Práce s amatérskými družicemi tradičně znamená kombinovat více programů. Jeden zajišťuje výpočet polohy družice a predikci přeletu, další ovládá SDR, iný rieši Dopplerov posun a pri príjme telemetrie, SSTV nebo digitálních dat přibývají další nástroje. SkyRoof přistupuje k tomuto problému jinak. Jedná se o open-source 64bitovou aplikaci pro Windows, která spojuje satelitní tracking a SDR funkce do jednoho pracovního prostředí.
V článku se dočtete
Co je SkyRoof a komu může být užitečný
SkyRoof je určen radioamatérům a uživatelům, kteří se věnují příjmu a provozu přes satelity. Program může fungovat i bez SDR nebo dokonce bez připojeného rádia, přičemž v takovém případě zůstávají dostupné především trackingové a informační funkce. Při připojení SDR se však otevírají hlavní možnosti programu – waterfall, přijímač, Doppler tracking, dekódování telemetrie a další funkce související s příjmem satelitních signálů.
Po prvním spuštění SkyRoof požaduje minimálně šestiznakový lokátor. Volitelně lze zadat radioamatérskou značku a nadmořskou výšku. Program následně stáhne satelitní údaje a připraví FFT konfiguraci. Satelitní data se později automaticky aktualizují; seznam satelitů se stahuje každých sedm dní a TLE data každých 24 hodin.
Tracking a predikce přeletů
Trackingová část poskytuje aktuální polohu vybrané družice a predikci jejích budoucích přeletů. Důležitou součástí je databáze satelitů, ve které lze vyhledávat podle názvu, volací značky nebo NORAD ID. Záznamy lze filtrovat podle pásma, typu rádiového systému a služby. Pro radioamatérský provoz je praktická možnost vytvářet vlastní skupiny družic, například podle pásma nebo způsobu provozu.
SkyRoof pracuje se čtyřmi způsoby vizualizace polohy a přeletů. Sky View zobrazuje oblohu z pohledu pozemní stanice, Earth View pohled na Zemi ze strany družice. Time Line umisťuje průlety na časovou osu a Pass List poskytuje údaje o predikovaných průletech. Jednotlivé panely lze podle potřeby dokovat, přesouvat, seskupovat do karet nebo nechat plovoucí.
SDR waterfall pro satelitní pásma
Jednou z nejzajímavějších vlastností SkyRoof je přímé propojení trackingové části se SDR waterfallem. Program používá rozhraní SoapySDR a v instalaci má ovladače pro Airspy, AirspyHF+, SDRplay, RTL-SDR a HackRF. Podporována jsou i další SDR zařízení, pokud pro ně existuje kompatibilní 64bitový SoapySDR modul. Program umožňuje také přístup ke vzdálenému SDR prostřednictvím SoapyRemote.
Waterfall je navázán na satelitní databázi. Frekvenční stupnice může zobrazovat názvy družic a jednotlivé transpondérové segmenty, přičemž jejich poloha se přizpůsobuje Dopplerově posunu. operátor tak nepracuje pouze s anonymním spektrem. V obraze waterfallu dostává kontext - ví, který signál patří konkrétnímu satelitu a kde se nachází jeho Downlink nebo část transpondéru.
Dopplerův posun a automatické sledování frekvence
Při satelitním provozu je Dopplerův posun zásadní zejména při LEO družicích. SkyRoof počítá Dopplerovu korekci pomocí algoritmu SGP4. Dokumentace uvádí, že při přesných vstupních údajích dosahuje u LEO satelitů typicky přesnosti výpočtu v řádu desítek hertzů. Na výsledek má přitom přímý vliv správný lokátor stanice, přesný systémový čas, PPM korekce SDR, aktuální TLE a korekce skutečné frekvence satelitního vysílače.
PPM korekce proto není jen kalibrační detail. Chyba frekvence SDR se při práci se satelity promítá do ladění a může zhoršit výsledek Doppler trackingu. SkyRoof umožňuje PPM hodnotu zadat přímo do konfigurace SDR. TLE data se navíc automaticky aktualizují každých 24 hodin, přičemž je lze v případě potřeby načítat i manuálně ze souboru.
SSB, CW a FM přijímač
SkyRoof obsahuje SDR přijímač pro SSB, CW a FM s RIT a Doppler trackingem. Ladění je orientováno vizuálně – frekvenci lze měnit přímo ve waterfall obraze pomocí myši. Takový způsob práce je při rychle se pohybujícím satelitním signálu praktický, protože operátor vidí okamžitou polohu signálu i jeho pohyb v čase.
Audio lze směřovat na vybrané zvukové zařízení. SkyRoof zároveň podporuje výstup surových I/Q dat nebo demodulovaného audia přes Virtual Audio Cable nebo UDP. Streamovaná data jsou přenášena jako 32bitové hodnoty s plovoucí desetinnou čárkou při vzorkovací frekvenci 48 kHz. To umožňuje propojit SkyRoof s externími aplikacemi tam, kde vestavěná funkce programu nestačí.
Telemetrie přímo ze SDR
U podporovaných družic nemusí být pro dekódování telemetrie zapotřebí samostatný program. Vestavěný Telemetry panel dokáže přímo ze SDR zpracovat podporované modulační a rámcovací formáty. Dokumentace uvádí například FSK, GFSK, MSK, GMSK, AFSK, BPSK a DBPSK. Parametry modulace, baud rate a framing se získávají z údajů vysílače v databázi.
Výhodou je, že dekodér používá stejné Dopplerovo korigované pásmo jako přijímač. Operátor tedy nemusí vytvářet samostatnou audio cestu mezi přijímačem a dekodérem. U neúplných nebo nesprávných parametrů lze parametry vysílače manuálně upravit a novější verze SkyRoof obsahují také funkci automatického hledání vhodných parametrů ze samotného přijímaného signálu.
SSTV, SSDV a Codec2
SkyRoof rozlišuje analogové SSTV a obrazová data přenášená v telemetrickém toku. U SSTV je vestavěný dekodér určený pro satelitní Robot a PD režimy. Režim se zjišťuje automaticky z VIS hlavičky a synchronizační struktury. Přijatý obraz se postupně skládá během průletu a po dokončení se automaticky ukládá jako PNG.
SSDV funguje odlišně. Obraz je rozdělen na datové fragmenty, které se přenášejí v telemetrickém toku. SkyRoof dokáže tyto fragmenty skládat a při podporovaném SSDV formátu může kombinovat přijaté části z více přeletů. To je praktické při neúplném příjmu, kdy během jednoho přeletu chybí část dat.
Další funkcí je dekódování krátkých hlasových zpráv ve formátu Codec2. Ty mohou být přenášeny jako součást telemetrických rámců. SkyRoof je rekonstruuje a umožňuje přehrávání přímo v Telemetru panelu; přijaté zprávy se ukládají jako WAV.
FT4, logování a záznam přeletů
SkyRoof obsahuje vlastní FT4 Console určený pro FT4 spojení přes satelity s lineárním transpondérem. Příjem FT4 může využívat přímo SDR nebo zvukovou kartu připojenou k transceiveru. Při vysílání lze nastavit výstupní úroveň, XIT a časový Watchdog. Program dokáže také odesílat UDP pakety kompatibilní s formátem WSJT-X.
QSO lze zapisovat přímo v programu a exportovat ve formátu ADIF. U vybraného satelitního vysílače se pásmo, mód a satelit předvyplní dle aktuálního výběru. Součástí programu je i QSO Scheduler a možnost nahrávat audio přeletů. Tím vzniká použitelná cesta od samotného příjmu přes dekódování až po archivaci výsledku.
CAT, rotátor a transvertor
SkyRoof může ovládat externí transceiver přes CAT. K tomuto účelu využívá skycatd.exe ze SkyCAT nebo rigctld.exe z Hamlib. CAT komunikace probíhá přes TCP, takže řízené rádio může být i na jiném počítači v síti. Konfigurace umožňuje samostatné RX a TX CAT připojení, takže SDR může sloužit jako přijímač a transceiver jako vysílač.
Pro anténový systém lze použít řízení rotátoru prostřednictvím rotctld.exe z HamLib. Nastavit lze rozsahy azimutu a elevace, korekce, krok otáčení i parkovací polohu. SkyRoof tak může doplnit tracking o automatické směrování antény podle vypočtené polohy družice.
Zajímavá je i podpora transvertorů. Pokud SDR nebo transceiver pracuje na IF frekvenci, SkyRoof může interně přepočítat RF frekvenci satelitu na příslušnou IF. Na obrazovce přitom zůstává zobrazena skutečná RF frekvence. Funkce je použitelná například u SDR pracujícího na 28–30 MHz a transvertoru pro 2 m nebo 70 cm.
Jedno pracoviště namísto řetězce samostatných programů
Největší zájem SkyRoof proto není jedna konkrétní funkce, ale způsob, jakým jsou jednotlivé části propojeny. Tracking určuje polohu družice a čas přeletu, TLE poskytují orbitální údaje, SDR dodává spektrum a I/Q data, Doppler tracking upravuje frekvenci a vestavěné dekodéry mohou pokračovat přímo od přijatého signálu až k telemetrii, obrazu nebo hlasové zprávě. Současně lze připojit CAT řízení, rotátor a transvertor.
Pro radioamatéra, který chce satelitní provoz nejen sledovat, ale také technicky analyzovat, je tento způsob práce zajímavý právě tím, že jednotlivé funkce nejsou izolovány. SkyRoof vytváří společné prostředí pro tracking, SDR příjem, Doppler korekci, digitální dekódování, FT4 a řízení stanice. U satelitní stanice tak může představovat jednu zajímavou alternativu ke kombinaci více samostatných aplikací.