Satelitny SDR prijimac s antennym rotatorom

[bobo87]

Uz dlhsie pracujem spolu so zawinom a luboss17 na tomto projekte a kedze dnes uz boli ziskane prve kompletne vysledky, rozhodli sme sa vam ich nejako ukazat. Nieco o tomto projekte naznacim, popisem svoju cast a nasledne pridaju aj chalani popis toho, na com pracovali oni.

Jedna sa, ako uz nazov temy sam hovori o prijimac signalu zo satelitov pracujuci ako SDR, ktory pouziva antenu s otacanim za zameranym objektom. Signal z tohto prijimaca bude dalej verejne dostupny z webu v realnom case spolu so satelitnymi mapami a predikciou preletov.

Moja cast prace na tomto prijimaci tvori software, ktory bezi na serveri a riadi rotator a aj prijimac. Ten ma nasledovnu funkcionalitu :
* ziskavanie TLE udajov pre pocitanie polohy satelitov (updatovanie z online zdrojov, momentalne 1256 satelitov v zozname)
* pocitanie polohy vybraneho satelitu pre zadany cas pomocou SGP4/SDP4 algoritmov
* pocitanie najblizsieho preletu satelitov
* zobrazovanie mapy s polohami satelitov
* zobrazovanie trajektorii satelitov
* zobrazovanie plochy, z ktorej je satelit viditelny
* zobrazovanie daylight mapy (kde na zemi je den/noc)
* vysielanie prikazov do antenneho rotatora
* generovanie mapy pre online zobrazenie

Rozrobene a planovane su tieto funkcie :
* naladenie frekvencie prijimaca na sledovany satelit (vratane dopplerovej zmeny frekvencie)
* vytvorenie zoznamu "zaujimavych" satelitov, ktore sa budu sledovat
* podla tohto zoznamu automaticke generovanie sledovacieho rozvrhu
* export sledovacieho rozvrhu, aby bolo online viditelne, kedy sa co bude dat pocuvat
* radar - maly obrazok, ktory zobrazuje aktualnu oblohu a satelity na nej v EQ suradniciach

Software sa sklada z 2 samostatnych casti. Prvou je pocitaci server, ktory podla poziadaviek generuje udaje o polohach satelitov. Tento je tvoreny kniznicou predict4java, ku ktorej som pridal rozhranie, ktore umoznuje ju ovladat cez siet (takze pocitaci server moze byt na uplne inom stroji).

Druha cast je tvorena programom AntRot, ktory je vlastne jadro ovladacieho software. Ten na zaklade poloh satelitov pocita ich pokrytie, generuje mapy, rozvrhy preletov a ovlada vsetko ostatne. Je napisany v C++ a momentalne bezi pod Linuxom (nemal by byt problem skompilovat ho aj pre Windows). Pre svoju cinnost vyuziva kniznice Qt 4.8, pugixml, ptypes, libcurl a Eigen 3.

Pridavam zopar obrazkov z dnesneho prijmu druzice NOAA15 a chalani coskoro doplnia informacie o castiach, ktore robili oni.

[zawin]

Ahojte, tak popíšem v čom spočíva moja práca na tomto projekte.

Mojou úlohou v tomto projekte bolo:
[*]Zostrojenie 5 prvkovej cross-yagi antény pre pásmo 145 MHz
[*]Výroba anténneho predzosilňovača s obvodom ATF-54143
[*]Výroba SDR príjimača (http://svetelektro.com/clanky/uhf-sdr-radio-481.html)
[*]Inštalácia rotátora a sprevádzkovanie systému

Zostrojenie antény:
Anténu som zostrojil podľa návodu autora DK7ZB - http://www.mydarc.de/dk7zb/2m-short/5-ele_28-150.htm pričom som ich zapojil ako cross-yagi, aby bolo možné lepšie počúvať signály z družíc ktoré majú kruhovú polarizáciu. Zisk antény je podľa simulácií autora 8,5dB.
Hotovú anténu možno vidieť na obr č.1

Výroba anténneho predzosilňovača:
Anténny predzosilňovač (Obr č.2) som vyrábal podľa návodu -
http://www.qsl.net/y/yu1aw/LNA/atf54143eng.htm
Má výborné parametre (šumové číslo 0,4dB, zisk 26dB). Reálne sme dokázali zmerať len zisk predzosilňovača na spektrálnom analyzátore (Obr č. 3.)

]Inštalácia rotátora a sprevádzkovanie systému
Inštalácia celého systému bola asi najkomplikovanejšia z celého projektu. Keď sa nám už podarilo celý systém namontovať na strechu, po týždni nám zblbol pre chybu v programe anténny rotátor a antény sa krútili donekonečna pokiaľ sa nevytrhol napájací kábel. Museli sme antény zvesiť, opraviť chybu a opäť namontovat
Hotovú inštaláciu antén možno vidieť na Obr č. 4

Plánované opravy (TODO)
Po pár tyždnoch testovania sa vyskytlo pár chýb ktoré bude nutné opraviť.
[*] Doplniť pásmový filter a zvýšiť odolnosť voči rušeniu príjimača
[*] Vyrobiť a nainštalovať anténu pre pásmo 435MHz
[*] Vyrobiť a nainštalovať predzosilnovač pre pásmo 435MHz
[*] Vyrobiť anténny switch pre prepínanie antén

Ciele projektu
Cieľom projektu je sprevádzkovať automatizovaný systém pozemnej stanice schopnej prijímať signály z rádioamatérskych družíc v pásme 144 a 435MHz a meteorologických družíc NOAA. Systém pozemnej stanice budujeme na pôde Žilinskej univerzity.
Tieto signály chceme daľej šíriť cez internet prostredníctvom služby WebSDR.

Projekt WebSDR beží v SKÚŠOBNEJ prevádzke na adrese:
http://158.193.216.77:8901/

V najbližšej dobe chceme na stránke WebSDR zobrazovať návštevníkom informácie o tom aká družica sa práve počúva a aké sú najbližšie prelety.

Držte nám palce

[luboss17]

Ahojte,

tak moja časť práce na tomto projekte pozostáva z návrhu konštrukcie a programoveho vybavenia anténneho rotatora (firmware).

Základom nášho anténneho rotátora sú dva motory Diseqc. Jeden z nich natáča anténny systém na zadaný azimut a druhý nastavuje náklon - eleváciu antén. Obe motory sú riadené po jednovodičovej zbernici Diseqc cez ktorú sú zároveň aj napájané. Prvé myšlienky a nápad zostrojiť rotátor z dvoch Diseqc motorov vznikol ešte pri vypustení balóna Universum 2.

Prvou z úloh bolo navrhúť obvod modulátora, ktorý ma za úlohu namodulovať nosnú frekvenciu 22kHz na napájacie napätie. Tento obvod je riadený mikropočítačom, ktorý generuje signál s informáciou. Vysielajú sa špeciálne príkazy na riadenie podľa Diseqc špecifikácie. Ďalej mikropočítač riadi komunikáciu s PC po sériovej linke, cez ktorú príjma povely - príkazy pre riadenie motorov. Mikropočítač teda príjme príkaz, ktorý nesie informáciu o veľkosti uhla azimut-u a elevácie, pripočíta potrebný offset (ktorým sa rotátor kalibruje), následne tieto údaje "prekonvertuje" do diseqc príkazov a odošle motorom po diseqc zbernici.

Druhou z úloh bolo navrhnúť konštrukciu rotátora. S týmto mi pomohol Ing. Peter Šindler, ktorý pomohol tomuto projektu aj svojími cennými radami. Ku konštrukcii písať nebudem. Radšej si pozrite foto a dole priložené video



Tretia časť bolo vyriešenie pripojenia nášho rotátora do ethernetovej školskej siete a teda aj do siete Internet. Tu sme si pomohli Mikrotik routrom, ktorého jedna z funkcii je aj USB pripojenie. Teda riadiace obvody s mikropočítačom som pripojil k mikrotiku cez usb rohranie a cela komunikácia prebieha po sériovej linke. Na prenos údajov po sieti sa potom využíva TCP socket a router prijaté dáta (z nastaveného TCP/IP portu) presmeruje na sériovú linku. Na jednoduche riadenie cez ethernet som spravil mini program s GUI v Qt. Prikladám screen na pozretie.

Počas práce na tejto konštrukcii som sa stretol aj s jednym problémom, ktorého riešenie zabralo dosť času a stojí za zmienku. Ide o to že na natáčanie antén na azimut potrebujeme rozsah 0 - 360 stupňov, pričom otáčanie paraboly v diseqc systémoch je obmedzené softvérovo na +/- 80 stupnov - čo je vlastne nám nedostačujúci 160 stupňový rozsah. Tento problém som vyriešil naprogramovaním nového firmware do motora. Obvody v motore sme detajlne preskúmali a vymenili riadiaci mikropočítač (firemný) za mcu ATmega88, do ktorého som naprogramoval riadenie motora s otačaním až cez 360 stupňov.

Konštrukciu a jej programové vybavenie budem/budeme naďalej vylepšovať.

Prikladám pár fotiek:

[jaromir]

Vidim kopu obrazkov, tusim za tym vela prace, ale tapam v tom...
Ake satelity to vlastne zameriava? Bobo pise o 1256 satelitoch.
Ake data sa ziskavaju z tych satelitov? Dalej sa pise (bobo aj zawin) o NOAA satelitoch, takze meteo data? Co zvysnych 1255 satelitov? Daju sa z nich ziskat nejake zaujimave data? Co su zac tie radioamaterske satelity?

Posledna otazka: kedze je to na svetelektro.com, je v tom zabudovana milionta kopia nejakeho Dudkovho zosilnovaca?

[bobo87]

Zameria to lubovolny satelit, ku ktoremu su dostupne TLE data - nase taham odialto. http://www.celestrak.com/

EDIT : Z meteo satelitov ako spravne tusis pojdu obrazove data. Podobne je mozne ziskavat rozne info z amaterskych a podobnych satelitov.

[zawin]

Jaromir s týmto systémom čo máme sme schopný počúvať 7 satelitov.
Tri rádioamatérske: AO-7, VO-52 a ISS
Tri meteo: NOAA-15, NOAA-17, NOAA-18 a NOAA-19

Vaščina rádioamatérskych satelitov vysiela v pásme 435MHz (70cm), takže tieto bude možné počúvať až na jar, keď vyrobím anténu na toto pásmo.

Z meteorologických satelitov možno získavať meteo-snímky Európy (viď čĺánky - http://svetelektro.com/clanky/prijem-me ... 1-336.html)

Z rádioamatérskych satelitov možno počúvať priamo rozhovory medzi rádioamatérmi, ktorý cez družice komunukujú aby sa mohli dorozumieť na veľké vzdialenosti.

[jaromir]

bobo: No dobre, zameria a co dalej? Daju sa data z neho nejako rozumne zachytit a spracovat? Teda okrem tych meteo, to je pre mna zrejme.

Tato tematika ma tak latentne zaujima uz od roku 2002 ci kedy (+-5 rokov, nespominam si presne), ked bol v nejakom AR zvrejneny prijimac dat z meteosatelitov. Okrem superheterodynu s dvojitym zmiesavanim (a nebol to nijaky hitech, relativne normalne dostupne suciastky) tam bola este frekvencna synteza s nejakym MCU, spracovanie dat v PC, cez zvukovku - nic zlozite, tak som bol vazne nacaty si to poskladat.... ale nakoniec som sa na to vykaslal - ospravedlnenim pre moju lenivst bolo to, ze meteo snimky mam aj na webe

...
kym som toto dopisal, tak uz mi odpovedal zawin, dik.

Taka vseobecna otazka: da sa z obeznej drahy prijimat aj nieco ine, nez meteo a radioamaterske satelity?

[zawin]

No na obežnej dráhe je spústa satelitov, či už sa jedná o TV, GPS, rôzne vojenské či spionážne, rádioamatérske, meteorologické atd...

Mi sme sa zamerali teda na dve skupiny rádioamatérske a meteorologické, do zvláštnej skupiny možno zaradiť ISS, kde bude možné počúvať sem-tam aj rozhovory medzi astronautmi.

Táto pozemná stanica je budovaná zároveň aj ako prijímacie stredisko pre prvú slovenskú družicu (skCube), ktorú plánujeme v roku 2015 vyslať na obežnú dráhu.

[mato3000]

pekná práce, len neni to v zlej sekcii ? resp ak je toto MINI výrobok , ako by mal vyzerať ten normálny

[bobo87]

Mato - bol moj napad to dat sem. Sice to nie je uplne mini, ale este to nie je celkom dorobene, ked to bude komplet, moze sa to dat k normalnym.

[jaromir]

Jo tak, precitalsomsi cely thread este raz a uz mam v tom trochu viac jasno
Pekna praca, len tak dalej.

[Thales]

Pěkná práce, jen by to chtělo více podrobností.

Posledna otazka: kedze je to na svetelektro.com, je v tom zabudovana milionta kopia nejakeho Dudkovho zosilnovaca?

To mělo být jakože vtipné nebo co?

[Tuf]

Uff! Pekna praca, len tak dalej, čakám na pokračovanie. Obdiv aj vašho spoločného diela, koordinácie, kooperácie, priatelskej aj profesnej spolupráce a technickej vyspelosti. V starých amárach boli aj zvesti o amatérskom satelite (satelitoch) OSCAR z 60 až 70 rokov a bolo až neuveritelné, že amatéri sú schopní niečo také urobiť. A je vidno, že sú. Publikujte ďalej, aj popularizácia je doležitá.

[zawin]

Dakujeme za pochvalu, naozaj stalo to vela usilia kym sme to dali ako tak dokopy.
Este nas caka cely system zautomatizovat a potom sa to moze uz spustit vo velkom.

[parnican]

Super praca!

[MacGyver]

Poslednu dobu som sa zacal zaujimat o RF veci a dostal som sa k prijmu zo satelitov NOAA. Tema je sice rok stara, ale predpokladam, ze je stale aktualna (skCube). Tiez uvazujem nad stavbou rotatora. Chcel by som sa teda opytat na samotny pohon rotatora. Ake konkretne disqec motory ste pouzili a upravili (vyrobca, typ?). Taktiez by ma zaujimala samotna uprava. Niekde bolo spomenute, ze ste nahradili IO na doske riadenia motora vlastnym riesenim s AVR mcu. Dakujem za info.