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 настройках 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.

)

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).
  )
  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.

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.

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

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:

• http://www.ariss.net/
• http://www.findu.com/cgi-bin/ariss/index.cgi

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

• https://www.amsat.org/track/index.php

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):

Средняя мощность сигнала на приёмной стороне -90 dbm.

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

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

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!

• 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 встроенным APRS GPS tracker.
• При высоте над горизонтом 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 те же 10 Вт.
• При высоте от 30 до 10 градусов МКС начинает из-за отдаления начинает хуже слышать Ваш сигнал, нужно прибавить ещё 2 дБ на передачу. Например, повысить мощность в 2-3 раза до 20...30 Вт. Для приёма очень желателен малошумящий усилитель (МШУ) с коэффициентом шума NF=0.5 db. Антенна - 6-8 элементов.
• При высота МКС от 10 до 0 градусов - могут мешать местные препятствия (многоэтажные дома). Нужна загородная позиция с видимостью горизонта от запада до востока.
  2. некорректная настройка поля PATH (формирует путь UNPROTO) - необходимо указывать только ARISS или RS0ISS. Всевозможные WIDE2-2, RELAY, ~~SGATE - ошибочные значения.
  3. 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.
  4. слишком длинное сообщение декодировалось с ошибками.
  5. 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).
  6. Потери в кабелях на передающей и приёмной стороне без использования МШУ (LNA) приводят к ухудшению приёма.
  7. Сложная ситуация с помехами на южной стороне дома, в месте установки наземной станции для приёма МКС (перегрузка приемника от внеполосных излучений, нехватка динамического диапазона, эффект снижения чувствительности приёмника).
  8. Несбалансированный сигнал APRS по нижнему тону 1200 Гц и верхнему 2200 Гц - неравномерность АЧХ. Например, нехватка или избыток высоких частот.

Ссылки:

• Моделирование линка, планирование бюджета радиосвязи:
• Расчет потерь (db) при распространении в космическом пространстве - https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx
• Расчет бюджета линка - см. https://www.pasternack.com/t-calculator-link-budget.aspx
• Перевод мощности приема dbm в деления шкалы приема S-unit - https://www.giangrandi.org/electronics/radio/smeter.shtml

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 (децибел-милливатт - дБм) 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:

• https://www.amsat.org/two-way-satellites/psat-no-84/ - про NO84
• http://www1.findu.com/cgi-bin/pcsat.cgi - карта связей МКС
• http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?31478-PSAT-PSAT2&p=1165527&viewfull=1#post1165527 - тема про спутники.

Ссылки на статьи и форумы APRS через МКС:

• http://www.aprs.org/ariss.html - вводная.
• https://amsat-uk.org/beginners/how-to-work-the-iss-on-aprs-packet-radio/ - руководство для начинающ7их.
• https://www.amsat.org/wordpress/wp-content/uploads/2014/01/AMSAT_Journal_ISS_Packet.pdf - статья из журнала AMSAT.
• https://www.fars.k6ya.org/docs/aprs_via_iss.pdf - APRS через ISS
• http://forum.vhfdx.ru/sputniki/aprs-cherez-mks-i-sputniki/ - APRS через спутники.
• http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?11624-MKS-via-APRS - главная тему про APRS через МКС
• http://forum.vhfdx.ru/sputniki/no-84-(psat)/15/ - тема про NO-84
• https://stationproject.blog/2019/04/20/sat40-part5-new-ic-9700/ - пример продвинутой спутниковой станции.
• http://www.aprs.org/doc/APRS101.PDF - описание протокола APRS.

Про работу в КВ 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:

• https://www.qsl.net/g6gvi/digimodes/hfaprs.html

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

• https://www.amsat.org/pipermail/amsat-bb/2020-May/077599.html

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.

相关出版物

Решение проблемы в MX Linux "Служба NetworkManager не запущена"

Про обновление Debian 10 "Buster" до 11 "Bullseye" и testing "Bookworm"

Использование Virtualbox с USB флешкой

Linux Green vs Linux Mint

Приведение состава пакетов Linux Green к Linux Mint