Après avoir découvert le fonctionnement de l’APRS, décortiqué ses trames et suivi leur voyage à travers les digipeaters, les iGate et APRS-IS, passons maintenant à la pratique : écoutons directement les trames qui circulent sur les ondes !
Bonne nouvelle : nul besoin d’un transceiver VHF coûteux ni d’un TNC matériel. Une petite clé RTL-SDR, une antenne pour la bande des 2 mètres et quelques logiciels gratuits suffisent pour transformer un ordinateur en véritable récepteur APRS.
Nous allons suivre tout le chemin parcouru par le signal, depuis l’antenne jusqu’à l’apparition d’une trame lisible sur notre écran.
1. L’APRS est aussi fait pour être écouté
L’APRS (Automatic Packet Reporting System) permet aux stations radioamateurs de transmettre de courtes informations numériques par radio.
Sur la bande des 2 mètres, ces transmissions peuvent contenir une position géographique, une altitude, une vitesse, des données météorologiques, de la télémétrie, un message ou simplement l’identification d’une station.
En Europe, l’activité APRS terrestre se concentre principalement sur : 144,800 MHz en FM.
Une station mobile peut par exemple envoyer périodiquement sa position. Une station météo peut transmettre ses mesures et un digipeater peut retransmettre les paquets reçus afin d’en augmenter la portée.
Toutes ces transmissions peuvent être reçues sans émettre.
C’est précisément ce que nous allons faire.
2. Notre récepteur APRS
Notre station sera extrêmement simple : Antenne 144 MHz → RTL-SDR → logiciel SDR → audio → Dire Wolf → trame APRS
De l’antenne à la trame APRS : le RTL-SDR reçoit le signal sur 144,800 MHz, le logiciel SDR le démodule et Dire Wolf décode les données AX.25/APRS.
Chaque élément possède une fonction bien précise.
L’antenne capte le signal radio sur 144,800 MHz. Le RTL-SDR transforme une portion du spectre radio en données numériques exploitables par l’ordinateur.
Un logiciel comme SDR# ou SDR++ démodule ensuite le signal FM.
Mais nous n’avons toujours pas obtenu une trame APRS !
La sortie du logiciel SDR contient simplement le signal audio correspondant aux tonalités numériques transmises par la station.
Il faut donc encore confier cet audio à un décodeur.
C’est ici qu’intervient Dire Wolf, logiciel capable notamment de jouer le rôle de modem et de TNC AX.25.
La chaîne complète devient donc : 144,800 MHz → FM → AFSK → AX.25 → APRS
Voilà tout ce que nous allons observer.
3. Que contient réellement le signal ?
L’APRS classique utilisé sur VHF repose généralement sur une transmission AFSK à 1200 bit/s.
AFSK signifie Audio Frequency Shift Keying.
Au lieu de transmettre directement des 0 et des 1 sous forme de niveaux électriques, deux fréquences audio sont utilisées : 1200 Hz et 2200 Hz.
Ces tonalités sont transmises par une liaison FM classique.
Lorsqu’une station APRS émet, notre RTL-SDR reçoit donc une émission FM contenant ces tonalités.
À l’oreille, une trame APRS produit le fameux bruit caractéristique du packet radio : un court crépitement électronique d’une fraction de seconde.
Dire Wolf analyse ces tonalités et reconstitue les données numériques.
Il décode ensuite la trame AX.25 afin de nous présenter son contenu sous une forme compréhensible.
4. Le matériel nécessaire
La liste est courte.
Une clé RTL-SDR
Une clé basée sur le circuit RTL2832U convient parfaitement. Il n’est pas nécessaire de disposer d’un récepteur SDR particulièrement sophistiqué pour écouter l’APRS sur 144 MHz.
Les modèles équipés d’un oscillateur stable, notamment d’un TCXO, apportent néanmoins un meilleur confort.
Attention également aux anciennes clés DVB-T très bon marché : elles peuvent fonctionner, mais leur stabilité en fréquence et leur sensibilité sont parfois moins bonnes.
Une antenne pour 144 MHz
Pour les premiers essais, une petite antenne VHF peut suffire si des stations APRS sont proches.
Une antenne extérieure correctement dégagée donnera évidemment de bien meilleurs résultats.
Une verticale 2 m, un dipôle ou une antenne bibande 144/430 MHz conviendront parfaitement.
En VHF, retenons surtout ceci : une bonne antenne placée en hauteur apporte généralement beaucoup plus qu’un préamplificateur ajouté à une mauvaise antenne intérieure.
Un ordinateur
Windows sera utilisé dans nos exemples, mais le principe reste identique sous Linux, macOS ou sur un Raspberry Pi.
5. Quels logiciels utiliser ?
Il nous faut trois éléments logiciels.
Le premier est notre programme SDR. Nous pouvons utiliser SDR# (SDRSharp) ou SDR++.
Le deuxième est un câble audio virtuel. Sous Windows, un programme comme VB-CABLE permet de créer une liaison audio virtuelle entre deux logiciels.
Le troisième est Dire Wolf.
Dire Wolf signifie Decoded Information from Radio Emissions for Windows Or Linux Fans. Il s’agit d’un modem logiciel et TNC particulièrement utilisé pour l’AX.25 et l’APRS.
Dans notre montage, Dire Wolf n’émettra rien.
Il se contentera d’écouter le flux audio produit par notre logiciel SDR et d’en extraire les paquets APRS.
6. Commençons par recevoir 144,800 MHz
Après avoir installé correctement le pilote de notre clé RTL-SDR, lançons SDR# ou SDR++.
Sélectionnons notre clé comme source puis réglons le récepteur sur : 144,800 MHz
Choisissons le mode : NFM — Narrow FM
Nous devons également choisir une largeur de réception raisonnable pour une communication FM étroite. Une valeur de départ autour de 12 à 15 kHz convient généralement pour nos essais.
Le squelch mérite une attention particulière.
Pour commencer : désactivons-le.
Un squelch réglé trop haut peut couper le début d’une transmission APRS. Or quelques millisecondes perdues peuvent suffire à empêcher le décodage d’un paquet.
Réglons ensuite progressivement le gain RF.
Il peut être tentant de pousser le gain au maximum. C’est rarement une bonne idée avec un RTL-SDR.
Un gain excessif peut provoquer saturation, intermodulation et apparition de nombreux signaux parasites.
Le meilleur réglage est celui qui permet de distinguer correctement les paquets APRS du bruit.
7. Attendons notre première trame
Observons maintenant le waterfall autour de 144,800 MHz.
Lorsqu’une station APRS émet, une courte trace apparaît.
Écoutons-la.
Brrrraap !
Elle ne dure parfois que quelques centaines de millisecondes.
Nous venons probablement d’entendre une trame APRS.
À ce stade, notre installation est déjà capable de recevoir le signal radio, mais nous ne savons toujours pas ce qu’il contient.
Il faut maintenant remplacer nos oreilles par un décodeur.
8. Créons un câble entre SDR# et Dire Wolf
Normalement, la sortie audio de SDR# est envoyée vers les haut-parleurs du PC.
Nous voulons maintenant obtenir : SDR# → câble audio virtuel → Dire Wolf
Le câble audio virtuel achemine directement le signal démodulé par SDR# vers Dire Wolf, qui peut alors décoder les trames APRS.
Après installation de VB-CABLE, Windows dispose de nouveaux périphériques audio virtuels.
Dans SDR#, sélectionnons le câble virtuel comme sortie audio.
Dire Wolf utilisera l’autre extrémité de ce câble comme entrée.
L’audio n’est alors plus destiné à nos haut-parleurs : il circule directement d’un programme vers l’autre.
C’est l’équivalent informatique du petit câble audio qui reliait autrefois la sortie d’un récepteur à l’entrée d’un TNC.
9. Attention au niveau audio
Le niveau du signal envoyé à Dire Wolf est important.
Trop faible, les deux tonalités AFSK deviennent difficiles à distinguer du bruit.
Trop élevé, l’audio peut être écrêté et déformé.
Dans les deux cas, le nombre de trames correctement décodées diminue.
Il ne faut donc pas chercher systématiquement le volume maximal.
Commencez avec un niveau intermédiaire puis observez les résultats obtenus par Dire Wolf.
Le meilleur indicateur reste très simple : le nombre de paquets correctement décodés.
10. Configurons Dire Wolf
Dire Wolf utilise un fichier de configuration dans lequel nous pouvons notamment définir le périphérique audio et le type de modem.
Pour l’APRS VHF classique, nous utilisons : MODEM 1200
Nous indiquons également à Dire Wolf d’utiliser notre câble audio virtuel comme source.
La désignation exacte du périphérique dépend de la configuration de Windows. Il est donc préférable de vérifier la liste des périphériques audio reconnus par Dire Wolf plutôt que de recopier aveuglément un numéro provenant d’un autre ordinateur.
Une fois la configuration terminée, lançons Dire Wolf.
Une fenêtre de terminal apparaît.
Attendons quelques instants.
Une nouvelle transmission arrive sur 144,800 MHz…
Et cette fois, du texte apparaît !
Notre ordinateur vient de décoder sa première trame APRS.
11. Regardons notre première trame
Prenons un exemple volontairement simplifié : F5KEE>APRS,WIDE1-1,WIDE2-1:!4900.00N/00220.00E>F5KEE
Dire Wolf transforme le signal AFSK reçu en une trame APRS lisible, dont on peut identifier l’indicatif, le chemin, le type de données, la position et les informations complémentaires.
Nous pouvons déjà reconnaître plusieurs éléments.
F5KEE est l’indicatif de la station émettrice dans notre exemple.
APRS correspond au champ destination. En pratique, ce champ peut également identifier le logiciel ou le matériel utilisé.
WIDE1-1,WIDE2-1 représente le chemin demandé pour la retransmission éventuelle par les digipeaters.
Puis vient : !
Ce caractère indique ici le début d’un rapport de position APRS sans horodatage.
Nous trouvons ensuite les coordonnées et le symbole APRS, suivis éventuellement d’informations complémentaires.
Le petit bruit incompréhensible entendu quelques secondes auparavant est donc devenu une véritable série d’informations numériques !
C’est exactement ce que réalise un TNC, mais ici entièrement par logiciel.
12. Que pouvons-nous recevoir ?
Laissons maintenant fonctionner notre récepteur pendant quelques minutes.
Selon notre emplacement et l’activité locale, nous pourrons découvrir différentes sortes de stations.
Une station fixe transmettra éventuellement son emplacement et quelques informations.
La station mobile pourra fournir : position, vitesse et direction.
Une station météorologique pourra envoyer : température, pression, humidité, vent ou précipitations.
Nous rencontrerons également des digipeaters et parfois des objets APRS ou des données de télémétrie.
L’expérience devient rapidement intéressante : chaque paquet reçu raconte quelque chose sur l’activité radio située autour de nous.
13. Jusqu’où peut-on recevoir ?
Il est impossible de donner une distance universelle.
Nous travaillons en VHF et la portée dépend énormément du dégagement des antennes.
Une station située sur un point élevé pourra être reçue à plusieurs dizaines de kilomètres, voire davantage dans de bonnes conditions, alors qu’une station mobile située derrière un relief pourra disparaître beaucoup plus rapidement.
Les principaux paramètres sont :
- hauteur de notre antenne ;
- dégagement ;
- qualité et gain de l’antenne ;
- pertes dans le câble coaxial ;
- puissance et antenne de la station reçue ;
- relief ;
- environnement radioélectrique local.
L’APRS constitue d’ailleurs un excellent moyen d’expérimenter avec les antennes.
Changez la hauteur ou l’emplacement de votre antenne et observez combien de nouvelles stations deviennent décodables.
14. Pourquoi Dire Wolf refuse-t-il certaines trames ?
Voilà une situation que nous rencontrerons rapidement.
Nous entendons parfaitement une transmission, mais Dire Wolf n’affiche rien.
Plusieurs causes sont possibles.
Le signal est trop faible
Nous entendons l’AFSK, mais le rapport signal/bruit n’est pas suffisant pour reconstruire correctement tous les bits.
Le RTL-SDR est saturé
Un gain RF excessif n’améliore pas nécessairement la réception.
La présence d’un puissant émetteur VHF à proximité peut également perturber notre clé.
Le niveau audio est incorrect
Un signal trop faible ou écrêté détériore le décodage.
Le squelch coupe le début du paquet
C’est pourquoi il est préférable de le désactiver pendant nos essais.
Le récepteur est légèrement décalé
Vérifiez que la fréquence réellement reçue correspond bien à 144,800 MHz.
Les anciennes clés RTL-SDR peuvent présenter une erreur de fréquence plus importante que les modèles équipés d’un TCXO.
La bande passante est mal réglée
Une bande trop étroite peut déformer le signal audio nécessaire au décodage.
L’objectif n’est donc pas simplement d’obtenir un signal très fort, mais un signal correctement démodulé.
15. Peut-on supprimer SDR# ?
Absolument.
Notre montage utilise SDR# ou SDR++ parce qu’une interface graphique permet de comprendre facilement ce qui se passe.
Mais une fois les réglages maîtrisés, l’ordinateur peut effectuer la réception sans afficher de waterfall.
Sous Linux, par exemple, des outils tels que rtl_fm peuvent recevoir et démoduler directement le signal d’une clé RTL-SDR avant de transmettre l’audio vers Dire Wolf.
Nous obtenons alors une chaîne beaucoup plus légère : RTL-SDR → rtl_fm → Dire Wolf
Cette solution devient particulièrement intéressante avec un Raspberry Pi.
Nous pouvons ainsi imaginer un petit récepteur APRS autonome fonctionnant en permanence, sans écran ni clavier.
16. Et maintenant, pourquoi ne pas construire un iGate ?
Nous avons commencé avec une simple clé RTL-SDR.
Elle recevait seulement un signal mystérieux sur 144,800 MHz.
Nous avons découvert qu’il s’agissait d’une émission FM contenant deux tonalités AFSK.
Dire Wolf a transformé ces tonalités en données AX.25 puis nous avons retrouvé les informations APRS qu’elles contenaient.
Notre chaîne est maintenant : Antenne → RTL-SDR → FM → AFSK → AX.25 → APRS
Il ne manque finalement qu’une seule étape pour aller encore plus loin.
Notre ordinateur pourrait transmettre à APRS-IS les paquets entendus localement.
Notre simple récepteur deviendrait alors un iGate APRS de réception.
Mais cela mérite un article à lui tout seul !
Pour aller plus loin
Dire Wolf
Documentation et téléchargement du modem/TNC logiciel :
https://github.com/wb2osz/direwolf
Documentation Dire Wolf
Guides détaillés de configuration et d’utilisation :
https://github.com/wb2osz/direwolf/tree/master/doc
SDR# — Airspy
Téléchargement du logiciel SDRSharp :
https://airspy.com/download/
SDR++
Récepteur SDR open source et multiplateforme :
https://github.com/AlexandreRouma/SDRPlusPlus
RTL-SDR
Informations, guides et documentation consacrés aux clés RTL-SDR :
https://www.rtl-sdr.com/
VB-CABLE — VB-Audio
Câble audio virtuel pour relier le logiciel SDR au décodeur :
https://vb-audio.com/Cable/
APRS.org
Documentation historique et technique de référence sur l’APRS :
http://www.aprs.org/
France APRS
Informations et ressources APRS en français :
https://www.franceaprs.net/
