Hodnocení kvality přijímaného signálu pikosatelitů

Podrobnosti

Kategorie: Družicová a satelitní technika

Hodnotit kvalitu přijímaného signálu vysílání pikosatelitů je důležité, protože kvůli vlastnostem pikosatelitů i přenosového kanálu dochází ke změnám kvality přijímaného signálu až o několik řádů. Vyhodnocení aktuální kvality přijímaného signálu je pak možné využít pro povelem řízenou adaptaci rychlosti vysílání dat pikosatelitem nebo pro úsporu je elektrické energie, které má nedostatek. Pro první experimenty jsme využili kontinuálního vysílání radiomajáku několika satelitů a pikosatelitů, na němž se přenáší pomocí Morseova kódu základní telemetrie a identifikace. Nahraný signál jsme podrobili analýze vlastním softwarem, který určuje parametr C/N₀ jako základní měřítko kvality přijatého signálu. Z tohoto údaje se pak dá odvodit reálně dosažitelná rychlost přenosu za daných podmínek.

Určení kvality přijatého signálu od pikosatelitu

Vysílání radiomajáku slyšíme na výstupu radiostanice jako pípání s krátkými a dlouhými značkami (tečky a čárky). Pokud má řídící počítač pozemní stanice správné údaje o orbitální dráze pikosatelitu, kompenzuje dopplerův posun přelaďováním radiostanice a kmitočet pípání zůstává stabilní. Ne vždy jsou ale údaje o orbitální dráze přesné a slyšitelný kmitočet se pak během přeletu mírně mění vlivem chybné kompenzace dopplerova posunu.

Vlastní určení kvality signálu probíhá pomocí FFT analýzy záznamu z radiosatnice. V kmitočtovém spektru hledáme v okolí očekávaného kmitočtu signál vystupující nad úroveň šumu a při jeho detekování určíme jeho výkon (C). Ve zbylém spektru neobsahujícím signál radiomajáku počítáme výkon šumu (N) a z něj vydělením šířkou pásma spektrální výkonovou hustotu šumu (N₀). Výsledný parametr C/N₀ se pak zpravidla převádí na dB jednotky.

Galerie obrázků k hodnocení kvality přijímaného signálu:

Zleva po řádcích - naměřené změny kvality přijatého signálu od KKS-1 během přeletu nad Plzní, antény naší komunikační stanice, viditelná rotace antény FO-29 v průběhu vyhodnocené kvality přijatého signálu, naměřené změny kvality přijatého signálu od HO-68 během přeletu nad Plzní, signál radiomajáku s Morseovým kódem zobrazený ve waterfall diagramu, zobrazení pikosatelitů na mapě řídícího počítače komunikační stanice, výstup z FFT analýzy pro výpočet kvality přijatého signálu, rušení od stacionárních pozemních zdrojů během přijmu vysílání pikosatelitů s kompenzací Dopplerova posunu.

Celý algoritmus pro hodnocení kvality přijímaného signálu je sofistikovanější než by odpovídalo předchozímu odstavci, protože je nutné při analýze rozpoznávat mezery mezi vysílanými značkami, detekovat i velmi slabý užitečný signál, poradit si s chybou kompenzace dopplerova posunu a eliminovat z výsledků lokální rušení stacionárními zdroji, které se ve spektru přesouvají během kompenzace dopplerova posunu.

Analýzou vysílání radiomajáků stávajících satelitů a pikosatelitů na nízkých drahách přijímaných naší pozemní stanicí v Plzni jsme zjistili, že kvalita přijímaného signálu může kolísat až o 30 dB, což představuje značné možnosti adaptace přenosových rychlostí nebo vysílaných výkonů. Zároveň lze z grafických výsledků vypozorovat a případně i změřit rychlost rotace pikosatelitu díky periodicky se objevujícím únikům (dočasné snížení kvality přijatého signálu vlivem otočení antény pikosatelitu) v rádiové komunikaci.

Výzkum a vývoj technologie spolehlivých pikosatelitů byl v letech 2009 až 2011 podporován Grantovou agenturou České republiky v rámci projektu "Energeticky úsporná platforma pro experimentální výzkum na bázi pikosatelitů" pod registračním číslem 102/09/0455. Projekt má vlastní webové stránky: www.pilsencube.zcu.cz

Galerie obrázků celého projektu pikosatelitu PilsenCube: