一门面向家长、教师和学生的免费课程

此时此刻,你头顶上的每一架客机都在向全世界报告自己的位置。

每架飞机每秒两次广播一条 112 位的无线电消息:我是谁、我在哪里、飞多高、飞多快。这项技术叫做 ADS-B。要理解它,就要理解卫星、无线电波、地球的曲率、数字编码和光速。这门课程分三个层次,带你把这一切走一遍。

1090 MHz,每秒两次卫星,高度 20000 km

这门课程讲什么

在航空史的大部分时间里,从地面得知一架飞机在哪里的唯一办法,是向它发射一束雷达波,再给回波计时。自 2020 年起,欧洲和北美几乎每一架客机都在做一件不同的事:它根据导航卫星算出自己的位置,然后干脆用无线电向任何愿意收听的人宣布出来。这种宣布就是 ADS-B,广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance - Broadcast)。空中交通管制用它。飞机之间用它来互相避让。而且由于这些消息是明文发送的,学校屋顶上一个 U 盘大小的接收机也能听到。

这让 ADS-B 成了一个格外好的教学题材。它是真实的,此刻正发生在每一间教室的上空,用便宜的设备就能观测到;而要真正理解它,你必须走过物理课程的一大部分:电磁波与电磁波谱、频率与波长、光速、球形地球上的视距传播、平方反比定律、天线与共振、计时与卫星定位的几何学、二进制编码与差错检测。

这门课程用两种口吻写成。参考课程是面向任何成年人的完整讲解,不要求任何背景:十二章,从“我们为什么需要知道飞机在哪里”讲到“一台接收机的数据如何变成一张欧洲实时地图”。三个套件则把同样的内容分别带给一个家庭、一个小学班级和一个中学班级。每个套件都有一个成人页面,在相应的深度讲解理论并说明如何教;还有一个儿童页面,把同一个故事直接讲给学习者听。

课程的五个部分

参考课程

ADS-B 是什么,它如何工作

十二章。ADS-B 之前的雷达、基本思想、卫星定位、一条消息的解剖、三章物理、接收与解码、网络与多点定位、用途、局限与历史。请先读这一部分。

套件 1 - 在家里

家长与孩子

面向一位 5 到 12 岁左右的孩子和一位成年人。家长页面用平实的语言讲解理论,给出管用的类比,并说明它们为什么管用。儿童页面是一个分六章的图文故事。

套件 2 - 小学

6 到 11 岁

教师页面本身就是一门课:讲什么、按什么顺序、讲到什么深度,用哪些演示来承载每一个概念,以及会遇到哪些常见误解。学生页面则是讲给全班听的课程。

套件 3 - 中学

12 到 18 岁

一门建立在一个真实系统之上的物理与计算机课程:c = f x lambda、无线电地平线、路径损耗、脉冲位置调制、差错检测、卫星计时与多点定位,配有例题和一个接收机制作项目。

第 5 部分 - 动手

搭建一台接收机,把你的那片天空放上地图

每个套件的实践收尾:花 100 到 150 欧元准确地买什么、该选哪根天线以及把它放在哪里、怎样准备一块 Raspberry Pi 并安装 Dataero 共享程序,以及怎样认领你的站点。一个下午的工作;不需要任何无线电或 Linux 经验。

把课程带在身边

每一课和工作坊都可以下载为 PDF,排成适合打印的版式,每一页都印有课程地址:带进教室、放在餐桌上,或者交给同事。

讲解是怎样搭建的

课程的每一个层次都沿着同一条主线,因为这条主线就是系统本身的逻辑。飞机需要知道自己在哪里(卫星和气压)。它需要把这件事说出来(一条数字消息)。消息需要传出去(无线电波)。得有东西听见它(天线和接收机,受地平线限制)。许多收听者合在一起,就拼出一幅图景(一个网络和一张地图)。深度随年龄变化,顺序不变。

主线讲给 7 岁孩子讲给 10 岁孩子讲给 16 岁学生

收听是合法的吗?

合法。ADS-B 消息是有意不加密广播的,这样其他飞机和地面站才能使用它们。接收这些消息在比利时和整个欧盟都是合法的。在航空频率上发射则不合法,而本课程中的任何设备都不发射。数据标识的是飞机,从来不是乘客。

亲自观察

每个套件都以实时地图收尾,这张地图由志愿者、机场和学校托管的接收机汇聚而成。一所在屋顶上托管小型接收机的学校,会看到属于自己的那片天空出现在地图上。