames pour reconstruire la trajectoire.

Ce que fait le RTL-SDR concrètement

Le dongle RTL-SDR est basé sur la puce RTL2832U associée à un tuner R820T2. Conçu à l’origine pour la TNT, il peut être utilisé en mode direct sampling comme récepteur radio généraliste entre ~500 kHz et 1,75 GHz.

Il échantillonne le signal RF en IQ (composantes In-phase et Quadrature) à jusqu’à 2,4 Msamples/s. Le logiciel readsb reçoit ce flux IQ brut via librtlsdr, applique la démodulation PPM, reconstruit les bits, vérifie le CRC de chaque trame, puis publie les messages décodés en format Beast (protocole binaire standard de la communauté ADS-B) sur un socket TCP local.

Matériel

Récepteur SDR

Un RTL-SDR v3 suffit amplement pour l’ADS-B. C’est la référence du marché pour cette tâche : filtre HF intégré, oscillateur température-compensé (TCXO à 1 ppm), boîtier métallique antiparasite.

Le point critique à l’usage est le gain : trop bas, les avions lointains se noient dans le bruit thermique ; trop élevé, les avions proches saturent l’ADC et génèrent de faux positifs. readsb intègre un algorithme d’autogain (--autogain) qui tâtonne par paliers jusqu’à trouver l’optimum — laisser tourner 24-48h avant de juger les performances.

Un filtre bandpass 1090 MHz (type FA-FA) en amont du dongle est fortement conseillé si tu es en zone urbaine : les bandes 4G/LTE (700-900 MHz, 2,1 GHz) génèrent des raies qui saturent l’AGC et réduisent la sensibilité effective.

Antenne extérieure 1090 MHz

C’est le facteur le plus impactant sur la portée. La différence entre une tige λ/4 à 69 mm collée au dongle et une antenne colinéaire extérieure peut représenter doubler ou tripler la portée.

L’idéal est une antenne colinéaire dédiée 1090 MHz (gain 5-7 dBi), montée en hauteur, dégagée vers le ciel dans toutes les directions. Chaque obstacle (toit, arbre, bâtiment) crée une zone d’ombre.

Le câble entre l’antenne et le dongle doit être court : à 1 GHz, le RG-58 perd ~0,5 dB/m, le RG-6 ~0,25 dB/m. Toute perte de câble mange directement la sensibilité. Placer le dongle au plus près de l’antenne si possible.

Mon setup : antenne colinéaire extérieure 1090 MHz montée sur le toit, câble RG-6 court, filtre bandpass FA-FA, dongle RTL-SDR v3 à l’intérieur.

Hôte

N’importe quel Raspberry Pi recent (2 Go RAM minimum pour avoir de la marge) convient. La stack ultrafeeder tourne confortablement avec 512 Mo mais le RPi 4 permet de faire tourner d’autres services en parallèle. OS recommandé : Raspberry Pi OS Lite 64-bit (sans bureau graphique).

Préparation du système

Installation de l’OS

Flasher Raspberry Pi OS Lite 64-bit via Raspberry Pi Imager. Dans les options avancées : activer SSH, configurer le hostname, Wi-Fi si besoin. Brancher en Ethernet est préférable pour la stabilité.

Connexion initiale et mise à jour :

ssh pi@<ip_du_rpi>
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

Blacklister le module DVB du noyau

Par défaut, Linux charge automatiquement le pilote dvb_usb_rtl28xxu dès que le dongle RTL-SDR est branché, le reconnaissant comme une clé TNT. Ce pilote prend le contrôle du périphérique et empêche readsb d’y accéder via librtlsdr.

Il faut le blacklister de façon permanente :

echo 'blacklist dvb_usb_rtl28xxu' | sudo tee /etc/modprobe.d/blacklist-rtlsdr.conf
sudo rmmod dvb_usb_rtl28xxu 2>/dev/null || true

Vérifier que le dongle est bien reconnu après reconnexion :

lsusb | grep Realtek
# Bus 001 Device 003: ID 0bda:2838 Realtek Semiconductor Corp. RTL2838 DVB-T

Fix réseau multi-conteneurs

Avec plusieurs conteneurs Docker actifs, dhcpcd peut tenter de configurer les interfaces virtuelles veth* créées par Docker, provoquant des instabilités réseau. Fix en une ligne :

echo "denyinterfaces veth*" | sudo tee -a /etc/dhcpcd.conf
sudo systemctl restart dhcpcd

Installation de Docker

curl -fsSL https://get.docker.com | sh
sudo usermod -aG docker $USER

Déconnecter et reconnecter la session SSH pour que le groupe docker soit actif, puis vérifier :

docker run --rm hello-world

La stack ultrafeeder

Architecture

ultrafeeder est un conteneur tout-en-un maintenu par la communauté SDR Enthusiasts. Il intègre plusieurs composants qui communiquent en interne :

Antenne 1090 MHz
       │
       ▼
   RTL-SDR USB
       │
       ▼
    readsb          ← décode les trames Mode S / ADS-B depuis le signal IQ brut
       │
       ├──► tar1090        → carte interactive temps réel   (port 8080)
       ├──► graphs1090     → métriques de performance       (port 8080/graphs1090)
       ├──► mlat-client    → multilatération (MLAT)
       └──► Beast output   → flux TCP vers les agrégateurs

readsb est le cœur : il lit le flux IQ du dongle et sort les trames décodées. tar1090 est l’interface web — carte des avions, traces, heatmaps. graphs1090 génère des graphiques RRD sur le taux de messages reçus, la portée maximale et les performances du dongle. mlat-client synchronise les timestamps de réception avec d’autres stations pour trianguler des avions sans ADS-B (Mode A/C/S classique).

docker-compose.yml

mkdir ~/adsb && cd ~/adsb

docker-compose.yml :

services:
  ultrafeeder:
    image: ghcr.io/sdr-enthusiasts/docker-adsb-ultrafeeder
    container_name: ultrafeeder
    hostname: ultrafeeder
    restart: unless-stopped
    tty: true
    device_cgroup_rules:
      - 'c 189:* rwm'
    ports:
      - 8080:80        # tar1090 — carte interactive
      - 9273:9273      # Prometheus stats
      - 9274:9274      # Prometheus histograms
    environment:
      - TZ=Europe/Paris
      # Récepteur SDR
      - READSB_DEVICE_TYPE=rtlsdr
      - READSB_RTLSDR_DEVICE=00000001   # numéro de série du dongle
      - READSB_GAIN=autogain
      # Position de l'antenne (obligatoire)
      - LAT=48.8566
      - LONG=2.3522
      - ALT=45m
      # Agrégateurs + MLAT (séparés par ;)
      - ULTRAFEEDER_CONFIG=
          adsb,feed.adsb.fi,30004,beast_reduce_plus_out;
          mlat,feed.adsb.fi,31090,39000;
          adsb,feed.adsbexchange.com,30004,beast_reduce_plus_out;
          mlat,feed.adsbexchange.com,31090,39001
      - MLAT_USER=mon-callsign
      # Interface tar1090
      - TAR1090_DEFAULTCENTERLAT=48.8566
      - TAR1090_DEFAULTCENTERLON=2.3522
      - TAR1090_DEFAULTZOOM=9
    volumes:
      - /dev/bus/usb:/dev/bus/usb:rw
      - ./data:/var/lib/collectd
      - /proc/diskstats:/proc/diskstats:ro
    tmpfs:
      - /run:exec,size=256M
      - /tmp:size=128M
      - /var/log:size=32M

L’accès au dongle USB se fait via device_cgroup_rules: 'c 189:* rwm' (classe de périphériques USB) et le bind mount /dev/bus/usb. Le tmpfs sur /run et /tmp évite d’écrire en permanence sur la carte SD.

Trouver le numéro de série du dongle

docker run --rm -it \
  --device=/dev/bus/usb \
  ghcr.io/sdr-enthusiasts/docker-rtlsdr rtl_test -t

Le numéro de série affiché (ex. 00000001) est à renseigner dans READSB_RTLSDR_DEVICE. Si le dongle n’a pas de numéro de série programmé, utiliser 0.

Variables clés

Mise en route

docker compose up -d
docker compose logs -f ultrafeeder

Les premiers logs montrent readsb qui s’initialise, l’autogain qui démarre, puis les premières trames reçues. En moins d’une minute avec une antenne extérieure correcte, les avions commencent à apparaître.

Interface web sur http://<ip_du_rpi>:8080 — graphiques de performance sur http://<ip_du_rpi>:8080/graphs1090/.

Partage des données

Une station ADS-B seule n’a qu’un intérêt local. Les agrégateurs consolident les flux de milliers de stations pour une couverture mondiale — et en échange, plusieurs offrent un accès premium gratuit.

Réseaux communautaires

Ces réseaux reversent les données à la communauté et aux chercheurs sans condition :

Chaque entrée MLAT correspondante à ajouter pour la multilatération :

mlat,feed.adsb.fi,31090,39000;
mlat,feed.adsbexchange.com,31090,39001

Les ports de sortie MLAT (39000, 39001…) doivent être distincts par réseau.

Réseaux commerciaux

FlightAware et FlightRadar24 nécessitent leurs propres conteneurs dédiés (piaware, fr24feed) ajoutés au docker-compose.yml. Ultrafeeder leur envoie le flux Beast en local :

# Dans ULTRAFEEDER_CONFIG, alimenter piaware en local :
adsb,piaware,30105,beast_out

En échange d’un flux continu, FlightAware offre un compte Enterprise gratuit, FlightRadar24 un compte Business.

Résultat

La station tourne en continu sur le RPi 4 avec une charge CPU de 3-5%. L’antenne extérieure 1090 MHz offre une portée de 300-400 km par conditions dégagées — les avions en croisière à FL350 sont visibles bien avant d’entrer dans la zone de 200 km.

La carte tar1090 affiche en temps réel la position, l’altitude, la vitesse sol, le callsign, le type d’appareil et la compagnie de chaque vol. Les traces historiques et les heatmaps se construisent progressivement sur plusieurs jours, donnant une lecture du flux de trafic aérien au-dessus de la zone.