APRS基本功能简介

发布于 2024-04-17  512 次阅读


APRS(自动数据包报告系统)可以简单理解为一种通过无线电网络实现的社交系统,类似于微博或者朋友圈。使用分组无线电来传输数据,而分组无线电使用由X.25数据链路层协议改进而来的AX.25协议。

AX.25可用于窄带上网,与D-Star DD模式、Boardband-Hamnet以及AREDN功能类似。AX.25调制解调器与计算机的组合设备也被称为终端节点控制器,即TNC。

调制解调器

常用的AX.25调制解调器模式有三种,300波特率、1200波特率和9600波特率。许多电台提供了提供了数据接口(通常使用Mini-DIN-6连接器),可以用来连接调制解调器。这个接口虽然也被称为9600波特率接口,但还是兼容1200模式的。现在也有很多电台内部直接具有TNC,不需要外接。

1200模式

最常用的APRS模式,基于贝尔202调制解调器,产生AFSK信号后通过FM电台进行传输。因为AFSK可以使用为传输声音而设计的系统,因此兼容性最好。发射类别为F2D。

电台的数据接口中的1200数据针脚会通过内部的声音处理电路,发射和接收时会受到和语音相同的预强调和减强调。没有数据接口的电台可以直接连接到音频接口上来传输。

9600模式

使用GMSK而不是AFSK来在FM电台上传输数据,速度大约是1200模式的2-3.5倍。在APRS繁忙的地区,中继之间会在UHF频段使用该模式互联,避免干扰客户端使用的1200模式的频率。发射类别为F1D。

电台的数据接口中的9600数据针脚不会通过声音处理电路而是直接发射。也可以利用这一点传输其他数字模式,例如DMR等。如果电台没有数据接口,则需要改造设备来将信号直接输入电台来避免声音处理电路带来的影响。

300模式

产生基于贝尔103调制解调器的AFSK信号,并使用SSB模式进行传输。该模式对电台的频率稳定性有较高的要求,因此老旧电台很难成功传输。而且通过短波传输也更容易被干扰。

数据包格式

呼号和SSID

呼号用于标识发送和接收数据包的对象,而SSID的作用相当于端口,不同用途的APRS设备可以通过在呼号后面附加SSID来区分。

SSID用途
无SSID(或-0)主要固定电台,常用于收发短信
-1通用SSID
-2通用SSID
-3通用SSID
-4通用SSID
-5从其他网络传输到APRS网络
例如通过手机APP或者DMR/D-Star经过服务器或网关接入APRS-IS网络等情况
-6特别活动,例如利用卫星或空间站转发、露营、6米波段等
-7手持或其他随身携带的电台,常用于收发短信
-8次要使用的移动电台,通常装在船、房车、不常用的车辆上
-9主要使用的移动电台,通常装在常用车辆上的车载电台
常用于收发短信
-10通过互联网传输,例如IGate或没有电台,仅通过互联网传输数据的站点
比如通过APRS-IS上传医院的位置
-11飞行器、气球、或者其他航空航天器等
-12仅有发射功能的跟踪器、DTMF设备、RFID设备
-13气象站
-14用于追踪卡车司机或全职司机
-15通用SSID
0会被忽略不显示,也可以不填;1、2、3、4、15是通用SSID,可以在其他SSID不够用的时候使用

16个SSID是来自于AX.25的限制,如果是通过互联网传递的APRS数据则支持任意SSID。例如D-Star传来的APRS数据通常会以模块(A, B, C等)来作为SSID。

图标

APRS消息中可以包含代表图标的字符,一个图标由两个字符组成。APRS图标和emoji一样,不同厂家的图标差别比较大,每种图标有许多种变体。虽然图标有自己的含义,但许多人会选择更有意思的图标而不是按照含义选择图标,这也和emoji一样。

比较常用的图标有:人、小汽车、房屋、中继、网关、网关D和气象站。

路径

早期分组无线电为了解决信号碰撞,互相干扰的问题,发明了ALOHAnet系统,这个系统也启发了阿帕网、以太网等等现代网络的设计。

APRS也经过多次改进,形成了现在所使用的路径系统。路径作用类似于TTL,通过限制转发次数来避免数据在网络中重复传输,占据大量资源。由于AX.25中继之间使用泛洪方式来通信,因此路径不宜超过3跳。

路径中的*意味着该路径已经使用,作用类似于划掉。

旧路径系统(已废除,但可以用来解释为什么会有一些奇怪的路径)

RELAY和WIDE

分为RELAY中继和WIDE中继,前者通常放在家里,后者通常部署在覆盖范围更广的位置。

这种中继会按顺序读取路径,当路径列表中第一个没有标注*的路径为自己的呼号时,则进行转发。因此这种中继通常会将RELAY或者RELAY和WIDE设置为自己的呼号。

转发次数路径说明
原始数据包RELAY,WIDE,WIDE
第一次转发RELAY*,WIDE,WIDE第一次由RELAY中继转发,WIDE中继通常会兼任RELAY中继
第二次转发RELAY*,WIDE*,WIDERELAY已被上一次转发标注*,因此RELAY中继不会进行这次转发
只有WIDE中继才会进行这次转发
第三次转发RELAY*,WIDE*,WIDE*三次转发已用尽,不会有中继继续转发

这种中继系统无法识别该数据包是否已经转发过,因此被废弃。此外,如果原始数据包只被WIDE中继接收,并且WIDE中继当中并未设置呼号REALY时,该数据包不会被转发。

N-N

这种中继系统不在要求自身呼号必须设置为RELAY或WIDE,这意味着不同中继可以有不同的呼号来进行区分。并且引入SSID来标识剩余转发次数。

转发次数路径状态说明
原始数据包RELAY,WIDE2-2这次改进只升级了WIDE中继
因此第一个路径需要设置为RELAY来兼容旧RELAY中继
第一次转发RELAY*,WIDE2-2
第二次转发RELAY*,WIDE2-1
第三次转发RELAY*,WIDE2*

还可以通过Trace功能查看被哪些中继转发。

转发次数路径状态
原始数据包RELAY,2-2
第一次转发RELAY*,TRACE2-2
第二次转发RELAY*,中继2呼号*,TRACE2-1
第三次转发RELAY*,中继2呼号*,中继3呼号*,TRACE2*

New n-N Paradigm

WIDE n-N中,n用于记录原始数据包中的转发,N用于记录剩余转发数。中继发射时会将原始数据的N减去1。当N=0时,-N会被删除并会打上*标记。

WIDE n-N模式下,旧RELAY中继将自己的呼号改为WIDE1-1即可兼容WIDE n-N路径模式,例如:

转发次数路径说明
原始数据包WIDE1-1,WIDE2-2
第一次转发WIDE1-1*,WIDE2-2第一跳被修改呼号后的RELAY中继进行转发
第二次转发WIDE1-1*,WIDE2-1第二次及之后只会被新的WIDE n-N中继转发
第三次转发WIDE1-1*,WIDE2三次转发已用尽,不会有中继继续转发
兼容旧中继的路径设置,且第一跳被旧中继转发
转发次数路径说明
原始数据包WIDE1-1,WIDE2-2
第一次转发WIDE1*,WIDE2-2第一跳被新的WIDE n-N中继转发
第二次转发WIDE1*,WIDE2-1
第三次转发WIDE1*,WIDE2三次转发已用尽,不会有中继继续转发
兼容旧中继的路径设置,且第一跳被新中继转发
转发次数路径说明
原始数据包WIDE3-3没有WIDE1-1,因此旧REALY中继不会处理这种数据包
第一次转发WIDE3-2第一跳被新的WIDE n-N中继转发
第二次转发WIDE3-1
第三次转发WIDE3*三次转发已用尽,不会有中继继续转发
不兼容旧中继的路径设置

新型中继会默认以折叠内容中的Trace功能类似的方式将自身呼号添加到路径中,以此识别自己是否转发过该数据包。

推荐路径

路径说明
WIDE1-1,WIDE2-1两次转发,兼容旧中继,用于多数情况
WIDE1-1,WIDE2-2三次转发,兼容旧中继
WIDE2-2两次转发,不兼容旧中继
WIDE2-1一次转发,不兼容旧中继
位置良好的电台只需要一次转发,且不需要旧中继
OFF或NO或不填写路径位置极好的电台,不需要转发
通常用于飞机、气球、短波APRS

多数情况下2跳够用,最多3跳,更多容易造成堵塞。部分中继不会响应超过3跳的数据包。

特殊路径

可以单独使用或配合普通路径使用一些具有特殊功能的路径。

路径说明
RFONLY或NOGATE要求接收到该数据包的IGate不要将其发送到APRS-IS网络
IGate可以不遵守
ARISS国际空间站的APRS中继只响应这个路径
GATE,WIDE2-2短波APRS IGate会将其转发到VHF频段上
需要IGate同时支持短波和VHF
短波和VHF传输速度相差过大,最好不要从VHF传输到短波

数据包类型

说明
Mic-EE在语音通话的之前或之后传输的APRS数据
Mic-E同时也是压缩APRS数据的方法
因为在语音前后传输时需要尽可能缩短传输时间
内容和位置信标差不多
位置P/p最常见的APRS信标
移动电台可以包括坐标、方向、海拔和速度等
固定电台可以包括坐标、天线高度、增益、指向性等
可以包括备注和状态信息,大部分APRS数据包都能包括这两者
气象站W/w可传输温度、湿度、风向、风速、降雨、气压
目标O/o与位置信标几乎等同,用于移动或有生命的物体(人/车/地震/风暴等)
不一定是携带电台的物体
可用于非业余无线电相关内容
与项目数据包的区别是具有时间戳
项目I/i与位置信标几乎等同,用于不会移动的物体(医院/道路中断等)
不一定是携带电台的物体
可用于非业余无线电相关内容
已关闭的目标或项目K/k用于目标或项目已关闭/无效等情况,K是Killed的意思
状态S可以自定义内容,内容会附在原本数据包的信息后面
可以设置每次发射时都附带状态文本
也可以每发射几次普通数据包之后发射一次带有状态文本的数据包
可以填写频率、静躁、偏移等,接收方可以将语音频率设置为对应参数
信息M类似于短信、除了发给指定呼号外,还可以发到群组或发送公告
其他
紧急Emg收到包含紧急状态的数据包
小写字母意味着数据包使用压缩格式传输

备注信息一共有15种,7种普通默认信息、7种自定义信息、1种紧急情况信息。作用类似于现代社交软件的状态。

备注信息含义
Off Duty操作员不在,无法回复消息和语音通话
En Route正在前往目的地的路上
In Service可以回复消息和语音通话
Returning正在从目的地返回的路上
Committed忙碌中,很难回复消息和语音通话
Special特别状态
Priority正在处理优先事项
Custom 0-67种自定义消息
EMERGENCY!紧急情况!
设置为紧急情况时,收到该消息的电台都会发出警报提醒,因此只有在紧急情况下才能使用

自定义消息不是在电台中自定义,而是团体之间事先约定某种状态消息的意思。例如:出发前约定将"Custom 5"的意思为“回营地吃饭”。当接收到内容为"Custom 5"时,回想一下,就会知道这是“回营地吃饭”的意思。

关于Mic-E

全称麦克风编码(Mic-Encode),这种数据包最初设计出来时是用于跟随语音发送数据。将TNC与PTT按键关联,当PTT松开时,TNC自动通过电台发送数据。因为APRS信号不包含亚音,因此不会被中继台中继,所以不会干扰中继上的其他人。并且中继台也会对此进行特殊改造,中继台上行频率接收到APRS信号时会将数据包转发到APRS频率上再发送。

虽然其他人不会收听到APRS的声音,但仍然会占用中继的上行频率,因此Mic-E数据包使用同样名为Mic-E的编码方式来压缩数据包,以此来减少占用中继的时间。如果直接监听发射信号的话,听起来像是在语音之后加入了一道信令。现代APRS电台通常可以设置为松开PTT时跳转到APRS频率再发射数据包。

Mic-E编码中还包括了备注位,因此Mic-E格式的数据包中会默认包含位置备注。由于八重洲和建伍内置的APRS调制解调器无论什么情况下都用Mic-E来编码数据包,因此这些设备会发射的数据包都会包含备注。

自动语音中继系统(AVRS)

D-Star引入了通过呼号在网络中搜索对方上一次使用的联络方式并建立联系的方法(即呼号路由)。因此APRS也计划将通过状态文本自动设置频率和其他参数的简单功能扩展为AVRS。向AVRS发起查询请求,AVRS会在所有支持的VoIP网络中搜索(D-Star网络、Wires-X网络、Echolink网络等等)对方上次使用中继并在该地区发出APRS信息进行确认。如果对方回应了该请求,则AVRS会协调双方距离最近的中继来建立连接,成功建立后AVRS会向双方发出包含对应中继参数的信息。即通过APRS作为信令层来控制中继组网。

该功能在2010年成功发布了Demo,但目前仍处于开发阶段。

信息

APRS还可以用来发送短信。接收方在收到消息后会发送接收/拒收的回执,如果发送方未收到回执,则会重试发送。如果一定次数之后仍未收到回执,则会提示发射未完成。除了发送给指定收件人外,还可以设置为发送到群组或发送到公告。群组成员需要先设置接收消息的群组或公告板,当接收到目标为预先设置好的群组信息才会接收消息,否则不会接收。

APRS信息本身支持汉字,但是外国设备大多无法显示。如果使用电脑或手机解码的话一般都会正常支持中文。

自动发射APRS信标

一般设备会提供三种模式:手动发射、定时发射和智能信标。手动发射模式下需要手动按下才会发射;定时发射会每隔一定时间自动发射;智能信标模式下可以设置多个自动发射间隔,并为其指定速度范围。当GPS读取的速度在指定范围内时,按照对应的间隔进行定时发送;也可以设置方向改变等情况时自动发射。

APRS-IS

APRS-IS (Internet Service)是互联网中的一组中继服务器,与IGate(Internet Gateway)配合使用。当IGate接收到APRS数据时,会将其发送到APRS-IS服务器。连接到APRS-IS的其他客户端可以从中收到这些APRS数据包。具有发射功能的IGate也可以将APRS-IS传来的数据发射出去,这种数据包不应被其他IGate重新返回APRS-IS中,以免形成环路。

许多软件可以读取并查看APRS-IS的数据,例如aprs.fiaprs.cn等。还有一些软件可以通过互联网连接到APRS-IS并直接传入数据,例如APRSDroid或者一些使用蜂窝网络的定位器等等。这种情况下应当将SSID设置为-5。

由于APRS-IS的数据有可能被发射出来,因此通过非射频方式输入APRS-IS的数据包都需要进行呼号确认,确保只有具有业余无线电操作许可的人士才可以使用。呼号确认方式有两种,一种为对呼号进行简单的计算,得到对应的密码。另一种则要求使用ARRL签发的呼号证书来进行签名确认。如果需要输入非业余无线电相关的内容,应当使用目标或项目类型的数据包。通过互联网而非射频输入非业余无线电的内容时,应当使用-10作为SSID。

需要注意的是,业余无线电中没有加密,因此任何人都可以接收和解码APRS内容。这一点在APRS-IS中也不例外,任何人都可以获取APRS-IS中传输的所有数据包,因此不要利用APRS(或其他任何业余无线电方式)传输不希望公开的信息。

隐私功能

有时候可能不是很希望自己能被精确定位,这种情况下可以设置位置模糊功能来隐藏精确的坐标。位置模糊可以将数据包坐标的部分数字删除,一共分为四个级别,此外也可以删除速度、方向和海拔信息。

模糊位数坐标模糊范围
11°22.33' 44°55.66'精确位置
111°22.3 ' 44°55.6 '几十米左右
211°22. ' 44°55. '东西方向2个,南北方向4个8字符梅登黑德网格组成的方块
街道/乡
311°2 . ' 44°5 . '东西方向2个,南北方向4个6字符梅登黑德网格组成的方块
半个地级市/较大的区/县级市
411° . ' 44° . '将4字符梅登黑德网格分为东西两半
约为地级市及其近郊
由于地球是球形,因此不同位置的经纬度对应实际长度不同。
梅登黑德网格

梅登黑德网格将地球按经纬度划分为方块,可以简洁的报告QTH。使用字母与数字交替的方式来表示,常用4字符和6字符的表示方法,更精确的坐标使用8字符。更高的精度没有规定,但习惯上继续使用交替的数字和字母来划分。起始坐标为180度经线和南纬90度线。

网格范围经度纬度划分方式
2(1场 1Field)AA-RR20°10°将地球划分为18×18的网格
4(1方 1Square)00-99将2字符网格划分为10×10的网格
6(1块 1Subsquare)AA-XX5'2.5'或2'30"将4字符划分为24×24的网格
800-990.5'或30"0.25'或15"将6字符划分为10×10的网格
10AA-XX1.25"0.625"将8字符划分为24×24的网格
范围的第一个字符表示沿经度自西向东的分割、第二个字符表示沿纬度由南向北的分割

此外,如果不希望数据包传输到互联网,可以在路径中添加RFONLY或NOGATE。但iGate可以不遵守要求,仍然将其发送到APRS-IS网络。

通过D-Star和DMR等其他方式使用

D-Star和DMR模式并不发送AX.25数据包,因此并不是APRS模式,也无法被APRS的中继和iGate处理。

由于数字语音模式在除了语音数据之外还可以携带其他数据,因此可以在其中携带定位信息(DMR等模式),或干脆携带APRS数据(D-Star模式)。当对应模式的中继联网时,中继会将收到的数据进一步上传到服务器或网关。当服务器或网关收到这类数据时,会将其中携带的定位数据或APRS数据和语音数据之间进行分离并转换为APRS格式,然后上传到APRS-IS网络。由于数据伴随语音传递,在功能上比较类似于APRS的Mic-E数据包。

D-Star则称为D-PRS功能,自由通等国内厂商将这种方式称之为数字APRS。这种方式并非使用APRS来传递数据,而是经由DMR/D-Star网络传输,因此使用时应将SSID设置为-5。

YSF的DN模式也可以夹带数据,但YSF设备通常都有真正的APRS功能,因此没人开发YSF转换为APRS的程序。建武的D-Star设备通常不完整支持D-PRS功能,但具有真正的APRS功能。

D-PRS

D-PRS是将D-Star数据转换为APRS TNC2格式的转换规范。D-Star设备不使用Mic-E编码定位信息,而是使用GPS-A(DV-A)格式。旧的Icom D-Star设备对D-PRS支持不完整,例如只支持位置数据、定位信息不全、无法修改SSID等。而新的设备支持发送位置、气象、目标、项目四种类型的数据。

D-PRS使用方式与APRS基本相同,即设置呼号、定位、SSID、图标、数据类型(位置/气象/目标/项目);可选设置自定义的状态信息和特定数据类型独有的详细数据。支持气象类型的设备可以连接气象站来获得信息。由于D-PRS使用D-Star而不是AX.25传输数据,因此不受16种SSID限制,可以使用A-Z来作为D-PRS独有的SSID,

除了在通话时传输D-PRS数据外,也可以设置定时发射来自动。此外,还有专门适配D-PRS的IGate软件,因此可以像APRS一样设置专用的D-PRS频率。

D-PRS的缺陷是只能在D-PRS设备之间双向传递,到APRS网络是单向传递、不支持APRS消息功能和不支持智能信标。

DMR

由于DMR并不是为了业余无线电而开发的,因此DMR机型所谓的数字APRS功能其实就是传输GPS定位数据和互相转换APRS消息和DMR消息格式。

将DMR中的数据传输到APRS-IS网络的任务是由DMR服务器来完成,因此与APRS和D-PRS不同,在DMR设备上需要设置的只有开启GPS功能并使其伴随语音发送。一些宣传自己具有数字APRS的设备也会提供定时自动将GPS数据发送到指定频率和DMR ID的功能。

DMR设备开启GPS功能以及可选的自动上报GPS之后,需要进入中继或热点使用的DMR服务器的后台界面进行设置。以国内常用的BrandMeister为例,进入SelfCare设置界面(即和设置热点密码以及设置防止冒用DMR ID的验证码同一个页面),设置使用设备品牌、APRS数据上传频率、图标、语言、SSID和自定义状态文本即可。DMR服务器会自动获取DMR数据中的GPS信息,按照设置生成APRS数据并上传到APRS-IS网络。

APRS和DMR互相发送信息时,DMR设备需要向APRS网关的DMR ID(一般是对应服务器的GPS服务的DMR ID,例如对于BrandMester中国区4601服务器来说,应发送到460999)发送格式为<大写收件人呼号及SSID><内容>的DMR消息;而APRS设备直接向APRS网络发送正常格式的APRS消息即可。DMR服务器会从APRS-IS网络获取该短信,并转换为DMR信息格式发送,BrandMeister的DMR服务器可以在两个网络之间互相转发接收/拒绝回执。APRS也可以向BrandMester网络发送群发消息,格式为BLN<公告ID><DMR组ID>

DMR转换到APRS的缺陷是该功能并非由电台提供,因此电台本身无法显示相关数据,即数据只能在电台-DMR服务器-APRS方向单向传递。DMR服务器通常只提供位置和消息功能,以及不支持智能信标。

APRS Touch Tone

APRStt使用DTMF信令来传递数据,不需要使用价格高昂的APRS电台或TNC。APRStt引擎是用于在APRStt格式和标准AX.25 APRS之间转换的网关站点,在国内极为罕见。

APRStt使用DTMF键盘来输入内容,DTMF键盘去除A-D四个控制键就是常见的电话拨号键盘。

12
ABC
3
DEF
A
4
GHI
5
JKL
6
MNO
B
7
PQRS
8
TUV
9
WXYZ
C
*0#D
DTMF键盘

A-D按键用于选择字母。例如N为按键6的第二个字母,按照顺序第二个则对应B,则先按下6然后按下B即可表示字母N。如果输入数字,则直接按下对应按键即可。例如呼号N0CALL对应DTMF按键为6B02C2A5C5C。使用DTMF信令发送自己的呼号到APRStt引擎后,引擎会填补其他信息如日期、时间、位置、图标和其他信息并发送到APRS网络。

由于廉价手持电台通常没有定位装置,引擎默认会使用自己的位置来生成数据包。也可以由引擎设置者根据当地地图划分网格坐标(由于梅登黑德网格太长,推荐重新划分一个可以简短表示的网格系统)。在发送DTMF信令时可以按照一定规则手动输入所在坐标、监听频率等其他信息。当需要回复时引擎通常会使用合成语音来进行回应。