Прием спутников через WEBSDR
Многие, наверное слышали, что для исследования космоса есть удаленные телескопы для наблюдения неба. Такой телескоп позволяет подключаться к нему через интернет, проводить с него наблюдения и делать открытия. Но телескопами не ограничивается интерес к космосу и участие в научных работах. На орбите достаточно миниатюрных спутников, которые тоже выполняют различные эксперименты и каждый в этом может поучаствовать.
Для этого нужно собрать небольшую приемную станцию для «снятия» научной информации с них. Не у каждого есть возможность установить на крыше сложные антенны на поворотном устройстве, проложить кабеля, приобрести приемники, их настроить и многое другое. Но с недавнего времени появились удаленные приемники для прослушивания эфира — WEBSDR.
WebSDR это программно-независимый радиоприемник, подключенный к интернету, который позволяет большому количеству слушателей принимать и настраивать его одновременно зайдя на web-сайт через интернет.
Сервер WebSDR состоит из ПК с операционной системой Linux, программного обеспечения, аппаратного SDR приемника, высокоскоростного подключения к интернету, а так же некоторого вспомогательного оборудования (антенны, кабеля, малошумящие усилители). Весь этот комплекс позволяет подключаться и слушать эфир.
97% всех WEBSDR приёмников (полный список тут http://websdr.org) работают на КВ или транслируют местный канал УКВ. Но остаются приёмники, которые смотрят в небо и слушают космос на радиолюбительских частотах работы спутников. Основные из них: Microwave WebSDR in Farnham, R4UAB SAT WEBSDR, WebSDR on ZR6AIC in Johannesburg и WebSDR in Central NJ-USA. Как их можно использовать в научных целях?
Ответ достаточно прост — через них принимать телеметрию с космических аппаратов. А что делать с ней, это решать вам. Как пример, Вы можете отправить телеметрию разработчику спутника и их научной команде и тем самым помочь проекту. Некоторые проекты это поощряют и высылают различные сувениры (фирменные наклейки, ручки, значки, блокноты).
Можете накапливать её для себя и смотреть, как меняется состояние аппарата за время наблюдений. Можете участвовать в различных экспериментах, принимать картинки которые передают космонавты по SSTV.
Для этих целей есть специально разработанный софт для Windows и Linux. Но приёмом картинок и телеметрии это не ограничивается. На борту МКС проводят космический эксперимент «Тень-Маяк». Цель КЭ «Тень» состоит в наблюдении эффектов рассеяния радиоизлучения в искусственных плазменных образованиях в космосе путем их радиозондирования в различных геофизических условиях.
В заданном регионе с борта орбитальной станции бортовым источником испускается струя плазмы и бортовым радиомаяком, работающим в радиолюбительских УКВ диапазонах частот, излучаются зондирующие сигналы, представляющие собой метки времени. Зондирующее излучение принимается наземной измерительной УКВ-сетью. Струя плазмы частично экранирует антенну радиомаяка, создавая область радиотени, граница которой перемещается по поверхности Земли соответственно движению спутника. При попадании наземного приемника в область радиотени происходит срыв («отсечка» сигнала), а при выходе из радиотени — возобновление приема. Продолжительность каждого из нескольких сеансов КЭ составляет примерно 6-8 минут.
Задача каждого наземного участника эксперимента состоит в том, чтобы по меткам бортового времени зарегистрировать моменты «отсечки» и возобновления приема сигнала и затем направить эту информацию вместе с сообщением о своем географическом местонахождении на момент приема в Центр сбора и обработки информации (ЦСОНИ). Более подробно Вы можете узнать на странице эксперимента. За участие высылают специальные карточки (QSL) за подписью космонавта. В общем, простор большой. Но не буду перечислять все что можно сделать, имея приёмник, это займет много времени, а сосредоточимся на примере приёма телеметрии с небольшого спутника Великобритании FUNCube-1 (для других будет одинаково).
Спутник FUNCube-1 запущен 21 ноября 2013 года в 7:10 UTC с космодрома Ясный (авиабаза Домбровский, Оренбургская область, Россия) на ракете «Днепр». Он был создан и запущен как вторая половина образовательной программы «космос для студентов» где задачей было позволить всем принимать информацию с борта реального спутника. Аппарат — кубик формата 1U, то есть объёмом 1 литр, или 10х10 см. На борту имеется ретранслятор (транспондер) который можно использовать для связи между радиолюбителями, когда он включен. Так как он потребляет энергию, на время когда спутник пролетает над освещенной территорией его выключают, и включается передача телеметрии для приёма студентам, что является основной задачей. Аппарат передаёт на частоте: 145.936 MHz, модуляция USB, скорость 1200bps BPSK.
После включения «стереомикшера» программе показываем, что звук мы будем брать с аудиокарты. Для этого в меню FUNCube-1 Dashboard активируем Capture-Capture From SoundCard. Декодер готов. Теперь дожидаемся пролета спутника над какой-либо приемной станцией. Я покажу на примере своей. Переходим по ссылке http://r4uab.ru/satpass.txt и ищем время пролёта FUNCube-1 на дату и время (прошу заметить время указано в UTC, для Москвы это +3 часа). В назначенный час «X» переходим на страницу WEBSDR приёмника http://websdr.r4uab.ru и настраиваемся на частоту 145.935 MHz. Это можно сделать при помощи таблицы спутников на странице. По клику на частоту 145.935 приёмник сам перейдет на неё и включит нужную модуляцию сигнала.
При помощи колеса мыши увеличьте водопад возле «желтого треугольника» для комфортного отображения. Как только FUNCube-1 залетит в зону радиовидимости приёмной станции, на водопаде вы уведите сигнал. Схватив за «желтый маркер» перетащите его в зону сигнала и следите, чтобы он там оставался (частота будет меняться из-за эффекта Доплера). Если нужно уменьшите громкость поступающего аудиопотока в программу. На видео видно как это будет происходить и какие действия нужно совершать
После небольшой тренировки все будет получаться с первого раза. В дополнении к статье, если кто захочет послушать что-нибудь другое, на странице есть таблица с частотами спутников.
Основные элементы управления WEBSDR:
Не мог пройти мимо и не сказать про спутник LightSail-A, который сейчас готовиться к развертыванию солнечного паруса. Команде проекта нужны данные телеметрии вне зоны действия их приёмных станций.
Software Defined Radio — как это работает? Часть 1
Продолжая цикл статей про радио, есть смысл рассказать про последние достижения в этой области — Software Defined Radio. Я не знаю адекватного перевода термина на русский, поэтому оставим так, да и термин SDR уже прижился в технических и радиолюбительских кругах.
За последние 100 лет радио изменилось настолько, что вряд ли тогдашний инженер вообще понял бы, как это работает.
Мы все же попробуем разобраться.
История
Идея software defined radio базируется на двух китах:
Назвать точную дату, когда в продаже появились первые SDR-приемники, довольно сложно. Сама идея оцифровки радиосигналов звуковой картой существовала довольно давно — так например, декодировали RTTY или пейджинговые сообщения, но не было подходящих алгоритмов, чтобы объединить все это вместе.
Первая версия Winrad датируется 2007 годом, и выглядела она примерно так (можно обратить внимание на системные требования 🙂
Как можно видеть, интерфейс весьма минималистичный, но программа уже умела воспроизводить AM, FM, USB и LSB, и показывать спектр сигнала. По сравнению с шириной полосы обычного выхода для наушников любого приемника это был… ну почти прорыв. Разумеется, в проф. системах панорамные приставки существовали и раньше, но «простым смертным» оно было практически недоступно, а звуковая карта у каждого в ПК и так есть.
Типичным бюджетным решением для радиолюбителей были приемники Softrock — однодиапазонные приемники, содержащие переключаемый кварц, смеситель и выход на звуковую карту.
Разумеется, это было только начало. Появились приемники с перестраиваемой частотой, а всего за 2 года Winrad заметно эволюционировал, и в 2010 году выглядел уже так:
Стали появляться и профессиональные решения, тогда же в 2010 появился Perseus SDR — приемник с 14-битным DDC АЦП, частотным диапазоном 10КГц-30МГц и шириной полосы пропускания 1.6МГц (в принципе, параметры вполне достаточные и на сегодня).
Цена приемника составляла 825Евро, что для тех лет было не так уж мало.
Кстати, страница http://microtelecom.it/perseus/ существует до сих пор, и на ней также висят скриншоты под XP, хотя продается приемник или нет, непонятно.
Начало было положено, дальше уже как говорится, дело техники — стали появляться разные модели, чипы стали дешеветь и так далее. Следующим прорывом в любительской технике стало появление приемника на чипе rtl-sdr. Сообщение с форума radioscanner за 2012 год можно процитировать дословно, как говорится, не убавить, не прибавить:
Оказалось, что DVB донглы на базе чипа Realtek RTL2832U, рекламируемые иногда также как поддерживающие FM, DAB(+), способны передавать на компьютер поток 8ми битных квадратур при частоте дискретизации около 3-х MSPS.
Принимаемый диапазон ограничивается использованным в определенной модели донгла тюнером, например у Elonics E4000 от 64 до 1700 МГц. Этот тюнер используется также в FunCube донгле, только с дополнительным МШУ.
По этому поводу основан проект. Уже успешно были приняты TETRA (
430 МГц) и сигналы спутника Турaйя (
1550 МГц), что для 8-ми битных квадратур весьма и весьма неплохо.
В общем, как оказалось, дешевые USB-ТВ приемники ценой 10-20$ после замены драйвера могут отдавать IQ-поток, что позволяет использовать их с уже существующим программным обеспечением для SDR. Сами приемники выглядели вот так:
Первые 1-2 года толку от rtl-sdr было довольно мало — под них просто не было интересного софта. Потом появился SDR#, разные плагины, стало расти сообщество энтузиастов, и сейчас rtl-sdr наверное самый популярный (прежде всего, в силу цены) SDR-приемник. Современные версии RTL SDR V3 умеют принимать уже и КВ (хотя и с небольшой чувствительностью и динамикой), но при цене в 30$ и это весьма неплохо. Как работает RTL SDR на КВ, можно посмотреть на видео.
Виды SDR
Существующие SDR можно разделить на 3 вида:
— Уже устаревшие модели на базе звуковой карты — оцифровка сигнала в них происходит в ПК, а сигнал передается на линейный вход по аудиокабелю. Сейчас они давно сняты с производства, но иногда могут появиться на барахолке. Брать по большому счету, смысла никакого, разве что отдадут даром — цена хорошей звуковой карты превысит цену самого SDR. Интересующиеся «цифровой археологией» могут почитать сообщения на cqham за 2010 год о выборе звуковой карты для SDR.
— SDR, имеющие встроенный АЦП и передающие сигналы в ПК в цифровом формате. Это большинство современных устройств среднего ценового диапазона. Они построены по принципу гетеродинного приема, только после переноса частоты вместо НЧ-блока стоит АЦП. Такие приемники имеют ширину полосы пропускания от 2 до 10МГц, есть разные модели на разные частоты и диапазоны (rtl sdr, SDRPlay, Airspy). Недостаток любого супергетеродинного приемника — наличие зеркальных каналов приема — поскольку фильтры неидеальны, станции принимаются там где реально их нет. Даже если фильтры более-менее неплохие, сигналы мощных станций все равно могут «пролезать» и воспроизводиться в виде помех.
— DDC (direct down conversion) SDR. Это самая современная технология на сегодняшний день. Суть в том, что гетеродин здесь не нужен — сверхбыстрый АЦП с частотой оцифровки порядка 100млн семплов/с оцифровывает непосредственно входной сигнал с эфира, что позволяет (согласно теореме Котельникова/Шеннона) иметь прием до частоты, равной половине частоты дискретизации, т.е. в нашем примере до 50МГц. Битовый поток желающие могут прикинуть самостоятельно — на компьютер оно разумеется, не передается, а обрабатывается в быстродействующей ПЛИС прямо на плате, и нужная полоса (обычно до 6МГц) передается в компьютер. Такой приемник не имеет зеркальных каналов, и в нем все хорошо (кроме цены:).
Верхний предел частоты DDC-приемников обычно ограничен 30-50МГц, т.к. более быстродействующих АЦП в продаже либо нет, либо они стоят космических денег (кстати, сверхбыстрые АЦП вроде попадают в американские ограничения по поставке высокотехнологичных электронных компонентов в страны третьего мира, но это не точно). Их самого топового, что доводилось видеть в прайсах — Flex 6600 с 16bit 245.76Msps АЦП стоит порядка 4000$, т.е. им можно принимать в режиме DDC до частоты 122МГц. Вряд ли мы в скором времени увидим DDC-приемники до гигагерца, хотя хотелось бы. Есть ли что-то быстрее, например для военки — наверно есть, кто знает, напишите в комментариях.
Другой важный параметр — тип подключения. Большинство SDR подключаются по USB, но есть модели и с LAN-портом (Afedri, Colibri):
Это может быть удобно для организации удаленного приема или передачи — приемник или трансивер можно разместить на даче/в деревне, и использовать его из города. KiwiSDR делает даже готовые устройства, зайти на которое можно непосредственно через web-интерфейс. Свой приемник владельцы KiwiSDR даже могут «расшарить» другим, посмотреть список доступных устройств можно на https://sdr.hu.
Последний, но не менее важный параметр — разрядность АЦП. Дешевые RTL SDR имеют всего 8бит АЦП, и этого мало, приемник легко перегружается сильными сигналами, ему крайне желателен аттенюатор и преселектор. SDRPlay имеют 12-бит АЦП, более дорогие модели имеют 14-бит, что достаточно для большинства случаев. Топовыми являются 16-бит АЦП, и в принципе, не каждая антенна способна выдавать диапазон сигналов, способных перегрузить такой приемник.
И наконец, о ценах. Их диапазон весьма варьируется, от 30$ за RTL SDR v3, 150$ за SDRPlay RSP2 до 600$ за ELAD FDM-S2. SDR-трансиверы (способные работать не только на прием, но и на передачу) дороже, SunSDR2 стоит порядка 1500$, FLEX-6400 стоит 2000$.
Отдельно стоит упомянуть платы для цифровой обработки сигналов. Это например, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Эти устройства изначально предназначались для опытов с радиосигналами в пределах «рабочего стола», и на дальний прием просто не рассчитаны — ни регулируемого усилителя, ни аттенюатора, ни фильтров в схеме зачастую просто нет. Ловить что-то они будут, но весьма плохо, либо потребуется «доработка напильником». Они также могут работать на передачу, но с мощностью порядка 100мВт (где «м» это милли а не мега;), и зачастую никакого софта кроме пары DLL и SDK для них просто нет.
О том зачем все это нужно, преимуществах и недостатках SDR, и о том, как получить данные из SDR с помощью Python, будет рассказано во второй части.
Как и где слушать WebSDR приемник онлайн
В этом видео рассмотрена такая технология радиоприема, как WebSDR. Данный ролик в первую очередь предназначен для новичков, кто только заинтересовался радиоприемом WebSDR и решил попробовать себя в роли слушателя радио эфира в интернете онлайн. Ролик будет разделен на 2 части. В первой, которая ниже в статье, вкратце рассказано о радиоприеме с помощью sdr приемников. Демонстрируется прослушивание нескольких станций радиолюбителей. Во второй части рассказ о цифровой стороне радиоприема, в ней мы посмотрим, как принимать и слушать различные цифровые сигналы, как например изображения sstv или иметь метеофакс.
Слушать онлайн sdr приемники, расположенные в России можно по ссылкам:
А. Рекомендуем: Лучший прием SDR онлайн здесь — Тула
Прием сразу на LSB. Для приема на других частотах переключать с LSB на AM.
6) Новокузнецк, RTL2832U + R820T, 144.976-147.024 МГц.
11) UA0COO, R0CBD, R0CQ Клуб «AMUR», Хабаровск
Чтобы ответить на данный вопрос, надо сначала понять, что же такое вообще SDR приемники. SDR расшифровывается как Программно определяемая система. Суть данной технологии в том, что вся обработка сигнала происходит программно в цифром виде.
Представим, что у нас есть антенна, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, допустим, с частотой оцифровки 100 мегагерц. Соединим все эти элементы и предположим, что антенна согласована с усилителем. Нет потерь и отражений. Теперь по теореме Котельникова мы знаем, что сигнал, оцифрованный с частотой f можно восстановит до частоты f пополам. то есть наше АЦП может принимать сигнал с частотой до 50 мегагерц. Вот мы и получаем простой sdr приемник. Сигнал с антенны усиливается и оцифровывается, а все остальные действия по декодированию, демодулированию, дешифрации, — все это происходит уже программно в компьютере, к которому подключен АЦП.
Какие частоты мы так сможем поймать и слушать на SDR? Если предположить, что антенна идеально принимает все частоты, то от 0 до 50 мегагерц. Но на практике частотный диапазон будет зависеть от используемой антенны и частотной полосы усилителя.
А теперь давайте добавим смеситель сигнала и генератор в схему приемника. Если кто-то помнит курс школьной математики, то там говорится, что произведение двух косинусов равно косинусу суммы плюс косинус разности. Перемножив, скажем частоту 70 мегагерц с частотой 50 мегагерц мы получаем на выходе 2 частоты 120 и 20 мегагерц. Теперь просто добавляем фильтр, который не будет пропускать частоту 120 мегагерц. Тем самым мы сможем понизить частоту, чтобы АЦП мог её оцифровать. Грубо говоря, именно по такому принципу построено большинство SDR приёмников.
А что же такое WebSDR?
В 2008 году группа энтузиастов создала программный продукт, позволяющий транслировать данные со своего SDR приемника в сеть. То есть WebSDR — это обычный из SDR приемник, только через интернет и слушать передачу сигнала можно онлайн. Вы можете зайти на сайт какого-либо приемника и работать в радиоэфире почти так же, как и с обычным радио.
Перейдем на сайт WebSDR.org и откроем какой-либо приемник. Давайте откроем самый популярный нидерландский. Открывается сайт этого приемника, видим различные описания, даже фотографии устройства, которое трудится нам на пользу. Прокручиваем ниже, на фоне слышны шумы и мы видим данные из приемника, представленные в виде так называемого водопада. То есть по горизонтальной оси отложена частота, а по вертикальной бежит время. Цветом выделена амплитуда.
Пробежимся по органам управления приемника. Для начала посмотрим на сам водопад, мы видим все 30 мегагерц, чуть меньше, с таким масштабом, что абсолютно ничего не понятно. Чтобы изменить масштаб, наведите стрелку мыши на водопад и покрутите колесико.
Вообще, интерфейс несложный, после нескольких минут работы вы сами интуитивно разберетесь.
Продолжение на видео с канала Паяльник TV с 5 минуты.
Вторая часть, в которой рассказано, как ловить радио через интернет
Опубликовано 28.08.2015 пользователем Johhny
Если вы когда либо хотели заняться радиолюбительством, не обязательно покупать собственное радиоприемное устройство. Слушать радиолюбительские частоты через веб-интерфейс позволят онлайн трансляции WebSDR. Опытным радиолюбителям проект будет не менее интересен, ведь более ста радиоприемников по всему миру предоставлены своими владельцами для публичного использования.
Немного истории проекта.
Впервые WebSDR был разработан для того, чтобы сделать EME прием через 25м радиотелескоп (находящийся в городе Dwingeloo) доступным многим радиолюбителям. Для тестирования программного обеспечения без использования 25-метровой антенны, была создана коротковолновая версия в университете Twente в 2007 г. После некоторых доработок интерфейс был публично представлен в апреле 2008 г. Проект быстро обрел популярность. Многие радиолюбители настроили собственные Web SDR сервера. В ноябре 2008 началось бета-тестирование проекта. Сейчас программное обеспечение доступно любому, кто хочет настроить свой SDR сервер и готов поделиться трансляцией с другими.
Серверная часть состоит из:
Отдин из радиолюбителей запустил такой сервер на Raspberry Pi по схеме, показанной ниже.
Интерфейс программного обеспечения прост. Он состоит из водопада и инструментов для настройки web sdr приемника.
Список всех доступных для онлайн прослушивания трансляций можно посмотреть на главной странице проекта websdr org.
Купить SDR можно по ссылкам:
Слушать онлайн sdr приемники, расположенные в России можно по ссылкам:
Websdr что это приемник
На самом деле RTL-SDR это цифровая ТВ приставка для компьютера на чипе RTL2832U для приема стандарта цифрового телевидения DVB-T. Но любопытные энтузиасты, это Антти Палосаари, Эрик Флай и сообщество Open Source Mobile Communications(osmocom) в конце 2013 года совместными усилиями выяснили, что с данного чипа, можно получать сигнал квадратурной модуляции напрямую в компьютер. С помощью написанного ими драйвера под ТВ тюнер стало возможным превратить его в широкополосный SDR приемник. Радиолюбители называют этот приемник по разному — донгл, RTL-SDR, свисток и т.п.
В Китае такую приставку выпускают множество фирм, но объединяет их одно — все они построены на чипе RTL2832. Это микросхема, содержащая два 8-битных АЦП с частотой дискретизации до 3,2 МГц и интерфейс USB для связи с компьютером. Эта микросхема на входе принимает I- и Q-сигналы от микросхемы тюнера.
Самые распространенные микросхемы тюнера это R820T и E4000. Они реализуют радиочастотную часть: МШУ по входу, IQ модулятор, фильтр, УПЧ. В настоящее время микросхема E4000 не производится, R820T устарела, актуальна R820T2 она имеет лучшую производительность и обладает лучшей чувствительностью. Самый дешевый донгл с микросхемой R820T2 сейчас стоит около 500 рублей. В продаже еще есть донглы первой версии на R820T — стоят они около 430 рублей. По диапазону принимаемых частот донглы отличаются: на базе Е4000 прием будет 52-2200 МГц, с разрывом от 1100 до 1250 МГц, а если будет стоять чип Rafael Micro R820T, то диапазон будет от 24 до 1766 МГц. Для того чтобы расширить диапазон принимаемых частот и принимать КВ применяют 2 способа: конвертеры и так называемый DirectSamplingMode.
Конвертеров существует несколько конструкций от разных команд: SpyVerter, NooElec, Hack-It-Up, Nobu и т.д. По отзывам самый лучший из них это SpyVerter. Второй способ интереснее. Достигается он несколькими путями — программным и железным. Программный способ требует модифицированный драйвер. Драйвер отключает тюнер и подключает антенну напрямую к чипу RTL2832U. Но характеристики приема при этом способе совсем удручающие. При железной модификации происходит примерно то же самое, только антенна подключается напрямую в обход тюнера к 1 или 2 ножке чипа RTL2832U через фильтры и симметрирующий трансформатор. Конструкций тоже множество: Marty KN0CK, BA5SBA, Japanese Direct Sampling Receiver, DX Patrol, TCXO Modded, Rtl-SDR V3 и т.д. В программе приемника настраивается Sampling Mode выбирается Direct Sampling (Q-branch или I-branch, в зависимости от того на какую ножку подключена антенна). Всю информацию по конвертерам и DSM можно посмотреть в статье Roundup of Software Defined Radios.
Многие ставят в укор скромные технические характеристики свистков, мол игрушка, не серьезно. Ну если мерять серьезность деньгами — смело покупайте Bitshark Express RX за 6300$, будет серьезно. И, не утрируя,- делайте скидку на цену свистка и на то, что изначально это всего лишь навсего ТВ тюнер. Не судите его строго. Мое мнение — каждый радиолюбитель, у которого есть компьютер должен попробовать воспользоваться RTL-SDR, хотя бы просто так, из любопытства.