Mohsen Tahmasebi
Mohsen Tahmasebi
خواندن ۱۸ دقیقه·۱ سال پیش

گوش دادن به ماهواره ها: گرفتن تصاویر ماهواره ای با دانگل رادیویی RTL-SDR V3


نکته ۱: این پست، ترجمه پست انگلیسی من در این رابطه هست که با استقبال خوبی در ردیت و Hacker News مواجه شد و بلاگ رسمی RTL-SDR هم اون رو بازنشر کرد.

نکته ۲: متاسفانه نمیدونم الان دانگل های SDR در ایران از کجا و چطور قابل تهیه هستن. من مال خودم رو مدت ها پیش گرفتم.

نکته ۳: این پست روایت ماجراجویی رادیویی من هست. اگر به دنبال آموزش هستید، احتمالا این پست برای شما مناسب نخواهد بود. لینک چند منبع پایین پست گذاشته شده.

نکته ۴: تا جایی که تونستم عبارات، نرم افزار ها و اصطلاحات رو داخل متن به تعاریفشون لینک کردم و برای مطالعه بیشتر میتونید روی اون ها کلیک کنید. در پایان پست هم چند مورد قرار داره.

نکته ۵: بدیهیه که موضوع ما راه انداختن دیش ماهواره نیست و من هم نصاب ماهواره نیستم. امیدوارم به خاطر کلمات دیش، ماهواره و LNB در این مطلب علمی، صیانت نشیم :)

برای مدت طولانی (به طور دقیق، از ۱۳ سالگیم) من مجذوب سیگنال های رادیویی و رادیو آماتوری بودم، اما خب، داشتن چنین تفریحاتی در ایران به خاطر کم یاب (یا گرون) بودن ابزار و تجهیزات، و البته دردسر های گواهی های لازم، کار سختی بود (و هست).

بنابراین من برای چند سال کاملا این رویا رو فراموش کردم تا اینکه به طور غیرمنتظره ای، جواهری به نام دانگل "RTL-SDR Blog V3" گیرم اومد. این دانگل یک گیرنده رادیویی قابل کنترل توسط کامپیوتر هست که گستره وسیعی از فرکانس های رادیویی رو پوشش میده. برای مدتی به انواع و اقسام فرکانس های رادیویی (گاهی از صد ها کیلومتر دورتر) گوش دادم تا اینکه یک پروژه جدید چشمم رو گرفت: "گوش دادن به سیگنال رادیویی ماهواره ها" (یا به طور دقیق تر، دریافت سیگنال اون ها).

کدوم ماهواره ها و چه نوع سیگنال هایی؟

تصور عموم ما از ماهواره و امواجش، ماهواره های پخش تلویزیونی هست که در مدار GEO و موقعیت ثابت نسبت به زمین قرار دارن و خب، کانال های تلویزیونی رو پخش میکنن. اما دنیای ماهواره ها، انواعشون و کاربرد هاشون خیلی خیلی بزرگتر از این حرف هاست. عموم ماهواره ها در واقع در مدار پایینی زمین که میشه LEO به دور زمین میچرخن و موقعیت ثابتی نسبت به زمین ندارن. این مدار برای ماهواره های پژوهشی، هواشناسی، جاسوسی، IoT و... معمولا ایده آل هست چرا که با ارتفاع کمتری نسبت به مدار های بالاتر، مدام از روی نقاط مختلف زمین عبور میکنن.

همونطور که احتمالا میدونید، تعداد خوبی ماهواره (البته به لطف SpaceX، خیلی بیشتر از تعداد خوبی!) در حال گردش به دور زمین هستن. بسیاری از اون ها ماهواره های مرده و غیر فعال، و البته زباله های فضایی هستن، اما تعداد قابل توجهی از این ماهواره ها هنوز کار میکنن (حتی به صورت نصفه و نیمه، باتری بعضی از این ماهواره ها خراب شده و در نیمه تاریک زمین کار نمیکنن اما وقتی در معرض نور خورشید قرار میگیرن، به لطف پنل های خورشیدیشون هنوز هم کار میکنن). عموم این ماهواره های فعال، به طور مرتب با ایستگاه های زمینی در ارتباطن و این کار رو از طریق ارتباط رادیویی انجام میدن (بیشتر دیتا به سمت زمین ارسال میکنن).

قسمت جالب ماجرا اینجاست که شما هم میتونید اطلاعات ارسالی خیلی از این ماهواره ها رو دریافت کنید، اگرچه در عموم موارد این اطلاعات به درد شما نخواهد خورد چون داده های ارسالی رمزنگاری شدن؛ اما بعضی از این ماهواره ها به دلایلی انقدر بخشنده هستن که دیتاشون (یا بخشی از اون) رو بدون رمزنگاری یا با رمزنگاری ضعیف به سمت زمین ارسال کنن.

حالا سوال اینجاست که چه اطلاعاتی؟ از داده های تله متری مربوط به سیستم های داخلی ماهواره (مثل وضعیت باتری ها) تا تصاویری از زمین و حتی اطلاعات رله شده ای که دیگران به سمت ماهواره ارسال کردن (بعضی ماهواره ها، خصوصا Cubesat ها یک پیلود رادیو آماتوری با خودشون حمل میکنن، کار این پیلود اینه که اطلاعات دریافتی از زمین روی یک فرکانس خاص رو روی یک فرکانس دیگه به سمت زمین بازنشر میکنه. اینطوری رادیو آماتور ها میتونن در حالی که ماهواره از بالای سرشون عبور میکنه، به صورت CW یا صوت، دیتایی رو به سمت ماهواره ارسال کنن و از این طریق با باقی رادیو آماتور ها ارتباط دو طرفه برقرار کنن).

این اطلاعات به انواع مختلفی ارسال میشن، مثلا انواع قدیمی تر ماهواره های هواشناسی آمریکایی NOAA با سیستم APT و HRPT تصاویری که از زمین گرفتن رو ارسال میکنن، و ماهواره های هواشناسی روسی Meteor با سیستم های LRPT و HRPT خاص خودشون.

ما در این پست، نگاهی به دریافت تصاویر زنده ماهواره ای از ماهواره های NOAA و METEOR خواهیم انداخت، بعد اطلاعات تله متری و رله شده ی چند Cubesat، و نهایتا دریافت اطلاعات رله شده ی ماهواره افسانه ای QO-100 که بر خلاف ماهواره های قبلی، در مدار GEO زمین قرار داره و به بخش بسیار بزرگی از زمین اطلاعات ارسال میکنه.

تلاش اول NOAA APT

در تلاش اولم، سعی کردم زمانی که ماهواره به مدت حدود ۱۴ دقیقه از بالای سرم رد میشه، با استفاده از آنتن dipole که همراه دانگل RTL-SDR هست سیگنال ماهواره NOAA-19 رو بگیرم، اما چیزی دریافت نشد. نتیجتا چند روز بعد با یکی از دوستانم به یکی از جاده های کمربندی اطراف شیراز رفتیم که زاویه دید بسیار خوبی به آسمون داشت. نزدیک غروب و زمانی که طبق اطلاعات سایت n2yo ماهواره شروع به عبور از بالای سرمون کرد، دو میله آنتن رو در زاویه ۱۲۰ درجه قرار دادم و به سمت جنوب گرفتم، دانگل رو به به لپتاپم وصل کردم و روی فرکانس ۱۳۷.۱ مگاهرتز تیون کردم، و به برنامه SDR++ (برنامه ای که باهاش سیگنال رو میدیدم) خیره شدم. چند ثانیه بعد، برای اولین بار صدای زیبای سیگنال آنالوگ APT رو که به شکل بوق های ممتد بود، شنیدم. سیگنال رو تا تموم شدن عبورش ضبط کردم تا بعدا اون رو پردازش و به تصویر تبدیل کنم. (نکته خنده دار: چند تا خانواده، در چند متری ما برای پیک نیک نشسته بودن و وقتی آنتن رو با یک دستم بالا گرفته بودم و به صفحه لپتاپ خیره بودم، جوری به ما زل زده بودن که انگار قرار بود یک بمب رو خنثی یا منفجر کنیم، هر لحظه احتمال میدادم به پلیس زنگ بزنن، صحنه خنده داری بود)

حالا من یک فایل WAV از سیگنال ماهواره داشتم. دو گزینه پیش روی من بود. اولی برنامه معروف WXTOIMG بود و دومی برنامه noaa-apt. اولی به مراتب پیشرفته تر بود، اما من روی لینوکس بودم و فعلا به پیشرفتگی خاصی نیاز نداشتم. پس از noaa-apt استفاده کردم...

نگاه کردن به تصویر زنده زمین از فضا در حالی که ماهواره از بالای سرم عبور میکرد... فوق العاده بود...

اولین نتیجه موفق، تصویر مادون قرمز غروب ۱۲ فروردین ۱۴۰۱
اولین نتیجه موفق، تصویر مادون قرمز غروب ۱۲ فروردین ۱۴۰۱

اولین آنتن ۱۳۷ مگاهرتز

از اونجایی که من به شدت از نظر ابزار و تجهیزات محدود بودم، سریع یک آنتن V Dipole از روی طرح Adam 9A4QV ساختم که بهم اجازه میداد سیگنال ماهواره های NOAA 15 و NOAA 18 و NOAA 19 رو بگیرم. آنتن بسیار ساده و فقیر پسندانه ای بود.

طرح Adam 9A4QV برای ماهواره های هواشناسی فرکانس ۱۳۷ مگاهرتز (از rtl-sdr.com)
طرح Adam 9A4QV برای ماهواره های هواشناسی فرکانس ۱۳۷ مگاهرتز (از rtl-sdr.com)

برای ساختنش نیاز به مقداری کابل کواکسیال، دو تا میله آلمینیومی یا مسی، یک ترمینال و چیزی برای نگه داشتن آنتن بود. آنتن باید از اشیا فلزی فاصله داشته باشه و در ارتفاع مناسبی از کف باشه (به قسمت محاسبات این موضوع خواهیم رسید). طبیعتا هرچی زاویه دید به آسمون بیشتر و موانع کمتر باشه، بهتره. داشتن یک LNA مناسب (اگر درست استفاده بشه) به شدت به کیفیت کار کمک میکنه.

در نسخه اول، من از دو میله مسی با طول دقیق و یک لوله آب استفاده کردم، بدون LNA (چون اون هم به سختی در ایران گیر میاد).

بعد از چند بار آزمون و خطا، از آنتن به داخل خونه سیم کشیدم و دانگل رو به یک رزبری پای وصل کردم. با استفاده از raspberry-NOAA-v2 کل فرایند دریافت و پردازش سیگنال به صورت خودکار انجام میشد. نتیجه، فوق العاده بود.

اولین تصویر با آنتن ساخته شده، ماهواره NOAA 19، طلوع ۱۸ فروردین ۱۴۰۱ (تصویر کراپ شده)
اولین تصویر با آنتن ساخته شده، ماهواره NOAA 19، طلوع ۱۸ فروردین ۱۴۰۱ (تصویر کراپ شده)

تصویر بالا از ماهواره NOAA 19 روی فرکانس حدود ۱۳۷ مگاهرتز با فرمت APT گرفته شده. ماهواره های NOAA تصاویر با رزولوشن و کیفیت بالاتر رو با فرمت HRPT روی فرکانس بالاتری ارسال میکنن که گرفتنش به شدت سخت تره و نیاز به آنتن Directional داره.

همونطور که میبینید، تصویر خام و اصلی به صورت سیاه و سفید هست، اما میشه به اون False Color اضافه کرد:

تصویر قبلی با False Color
تصویر قبلی با False Color

دریافت METEOR-M2 LRPT

برای چند روزی از نتایج ماهواره های NOAA لذت بردم و بعد تصمیم گرفتم یک قدم جلوتر برم و سیگنال LRPT ماهواره METEOR-M2 رو بگیرم که مجددا روی محدوده فرکانسی ۱۳۷ مگاهرتز بود. بر خلاف APT که سیگنال آنالوگ داشت و روی دو کانال، تصاویری با رزولوشن ۴ کیلومتر بر پیکسل ارسال میکرد، LRPT روی همون محدوده فرکانسی، سیگنال دیجیتال با سه کانال با رزولوشن ۱ کیلومتر بر پیکسل ارسال میکرد که قاعدتا باید تصاویر بهتری می داشت.

پردازش این سیگنال کمی پیچیده تر بود اما من با raspberry-NOAA-v2 همه چیز رو اتوماتیک کردم، اگرچه این روز ها SatDump راه بسیار بهتری هست.

طلوع ۲۰ فروردین ۱۴۰۱، ماهواره METEOR-M2
طلوع ۲۰ فروردین ۱۴۰۱، ماهواره METEOR-M2

بهینه سازی آنتن

با وجود اینکه تا اینجا موفق شده بودم کلی تصویر ماهواره ای بگیرم، نتایج کارم هنوز فاصله زیادی تا خوب بودن داشت. در ردیت، u/PhaseRay به من تذکر داد که تصاویری که دریافت میکنم احتمالا دچار radiation pattern هست که مربوط به آنتنه، در حالی که من به اتصالات مشکوک بودم.

به الگوی نویز دقت کنید
به الگوی نویز دقت کنید

اون به من درباره ارتفاع آنتن از کف تذکر داد در حالی که من هیچ تصوری نداشتم که این میتونه موضوع مهمی باشه! نتیجتا متوجه شدم که دانش من در این زمینه هنوز خیلی ناقصه و شروع به مطالعه بیشتر کردم. دو راه من برای من وجود داشت، کم کردن ارتفاع آنتن یا اضافه کردن یک reflector. البته که من نهایتا راه سوم رو انتخاب کردم، ساختن یک آنتن جدید!

یکی از مهم ترین مراحل ساخت یک آنتن، تست اون آنتن هست. راه های مختلفی برای این کار وجود داره، از استفاده از یک VNA تا آزمون و خطا. متاسفانه من در این مرحله به شدت محدود بودم. در ایران VNA به شدت گرون بود (و هست) و به خاطر تعداد کم دفعات عبور ماهواره، فرصت زیادی برای تست آنتنم نداشتم و از طرفی سیگنال رفرنس دیگه ای به جز سیگنال خود ماهواره نبود...

نتیجتا من فقط یک راه داشتم و اون هم شبیه سازی بود. یک سیستم مدلینگ آنتن بسیار قدیمی و محبوب وجود داره به نام NEC. یاد گرفتنش واقعا سخته اما وقتی یادش گرفتی، کار رو واقعا آسون میکنه.

من برنامه 4nec2 رو انتخاب کردم و مدل آنتن V Dipole ام رو داخلش ساختم. کاشف به عمل اومد که اضافه کردن یک reflector در ارتفاع ۸۰ سانتی متری میتونه الگوی آنتن بسیار خوبی به من بده، اما فقط در بعضی جهت ها. پس روی کاغذ بعضی از عبور ها نتیجه بسیار خوبی خواهند داشت (که بستگی به مسیر حرکتشون در آسمون نسبت به آنتن من داره).

نمونه الگوی یک مدل. تصاویر و مدل های خودم به دلایلی از بین رفت. تصویر از https://www.qsl.net/4nec2
نمونه الگوی یک مدل. تصاویر و مدل های خودم به دلایلی از بین رفت. تصویر از https://www.qsl.net/4nec2

با توجه به نتایج شبیه سازی، اتصالات رو درست کردم و یک reflector هم به آنتن اضافه کردم. چند روز بعد، اختلاف نتیجه با قبل مشخص شد:

ظهر ۱۰ خرداد ۱۴۰۱، ماهواره NOAA-18
ظهر ۱۰ خرداد ۱۴۰۱، ماهواره NOAA-18

همونطور که انتظار میرفت، این یک استثنا بود چرا که مسیر حرکت ماهواره نسبت به آنتن من مناسب بود، در حالی که باقی دفعات نتایج به این خوبی نمیشدن.

طلوع ۳۱ اردیبهشت ۱۴۰۱، ماهواره METEOR M2
طلوع ۳۱ اردیبهشت ۱۴۰۱، ماهواره METEOR M2

قبل از اینکه به بخش بعدی بپردازیم، بیاید ببینیم چرا بهینه سازی و کیفیت اتصالات مهم هستن:

ستاپ و آنتن اولیه بدون reflector و با اتصالات ضعیف
ستاپ و آنتن اولیه بدون reflector و با اتصالات ضعیف
به الگوی نویز توجه کنید
به الگوی نویز توجه کنید

آنتن جدید Turnstile

با کمک 4nec2 و طرح alicja.space برای فرکانس ۴۳۵ مگاهرتز، اعداد این طرح رو برای ۱۳۷ مگاهرتز تغییر دادم و به جای استفاده از پرینتر سه بعدی و طرح اصلی، آنتن خرابه و فقیر پسندانه قبلیم رو تغییر اساسی دادم تا با حداقل پیچیدگی در ساخت، یک آنتن جدید بسازم. طبیعتا نسخه من از این طرح بسیار کثیف تر و ضعیف تر از طرح اصلی هست، صرفا چون تنبل هستم.

اعداد برای ۴۳۵ مگاهرتز هست
اعداد برای ۴۳۵ مگاهرتز هست
نسخه کثیف من از طرح بالا، reflector بعدا اضافه شد
نسخه کثیف من از طرح بالا، reflector بعدا اضافه شد

این آنتن جدید، الگوی آنتن پهن تری داشت که باعث کاهش شدید نویز در عموم عبور ها میشد.

نتیجه واقعا رضایت بخش بود:

۱۵ خرداد ۱۴۰۱، METEOR M2
۱۵ خرداد ۱۴۰۱، METEOR M2
۲۳ خرداد ۱۴۰۱، به غبار روی خلیج فارس دقت کنید، METEOR M2
۲۳ خرداد ۱۴۰۱، به غبار روی خلیج فارس دقت کنید، METEOR M2

کمی بعد، یک Nooelec LaNA LNA هم به دو برابر قیمت خریدم (که سه ماه طول کشید تا به دستم برسه) و به ستاپ اضافه کردم که نتیجه رو باز هم بهتر کرد (چند ماه پیش این LNA رو هم خراب کردم). گیر آوردن اینجور چیز ها در ایران سخت و گرونه...

یکی از با کیفیت ترین تصاویری که گرفتم، ظهر ۱۷ بهمن ۱۴۰۱، NOAA-18
یکی از با کیفیت ترین تصاویری که گرفتم، ظهر ۱۷ بهمن ۱۴۰۱، NOAA-18

دنیای CubeSat ها و فرکانس ۴۳۵ مگاهرتز

بعد از سه ماه، تصمیم گرفتم که وقت دریافت دیتای غیر تصویری CubeSat ها مثل اطلاعات تله متری هست، پس دوباره آنتن رو تغییر دادم.

همون زباله قبلی، با اعداد جدید
همون زباله قبلی، با اعداد جدید

قبل از اینکه سراغ نتایج بریم، کمی درباره کیوب ست ها (CubeSat) و محدوده فرکانس ۴۳۵ مگاهرتز صحبت کنیم. روی محدوده ۱۳۷ مگاهرتز ما حدود ۵ ماهواره داشتیم که تصاویر ماهواره ای از زمین ارسال میکردن. اگرچه دیدن این تصاویر هواشناسی زنده واقعا جذاب هست، اما ماهواره ها اطلاعات جذاب خیلی بیشتری علاوه بر تصاویر هواشناسی ارسال میکنن. بر خلاف ۱۳۷ مگاهرتز، روی ۴۳۵ مگاهرتز ده ها و شاید صد ها ماهواره، دیتا ارسال میکنن (عموما اطلاعات تله متری، و متاسفانه خبری از تصاویر ماهواره ای نیست)، پس خوشبختانه به جای اینکه نیاز باشه تا صبح صبر کنم، یک ساعت بعد از تکمیل آنتن جدید، اولین سیگنال در نیمه شب دریافت شد.

نیمه شب ۲۰ تیر ۱۴۰۱، ماهواره GOMX 1
نیمه شب ۲۰ تیر ۱۴۰۱، ماهواره GOMX 1

این سیگنال های جهشی و کوتاه، فریم های دیتا هستن که باید decode بشن، اما چطور؟

بهشت ایستگاه های زمینی آماتور: شبکه SATNOGS

تصور کنید ده ها ایستگاه زمینی آماتور بهم متصل هستن و داده های دریافت شده از ماهواره ها رو با هم به اشتراک میذارن، حالا کل این فرایند (از ضبط تا به اشتراک گذاری) رو اتوماتیک کنید. SATNOGS دقیقا همین کار رو میکنه.

در واقع SATNOGS نرم افزار و سخت افزار اوپن سورسی رو به ایستگاه های زمینی آماتور ارائه میده که با اون ها میشه به صورت اتوماتیک سیگنال های ماهواره ای رو دریافت، پردازش و منتشر کرد و به شبکه SATNOGS (که متشکل از باقی ایستگاه های زمینی مشابه هست) متصل شد. اون ها یک دیتابیس خیلی خوب و کامل از ماهواره ها و فرستنده هاشون هم دارن.

خوشبختانه SATNOGS یک ایمیج ISO آماده برای رزبری پای داره که کافیه اون رو روی SD Card رایت کنید، دانگل رو به رزبری پای وصل کنید، رزبری رو به اینترنت وصل کنید و توکنی که از شبکه گرفتید رو وارد کنید. البته که من چون حدس میزدم متصل کردن یک ایستگاه رادیویی در ایران به یک شبکه خارجی باعث دردسر و نگرانی امنیتی میشه، یک روز کامل وقت گذاشتم و یک نسخه از کنترلر شبکه SATNOGS رو (که اون هم اوپن سورسه اما داکیومنت درست نداره) روی سرور خونه و محدود به شبکه خودم بالا آوردم تا دیتایی از شبکه خودم خارج نشه.

وقتی شما یک ایستگاه در شبکه SATNOGS میسازید، نوع آنتن و محدوده فرکانسی قابل دریافت رو مشخص میکنید و شبکه خودش بر اساس مشخصات و موقعیت جغرافیایی آنتن شما، ماهواره هایی که برای شما قابل دریافت هستن رو پیدا و زمان عبورشون از آسمان شما رو برای ایستگاهتون ارسال میکنه. ایستگاه در زمان معین، سیگنال رو ضبط و پردازش میکنه و نتیجه رو به شبکه میفرسته. خوشبختانه شبکه SATNOGS کاملا آزاده و از اینجا میتونید نتیجه بعضی از دریافت های موفق از سراسر دنیا رو ببینید.

۶ فریم از ماهواره GRIFEX، هر کدوم ۲۶۱ بایت
۶ فریم از ماهواره GRIFEX، هر کدوم ۲۶۱ بایت
سیستم SATNOGS به صورت خودکار فریم هارو تبدیل میکنه
سیستم SATNOGS به صورت خودکار فریم هارو تبدیل میکنه
اگر برای ماهواره مورد نظر دیکدر موجود باشه، میشه اطلاعات دریافتی رو از هگز به مقادیر معنادار دیکد کرد (در این مورد، دیتای تله متری GRIFEX)
اگر برای ماهواره مورد نظر دیکدر موجود باشه، میشه اطلاعات دریافتی رو از هگز به مقادیر معنادار دیکد کرد (در این مورد، دیتای تله متری GRIFEX)

تصویر بالا، اطلاعات دیکد شده ی تله متری ماهواره GRIFEX هست که شامل اطلاعاتی مثل وضعیت حافظه، وضعیت پردازنده، برق و... ماهواره هست.

اما SATNOGS میزان خفن بودنش رو باز هم بالاتر میبره. اون ها یک داشبورد دارن برای اطلاعات ماهواره هایی که دیکدرشون موجود هست؛ داخل این داشبورد با استفاده از اطلاعات گرفته شده از ایستگاه های سراسر جهان، وضعیت تقریبا زنده این ماهواره ها قابل مشاهده است.

ماهواره QO-100 (Es’hail 2) در مدار GEO

تا اینجای کار تمام ماهواره هایی که دربارشون صحبت کردیم، در مدار LEO بودن، یعنی موقعیتشون نسبت به زمین دائما در حال تغییره. بنابراین ما باید محاسبه کنیم که هر ماهواره در چه زمانی از بالای سر ما رد میشه، در هر عبور مسیر حرکتش نسبت به ما چطوریه و حداکثر زاویه اش از خط افق چقدره. هرچی زاویه از خط افق بیشتر باشه، کیفیت دریافت بهتره.

اما همونطور که گفته شد، ماهواره های مدار GEO موقعیت ثابتی نسبت به زمین دارن و برای همینه که دیش گیرنده ماهواره همیشه به یک نقطه اشاره میکنه. در سال ۲۰۱۸ ماهواره QO-100 یا همون Es’hail 2 (ساخت ژاپن به سفارش قطر) اولین پیلود رادیو آماتوری رو به مدار GEO برد که از برزیل تا تایلند رو پوشش میده. QO-100 از ماهواره های مدار LEO به مراتب در ارتفاع بالاتری هست (۳۵۰۰۰ کیلومتر در مقابل ۵۰۰ کیلومتر) و در باند X دیتا ارسال میکنه؛ بنابراین ما ناچاریم از آنتن های Directional استفاده کنیم که اینجا میشه دیش معمولی ماهواره.

خوشبختانه چون موقعیت این ماهواره نسبت به ما ثابت هست، نیاز نیست آنتن به اون سنگینی رو بچرخونیم و تکون بدیم (بر خلاف زمانی که بخوایم دیتای فرستنده های فرکانس بالاتر ماهواره های مدار LEO رو بگیریم، مثل HRPT)؛ پس ما در اینجا از یک دیش معمولی و یک LNB کاستوم شده استفاده میکنیم.

ماهواره QO-100 سیگنال های narrowband رو روی 2400.050–2400.300 مگاهرتز میگیره و روی 10489.550–10489.800 مگاهرتز به زمین رله میکنه (برای سیگنال های wideband میشه 2401.500–2409.500 مگاهرتز و 10491.000–10499.000 مگاهرتز). دانگل RTL-SDR صرفا تا ۱۷۰۰ مگاهرتز رو پشتیبانی میکنه، اما LNB ما سیگنال دریافتی رو به میزان ۹۷۵۰ مگاهرتز downconvert میکنه تا داخل محدوده دریافتی دانگل ما قرار بگیره (تمام LNB ها این کار رو انجام میدن).

برای این ماهواره من بیشتر نیاز به خرج کردن داشتم تا ساختن، پس یک دیش موتور دار (بدون موتور هم کارساز بود، اما من برای پروژه های بعدیم موتور دار گرفتم) گیر آوردم و LNB کاستوم شده رو مجددا به یک و نیم برابر قیمت سفارش دادم تا دو ماه بعد به دستم برسه. بعد از دو ماه LNB به دستم رسید و حالا همه چیز آماده بود... اوه، لعنتی.

مشکل بدی وجود داشت. LNB ها برای کار کردن نیاز به برق دارن و این برق توسط گیرنده از طریق کابل کواکسیال که بین اون ها هست، منتقل میشه. این LNB به ولتاژ بین ۱۲ تا ۱۹ ولت نیاز داشت، پس ۴.۵ ولت دانگل SDR هم کارساز نبود. بدتر از اون، برای سوییچ polarization دریافتی، باید ولتاژ ورودی به LNB رو تغییر داد.

برای تزریق برق به کابل بدون نابود کردن سیگنال (یا بدتر از اون، نابود کردن دانگل) باید یه یک جهت کابل جریان DC تزریق کرد و در جهت دیگه (به سمت دانگل)، این جریان رو مسدود کرد. به این نوع تزریق کننده جریان میگن BIAS-TEE و من فراموش کرده بودم سفارشش بدم (چون این هم داخل ایران گیر نمیاد)؛ از طرفی هم اعتماد به نفس ساختش رو نداشتم، اما چاره ای نبود...

مدار نسبتا ساده ای هست. در حالی که جریان DC رو به سمت دانگل مسدود میکنه، باید اجازه عبور RF (موج رادیویی) رو بده.

https://www.sotabeams.co.uk/blog/biast-for-lnb-a-few-notes/
https://www.sotabeams.co.uk/blog/biast-for-lnb-a-few-notes/

تلاشم رو کردم که از روی این پست یک BIAS-TEE بسازم و نتیجه خیلی با کیفیت در نیومد (مدار های RF خیلی حساسن و اگر درست هندل نشن، سیگنالی در کار نیست).

خیلی با کیفیت، خیلی استاندارد!
خیلی با کیفیت، خیلی استاندارد!
دیش
دیش

مدار رو روشن کردم، و بر خلاف انتظاراتم، کار کرد! ویدئوی اولین سیگنال رو اینجا ببینید، و البته میتونید از اینجا هم به صورت آنلاین و زنده به QO-100 گوش بدید.

نتیجه گیری

این یکی از طولانی ترین، اما لذت بخش ترین و آموزنده ترین پروژه های من به عنوان یک آدم نرم افزاری بود. از تمام افرادی که در اینترنت به صورت آزاد و رایگان در این باره تولید محتوا کردن و تجربشون رو منتشر کردن تشکر میکنم، بدون اون ها این پروژه ممکن نبود. هنگامی که اردیبهشت ۱۴۰۲ نسخه انگلیسی این پست رو نوشتم، قصد داشتم که بعدا به این پروژه برگردم و سراغ HRPT و HRIT برم و حتی بخشی از تجهیزاتش رو هم خریدم، اما چند ماه پیش تمام ستاپ باند X من شامل دیش و LNB به سرقت رفت و ظاهرا همون موقع، آنتن ۱۳۷/۴۳۵ مگاهرتز من هم به شدت آسیب دید و تا حدی انگیزه ادامه این پروژه رو از من گرفت؛ اما تا همینجا هم خوشحالم و از نتایج راضی.

ممنونم که وقت گذاشتید :)

نرم افزار های استفاده شده

SDR++: https://github.com/AlexandreRouma/SDRPlusPlus

WXTOIMG: https://www.rtl-sdr.com/tag/wxtoimg/

n2yo: https://www.n2yo.com/

noaa-apt: https://github.com/martinber/noaa-apt

raspberry-NOAA-v2: https://github.com/jekhokie/raspberry-noaa-v2

SatDump: https://github.com/SatDump/SatDump

4nec2: https://www.qsl.net/4nec2/

Custom Raspbian image with SatNOGS Client Ansible: https://wiki.satnogs.org/Raspberry_Pi#Download

satnogs-network: https://gitlab.com/librespacefoundation/satnogs/satnogs-network

Kaitai Web IDE: https://ide.kaitai.io/

بیشتر بخوانید

RTL-SDR TUTORIAL: RECEIVING NOAA WEATHER SATELLITE IMAGES: https://www.rtl-sdr.com/rtl-sdr-tutorial-receiving-noaa-weather-satellite-images/

SIMPLE NOAA/METEOR WEATHER SATELLITE ANTENNA: A 137 MHZ V-DIPOLE: https://www.rtl-sdr.com/simple-noaameteor-weather-satellite-antenna-137-mhz-v-dipole/

How to build a turnstile antenna for 435Mhz (and connect it to SatNOGS network) — tutorial for beginners: https://alicja.space/blog/how-to-build-turnstile-antenna/

Es’hail-2 (or QO-100) for beginners: https://hf5l.pl/en/eshail-2-or-qo-100-for-beginners/


Credits

دوست عزیزم، آرین اقبال بابت کمک های بسیارش در فهم مفاهیم رادیویی و باقی موارد مرتبط

بلاگ rtl-sdr.com بابت آموزش ها و مطالب فوق العاده

اAdam 9A4QV بابت طرح آنتن V Dipole

بلاگ alicja.space برای آموزش و طرح عالی آنتن

کامیونیتی و وبسایت AMSAT-UK بابت دیتابیس و اطلاعات ماهواره ها

بلاگ hf5l.pl بابت آموزش QO-100

بلاگ sotabeams.co.uk برای BIAS-TEE

یوزر u/PhaseRay برای کامنت ردیت و کمک به پیدا کردن مشکل آنتن

شبکه SatNOGS برای شبکه، طرح ها و ابزار بسیار مفیدشون

تمام افرادی که تجربیات و آموزش های خودشون در این باره رو منتشر کردن

آنتن
بلاگ انگلیسی: https://moh53n.medium.com
شاید از این پست‌ها خوشتان بیاید