Skip to main content
shopping_basket 购物车 0
登录

SATNOGS – 众包卫星地面站

DrLucyRogers
0
在我的后花园里收听航天器……可连接世界各地他人后花园中的天线,这意味着我们可以在卫星绕地运行周期中的大部分时间内收听到它。

零件清单

数量 产品 库存编号
1 Wimo TA1 Turnstile Antenna https://www.wimo.com/scanner-antennas_e.html#004
1 Technofix UK Shop https://shop.technofix.uk/ RTL-SDR V3
1 Raspberry Pi 3 Model B SBC Computer Board 182-6547
1 Transcend 8 GB MicroSDHC SD Card 758-2607
1 RS PRO Male BNC to Male BNC RG58 Coaxial Cable, 50 Ω 426-2094
2 RS PRO Straight 50Ω Cable Mount BNC Connector, Plug, Nickel, Crimp Termination, RG58 546-4853
1 Connector,Coaxial,BNC,Adaptor,Jack,Jack,50Ohm,Nickel Plated 512-1411
1 Stand Off Bracket https://www.screwfix.com/p/labgear-tv-aerial-stand-off-bracket-9/90874

由于轨道力学的关系(即研究地球自转和卫星“相对位置”之间的关系的学科),我们无法每晚看到国际空间站从头顶上空经过。多数卫星不是在地球赤道上空运行,而是形成一定的角度。随着地球在下方自转,它们的地面轨迹(即卫星正下方的地面轨迹)随着每次绕地运行发生变化。因此,运行轨道离地面小于 2000 千米(近地轨道)的卫星每个月仅仅飞越特定点上空数次,每次只有数分钟。  

这表示,任何想收听卫星的人都必须依赖地面站网络才能收到遥测(数据)。NASA、ESA 和 Roscosmos 都拥有一套完善的地面站网络,其中部分站点位于船上,可以四处移动。但是,发送独立小型卫星的组织就必须仰赖大型地面站网络,或者需要自已建造。单个地面站的造价并不昂贵,但是如果需要覆盖全球,则需要大量的站点才行!

在阅读了 Jo Hinchliffe 在《Hackspace Magazine》(免费下载 PDF)上发表的文章后,我认识到一个名为 SatNOGS 的众包开源地面站项目,该项目为此问题提供了解决方案。

就在我打字时,有 170 个地面站在线,同时另有 379 个处于离线状态,还有 90 个处于“测试”阶段。

Screenshot_2019-08-19_at_13.21_.22__d0c708d73339952fb4029fbb6ed94c3454117b88.png

地面站的安装并不复杂,如需自制地面站,则需要 1 个 Raspberry Pi(但是不能是 Version 4)、1 个保护器 (RTL-SDR V3) 和 1 副天线(我用的是 WiMo TA1 Turnstile 天线)。项目成本约为 150 英镑。

一旦安装运行后,他人可以请求通过您的地面站,在特定卫星飞越地面站上空时收听。您不需要做任何事情!

我决定搭建自己的地面站。Jo 给出的说明非常简单,易上手,其中花费时间最长的恐怕是下载 Raspberry Pi SatNOGS 映像并烧录至 SD 卡的过程。Pi 启动后,我通常使用台式机,但是映像直接传输至终端。然而这个问题很好解决,或者可以按照 Jo 的说明进行操作。当看见我的站点在地面站地图上显示出一个小小的橙点,我感到非常高兴。出于隐私/安全的原因,我把经纬度调至距离我家几英里远的地方 – 这点距离对于飞越上空的卫星来说没有太大差别。

保护器 我使用的是 RTL-SDR V3 USB 保护器

天线 我使用的是 Wimo TA1 Turnstile 天线

考虑到 Pi 将住在我的车库里,我需要为它准备一个外壳,于是我根据我在 Thingiverse(感谢 Walter Hsiao 的分享)上找到的模板通过 3D 打印制作了一个。

IMG_8899_34a09162b1d9b05611d5d68d65fbb05cfeaa7368.jpg

天线专业的技术讨论与行话

RG58 电缆 – 一种常用于射频连接的同轴电缆

BNC 连接器 – 快速连接/断开用于同轴电缆的连接器。它采用卡口式组装件,与某些灯泡的组装原理相似。

BNC 连接器和 RG58 电缆在示波器上很常见。

SMA 连接器SubMiniature 版本 A)– 比 BNC 更小的同轴电缆,采用螺纹联轴器。

测试:

在将天线固定至车库墙壁之前,我决定对它进行测试,测试过程中用伞架使它保持直立。我将 SatNOGS 状态保持为“测试”状态,直到天线安装到车库墙壁,且达到满意的结果为止。

IMG_8896_b6dccfd3fb8cae25a5789703b7b42700e71d0d13.jpg

首先,我预约了所有可能的飞越情形。

以下是我获得的第一批结果之一:

waterfall_918638_2019-08-13T17-00-08_a3e22bbdcb04db0350cb1a8735b566a50ad9fbcd.png

我感到很兴奋,但是后来证实,绿线可能是由保护器引起的。

然而不久后,我获得了这一结果:

waterfall_927293_2019-08-16T11-35-55_a00a746f3e359c38a6dd5bfc1d57c70945a115bc.png

当我下载音频时,传出了真正的语音!(附音频文件)。

这一点证明了所有组件都能够正常工作,于是我将天线安装在车库上,而 Pi 则安全地置于车库内部。

IMG_8920v2_ab1958d04629b560085bec64362e3231d7bde531.jpg

SatNOGS 观察结果

预约 Pi 收听卫星后(使用 SatNOGS 网站),您就可以休息了,它将自动完成所有工作(如果不自动完成,SatNOGS 页面上的 wiki 非常实用,此外还有一个优秀的社区愿意提供帮助)。 

一旦卫星飞越上空后,您将在仪表盘上收到“需要验证”的通知。这时您需要分析飞越情形,确定那儿有卫星(好)、没有卫星(坏)还是您这端(天线、Pi 等)已停止工作(发生故障)。在收听了大量“坏”音频后,我能够从瀑布图中识别出信号是好还是坏。然而我仍然不确定每次都能识别正确。

我的地面站 (917) 现已测试完毕,永久在线,任何人都可以请求收听卫星!

第一次失败的事情:

我将 BNC 连接器连接至天线上的同轴电缆(三次)后,才想到检查天线的芯线和护套之间是否构成了短路。(我最终咨询了 WiMo,一位热情的售后人员回答道:“短路很正常,它是天线结构的一部分。”)

安装支架时,我莫名其妙地把 SDS 钻头前端 6 毫米留(折断)在车库墙壁中!

我还用天线戳到自己无数次。

希望修正的事情:

保护器上有一个 SMA 连接器,因此我需要将 SMA 连接至 BNC(母头)连接器中。这与安装在天线同轴电缆上的 BNC(公头)连接器十分匹配,且有利于测试。但是,在将天线安装至车库时,我需要延长同轴电缆。RS 上出售的唯一一款带连接器的 5 米同轴电缆在两头均装有公头 BNC,因此我需要购买适配器。

可能的未来扩展:

增加 LNA(低噪音放大器)和 FMnotch 滤波器

I am an inventor, engineer, writer and presenter. Other stuff: Royal Academy of Engineering Visiting Professor of Engineering: Creativity and Communication at Brunel University London; Fellow of the Institution of Mechanical Engineers and have a PhD in bubbles; Judge on BBC Robot Wars.

Recommended Articles

DesignSpark Electrical Logolinkedin