Das Automatic Identification System (AIS) ist ein Küstenverfolgungssystem mit kurzer Reichweite, das derzeit auf Schiffen verwendet wird. Es wurde entwickelt, um sowohl Schiffen als auch Landstationen Identifizierungs- und Positionierungsinformationen zur Verfügung zu stellen.

AIS arbeitet im Very High Frequency (VHF) Band. Der Zweck ist es, Schiffe zu identifizieren, bei der Zielverfolgung zu helfen, bei Such- und Rettungseinsätzen zu helfen, den Informationsaustausch zu vereinfachen und zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen. Ursprünglich wurde es zur Kollisionsvermeidung entwickelt.

AIS ist also frei empfangbar wie ADS-B für den Flugzeugempfang. Man benötigt nur einen PC mit AIS-Decoder-Software, einen RTL-SDR Dongle (USB-Stick) und eine abgestimmte VHF-Antenne auf die Marine-Frequenz mit 162 MHz. Folgende Frequenzen sind für AIS vorgesehen:

• AIS 1 161.975 MHz für den direkten Schiff-Schiff-Empfang

• AIS 2 162 MHz zum Schiff-Küsten-Empfang

Der Nachteil von AIS ist die etwas niedrige Reichweite an der Küste von ca. 50 – 100 km und das nur bei optimalen Bedingungen. Wobei immer beim optimalen Empfang gilt:

freie Sicht zum Schiff, die Höhe der Antenne und die Immobilien-Regel der 3 L: Lage, Lage und Lage.

Die Nachbarfrequenzen auf 150 – 180 MHz wie ziviler Betriebsfunk, Eisenbahnfunk, BOS, Hörhilfen, Funkmikrofone, DAB und Militärfunk stören eventuell lokal den AIS-Empfang. Die Bundesnetzagentur liefert mehr Details zu genutzten Frequenzen.

An meinem Wohnort nahe der Elbe wurde der AIS-Empfang durch ein DAB-Radio des Nachbarn sehr stark gestört, so dass ich mehr als 60 % Empfangsverlust hatte. Da war auch nichts mit Schirmungen und Filtern mehr zu verbessern. Ebenso Hue-LED-Funklampen waren auch das Sorgenkind beim AIS-Empfang.

Raspberry PI mit AIS-Catcher

Die performanteste AIS Receiver-Software mit dem kleinen Entwicklungs-Computer Raspberry PI 4 ist die freie Open Source Software AIS-Catcher.

Diese exzellente Receiver-Software ist mit alle gängigen RTL-SDR kompatibel wie: ShipXplorer AIS dongle, RTL SDR Blog V3 / v4, AirSpy (Mini/R2/HF+), HackRF, SDRPlay, SoapySDR, file/network input (ZMQ/RTL-TCP/SpyServer). Auch ein Webviewer ist mittlerweile integriert. Die Entwickler haben hier wirklich einen tollen Job gemacht.

Anbei meine Konfigurationsdatei für aiscatcher:

{
    "config": "aiscatcher",
    "version": "1",
    "input": "rtlsdr",
    "verbose": false,
    "screen": 0,
    "serialport": {
    "baudrate": 38400,
    "port": "/dev/tty0"
    },
    "rtlsdr": {
        "active": true,
        "rtlagc": false,
        "tuner": "19.7“,
        "bandwidth": "192K",
        "sample_rate": "1536K",
        "biastee": false,
        "buffer_count": 2
    },
    "server": {
        "file": "/tmp/stat.bin",
        "backup": 60,
        "realtime": false,
        "active": true,
        "context": "settings",
        "port": 8100,
        "station": "Alarmposten",
        "share_loc": true,
        "lat": XX.XXXX,
        "lon": X.XX
    },

    "udp": [
        {
            "host": "data.aishub.net",
            "active": true,
            "port": xxxx
        },
        {
            "host": "ais.vesselfinder.com",
            "active": true,
            "port": xxxx
        },
        {
            "host": "hub.shipxplorer.com",
            "active": true,
            "port": xxxx
        }
        
    ]   
}

Mein AIS-Setup: RTL-SDR V3, Raspberry PI 4, Uputronics 162 MHz Pre-Amp / LNA, 2m HDF-400-Kabel, Vinnant Marine-Antenne.

Wegen dem LNA ist die niedrigere Gain hier zu beachten bzw. zu ändern, falls keiner eingesetzt wird. Werte um die 36 – 38 sollten anfangs ausreichen.

Mit der Tuner (RTL820T) autogain aktiviert mit „-10″ wird das Signal um ca. 30 dB angehoben! In der Regel wird das Signal damit immer (zu) hoch gehalten und der Empfang sogar reduziert. Die AGC des Tuners hebt nicht nur den Nutzpegel, sondern auch das Rauschen an.

Mit der RTL-AGC wird hinter dem Tuner das Signal vom Demodulator RTL2832U zusätzlich um ca. 15 dB verstärkt. Beides führt in der Regel zu einem viel zu hohen Signalpegel, Übersteuern und damit Empfangsverlust und deswegen gilt:

AGC und RTLAGC: off

Also die automatische Gain-Control RTL-AGC und auch Tuner AGC sollte immer deaktiviert werden, da es zu unerwünschtem Rauschen führt. Der RTL-SDR ist ursprünglich für den DVB-T-Empfang im Wideband entwickelt worden.

Das Ziel bei der manuellen Einstellung der HF-Verstärkung ist es, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) so hoch wie möglich zu halten. Das bedeutet, dass die maximale Signalstärke hoch sein sollte, aber das Grundrauschen sollte auch so niedrig wie möglich sein.

AIS-Dienste

Um die empfangenen Schiffs-Daten an AIS-Dienste wie Vesselfinder, AIS-Hub oder Shipxplorer weiterzugeben, ist mittlerweile der AIS-Dispatcher nicht mehr nötig. Diese Dienste können jetzt direkt über die Konfigurationsdatei bei AIS-Catcher eingetragen und dann über UDP weitergeleitet werden.

Ein Pi 4 sollte es schon von der Leistung her sein, denn die Decodierung erfordert Rechenleistung. Teure HDF400 / LMR400 Kabel sind nicht zwingend erforderlich bei AIS mit 162 MHz, wie bei ADS-B es erforderlich ist für top Empfang.

Bei AIS benötigen wir einen temperatur-stabilen Empfangsbetrieb des RTL-SDR (Software Defined Radios). Deswegen ist ein RTL-SDR V3 / V4 sehr zu empfehlen. Auch von NOOLEC sind gute NESDR erhältlich. Die billigen Plastik-USB-Sticks sind jedoch nicht ideal.

RTL-SDR Original-Sticks im Metallgehäuse liefern mit 0.5 bzw. <1 PPM (parts-per-million) TCXO (temperature compensated oscillator) ein akkurates Tuning und kaum Temperaturabweichung. Ansonsten wird eine Quarz-Korrektur in PPM nötig.

Mit rtl-test können Quarz-Abweichungen (PPM Frequency drift) festgestellt werden. Dazu darf kein Dienst / Programm den USB RTL-SDR während des Tests nutzen und es muss als user root (per sudo) gestartet werden, um direkten Hardware-Zugriff zu haben. 5 bis 10 Minuten sollte das Test-Programm durchlaufen.

Dieser RTL-SDR V4 hier war kalt und draußen und pendelt sich nachher ein auf ungefähr 1 ppm. Bis 3 ppm ist alles gut. Darüber + / – sollte der Wert wie z.B. „-9“ direkt ais-catcher in der Konfiguration übergeben und dann getestet werden, ob der Empfang besser wird oder nicht.

rtl_test -p60

Found 1 device(s):
  0:  RTLSDRBlog, Blog V4, SN: 00000001

Using device 0: Generic RTL2832U OEM
Detached kernel driver
Found Rafael Micro R828D tuner
RTL-SDR Blog V4 Detected
Supported gain values (29): 0.0 0.9 1.4 2.7 3.7 7.7 8.7 12.5 14.4 15.7 16.6 19.7 20.7 22.9 25.4 28.0 29.7 32.8 33.8 36.4 37.2 38.6 40.2 42.1 43.4 43.9 44.5 48.0 49.6 
Sampling at 2048000 S/s.
Reporting PPM error measurement every 60 seconds...
Press ^C after a few minutes.
Reading samples in async mode…
...
real sample rate: 2047991 current PPM: -4 cumulative PPM: -7
...

Da der RTL-SDR für den digitalen DVB-Empfang mit dem rtl-Treiber entwickelt wurde, muss dieser deaktiviert werden. Beim Installieren vom Software-Treiber-Paket rtl-sdr sollte aber dieses geschehen sein sowie auch erforderliche udev-Regeln installiert werden.

/etc/modprobe.d/blacklist.conf

blacklist rtl2832

Vorsicht vor Fälschungen und Fake RTL-SDR auf den bekannten Verkaufsplattformen. Der Original RTL-SDR V3 / V4 wird in China massiv gefälscht – wie so vieles – und frech und teuer auf den Weltmarkt geworfen um mit Billigware und Kopien abzuzocken.

Mit dem dAISy HAT AIS Receiver für den Raspberry hatte ich leider einen schlechteren Empfang als mit dem RTL-SDR V3 und ais-catcher. Somit kann ich den dAISy HAT leider nicht empfehlen.