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5月
2020
通过卫星和高频进行的 APRS（理论与实践）
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通过卫星和高频进行的 APRS（理论与实践）

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11 5月 2020 15:17

我想在此页面上收集有关使用 ISS（国际空间站）和其他运行卫星（PSAT）上的中继器传输 APRS 数据包的所有信息。

简介

国际空间站上有一个广播电台Kenwood D710，其呼号为 RS0ISS。
它在国际空间站上以自动 APRS 数字中继器模式运行。 调制 - AFSK 1200 bps，频率 145.825 MHz。 如果国际空间站 在视线范围内，业余无线电爱好者可以在国际空间站上传输 APRS 数据包，其他业余无线电爱好者可以对此做出响应。 如果数据包通过 ISS 中继，则对连接进行计数 - 符号 * 会添加到 APRS 消息中 - 中继的标志。

国际空间站轨道

可以在 Linux 中的程序中计算您所在地的未来轨道时间 预测
或在网站上 https://www.amsat.org/track/index.php。

对于工作，我使用 Xastir + soundmodem 程序，如上一篇文章所述。 与地面 APRS 144.800 相比，设置变化如下。

通过 ISS 为 APRS 配置 Xastir

要在 Xastir 中使用 ISS，您需要在“接口”菜单中添加第二个接口 - 之前为 144.8 配置的接口的副本。

接口 ）

在第二个界面（在国际空间站飞越期间打开）中，您需要编辑字段：

  • 第一个字段“路径”将通常的值 WIDE 2-2 替换为 阿里斯。
  • 在注释中注明 ARISS（请注意该接口适用于 ISS）。
    详细界面设置 ）
    注释:
    1. 路径可以包含两个值，例如 阿里斯，PSSAT，但 ISS 上的数据包中继仅使用第一个值 - 即 ARISS。 路径越长，传输的时间就越长，因此最好将路径尽可能缩短。
    2. 我认为，以及 qrz.com 论坛、ISS 的数据 不会回答，如果指定了“RS0ISS”或 - 此错误值不起作用。 在前面添加单词 APRS 也是没有意义的，例如 APRS、ARISS - 额外的字符会使路径线变得混乱并且不会提高性能。

国际空间站中继器本身会将其呼号 RS0ISS 和星号 (*) 插入中继的空对地消息中。 星号符号表示该数据包是从国际空间站接收并转发的。

您的呼号和方块必须包含在消息本身中。 例如，像这样：“FRANK，FM19SX”。

ISS中继器的APRS频率为145.825（预留的437.550 MHz此时未使用）。

通过国际空间站进行分组无线电通信的程序

发送给国际空间站的消息分为几组：

  1. 通过 APRS 进行 GPS 坐标。 （“GPS 信标”），但未指定收件人。 选修的。
  2. QSO 的文本 APRS消息。 比如定向呼叫 致：致电。 -受到推崇的。
  3. 非 APRS 消息 - 例如，从终端（例如 BBS）发送的常规 PACKET（不推荐）
  4. 服务 APRS 消息（直接电台请求）-不推荐。 此类消息的示例： ?APRST ?IGATE

最简单的事情是在国际空间站通过时传输您的坐标（命令 接口 - 立即传输！) GPS 坐标位置 - 它们将通过国际空间站转发并显示在地图上，供其他无线电爱好者使用。

使用消息传递进行调用更正确，如下所示：

使用 APRS 消息进行 QSO 的规则

一般呼叫

给大家的信息：在现场 呼叫 指定消息文本 C.Q.。
呼叫cq

或者指出特定的呼号（ 定向呼叫) 在 CALL 字段中，例如 RZ1PVT。
直接

消息文本是任意的。 您可以指定一个正方形或 QTH 以及一个名称，KO59，同前。 弗拉基米尔..

接听电话

在现场 呼叫 在消息字段（文本）中指示通讯方的呼号 - 任何长度不超过 40 个英文字符的响应消息。 应该注意的是，消息越长，解码时由于电平弱或 QSB（信号衰落）而发生错误的可能性就越高。

短响应消息示例：
来自 SPb 的问候
** TNX 59 73 GL**
73 德卡尔，CU**

服务字段 FROM 和 TO 中的呼号以及电台坐标均由 Xastir 和 soundmodem 程序自动输入到 APRS 包中。

数据包中继检查

转发回来的数据包必须被接收器接收并由程序解码。 与传统的数字中继器一样，您的数据包后面应该跟着噪音 - 来自空间站的响应。 然后你的数据包将出现一个星号*，这意味着它是由空间站转发到地球的。

ISS（ISS）捕获的数据包可以在以下网站查看：
http://www.ariss.net/
http://www.findu.com/cgi-bin/ariss/index.cgi

国际空间站追踪

国际空间站穿越天空的轨迹主要取决于地理纬度

LO53ac KO59ct

由于圣彼得堡市位于北纬60度，国际空间站距地平线的高度不超过23度，那么与国际空间站进行远距离工作 1100...2200 公里，而在南部，国际空间站在通过时距离很远 435...2200 公里。

可以使用 QTH 定位器确定车站通过时刻（UTC 时间）
*https://www.amsat.org/track/index.php

路线能量预算的计算

如果您可以使用简单的天线并且数据包在两侧传输，则不需要进行此计算。
就我而言，出现了意想不到的困难 - 国际空间站听不到并且很难听到，尽管 SWR = 1.1。

(发射机侧增益计算(3元件八木天线)G=7dBi，接收机侧G=0dBi)：

自由空间损失 600 公里 1800 公里 2200 公里
124 分贝 134 分贝 136 分贝
受电侧接收到的功率 600 公里 1800 公里 2200 公里
-80 dBm -90 dBm -92 dBm

接收端的平均信号功率为-90dbm。

接收端的 S 表读数 600 公里 1800 公里 2200 公里
S9+10 S9 S9

gpredict 计算出的路径损耗 - 从 139 到 132 dB 包含在同一范围内（平均值为 134...136db）。
损失

！ S 计读数（发射机功率为 10 W）应为 S9（在另一个频率 - 145.800 语音中继器、与学童的电话会议中注意到）。 但这并没有被观察到。

结论 ：uda-yaga 的 3 个要素应该足以与 ISS（ARISS、RS0ISS）“从地平线到地平线”进行通信。

引脚的计算相同 Ground Plane 145.82 MHz （增益比八木差 5 dB。电缆损耗又差 2 dB）
从之前获得的结果中减去 7 dB 就足够了。 事实证明

600 公里 1800 公里 2200 公里
131 分贝 141 分贝 143 分贝
-96 dBm -106 dBm -108 dBm
S8 S7 S7

！ 因此，理论上，ISS 地面链路也应该与常规 GP 引脚一起工作，功率为 S8 级别的 10 W，即相当响亮。
！ 实际上，这种情况在2020年不会发生。 要么国际空间站上的天线“变钝”，要么提高了接收机的灵敏度阈值，要么降低了分组APRS无线电台的功率？

2 个和 5 个 uda-yagi 元件的 ISS 数据包通信级别的实际测量。

  • 垂直偏振 - S4...S6。
  • 水平偏振 - S4...S6。
    在垂直偏振中，我听到的声音有点大，半个点。
    没有任何关于 2020 年国际空间站 S9 级别的讨论！

！！ ！在我看来，国际空间站工作失败的原因有：
!!!1、信号太弱。 对于给定的链路预算，功率和天线不合适。场强随着距空间站的距离（距离的平方）迅速减小。

  • 来自国际空间站 (ISS) 的最强大信号是在穿过天顶时。 您可以使用朝上的天线 - 例如水平偶极子、uda-yagi 2 元件或十字转门天线。
  • 根据互联网上的消息，在空间站海拔高度为地平线 90 至 60 度时，可以将 GPS 坐标从便携式无线电台传输到低功率 5 W 的标准“橡胶”天线。 例如，在 Yaesu FT-2DR/DE 上，建伍 TH-D74 内置 APRS GPS 跟踪器。
  • 在地平线以上 60 至 30 度的高度、中等距离时，您需要在引脚增益上增加 10 dB - 固定（45°）或可变仰角的 3-5 元件天线（G=8-12 dbi）是合适的。 所需功率相同为 10 W。
  • 在 30 到 10 度的高度，国际空间站开始听到你的信号由于距离而变差；您需要在传输中再添加 2 dB。 例如，将功率增加 2-3 倍，达到 20...30 W。 对于接收而言，非常需要噪声系数 NF=0.5 db 的低噪声放大器 (LNA)。 天线 - 6-8 个元件。

  • 当ISS高度为10度至0度时，局部障碍物（多层建筑物）可能会产生干扰。 我们需要一个从西到东地平线可见的郊区位置。
    !!!2. PATH 字段设置不正确（形成 UNPROTO 路径） - 只能指定 ARISS 或 RS0ISS。 各种WIDE2-2、RELAY、SGATE~~都是错误值。
    !!!3.宽调制代替窄调制。 未设置频率偏差。 重要的是要仔细选择 AFSK 调制宽度，逐渐降低计算机上的音量，直到信号变得高频并在耳边响起。 在WebSDR上可以看到信号由很多细线组成，即清晰不模糊。 本地中继器必须第一时间响应消息。
    !!!3. 消息太长，解码错误。
    !!!4. 尚未对传输上的多普勒频移进行校正（虽然与 145.825 的频率偏差在开始时很小+2kHz，在结束时为-2kHz，但由于多普勒效应，通信可能会在转弯开始和结束时恶化）。
    !!!5. 未使用LNA 的情况下，发送端和接收端的电缆损耗会导致接收效果不佳。
    !!!6. 房屋南侧、接收国际空间站的地面站安装地点存在干扰的困难情况（带外发射导致接收机过载、缺乏动态范围、接收机灵敏度降低的影响）。
    !!!7. 不平衡的 APRS 信号，下音为 1200 Hz，上音为 2200 Hz - 频率响应不均匀。 例如，高频的缺乏或过多。

    链接：

  • 链路建模、无线电预算规划：
  • 外层空间传播过程中损耗（db）的计算 -https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx
  • 链接预算计算 - 请参阅。https://www.pasternack.com/t-calculator-link-budget.aspx
  • 将接收功率 dbm 转换为 S 单元接收等级的分度 -https://www.giangrandi.org/ electronics/radio/smeter.shtml

练习

对于具有 3 个 uda-yaga 单元的定向天线，卫星在地平线以上 5-10 度的信号为 S4（垂直或水平极化无关），对于 5 个单元，它不高于 S6。
4 点的 S-meter 电平对应于 –123 dBm 的功率，尽管理论上 ISS 在这种情况下即使在 GP“引脚”上也应该在 -108 dBm 的条件下听得见。 在同一根短八木 144/433 MHz 天线上，我听到卫星 XW-2B 和 XW-2C 在 S 计上最多有 5 个点。 XW-2B 接地平面天线的功率为 20dbm（分贝毫瓦 - dBm）或 100 mW。 从可听度来看，国际空间站上的 APRS 无线电台的功率为 145.825，甚至低于 XW-2B 的功率。 小于 0.1 W。 接收效果相似 - 也许他们在国际空间站上使用了 15-20 dB 衰减器？ 国际空间站电报频道的一张照片也证实了这一点，其中有一张肯伍德 APRS 站“被发送到太空之前的桌子上”的照片。 但这些只是我的猜测；目前还没有人公布 2020 年 145.825 MHz 的功率。

其他 APRS 卫星

卫星 NO-44 - 不起作用。

卫星 公共能力测试- 卫星 PSAT 的地图和 APRS 数据包（ NO-84 ）在 145.825 MHz 频率下，
圣彼得堡地平线以上的高度可达 10 度（在南纬地区和赤道上方飞行）。

APRS 设置：在 UNPROTO 路径中使用 PCSAT 文本。 您可以尝试文本 ARISS,PCSAT。
PSAT 发射机功率仅为 300 mW。
在自由空间损耗为 130...140 dB 和指定功率的情况下，接收位置的场强为 -100...-110 dBm 或大约 S7 点。

资料来源：

通过 ISS 链接至 APRS 文章和论坛：

关于在 20 米和 30 米的 HF 频段工作

在短波 APRS 上使用相同的 AFSK 调制，但速度 300波特率 和载体之间的距离 200赫兹。 您可以使用任何间隔为 200 Hz 的音调，例如 1600 和 1800 Hz；使用调谐旋钮对收发器进行更精确的调节。

由于太阳活动较低，传输质量差，无法使用简单天线上的中继器传输坐标或进行无线电通信。

短波 APRS 频率 10147.6,10.149.2,14.098.3 kHz。 您可以使用 WebSDR 接收器更准确地调整传输频率，将您的信号调整为空中其他业余无线电爱好者的信号。

关于短波 APRS 的一个很好的指南：

附：发表这篇文章后，我在 AMSAT 上发现通过 ISS 进行 APRS 时“我不是唯一一个有问题的人”：
*https://www.amsat.org/pipermail/amsat-bb/2020-May/077599.html

答案建议检查 AFSK 形成的质量 - 据推测，国际空间站上的 Kenwood TH-D710 设备的鉴别器无法感知具有强调高频的 AFSK 1200 信号（更喜欢“平坦”信号）。 就我而言，CAT 接口中的声音通过电容器，这会导致更高的频率，即所谓的预加重。
对于 144.800 地面中继器来说，这并不重要，但 aprs digi ISS 却更加挑剔。



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