Об аппаратном обеспечении наземной пакетной станции спутниковой радиосвязи

Карен Тадевосян, RA3APW

1997

Альтернативным механизмом интеграции в международную пакетную радиосеть наряду с КВ  форвардингом и сетью AMPR (Интернет/пакетное радио) является использование любительских  пакетных  спутников.  Это касается таких наземных функциональных конфигураций как пользовательская пакетная станция, спутниковый пакетный шлюз (SatGate) и спутниковый пакетный узел (SatNode).

     Данный механизм обмена бюллетенями и персональной почтой использует низкопролетные  радиолюбительские спутники как «летающие почтовые ящики» с периодом примерно 100 минут. В настоящий момент активны три полнодуплексных 9600 б/с спутника — KO-23,  KO-25 и UO-22. Каждый  из них позволяет получить до 900 КБ информации за один виток, что однозначно решает вопрос эффективного форвардинга из  любой  точки мира.

     Главным требованием будем считать создание полностью автоматической спутниковой пакетной станции на скорость 9600 б/с (полный дуплекс), где станция должна автоматически принимать кеплеровские координаты со спутника, синхронизировать время, управлять положением антенн и частотой трансивера, отправлять и принимать почту. В функции оператора станции входит только включение станции, чтение пришедшей почты и посылка сообщений (личных или бюллетений).

     Данная статья написана на основе ежедневной эксплуатации пакетной спутниковой станции RA3APW с мая 1996 года.

     Наземная спутниковая станция с автоматическим режимом работы состоит  из:

  • двух диапазонного  полнодуплексного  УКВ  трансивера  с системой компьютерного управления;
  • персонального компьютера класса IBM PC;
  • антенн направленных многоэлементных на каждый диапазон;
  • устройства антенного поворотного в двух плоскостях;
  • контроллера пакетной радиосвязи на скорость 9600 б/с;
  • компьютерного устройства управления антеннами и трансивером;
  • программного обеспечения типа WISP.

     Так как  программное обеспечение WISP стало стандартом де-факто в спутниковой  пакетной  радиосвязи,  рассмотрим  подробнее   аппаратное обеспечение.

Трансивер

      Если даже рассматривать только трансиверы, разработанные для спутниковой связи, выбор будет не прост: Yaesu FT-736R,  ICOM IC-970H, ICOM IC-820, ICOM IC-821, Kenwood TS-790.

Необходимо обратить внимание на:

  • выходную мощность;
  • наличие системы компьютерного управления (CAT);
  • возможность добавления диапазона 23 см;
  • возможность работы с 9600 б/с пакетным контроллером.

   Все вышеперечисленные трансиверы имеют примерно равную выходную мощность, вполне достаточную для работы со спутником без внешнего усилителя. Не стоит увлекаться увеличением выходной мощности – если Ваша станция не принимает информацию со спутника,  нет смысла  в  том, что спутник слышит Ваш сигнал.

     Все вышеперечисленные трансиверы имеют канал компьютерного управления (CAT), причем каждая фирма поддерживает собственный протокол управления.

      Возможность установки дополнительного модуля 23 см имеют только трансиверы TS-790, FT-736 и IC-970.

Возможность  установки  дополнительного модуля 13 см имеет только трансивер IC-970.

Трансивер Yaesu  FT-736  требует  замены  фильтра  ПЧ 455 кгц и вывода сигналов радиоканала на заднюю стенку.

Трансивер IC-820  и  IC-821 не требуют никаких модификаций.

Трансивер Kenwood  TS-790  требует  вывода   сигналов   с   частотного дискриминатора  и  варикапа  модулятора  на  разъем  на  задней стенке.

Трансивер IC-970 требует аналогичных модификаций.

Персональный компьютер 

     К персональному компьютеру не  предъявляются  какие-либо  жесткие требования.  Программное  обеспечение  WISP существует в двух версиях: WISP под Windows 3.1 и WISP под Windows  95/Windows  NT.  Для  первого случая подойдет любой персональный компьютер на базе i386 и выше,  для второго — i486 и выше.

Антенно-фидерное устройство 

     Главным требованием, предъявляемым к антенно-фидерному устройству и радиоканалу,  является  обеспечение связи со спутником c углов места (элевации) менее 5 градусов.

     Для работы через спутники лучше всего использовать антенны с круговой правосторонней поляризацией. Конструктивно это обычно антенны типа   «волновой   канал» с расположением на единой траверсе в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Некоторые фирмы предлагают антенны с переключателем поляризации,  однако эта опция обычно лишняя. Следующие фирмы предлагают антенны, разработанные специально для спутниковой связи: Cushcraft, Hygain, M2, KLM, Maspro, Tonna. Для диапазона 2м хорошие результаты обеспечат антенны Cross-Yagi с количеством элементов от 2х8 до 2х12. Для диапазона 70 см хорошие результаты могут быть получены с антеннами  Cross-Yagi  с  количеством элементов от 2х15 до 2х21. Длина траверсы колеблется в этих вариантах от 4.5 до 6.5 метров. Можно порекомендовать спутниковые антенны фирмы Hy-gain, где в наборе присутствует также поперечная высокопрочная пластиковая перекладина, для соединения траверс антенн для 2м и 70 см. Если  предполагается  использовать  диапазон   23   см,   то   антенна устанавливается на этой перекладине.

     Установка антенного приемного усилителя имеет смысл только непосредственно на антенне (однако в этом случае 70 см антенну нельзя использовать  на  передачу  не  предприняв  мер  по  коммутации  этого усилителя), если низок уровень индустриальных шумов и потери в кабеле значительны.

  Высота установки антенны не играет большой роли, если в непосредственной близости нет  препятствий типа металлических конструкций, домов, леса, гор и т.п. Гораздо большее значение имеет собственно местоположение спутниковой станции. Дело в том, что диапазон 430-440 МГц, используемый  для  приема со  спутника, отдан любителям на вторичной основе, и в последнее время в этом участке в Москве появилось много коммерческих радиостанций (транковых и аналоговых ретрансляторов). Некоторые из них сильно мешают приему со спутника,  например,  имеют  входные каналы  ретранслятора  точно   на частотах пакетных спутников. UA3CR, первый в СНГ, кто начал работать с пакетными спутниками,  вынужден был перенести свою спутниковую станцию из Москвы за город. Пакетная спутниковая станция RA3APW также расположена вне пределов Москвы.

Антенное поворотное устройство

     Лучшими вариантами поворотных устройств  являются  изделия  фирмы Yaesu типа G5400 и G5600 (более мощный вариант). Антенное поворотное устройство должно обеспечивать ориентацию антенн в двух плоскостях на спутник и иметь канал управления с компьютера.

     Антенное поворотное устройство состоит из двух узлов: собственно поворотного устройства, устанавливаемого на вершине антенной мачты и блока управления с индикаторами положения антенн и разъемом внешнего компьютерного управления, располагаемого на рабочем столе.

     Блок управления соединяется с поворотным устройством двумя кабелями (для горизонтальной и вертикальной плоскости) по 6 проводов в каждом.  Удобно использовать для этих целей кабель «витая пара» (TP) Ethernet.  При  использовании  переключателя  поляризации используются оставшиеся два провода в «витой паре».

Контроллер пакетной радиосвязи на скорость 9600 б/с

Контроллер пакетной связи должен:

Можно использовать любые 9600 б/с TNC типа:

  • фирмы Kantronics типа KPC-9612;
  • фирмы AEA типа PK-96, PK-900, DSP-12, DSP-2232;
  • фирмы  MFJ  типа  MFJ-1270,MFJ-1274,MFJ-1278  с  дополнительной платой 9600 б/с модема G3RUH;
  • других  клонов  TNC2  и 9600 б/с модема G3RUH;
  • TNC2W-9600

Компьютерное устройство управления антеннами и трансивером

     Компьютерное устройство управления антеннами и трансивером предназначено для автоматического управления поворотным механизмом антенн  в  двух  плоскостях  (азимут/элевация)  и  управления режимами трансивера  (виды  модуляции  и  подстройки   доплеровской   частотной поправки по каналам вверх/вниз). Одни устройства управления используют процессор компьютера  для расчета орбит и параметров управления (KCTT, FodTrack),  другие используют отдельный микроконтроллер для этих целей (Trakbox).

     Конструктивно такие устройства выполняются либо в виде компьютерной  платы,  устанавливаемой в ISA слот, либо в виде самостоятельного блока, подключаемого к компьютеру через последовательные и параллельные порты.

     При выборе трансивера и устройства управления убедитесь,  что они совместимы друг с другом. Наиболее популярные в настоящее время устройства управления:

  • KCTT (Kansas   City  Tracker/Tuner)  —  ISA  плата  в  компьютер. Поддерживается WISP;
  • Trakbox (разработка  JA6FTL)   —   отдельный   блок   на   основе микроконтроллера  80С52,  расчет  орбит  и  выдача сигналов управления выполняется  внутренним  микроконтроллером  на   основе   загружаемого кеплеровского файла данных;
  • FodTrack (разработка XQ2FOD) — отдельный блок, достаточно простой для самостоятельного повторения, работающий только под DOS.

В качестве примера привожу конфигурацию спутниковой  пакетной  станции RA3APW

  • Трансивер: TS-790A
  • Компьютер: Pentium 133
  • Антенна 2м: 2×8 элементов (Hy-Gain модель 216SAT)
  • Антенна 70см: 2х15 элементов (Hy-Gain модель 215SAT)
  • Поворотное устройство: G-5400B
  • Пакетный контроллер на 9600 б/с: TNC2.APW-9600
  • Устройство управления: KCTT
  • Программное обеспечение: WISP (зарегистрированное)