Die Arbeit mit Amateursatelliten bedeutet traditionell, mehrere Programme zu kombinieren. Einer sorgt für die Berechnung der Satellitenposition und Flugvorhersage, der andere steuert SDR, iný rieši Dopplerov posun a pri príjme telemetrie, SSTV oder digitalen Daten kommen weitere Tools hinzu. SkyRoof geht dieses Problem anders an. Es handelt sich um eine Open-Source-64-Bit-Anwendung für Windows, die Satellitenverfolgung und SDR-Funktionen in einer Arbeitsumgebung vereint.
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Was ist SkyRoof und für wen kann es nützlich sein?
SkyRoof ist für Funkamateure und Benutzer gedacht, die sich dem Empfang und Betrieb über Satelliten widmen. Das Programm kann auch ohne SDR oder sogar ohne angeschlossenes Radio arbeiten, wobei die Tracking- und Informationsfunktionen weiterhin verfügbar bleiben. Wenn jedoch SDR angeschlossen ist, werden die Hauptoptionen des Programms geöffnet – Wasserfall, Empfänger, Doppler-Tracking, Telemetriedekodierung und andere Funktionen im Zusammenhang mit dem Empfang von Satellitensignalen.
Beim ersten Start benötigt SkyRoof einen Locator mit mindestens sechs Zeichen. Optional können Sie die Funkamateurmarke und die Höhe eingeben. Anschließend lädt das Programm die Satellitendaten herunter und bereitet die FFT-Konfiguration vor. Satellitendaten werden später automatisch aktualisiert; Die Satellitenliste wird alle sieben Tage und die TLE-Daten alle 24 Stunden heruntergeladen.
Verfolgung und Vorhersage von Flügen
Der Tracking-Teil liefert die aktuelle Position des ausgewählten Satelliten und eine Vorhersage seiner zukünftigen Vorbeiflüge. Ein wichtiger Teil ist die Satellitendatenbank, die nach Name, Rufzeichen oder NORAD-ID durchsucht werden kann. Einträge können nach Band, Funksystemtyp und Dienst gefiltert werden. Für den Amateurfunkbetrieb ist es sinnvoll, eigene Satellitengruppen zu bilden, beispielsweise nach Band oder Betriebsweise.
SkyRoof arbeitet mit vier Möglichkeiten zur Visualisierung von Position und Überflügen. Sky View zeigt den Himmel aus Sicht der Bodenstation, Earth View die Sicht auf die Erde von der Seite des Satelliten. Time Line platziert Überflüge auf einer Zeitachse und Pass List liefert Daten zu vorhergesagten Überflügen. Einzelne Panels können je nach Bedarf angedockt, verschoben, in Karten gruppiert oder schwebend gelassen werden.
SDR-Wasserfall für Satellitenbänder
Eines der interessantesten Features von SkyRoof ist die direkte Verbindung des Tracking-Teils mit dem SDR-Wasserfall. Das Programm nutzt die SoapySDR-Schnittstelle und hat Treiber für Airspy, AirspyHF+, SDRplay, RTL-SDR und HackRF in der Installation. Auch andere SDR-Geräte werden unterstützt, wenn für sie ein kompatibles 64-Bit-SoapySDR-Modul vorhanden ist. Das Programm ermöglicht auch den SDR-Fernzugriff über SoapyRemote.
Wasserfall ist mit einer Satellitendatenbank verknüpft. Die Frequenzskala kann Satellitennamen und einzelne Transpondersegmente anzeigen, deren Position sich an die Dopplerverschiebung anpasst. Der Betreiber arbeitet nicht nur mit anonymem Spektrum. Im Bild des Wasserfalls erhält es Kontext – es weiß, welches Signal zu einem bestimmten Satelliten gehört und wo sich sein Downlink oder ein Teil des Transponders befindet.
Dopplerverschiebung und automatische Frequenzverfolgung
Im Satellitenbetrieb ist die Dopplerverschiebung von wesentlicher Bedeutung, insbesondere für LEO-Satelliten. SkyRoof berechnet die Doppler-Korrektur mithilfe des SGP4-Algorithmus. In der Dokumentation heißt es, dass die Berechnungsgenauigkeit bei genauen Eingabedaten bei LEO-Satelliten typischerweise mehrere zehn Hertz erreicht. Der richtige Sendersuchlauf, die genaue Systemzeit, die PPM-SDR-Korrektur, der aktuelle TLE und die Korrektur der tatsächlichen Frequenz des Satellitensenders haben direkten Einfluss auf das Ergebnis.
Die PPM-Korrektur ist daher nicht nur ein Kalibrierungsdetail. Der SDR-Frequenzfehler spiegelt sich in der Abstimmung bei der Arbeit mit Satelliten wider und kann das Doppler-Tracking-Ergebnis verschlechtern. SkyRoof ermöglicht die direkte Eingabe des PPM-Wertes in die SDR-Konfiguration. Darüber hinaus werden die TLE-Daten alle 24 Stunden automatisch aktualisiert und können bei Bedarf auch manuell aus einer Datei geladen werden.
SSB-, CW- und FM-Empfänger
SkyRoof enthält einen SDR-Empfänger für SSB, CW und FM mit RIT- und Doppler-Tracking. Das Tuning orientiert sich optisch – die Frequenz kann direkt im Wasserfallbild per Maus verändert werden. Eine solche Arbeitsweise ist bei einem sich schnell bewegenden Satellitensignal praktisch, da der Bediener sowohl die unmittelbare Position des Signals als auch seine Bewegung im Zeitverlauf sehen kann.
Audio kann an ein ausgewähltes Audiogerät weitergeleitet werden. SkyRoof unterstützt auch die Ausgabe von I/Q-Rohdaten oder demoduliertem Audio über Virtual Audio Cable oder UDP. Gestreamte Daten werden als 32-Bit-Gleitkommawerte mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz übertragen. Dadurch ist es möglich, SkyRoof mit externen Anwendungen zu verknüpfen, bei denen die eingebaute Funktion des Programms nicht ausreicht.
Telemetrie direkt vom SDR
Für unterstützte Satelliten ist möglicherweise kein separates Programm zum Dekodieren der Telemetrie erforderlich. Das integrierte Telemetrie-Panel kann unterstützte Modulations- und Framing-Formate direkt vom SDR verarbeiten. In der Dokumentation werden beispielsweise FSK, GFSK, MSK, GMSK, AFSK, BPSK und DBPSK erwähnt. Die Modulations-, Baudrate- und Framing-Parameter werden aus den Senderdaten in der Datenbank ermittelt.
Der Vorteil besteht darin, dass der Decoder das gleiche dopplerkorrigierte Band wie der Empfänger verwendet. Somit muss der Bediener keinen separaten Audiopfad zwischen dem Empfänger und dem Decoder erstellen. Bei unvollständigen oder falschen Parametern können die Parameter des Senders manuell angepasst werden, neuere Versionen von SkyRoof verfügen zudem über die Funktion, automatisch aus dem empfangenen Signal selbst nach geeigneten Parametern zu suchen.
SSTV, SSDV und Codec2
SkyRoof unterscheidet zwischen analogem SSTV und im Telemetriestream übertragenen Bilddaten. SSTV verfügt über einen integrierten Decoder, der für den Satelliten-Roboter- und PD-Modus konzipiert ist. Der Modus wird automatisch anhand des VIS-Headers und der Synchronisationsstruktur erkannt. Das empfangene Bild wird während des Fluges nach und nach zusammengesetzt und nach Abschluss automatisch als PNG gespeichert.
SSDV funktioniert anders. Das Bild wird in Datenfragmente aufgeteilt, die in einem Telemetriestrom übertragen werden. SkyRoof kann diese Fragmente zusammensetzen und, sofern das SSDV-Format unterstützt wird, empfangene Teile aus mehreren Flügen kombinieren. Dies ist praktisch bei unvollständigem Empfang, wenn während eines Fluges ein Teil der Daten fehlt.
Eine weitere Funktion ist die Dekodierung kurzer Sprachnachrichten im Codec2-Format. Diese können als Teil von Telemetrierahmen übertragen werden. SkyRoof rekonstruiert sie und ermöglicht die Wiedergabe direkt im Telemetrie-Panel; Empfangene Nachrichten werden als WAV gespeichert.
FT4, Logging und Flugaufzeichnung
SkyRoof enthält eine eigene FT4-Konsole, die für FT4-Verbindungen über Satelliten mit einem linearen Transponder ausgelegt ist. Der FT4-Empfang kann direkt von einem SDR oder einer an den Transceiver angeschlossenen Soundkarte genutzt werden. Beim Broadcasting besteht die Möglichkeit, Ausgangspegel, XIT und Time Watchdog einzustellen. Das Programm kann auch UDP-Pakete senden, die mit dem WSJT-X-Format kompatibel sind.
QSOs können direkt im Programm aufgezeichnet und im ADIF-Format exportiert werden. Beim ausgewählten Satellitensender sind Band, Modus und Satellit entsprechend der aktuellen Auswahl vorbelegt. Das Programm umfasst außerdem einen QSO-Planer und die Möglichkeit, Audio-Flyovers aufzuzeichnen. Dadurch entsteht ein nutzbarer Weg vom eigentlichen Empfang über die Dekodierung bis hin zur Archivierung des Ergebnisses.
CAT, Rotator und Transverter
SkyRoof kann einen externen Transceiver über CAT steuern. Zu diesem Zweck verwendet es skycatd.exe von SkyCAT oder rigctld.exe von Hamlib. Die CAT-Kommunikation erfolgt über TCP, sodass sich das gesteuerte Funkgerät auch auf einem anderen Computer im Netzwerk befinden kann. Die Konfiguration ermöglicht separate RX- und TX-CAT-Verbindungen, sodass der SDR als Empfänger und der Transceiver als Sender dienen kann.
Für das Antennensystem kann die Rotatorsteuerung über rotctld.exe von genutzt werden HamLib. Azimut- und Elevationsbereiche, Korrekturen, Rotationsschritt und Parkposition können eingestellt werden. SkyRoof kann so das Tracking durch eine automatische Antennenausrichtung entsprechend der berechneten Position des Satelliten ergänzen.
Interessant ist auch die Unterstützung für Transverter. Wenn der SDR oder Transceiver auf einer ZF-Frequenz arbeitet, kann SkyRoof die HF-Frequenz des Satelliten intern in die entsprechende ZF umwandeln. Die tatsächliche HF-Frequenz wird weiterhin auf dem Bildschirm angezeigt. Die Funktion ist beispielsweise mit einem SDR mit 28–30 MHz und einem Transverter für 2 m oder 70 cm nutzbar.
Ein Arbeitsplatz statt einer Kette separater Programme
Das größte Interesse SkyRoof es kommt also nicht auf eine bestimmte Funktion an, sondern auf die Art und Weise, wie die einzelnen Teile miteinander verbunden sind. Das Tracking bestimmt die Satellitenposition und die Flugzeit, TLE liefert Orbitaldaten, SDR liefert Spektrum- und I/Q-Daten, Doppler-Tracking passt die Frequenz an und integrierte Decoder können direkt vom empfangenen Signal zur Telemetrie, zum Bild oder zur Sprachnachricht übergehen. CAT-Steuerung, Rotator und Transverter können gleichzeitig angeschlossen werden.
Für einen Funkamateur, der den Satellitenverkehr nicht nur überwachen, sondern auch technisch analysieren möchte, ist diese Arbeitsweise gerade deshalb interessant, weil die einzelnen Funktionen nicht isoliert sind. SkyRoof schafft eine gemeinsame Umgebung für Tracking, SDR-Empfang, Doppler-Korrektur, digitale Dekodierung, FT4 und Stationsverwaltung. Im Falle einer Satellitenstation kann sie somit eine interessante Alternative zur Kombination mehrerer separater Anwendungen darstellen.