Вы находитесь в режиме поиска по сайту.
11
мая
2020
APRS через спутники и КВ (теория и практика)
15:17

APRS через спутники и КВ (теория и практика)

11 мая 2020 15:17

Хочу собрать на этой странице всю информацию об использовании для передачи пакетов APRS репитера на борту МКС (международной космической станции) и других работающих спутников (PSAT).

Введение

На борту международной космической станции установлена радиостанция Kenwood D710, работающая с позывным RS0ISS.
Она работает на борту МКС в автоматическом режиме цифрового ретранслятора APRS. Модуляция - AFSK 1200 bps, частота 145.825 МГц. Если МКС находится в прямой видимости, радиолюбитель может передать на борт МКС пакет APRS, на который могут ответить другие радиолюбители. Связь засчитана если пакет был ретранслирован через борт МКС - в сообщение APRS добавляется символ * - признак ретрансляции.

Орбиты МКС

Расчет времени будущих орбит для Вашего населенного пункта можно выполнить в Linux в программе gpredict
или на сайте https://www.amsat.org/track/index.php.

Для работы я использую программы Xastir + soundmodem, как написано в предыдущей статье. По сравнению с наземным APRS 144.800, изменения в настройах следующие.

Настройка Xastir для APRS через МКС

Для работы через МКС в Xastir в меню Interfaces нужно добавить второй интерфейс - копию ранее настроенного для 144.8.

Интерфейсы )

Во втором интерфейсе (который включать во время пролёта МКС) нужно отредактировать поля:

  • первое поле "путь" заменить обычное значение WIDE 2-2 на ARISS.
  • в комментарии указать ARISS (примечание для себя, что интерфейс для МКС).
    подробные настройки интерфейса )
    Замечания:
    1. путь может содержать два значения, например, ARISS,PСSAT, но пакетный ретранслятор на МКС использует только первое значение - т.е. ARISS. Чем длиннее путь, тем более длительная передача, так что лучше сократить путь до максимально короткого.
    2. по моему мнению, и данных с форумов qrz.com, МКС не будет отвечать, если указано "RS0ISS" или - это ошибочное значение не работает. Также бессмысленно добавлять впереди слово APRS, например APRS,ARISS — лишние символы захламляют строку пути и не улучшают работу.

Репитер МКС сам подставит свой позывной RS0ISS и звездочку (*) в ретранслированное сообщение Космос-Земля. Символ "звездочка" означает, что пакет был принят и ретранслирован с борта МКС.

Свой позывной и квадрат нужно вписывать в само сообщение. Например, так: "FRANK, FM19SX".

Частота APRS ретранслятора МКС - 145.825 (резервная 437.550 МГц в данное время не используется).

Процедура пакетной радиосвязи через МКС

Сообщения для МКС делятся на группы:

  1. GPS координаты через APRS. ("GPS маяки") без указания адресата. По желанию.
  2. текстовые APRS сообщения для проведения QSO. Такие как направленные вызовы To: CALL. - Рекомендуется.
  3. не APRS сообщения - например, обычный PACKET, посланный из терминала, например, BBS (не рекомендуется)
  4. служебные APRS сообщения (прямой запрос станции) - не рекомендуется. Примеры таких сообщений: ?APRST ?IGATE

Самое простое - в момент пролета МКС передавать свои координаты (команда Interfaces - Transmit Now!) позиции GPS координат - они будут ретранслированы через МКС и отобразятся на карте у других радиолюбителей.

Более правильно - вызывать с помощью передачи сообщений как написано ниже:

Правила проведения QSO с использованием сообщений APRS

Общий вызов

Сообщения всем: в поле CALL указать текст сообщения CQ.
call-cq

Либо указать конкретный позывной (направленный вызов) в поле CALL, например, RZ1PVT.
direct

Текст сообщения произвольный. Можно указать квадрат или QTH и имя, KO59, op. Vladimir..

Ответ на вызов

В поле CALL указать позывной корреспондента, в поле сообщения (текст) - любое ответное сообщение длиной до 40 символов на английском языке. Следует отметить, что чем длиннее сообщение, тем выше вероятность возникновения ошибок при его декодировании из-за слабого уровня или QSB (замираний сигнала).

Примеры коротких ответных сообщений:

  • Hello from SPb
    • TNX 59 73 GL
  • 73 de call, CU

Позывные в служебные поля FROM и TO, а также координаты станции проставляются программой Xastir и soundmodem в пакет APRS автоматически.

Проверка ретрансляции пакетов

Ретранслированные назад пакеты должны быть восприняты приемником и декодироваться программой. Как и при обычном цифровом ретрансляторе вслед за вашим пакетом должен следовать шум - ответ космической станции. Затем возникнет Ваш пакет со звездочкой * что означает что он был ретранслирован станцией на Землю.

Захваченные МКС (ISS) пакеты можно проверить на сайтах:

Слежение за МКС

Траектория движения МКС по небосклону зависит главным образом от географической широты

LO53ac KO59ct

Поскольку город Санкт-Петербург находится на 60 градусах северной широты высота МКС над горизонтом не бывает выше 23 градусов, то работа с МКС на дальности 1100...2200 км, тогда как на юге МКС в момент прохода находится на расстоянии 435...2200 км.

Моменты прохода станции (время UTC) можно определить по QTH локатору

Расчёт энергетического бюджета трассы

Данный расчет не нужен, если получается работать простыми антеннами и пакеты ходят обе стороны.
В моём случае получились неожиданные трудности - МКС не слышит и плохо слышна, при том что КСВ=1.1.

(Расчёт при усилении со стороны передатчика (антенна яги 3 элементов) G=7 дБи, со стороны приемника G=0 дБи):

Потери в свободном пространстве 600 км 1800 км 2200 км
124 dB 134 dB 136 dB
Полученная на приёмной стороне мощность 600 км 1800 км 2200 км
-80 dBm -90 dBm -92 dBm

Средняя мощность сигнала на приёмной стороне -90 dbm.

Показания S-метра на приёмной стороне 600 км 1800 км 2200 км
S9+10 S9 S9

Рассчитанное gpredict ослабление на трассе (path loss) - от 139 до 132 дБ входят в этот же диапазон (134...136db среднее значение).
потери

Показания S-метра (при мощности передатчика 10 Вт) должны быть S9 (что и было замечено на другой частоте - 145.800 голосовой ретранслятор, телемосты со школьниками). Но этого не наблюдается.

Вывод: 3 элемента уда-яги должно быть достаточно для связи с МКС (ARISS, RS0ISS) "от горизонта до горизонта".

Тот же самый расчёт для штыря Ground Plane 145.82 МГц (усиление хуже яги на 5дб. потери в кабеле ещё 2 дБ)
Достаточно вычесть из полученных ранее результатов 7 дБ. Получается

600 км 1800 км 2200 км
131 dB 141 dB 143 dB
-96 dBm -106 dBm -108 dBm
S8 S7 S7

Таким образом, линк "МКС-земля" в теории должен работать и на обычный штырь GP, мощность 10 Вт с уровнем S8, т.е. довольно громко.
На практике, в 2020 году этого не просходит. Либо антенна на МКС тупая, либо загрублена чувствительность приемника и уменьшена мощность пакетной APRS радиостанции?

Практические замеры уровня пакетной связи МКС на 2 и 5 элементов уда-яги.

  • Вертикальная поляризация - S4...S6.
  • Горизонтальная поляризация - S4...S6.
    В вертикальной поляризации слышал чуть громче, на пол балла.
    Ни о каких уровнях S9 с МКС в 2020 году речи не идёт!

Причины неуспеха работы через МКС, по моему мнению:

  1. сигнал слишком слаб. Неподходящая мощность и антенны для данного бюджета линка, Напряженность поля быстро убывает с удалением до космической станции (в квадрате расстояния).
  • Наиболее мощный сигнал МКС (ISS) - при проходе через зенит. Можно использовать антенну направленную вверх - например, горизонтальный диполь, уда-яги 2 элемента или турникетную антенну.
  • При высоте космической станции от 90 до 60 градусов над горизонтом по сообщениям из Интернет возможна передача координат GPS с портативных радиостанций на штатные "резиновые" антенны, малой мощностью 5Вт. Например, на Yaesu FT-2DR/DE, Kenwood TH-D74 со встроенными APRS GPS трекерами.
  • При высоте над горинтом от 60 до 30 градусов, на средних дистанциях, нужно прибавить 10 дБ к усилению штыря - подойдут 3-5 элементные антенны (G=8-12 dbi) фиксированной (45°) или переменной элевации. Требуемая мощность то же 10 Вт.
  • При высоте от 30 до 10 градусов МКС начинает хуже слышать, нужно прибавить ещё 2 дБ, например, мощность удвоить-утроить: 20...30 Вт. Очень желателен малошумящий мачтовый усилитель с коэффициентом шума NF=0.5 db. Антенна 6-8 элементов.
  • При высота МКС от 10 до 0 градуств - могут мешать местные препятствия.
    1. некорректная настройка поля PATH (формирует путь UNPROTO) - необходимо указывать только ARISS или RS0ISS. Всевозможные WIDE2-2, RELAY, ~~SGATE - ошибочные значения.
    2. широкая модуляция вместо узкой. Не настроена девиация частоты. Важно тщательно подобрать ширину модуляции AFSK постепенно уменьшая громкость на компьютере до тех пор, пока сигнал не станет высокочастотным и звонким на слух. На WebSDR можно наблюдать при этом, что сигнал состоит из множества тонких линий, то есть чёткий, а не размазанный. Местный ретранслятор должен отвечать на посылки с первого раза.
    3. слишком длинное сообщение декодировалось с ошибками.
    4. не выполнена коррекция доплеровского сдвига частоты на передаче (хотя отклонение частоты от 145.825 небольшое +2кГц в начале и -2кГц в конце, возможно ухудшение связи в начале и конце витка из-за эффекта Доплера).
    5. Потери в кабелях на передающей и приёмной стороне без использования МШУ (LNA) приводят к ухудшению приёма.
    6. Сложная помеховая обстановка на стороне МКС или в месте установки наземной станции (забитие приемника, нехватка динамического диапазона, так называемый эффект "desensing" (потери чутья) при повышении общего шума).
    7. Несбалансированный сигнал APRS по нижнему тону 1200 Гц и верхнему 2200 Гц - неравномерность АЧХ. Например, нехватка или избыток высоких частот.

Ссылки:

Практика

На направленную антенну 3 элемента уда-яги сигнал при спутнике над горизонтом высота 5-10 градусов составляет S4 (поляризация вертикальная или горизонтальная - роли не играет), на 5 элементов - не выше S6.
Уровень по S-метру 4 балла соответствует мощности –123 dBm, хотя в теории должно быть слышно МКС в таких условиях на -108 dBm даже на "штырь" GP. На ту же антенну, короткую яги 144/433 МГц, слышу спутники XW-2B и XW-2C до 5 баллов по S-метру. Мощность XW-2B составляет 20dbm (децибелл-миливатт) или 100 мВт в антенну Ground Plane. Мощность APRS радиостанции на МКС на 145.825 оказалась, судя по слышимости, даже меньшей, чем у XW-2B. Меньше 0.1 Вт. Прием аналогичный - возможно, на борту МКС используют аттенюатор 15-20 дБ? Это же подтверждается и фото с телеграмм-канала МКС, с фото "на столе перед отправкой в космос" APRS станции Kenwood. Но это только мои догадки, актуальную в 2020 году мощность 145.825 МГц никто не озвучивал.


Другие APRS спутники

Спутник NO-44 - не работает.

Спутник PSAT - Карта и пакеты APRS спутника PSAT (NO-84) на частоте 145.825 МГц,
Высота над горизонтом в Санкт-Петербурге - до 10 градусов (летает в южных широтах и над экватором).

Настройки APRS: в пути UNPROTO использовать текст PCSAT. Можно попробовать текст ARISS,PCSAT.
Мощность передатчика PSAT составляет всего-навсего 300 мВт.
При потерях в свободном пространстве 130...140 дБ и указанной мощности, напряженность поля в месте приема -100...-110 dBm или около S7 баллов.

Источники:


Ссылки на статьи и форумы APRS через МКС:

Про работу в диапазонах 20 и 30 метров

На коротких волнах в APRS используется та же модуляция AFSK, но скорость 300 бод и расстояние между несущими 200 Гц. Использовать можно любые тоны, отстоящие на 200 Гц, например, 1600 и 1800 Гц, более точная настройка выполняется на трансивере ручкой настройки.

В связи с низкой солнечной активностью, плохое прохождение не дает возможность передавать свои координаты или проводить радиосвязи с использованием репитера на простые антенны.

Частоты APRS на коротких волнах 10147.6, 10.149.2, 14.098.3 кГц. Более точно можно подстроить частоту передачи с помощью WebSDR приемника, подгоняя свой сигнал под сигналы других радиолюбителей в эфире.

Хорошее руководство про APRS на коротких волнах:


P.S. После публикации данной статьи нашел на AMSAT, что "не одного меня проблемы" с APRS через ISS:

В ответах рекомендуют проверить качество формирования AFSK - якобы дискриминатор аппарата Kenwood TH-D710 на борту МКС плохо воспринимает сигналы AFSK 1200 с подчеркнутыми высокими частотами (предпочитает "плоские" сигналы). В моем случае как раз звук в CAT-интерфейсе проходит через конденсатор, что может более высокочастотным, так называемые предыскажения.
В случае наземного репитера 144.800 это не играет роли, но aprs digi МКС оказался более привередлив.

Комментарии: 0


Похожие публикации