Как установить связь с 36-летним космическим зондом с помощью GNU Radio
В мае 2014 года группа энтузиастов успешно установила связь с космическим аппаратом ISEE-3, который был запущен в 1978 году, успешно закончил свою миссию в 1999 году и с тех пор был законсервирован.
Сейчас участники этого проекта опубликовали инструкции (и готовы выслать исходный код), чтобы любой желающий мог повторить эксперимент и послать команды зонду. Если, конечно, у вас есть достаточно большая спутниковая тарелка.GNU Radio — программное обеспечение для цифровой обработки радиосигналов. Программы на GNU Radio могут использоваться с внешними антеннами. Для программирования подходит визуальная среда GNU Radio Companion или библиотеки на C++ и Python.
Устройство системы связи с ISEE-3 довольно простое. Главная деталь — программно-определяемая радиосистема USRP N200, которая подключается к ноутбуку по Gigabit Ethernet.
Исходящий сигнал с радиосистемы USRP на частоте около 2,05 ГГц (S-диапазон) передаётся в помещение, где установлено управляющее оборудование спутниковой антенной. После обработки 400-ваттным усилителем сигнал подаётся на антенну.
Энтузиасты использовали для передачи спутниковую антенну в обсерватории Аресибо.
Спутниковая антенна в обсерватории Аресибо
Авторы говорят, что самой сложной частью было разобраться в сотнях и сотнях страниц документации НАСА. Они описывали всё: от дизайна антенны до деталей модуляции сигнала и планировки земной коммуникационной системы.
Передача сигнала осуществляется с использованием модуляции PCM/FSK/AM/PM. Размер команды — 60 бит. Сначала команда подаётся на FSK-модулятор с центральной частотой 8,25 КГц и отклонением 750 Гц.
В давние времена инженеры старались сделать радиоприёмник на космическом аппарате как можно проще. Поэтому вместо установки схемы восстановления тактового сигнала на зонде они передавали синхросигнал вместе с командой с земли. Он модулировался в AM с поднесущей FSK. Таким образом, поднесущая несла в себе и тактовый сигнал (амплитуда, зелёный график на схеме), и информацию для передачи (частота, синий график на схеме). Сигнал FSK/AM (красный график на схеме) затем модулировался для частоты 2,05 ГГц. Схема не была рассчитана для максимальной энергоэффективности или пропускной способности полосы.
Подробнее о модулировании сигнала см. здесь. Программный код авторы вышлют по запросу.
