LochnerElektronika

Sunsat SO-35 - Modes and Frequency Allocations
The Hardware Book deur Joakim Ögren
QuestLink EE Design Center
Texas Instruments
TAPR: Tuscon Amateur Packet Radio
AMSAT: The Radio Amateur Satellite Corporation

'n Referaat is in Augustus 2000 by die SAIEE se Satelliet 2000 Simposium in Midrand gelewer: APRS- en ander digitale dienste van Sunsat Oscar-35 (PDF, 1063 kG).  Verskillende strategieë om die datatempo vanaf Sunsat te verhoog word bespreek.  Dis een van die temas van my huidige studie, wat nou einde se kant toe staan.  ;-)

Sunsat is op 23 Februarie 1999 om 12:29:55 (SA-tyd) vanaf die Kaliforniese Vandenberg-lugmagbasis gelanseer.  Dit was die elfde probeerslag sedert 14 Januarie 1999.  Sowat 100 minute later, om 14:09:59, het hy van die Delta II vuurpyl se tweede fase geskei.  Sy eerste omwenteling het 99.6 minute geduur, met 'n apogeum van 857 km, perigeum van 644 km en inklinasie van 96.5 grade.

Besoek Florida Today se argiewe vir 'n omvattende rekord van al die lanseerpogings en die uiteindelike sukses.  Sunsat se eie webruimte is ook volgeprop met interessante inligting.  Die nuutste Kepler-elemente vir wentelbaansimulasies kan afgelaai word van CelesTrak of NORAD se Orbital Information Group.  Dit kan direk afgelaai word as amateur.tle.

Identifikasienommers is aan Sunsat toegeken vir opname in 'n verskeidenheid van katalogusse.  Sy Internasionale Aanwyser is 1999-008C, dus die derde gedeelte van die agste lansering van 1999.  Sy SSC- (akroniem vir Satellite/Space Catalog) of NORAD-nommer (akroniem vir North American Aerospace Defense Command) is 25636.  Sedert sy lansering het Sunsat ook 'n OSCAR-nommer (akroniem vir Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) ontvang.  In die radio-amateur-gemeenskap sal hy voortaan bekend staan as Sunsat Oscar-35, of kortweg SO-35.

Die toekenning van opeenvolgende OSCAR-nommers aan nuwe amateur-radio satelliete is 'n tradisie wat terugdateer na die lansering van die heel eerste een, OSCAR-1, op 12 Desember 1961 (ook vanaf die Vandenberg-lugmagbasis).  Om vir 'n OSCAR-nommer te kwalifiseer moet die satelliet in 'n wentelbaan geplaas word en minstens een radiosender moet op 'n amateurband uitsaai.  Die bouers / eienaars van die satelliet moet dan formeel aansoek doen vir 'n nommer.

Die klingel (8 bis, 8 kHz WAV-lêer; 16 kB) word gehoor op 436.300 MHz wanneer die eerste aanboordrekenaar (OBC1, met 'n Intel 80188EC verwerker) aangeskakel word en bepaalde stelseltoetse suksesvol afgeloop het.  Dit word gestuur teen lae-drywing (1.5 W; die ruisvlak is gevolglik hoog).  Speletjie-verslaafdes sal die oudio dadelik herken: dit is uit War Craft 2 gegryp.  Die klingel is die eerste keer gehoor tydens die tweede oggend-verbyvlug van 26 Februarie 1999.

Hier is 'n uittreksel van die boodskap (8 bis, 8 kHz WAV-lêer; 196 kB) wat gehoor word op 436.250 MHz wanneer die tweede aanboordrekenaar (OBC2, met 'n Intel 80386EX verwerker) aangeskakel word en bepaalde stelseltoetse suksesvol afgeloop het.  Die sein kan teen beide hoë en lae drywing gestuur word (8 W en 1.5 W, onderskeidelik).  Die boodskap is die eerste keer gehoor tydens die tweede oggend-verbyvlug van 16 Maart 1999.
 

Golfvorm van Sunsat se 1200 baud, Bell 202, AFSK-modem

FIGUUR 1: Golfvorm van Sunsat se 1200 baud, CCITT V.23, AFSK-modem, soos gemeet in die grondstasie op 3 Maart 1999.  Die twee frekwensies waartussen geskakel word (1300 Hz vir 'n een en 2100 Hz vir 'n nul) is sigbaar.

Die 1200 baud sein (8 bis, 16 kHz WAV-lêer; 79 kB) word gehoor op 436.250 MHz wanneer telemetrie afgelaai word.  Dit is dikwels die eerste aanduiding in die grondstasie dat daar met Sunsat kontak gemaak is.  Die 1200 baud, CCITT V.23, AFSK-modem skakel tussen twee frekwensies (1300 Hz en 2100 Hz).  Die twee frekwensies stel onderskeidelik die ene en nulle van die digitale kommunikasie voor.

Die modem word gebruik vir die aflaai van intydse telemetrie (data van sowat vyftig sensors wat, onder meer, spannings, strome, temperature en ligintensiteit in en om Sunsat meet) en die oplaai van telebevele.  Die sein kan teen beide hoë en lae drywing gestuur word (8 W en 1.5 W, onderskeidelik).  Dit is die eerste keer gehoor tydens die eerste oggend-verbyvlug van 24 Februarie 1999.
 

Oogpatroon van Sunsat se 9600 baud G3RUH-modem

FIGUUR 2: Oogpatroon van Sunsat se 9600 baud G3RUH-modem, soos gemeet in die grondstasie op 5 Maart 1999.  Heelwat vervorming kom voor as gevolg van kanaaleffekte en ruis.  Goeie effening verseker egter dat betroubare kommunikasie steeds moontlik is.

Die 9600 baud sein (8 bis, 22 kHz WAV-lêer; 108 kB) word gehoor op 436.250 MHz wanneer 'n hoëspoed dataskakel tussen die grondstasie en 'n aanboordrekenaar opgestel is.  Die 9600 baud G3RUH-modem skakel tussen 'n hoë en 'n lae spanningsvlak met geleidelike oorgange om die ene en nulle van die digitale kommunikasie voor te stel.  Weens die hoë datatempo klink dit baie soos ruis!  In die opname is die harder dele werklik ruis, terwyl die sagter dele AX.25-pakkies is (AX.25 is 'n protokol wat spesifiek vir hierdie tipe kommunikasie ontwikkel is).

Die modem word gebruik vir die aflaai van WOD-lêers (whole orbit data; 'n gestoorde rekord van sensorlesings oor 'n periode wat etlike wentelbane kan duur) en die oplaai van dagboeke (skedules wat uitgevoer word wanneer Sunsat buite hoorafstand van die grondstasie is).  Die sein kan teen beide hoë en lae drywing gestuur word (8 W en 1.5 W, onderskeidelik).  Dit is die eerste keer gehoor tydens die tweede oggend-verbyvlug van 26 Februarie 1999.

Sunsat kan in 'n herhalermodus opgestel word sodat 'n ontvangde sein versterk en oor 'n veel groter gebied (op 'n ander frekwensie) uitgesaai word.  Sodoende kan radio-amateurs oor die volle bereik van Sunsat se voetspoor (die gedeelte van die aardoppervlak vanwaar die satelliet op 'n gegewe oomblik bo die horison is) met mekaar kontak maak.

Die opstelling is in werking gestel tydens die tweede middag-verbyvlug van 14 Maart 1999, met 'n op-skakel by 145.825 MHz en 'n af-skakel by 436.250 MHz.  Luister na die verloop van hierdie eerste herhalerkontak (8 bis, 8 kHz WAV-lêer; 1368 kB) tussen ZR1AFH in Stellenbosch en ZS5AKV in Durban.  Die uitsending is teen hoë drywing (8 W) gedoen.
 

Televisiebeeld vanaf Sunsat se sub-miniatuur CCD-videokamera

FIGUUR 3: Televisiebeeld vanaf Sunsat se sub-miniatuur CCD-videokamera, soos ontvang in die grondstasie op 13 Mei 1999.  Links-onder op die beeld is een van die elemente van die draaihek UHF-antenne sigbaar, met die dunner monopool BHF-antenne net daarbó.  Op die hoeke is die rande van die gat waardeur die kamera loer.

Sunsat is toegerus met 'n sub-miniatuur CCD-videokamera met 'n beeldhoek van 92 grade.  Hiermee kan intydse PAL-video tydens verbyvlugte by 2.25 GHz uitgesaai word.  Sulke uitsendings word teen 4 W gedoen.  Nadat vroeëre pogings om die stelsel vanaf die grond aan te skakel misluk het, word die aanskakelwerk nou met 'n dagboek gedoen.  Die eerste beelde is ontvang tydens die tweede middag-verbyvlug van 11 Mei 1999.  Die verbyvlug was laag en die beeldkwaliteit swak.

Op 12 Mei is die volgvermoë van die 4.5 m skottel by die Sunsat-grondstasie opgegradeer.  Die Groensat-grondstasie by die Overberg-toetsbaan (naby Bredasdorp) kon egter beelde van 'n wolkbedekte Atlantiese Oseaan ontvang.  Die eerste landbeelde is ontvang tydens die eerste middag-verbyvlug van 13 Mei.  Suider-Afrika is toe in volle glorie aan beide grondstasies onthul!
 

Uittreksel geneem uit die eerste foto vanaf Sunsat se hoëresolusie CCD-lynkamera.

FIGUUR 4: Uittreksel van 8.8 km × 9.0 km, geneem uit die eerste foto vanaf Sunsat se hoëresolusie CCD-lynkamera.  Die beeld, in die naby-infrarooi spektrale band, is van die omgewing van Sunnyside, Utah (39° 33' 36" N, 110° 52' 08" W).  Dit is geneem om 21:48:15 op 11 Junie 1999, van 821 km bo seespieël.

Sunsat se hoofloonvrag is 'n 3456 pixel Cassegrain CCD-lynkamera met 'n beeldhoek van 3.78 grade.  Drie monochroom beelde, in die naby-infrarooi (730 tot 900 nm), rooi (620 tot 690 nm) en groen (520 tot 620 nm) spektrale bande, word gelyktydig lyn-vir-lyn ingeskandeer soos die satelliet om die aarde wentel.  Deur rotasie van die kamerabuis is die neem van stereopare moontlik.

Ná vele mislukte pogings om beelde langs die 40 Mbis/s S-band QPSK-stelsel af te kry, is die eerste beeld (ter bevestiging van die kamera se werking) met die 9600 bis/s UHF FSK-stelsel afgelaai.  Hoewel kommunikasie aansienlik verbeter is deur die montering van 'n UHF-voer op die 4.5 m skottel, is laasgenoemde stelsel steeds te stadig om driekleur beelde binne 'n redelike tyd op die grond te kry.

Die eerste foto is geneem om 21:48:15 op 11 Junie 1999.  Sowat 1.91 MG (net meer as 573 lyne) van die naby-infrarooi kanaal is afgelaai tydens vyf verbyvlugte op 12 en 13 Junie.  Vorentoe sal hoër effektiewe datatempo's verkry kan word deur datakompressie op die satelliet te doen en deur 'n hoëspoed-modem op die aanboord Motorola DSP56002 te implementeer.
 

Uittreksel uit 'n valskleurfoto van die Kafuerivier, geneem deur Sunsat se hoëresolusie CCD-lynkamera.

FIGUUR 5: Uittreksel van 12.9 km × 9.7 km uit 'n valskleurfoto van die Kafuerivier, geneem deur Sunsat se hoëresolusie CCD-lynkamera.  Die driekanaal beeld is van 'n gebied sowat 120 km SW van Lusaka, Zambië (16° 07' 52" S, 27° 28' 16" O).  Dit is geneem om 11:51:55 op 1 September 1999, van 661 km bo seespieël.  Kliek op die foto vir 'n volresolusie BMP-weergawe, gereed vir 'n agtergrond.

Met behulp van Sunsat se DSP-verwerker (eerste keer getoets tydens die tweede aand-verbyvlug van 18 November 1999) kan 'n verskeidenheid ander funksies bygevoeg word.  Arbitrêre golfvorms kan opgewek en uitgesaai word; so ook morsekode-boodskappe.  By geleentheid kan Sunsat se morsekode-baken (8 bis, 8 kHz WAV-lêer; 108 kB) op die UHF of VHF bande gehoor word (eerste keer gespeel tydens die tweede aand-verbyvlug van 6 Desember 1999).

Soortgelyk aan die herhalermodus, kan Sunsat ook in 'n papegaai-herhalermodus geplaas word.  DSP-sagteware luister na 'n bepaalde frekwensie (tipies VHF, waar baie meer radio-amateurs kan uitsaai) en neem dit op vir 10 sekondes.  Daarna word die opname op dieselfde frekwensie teruggespeel vir almal binne die satelliet se voetspoor.  Die wye dekking wat deur 'n satelliet-herhaler verkry word, word dus vir baie meer mense toeganklik.

Die papegaai-herhaler is in werking gestel tydens die tweede aand-verbyvlug van 12 Desember 1999, met 'n op- en af-skakel by 145.825 MHz.  Luister na die verloop van hierdie eerste papegaai-herhalerkontak (8 bis, 8 kHz WAV-lêer; 719 kB) tussen ZS1PK in Stellenbosch en ZS2ACP in Port Elizabeth (die amateur uit Johannesburg se roepsein is ongelukkig onhoorbaar; as dit jy is, laat my weet).  'n Enkeltoon dui die begin van die opneemtyd aan; 'n dubbeltoon die begin van die terugspeeltyd.  Die uitsending is teen hoë drywing (4 W) gedoen.

Sunsat is soms met die blote oog sigbaar wanneer dit saans na skemer oor 'n donker aarde in die sonlig inbeweeg.  Sover bekend, is die satelliet die eerste keer gesien vanaf Heroldsbaai, in die Suid-Kaap, tydens die eerste aand-verbyvlug van 13 Januarie 2000.  Besoek Heavens-Above vir voorspellings van wanneer Sunsat en ander satelliete sigbaar is.
 

  Op-skakel Af-skakel Opmerkings
Modus B herhaler 436.291 MHz 145.825 MHz aktief volgens skedule
Modus J herhaler 145.825 MHz 436.250 MHz moet geskeduleer word
Papegaai-herhaler 145.825 MHz 145.825 MHz moet geskeduleer word
Morsekode-sein   145.825 MHz baken of boodskap; moet geskeduleer word
1200 bis/s AFSK 145.825 MHz 436.250 MHz * CCITT V.23 geraamde telebevel / telemetrie
9600 bis/s PAM 145.850 MHz 436.250 MHz * G3RUH AX.25 data-skakel
OBC1 se klingel   436.300 MHz * ná herstel van 80188EC
OBC2 se klingel   436.250 MHz * ná herstel van 80386EX
Intydse PAL-video   2.250 GHz * moet geskeduleer word
Modus LS transponder 1.265 GHz 2.400 GHz * nog nie getoets nie; moet geskeduleer word


TABEL 1: Sunsat se modusse en frekwensie-toewysings.  Alle skakels is FM, behalwe die Modus LS transponder.  Modusse kan vir spesiale geleenthede geskeduleer word, mits dit vroegtydig gereël word.  Behalwe oor naweke, word verbyvlugte oor Suid-Afrika voltyds benut vir dataverkryging.  Gevolglik kan sulke geleenthede meer dikwels oor ander wêrelddele ondersteun word.  Sterre identifiseer modusse wat tans net oor Suid-Afrika aangeskakel word.

Gaan loer by Satellites on Rails hoe lekker VK3JED van Melbourne met Sunsat speel.  Die ouens daar in Australië en Nieu-Seeland gebruik hom oor naweke, wanneer hy in sy herhalermodus is, om te gesels tussen treine, trems en busse.  Daar is opnames van baie van hul verbyvlugte, sowel as instruksies vir 'n eerste kontak via Sunsat.

Let op dat die aangeduide frekwensies 'n Doppler-korreksie moet ondergaan vir suiwer ontvangs.  Dit kan bepaal word met 'n groot verskeidenheid programme.  Hulle het tipies die satelliet se Kepler-elemente en bakenfrekwensie, asook die waarnemer se koördinate nodig (Stellenbosch s'n is 33° 55' 40" S, 18° 51' 58" O, 230 m bo seespieël).  Kry jou koördinate by Heavens-Above.


Sunsat is 'n mikrosatelliet wat tussen 1992 en 1998 binne die departement Elektriese en Elektroniese Ingenieurswese aan die Universiteit van Stellenbosch ontwikkel is.

NASA sal Sunsat eersdaags saam met twee ander satelliete vanaf die Kaliforniese Vandenberg-lugmagbasis lanseer.  'n Boeing Delta II vuurpyl dra die Amerikaanse Argos as primêre loonvrag met Sunsat en die Deense Ørsted as sekondêre loonvragte.

Albert Hammond sing "It never rains in Southern California".  Vergeet maar van reën: dit lyk nie of die wind in Kalifornië ooit gaan lê nie.  Besoek Florida Today om te sien wanneer die volgende lanseerpoging plaasvind.  Intydse videodekking van elke poging word gelewer deur Boeing.


'n Studie van die G3RUH-modem is gedurende 1997 onderneem.  Die projek word kortliks opgesom:

Die G3RUH is 'n 9 600 bis/s, voldupleks, basisband, pulsamplitude-modulasie modem vir pakkieradio-kommunikasie op nouband frekwensiemodulasie-skakels.  Dit stel sedert die middel-tagtigerjare die standaard vir amateurradio-modems.

Met die analoog modem se stroombaandiagram as vertrekpunt word 'n blokdiagram vir die hoëvlak-beskouing van die stelsel ontwikkel.  Dit dien as basis vir die wiskundige ontleding van die modem met MATLAB en die digitale implementering daarvan op Motorola se DSP56002EVM.

Die ontleding lei tot 'n grafiese voorstelling van toetspuntseine.  Die stroombaandiagram / blokdiagram / seinvoorstelling kombinasie is 'n uitstaande hulpmiddel vir verdere studie.  Foute in die oorspronklike modemontwerp en die Sunsat-variasie daarvan word geïdentifiseer en verbeterings word aanbeveel.  MATLAB-kode vir die modemsimulasie, effening van die kommunikasiekanaal en die lees en skryf van die modulator-EPROM is ontwikkel en word verantwoord.

Die DSP-implementering is 'n toekomstige toevoeging tot Sunsat se grondbeheer- en veldstasies.  Die beskikbaarstelling daarvan aan buite-instansies, vir gebruik van Sunsat se kommunikasiefasiliteite, word in die vooruitsig gestel.

'n Verslag is beskikbaar in PDF-formaat.  Dit kan gelees word met Adobe se Acrobat Reader 3.01.  Kry die leser hier of gaan na Adobe vir die nuutste weergawe of meer inligting:

Ander skakels van belang:


Die ontwikkelingsgeskiedenis van Sunsat kan van begin tot einde in Afrikaans vertel word.  Dié ontwikkeling, net soos al ons hoëvlakprestasies en ander kundigheid eie aan ons universiteit, het Afrikaans in sy funksie van wetenskaptaal verfyn en verryk.  En aan die US word hierdie ryke wins aangegee, om 'n blink en bruikbare instrument vir die verwerwing van kennis en insig in die mond en denke van jong Afrikaansgebruikers te kan wees.
— Professor Elize Botha, US-kanselier, 4 Maart 1999.