LilacSat-1

 

por PY4ZBZ     em  13-06-2017      rev. 20-07-2017

 

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Modulo PY4ZBZ

Problema de atitude

 

 

O LilacSat-1 ou ON02CN é um cubesat chinês, da serie QB50, que foi ejetado da ISS no final de maio 2017.

Além de executar vários experimentos científicos, contém um repetidor radioamador inovador: subida em FM e descida em voz codificada digitalmente em Codec2 a 9k6 BPSK CCSDS FEC, simultaneamente com dados de telemetria.

 

Espectro da transmissão BPSK a 9k6 do LilacSat-1:

 

Para decodificar tanto a telemetria como a voz digital é preciso usar um software receptor e decodificador criado no GNUradio companion (GRC) que roda em Linux, e está disponível aqui. Uma vez criado o CD Live com o arquivo ISO de 1,7 GB, esse pode ser usado para dar boot em qualquer PC, pois vai carregar o Ubuntu, GNUradio companion, e todos os demais módulos necessários. Também pode ser criado um pendrive USB "bootavel" com o arquivo ISO, e a sua carga é muito mais rápida que pelo DVD. Vai abrir a seguinte tela:

Os módulos (flowcharts) estão na pasta LilacSat-1:

 

É preciso rodar 3 programas : o Lilacsat-1 Proxy, o Frontend (que tem 3 opções de hardware: RTL-SDR, FCDproPlus e UHD) e o Demod-Lilacsat1.

 

1 - Configuração do Proxy para PY4ZBZ:

A figura seguinte mostra o Proxy em execução (com o Frontend e o Decoder já funcionando) e com os dados de telemetria sendo enviados online para o servidor do LilacSat na China:

 

2 - A figura seguinte mostra o flowgraph do Frontend usando o RTL-SDR:

 

As propriedades do bloco RTL-SDR Source devem ser ajustadas com o valor da correção em PPM do oscilador do dongle SDR-RTL, usando o mesmo valor acertado com o SDR# por exemplo, ou por tentativa/erro até que um sinal de freqüência confiável (em 436,510 MHz por exemplo) esteja recebido na posição correta, como mostra a figura seguinte do Frontend em execução. (Obs. : essa tela do Frontend mostra o espectrograma UHF sem correção Doppler, que é feita no modulo decoder, como mostrado mais abaixo):

 

3 - O sinal recebido pelo Frontend é enviado via UDP ao Flowgraph Decoder, onde, entre muitas outras coisas bem complexas, é feita a correção automática do Doppler (bloco Plan13 CC) baseada nas coordenadas do receptor e fonte de TLE informadas no Proxy:

 

A figura seguinte mostra o Decoder funcionado com o sinal do LilacSat-1 :

 

A figura seguinte mostra os dois sinais de FI para o AOS (com +10kHz de Doppler), TCA (Doppler zero) e LOS (com  -10kHz de Doppler):

 

A figura seguinte mostra, online, no site do LilacSat-1, quem está enviando dados:

 

Vejam aqui um vídeo feito por Luciano PY5LF com o nosso primeiro QSO (e 1° na America do Sul) em FM>Codec2 no LilacSat-1:

 

 

Recepção de 14-06-2017, com o LilacSat-1 a 11 graus de elevação:

 

Ouçam aqui o áudio do meu retorno.

 

A figura seguinte mostra o significado da constelação:

 

 

Ouçam aqui parte do QSO com Luciano PY5LF em 16-06-2017, gravação direta do retorno digital do satélite.

 

Programa de teste

 

Para aprender um pouco e brincar com o GNU Radio, fiz um novo flowgraph unindo o frontend (para RTL-SDR) e o demod em um só modulo. E para poder fazer um ajuste fino da sintonia (para corrigir eventuais erros de freqüência do satélite, da correção Doppler e da estação local) implementei o ajuste dF, que permite centrar o sinal do satélite bem no meio do filtro passa-faixa da Zero-FI (espectro em vermelho, já com o Doppler corrigido automaticamente). O programa também grava automaticamente um arquivo de áudio da voz digital recebida em saida2.wav. Também eliminei o bloco FLL Band-Edge pois esse não se comporta bem na presença de determinadas interferências.

Em execução mostra a seguinte tela:

O ajuste G bb é do ganho na banda base e normalmente não precisa ser mudado. O ajuste G rf controla o ganho do RTL-SDR dongle. O espectrograma da direita mostra o sinal do satélite em banda base (zero FI) e sem a correção Doppler, e onde o zero corresponde à freqüência nominal do LilacSat-1 de 436,510 MHz. Na imagem acima, por exemplo, o satélite está quase no LOS, pois está 8 kHz abaixo da nominal. Obs.: não esquecer de ajustar os ppm do seu hardware RTL-SDR como descrito mais acima !

O arquivo lilacsat-1-PY4ZBZ.grc pode ser baixado aqui.

 

A partir de 17-07-2017 o sinal do LilacSat-1 passou a apresentar um forte QSB, variando entre polarização H e V ciclicamente, provavelmente por causa de um problema no controle de atitude, como mostra a figura seguinte:

 

A figura seguinte mostra um gráfico da variação de amplitude (linear) do sinal recebido, com antena em polarização horizontal, em função do tempo:

 

Reportamos o problema para o HIT e obtivemos a seguinte resposta em 19-07, confirmando o problema com o giroscópio:

Hi Roland,

Thank you for your report!

The cubesat did spin fast after we used a wrong correction parameter of the gyroscope, maybe since Jul 17. 

The angle rate was too hight that the control frequency we used can not handle. We have adjuested the control frequency to try to solve this. Will see if it works tonight.

73!    Wei BG2BHC 

 

Em 20-07 o problema ainda continua...:

 

 

73 de Roland PY4ZBZ

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