Принимаем изображения со спутников Метеор-М2 в HRPT

Ранее мы рассмотрели самодельный ротатор для СВЧ-антенн, а также подружили его с GPredict. Пришло время применить устройство для чего-то полезного. Попробуем принять с его помощью метеоспутники Метеор-М2.

Давние подписчики могут помнить, как когда-то мы принимали изображения с Метеор-М2 в LRPT на частоте 137.9 МГц. Также спутники Метеор-М2 передают в формате HRPT на 1700 МГц. Сегодня мы займемся этой частотой. На орбите в данный момент находится два спутника серии Метеор-М2 – это М2-3 и М2-4. Запуски М2-5 и М2-6 запланированы на 2027 и 2028 годы соответственно.

Для приема воспользуемся антенной хеликон:

Каркас для спирали и рефлектор напечатаны на 3D-принтере. Исходники для OpenSCAD и файлы STL вы найдете в этом репозитории на GitHub.

Спираль содержит шесть витков. Можно напечатать каркас и большей высоты, но тогда его придется склеивать из частей. На первых порах этого хотелось избежать. Использована медная проволока толщиной 2.5 мм.

Конус аппроксимируется пирамидой с большим числом граней. В данном случае их 42 штуки. Грани можно либо склеить суперклеем, либо соединить винтами и гайками M3. Клеить быстрее и удобнее. Пока клей сохнет, детали прижимаются канцелярскими зажимами. Законченный конус обклеивается медным скотчем с токопроводящим клеевым слоем.

Для согласования антенны применена микрополосковая линия из меди. Она была рассчитана в Qucs-S. Размеры получились 44 x 8 x 0.5 мм. Линия идет примерно в 5 мм от рефлектора. Тонкая настройка осуществляется по VNA путем сгибания линии:

Вес хеликона составил 1130 г. Поворотка данный вес не держит. Напечатанный на 3D-принтере шкив крепится к стальной трубке прижимными винтами. Под такой нагрузкой он стал проворачиваться.

Был спроектирован новый шкив. Он крепится при помощи винта M3, проходящего через трубку насквозь. Это называется сквозное штифтование. Трубка была заменена на алюминиевую с внешним диаметром 8 мм и толщиной стенок 2 мм. Чтобы ровно просверлить ее шуруповертом, на 3D-принтере печатается деталь, задающая направление для сверла. Это называется сверлильный кондуктор. Трубка помещается в кондуктор. Кондуктор сдавливается в тисках, чтобы трубка не могла в нем провернуться. Сверление осуществляется через отверстие в кондукторе. Оба отверстия в трубке сверлятся за один проход, а не по очереди с разных сторон.

Шкив печатается с древовидными поддержками. Поверхность, от которой отошли поддержки, проходим надфилем. Иначе ремень будет цепляться за неровности. Чтобы не повредить зубья, во время работы надфилем закрываем их кусочком ремня. PETG не обрабатывается механически, и поддержки отходят от него неохотно. Поэтому для шкива используем PLA.

Крепление для антенны я тоже перевел на сквозные штифты. Сверлильным кондуктором для крепления выступает жертвенная копия крепления. Архив с доработками механики вы найдете здесь.

Помимо антенны и улучшенной поворотки нам понадобится специальная синяя плата, вот такая:

В интернет-магазинах ее можно найти по запросу «saw bpf 1690 mhz». Плата представляет собой МШУ, за которым стоит SAW-фильтр на 1690 МГц, за которым стоит второй МШУ. Является аналогом SAWBird+ GOES от компании Nooelec. В принципе, SAW-фильтр и пару МШУ можно приобрести по отдельности, но экономически это невыгодно.

Плата была измерена при помощи HackRF, MAX2870 и QSpectrumAnalyzer. Схема обладает общим усилением 20 dB. Полоса по уровню -3 dB составляет 70 МГц, от 1650 МГц до 1720 МГц. Мне показалось, что усиления 20 dB может быть маловато, поэтому на выходе платы я поставил еще один МШУ из запасов. Это проверенный модуль на базе QPL9547. На 1700 МГц он обладает коэффициентом шума 0.65 dB и усилением 19 dB.

Для минимизации потерь синяя плата и дополнительный МШУ крепятся прямо на разъеме антенны. Напряжение питания 5 В берется с линейного регулятора LM7805. На первом фото его можно разглядеть под конусом. От МШУ к приемнику идет один метр кабеля RG58, обжатый под SMA. В качестве приемника я выбрал LimeSDR, поскольку он обладает высоким динамическим диапазоном. По опыту других радиолюбителей RTL-SDR и HackRF тоже подходят для задачи.

Настройки SDR лучше подобрать до прохода спутника, а не во время. Будучи дома, включаем маломощный передатчик на 1700 МГц и оптимизируем настройки по максимуму SNR. Для LimeSDR я получил следующие параметры: LNA 30, TIA 0, PGA 8.

Для декодирования HRPT воспользуемся SatDump. Программа работает под Linux, MacOS, Windows и Android. В случае Ubuntu Linux качаем последнюю сборку из раздела Releases и говорим:

Ближайшие проходы спутников определяем по GPredict. Проходы с элевацией 30° и выше – это хорошие, годные проходы. Главное, чтобы горизонт был чист в соответствующем направлении.

В SatDump переходим на вкладку Recorder. В разделе Device выбираем SDR. Частоту дискретизации указываем 4 Msps или ближайшее доступное значение. Нажимаем Start. Ниже в разделе Processing ищем пайплайн с названием METEOR HRPT. Ставим галочку DC Blocking и выбираем частоту Main. Частота приема автоматически меняется на 1700 МГц. В GPredict настраиваем трекинг нужного спутника. Ждем, пока он не появится над горизонтом. Возвращаемся в SatDump и в разделе Processing нажимаем Start.

Fun fact! SatDump учитывает эффект Допплера автоматически. Интегрироваться для этого с GPredict не нужно. Удобно.

Когда спутник поднимется повыше, в SatDump мы должны видеть следующее:

Важно, чтобы Deframer находился в состоянии SYNCED. Ждем завершения прохода. В разделе Processing нажимаем Stop. В нижней части интерфейса наблюдаем за процессом декодирования сигнала. По завершении ищем изображения в каталоге ~/live_output.

Вот одна из принятых мной картинок:

Элевация спутника в данном пролете не превышала 37°. В каталоге ~/live_output есть и другие изображения – в инфракрасном спектре, с информацией о высоте облаков и так далее.

Помимо Метеор-М2 есть еще спутники Metop-B и Metop-C. Качественно они похожи, но передают на 1701.3 МГц и требуют SDR с частотой дискретизации не менее 5 Msps. Их мы попробуем принять в другой раз.