Práca s amatérskymi družicami tradične znamená kombinovať viacero programov. Jeden zabezpečuje výpočet polohy družice a predikciu preletu, ďalší ovláda SDR, iný rieši Dopplerov posun a pri príjme telemetrie, SSTV alebo digitálnych dát pribúdajú ďalšie nástroje. SkyRoof pristupuje k tomuto problému inak. Ide o open-source 64-bitovú aplikáciu pre Windows, ktorá spája satelitný tracking a SDR funkcie do jedného pracovného prostredia.
V článku sa dočítate
Čo je SkyRoof a komu môže byť užitočný
SkyRoof je určený rádioamatérom a používateľom, ktorí sa venujú príjmu a prevádzke cez satelity. Program môže fungovať aj bez SDR alebo dokonca bez pripojeného rádia, pričom v takom prípade zostávajú dostupné predovšetkým trackingové a informačné funkcie. Pri pripojení SDR sa však otvárajú hlavné možnosti programu – waterfall, prijímač, Doppler tracking, dekódovanie telemetrie a ďalšie funkcie súvisiace s príjmom satelitných signálov.
Po prvom spustení SkyRoof požaduje minimálne šesťznakový lokátor. Voliteľne možno zadať rádioamatérsku značku a nadmorskú výšku. Program následne stiahne satelitné údaje a pripraví FFT konfiguráciu. Satelitné dáta sa neskôr automaticky aktualizujú; zoznam satelitov sa sťahuje každých sedem dní a TLE dáta každých 24 hodín.
Tracking a predikcia preletov
Trackingová časť poskytuje aktuálnu polohu vybranej družice a predikciu jej budúcich preletov. Dôležitou súčasťou je databáza satelitov, v ktorej možno vyhľadávať podľa názvu, volacej značky alebo NORAD ID. Záznamy možno filtrovať podľa pásma, typu rádiového systému a služby. Pre rádioamatérsku prevádzku je praktická možnosť vytvárať vlastné skupiny družíc, napríklad podľa pásma alebo spôsobu prevádzky.
SkyRoof pracuje so štyrmi spôsobmi vizualizácie polohy a preletov. Sky View zobrazuje oblohu z pohľadu pozemnej stanice, Earth View pohľad na Zem zo strany družice. Time Line umiestňuje prelety na časovú os a Pass List poskytuje údaje o predikovaných preletoch. Jednotlivé panely možno podľa potreby dokovať, presúvať, zoskupovať do kariet alebo nechať plávajúce.
SDR waterfall pre satelitné pásma
Jednou z najzaujímavejších vlastností SkyRoof je priame prepojenie trackingovej časti so SDR waterfallom. Program používa rozhranie SoapySDR a v inštalácii má ovládače pre Airspy, AirspyHF+, SDRplay, RTL-SDR a HackRF. Podporované sú aj ďalšie SDR zariadenia, ak pre ne existuje kompatibilný 64-bitový SoapySDR modul. Program umožňuje tiež prístup k vzdialenému SDR prostredníctvom SoapyRemote.
Waterfall je naviazaný na satelitnú databázu. Frekvenčná stupnica môže zobrazovať názvy družíc a jednotlivé transpondérové segmenty, pričom ich poloha sa prispôsobuje Dopplerovmu posunu. operátor tak nepracuje iba s anonymným spektrom. V obraze waterfallu dostáva kontext – vie, ktorý signál patrí konkrétnemu satelitu a kde sa nachádza jeho Downlink alebo časť transpondéra.
Dopplerov posun a automatické sledovanie frekvencie
Pri satelitnej prevádzke je Dopplerov posun zásadný najmä pri LEO družiciach. SkyRoof počíta Dopplerovu korekciu pomocou algoritmu SGP4. Dokumentácia uvádza, že pri presných vstupných údajoch dosahuje pri LEO satelitoch typicky presnosť výpočtu v ráde desiatok hertzov. Na výsledok má pritom priamy vplyv správny lokátor stanice, presný systémový čas, PPM korekcia SDR, aktuálne TLE a korekcia skutočnej frekvencie satelitného vysielača.
PPM korekcia preto nie je iba kalibračný detail. Chyba frekvencie SDR sa pri práci so satelitmi premieta do ladenia a môže zhoršiť výsledok Doppler trackingu. SkyRoof umožňuje PPM hodnotu zadať priamo do konfigurácie SDR. TLE údaje sa navyše automaticky aktualizujú každých 24 hodín, pričom ich možno v prípade potreby načítať aj manuálne zo súboru.
SSB, CW a FM prijímač
SkyRoof obsahuje SDR prijímač pre SSB, CW a FM s RIT a Doppler trackingom. Ladenie je orientované vizuálne – frekvenciu možno meniť priamo vo waterfall obraze pomocou myši. Takýto spôsob práce je pri rýchlo sa pohybujúcom satelitnom signáli praktický, pretože operátor vidí okamžitú polohu signálu aj jeho pohyb v čase.
Audio možno smerovať na vybrané zvukové zariadenie. SkyRoof zároveň podporuje výstup surových I/Q dát alebo demodulovaného audia cez Virtual Audio Cable alebo UDP. Streamované dáta sú prenášané ako 32-bitové hodnoty s plávajúcou desatinnou čiarkou pri vzorkovacej frekvencii 48 kHz. To umožňuje prepojiť SkyRoof s externými aplikáciami tam, kde vstavaná funkcia programu nestačí.
Telemetria priamo zo SDR
Pri podporovaných družiciach nemusí byť na dekódovanie telemetrie potrebný samostatný program. Vstavaný Telemetry panel dokáže priamo zo SDR spracovať podporované modulačné a rámcovacie formáty. Dokumentácia uvádza napríklad FSK, GFSK, MSK, GMSK, AFSK, BPSK a DBPSK. Parametre modulácie, baud rate a framing sa získavajú z údajov vysielača v databáze.
Výhodou je, že dekodér používa rovnaké Dopplerovo korigované pásmo ako prijímač. Operátor teda nemusí vytvárať samostatnú audio cestu medzi prijímačom a dekodérom. Pri neúplných alebo nesprávnych parametroch možno parametre vysielača manuálne upraviť a novšie verzie SkyRoof obsahujú aj funkciu automatického hľadania vhodných parametrov zo samotného prijímaného signálu.
SSTV, SSDV a Codec2
SkyRoof rozlišuje analógové SSTV a obrazové dáta prenášané v telemetrickom toku. Pri SSTV je vstavaný dekodér určený pre satelitné Robot a PD režimy. Režim sa zisťuje automaticky z VIS hlavičky a synchronizačnej štruktúry. Prijatý obraz sa postupne skladá počas preletu a po dokončení sa automaticky ukladá ako PNG.
SSDV funguje odlišne. Obraz je rozdelený na dátové fragmenty, ktoré sa prenášajú v telemetrickom toku. SkyRoof dokáže tieto fragmenty skladať a pri podporovanom SSDV formáte môže kombinovať prijaté časti z viacerých preletov. To je praktické pri neúplnom príjme, keď počas jedného preletu chýba časť dát.
Ďalšou funkciou je dekódovanie krátkych hlasových správ vo formáte Codec2. Tie môžu byť prenášané ako súčasť telemetrických rámcov. SkyRoof ich rekonštruuje a umožňuje prehrávanie priamo v Telemetry paneli; prijaté správy sa ukladajú ako WAV.
FT4, logovanie a záznam preletov
SkyRoof obsahuje vlastný FT4 Console určený na FT4 spojenia cez satelity s lineárnym transpondérom. Príjem FT4 môže využívať priamo SDR alebo zvukovú kartu pripojenú k transceiveru. Pri vysielaní je možné nastaviť výstupnú úroveň, XIT a časový Watchdog. Program dokáže tiež odosielať UDP pakety kompatibilné s formátom WSJT-X.
QSO možno zapisovať priamo v programe a exportovať vo formáte ADIF. Pri vybranom satelitnom vysielači sa pásmo, mód a satelit predvyplnia podľa aktuálneho výberu. Súčasťou programu je aj QSO Scheduler a možnosť nahrávať audio preletov. Tým vzniká použiteľná cesta od samotného príjmu cez dekódovanie až po archiváciu výsledku.
CAT, rotátor a transvertor
SkyRoof môže ovládať externý transceiver cez CAT. Na tento účel využíva skycatd.exe zo SkyCAT alebo rigctld.exe z Hamlib. CAT komunikácia prebieha cez TCP, takže riadené rádio môže byť aj na inom počítači v sieti. Konfigurácia umožňuje samostatné RX a TX CAT pripojenia, takže SDR môže slúžiť ako prijímač a transceiver ako vysielač.
Pre anténový systém možno použiť riadenie rotátora prostredníctvom rotctld.exe z HamLib. Nastaviť možno rozsahy azimutu a elevácie, korekcie, krok otáčania aj parkovaciu polohu. SkyRoof tak môže doplniť tracking o automatické smerovanie antény podľa vypočítanej polohy družice.
Zaujímavá je aj podpora transvertorov. Ak SDR alebo transceiver pracuje na IF frekvencii, SkyRoof môže interne prepočítať RF frekvenciu satelitu na príslušnú IF. Na obrazovke pritom zostáva zobrazená skutočná RF frekvencia. Funkcia je použiteľná napríklad pri SDR pracujúcom na 28–30 MHz a transvertore pre 2 m alebo 70 cm.
Jedno pracovisko namiesto reťazca samostatných programov
Najväčšou zaujímavosťou SkyRoof preto nie je jedna konkrétna funkcia, ale spôsob, akým sú jednotlivé časti prepojené. Tracking určuje polohu družice a čas preletu, TLE poskytujú orbitálne údaje, SDR dodáva spektrum a I/Q dáta, Doppler tracking upravuje frekvenciu a vstavané dekodéry môžu pokračovať priamo od prijatého signálu až k telemetrii, obrazu alebo hlasovej správe. Súčasne možno pripojiť CAT riadenie, rotátor a transvertor.
Pre rádioamatéra, ktorý chce satelitnú prevádzku nielen sledovať, ale aj technicky analyzovať, je tento spôsob práce zaujímavý práve tým, že jednotlivé funkcie nie sú izolované. SkyRoof vytvára spoločné prostredie pre tracking, SDR príjem, Doppler korekciu, digitálne dekódovanie, FT4 a riadenie stanice. Pri satelitnej stanici tak môže predstavovať jednu zaujímavú alternatívu ku kombinácii viacerých samostatných aplikácií.