Telemetrie AMSAT-DL Journal


Frank Sperber, DL6DBN

AO-40 Telemetrieempfang für Ein- und Umsteiger

Es gibt inzwischen integrierte Lösungen zur Demodulation und Dekodierung der 400 bps-Daten der AMSAT-Phase 3 Satelliten (AO-40). Hardware und Software oder reine DSP-Softwarelösungen erleichtern den Empfang der Telemetrie von AO-40 auch unter schwierigen Bedingungen. Nur der Empfang der Satellitenbake und die Anzeige der Telemetrie und Mitteilungsblöcke ermöglicht einen aktuellen und schnellen Überblick über die Betriebsmöglichkeiten, die AMSAT-OSCAR 40 zum jeweiligen Zeitpunkt bieten.

Der PHASE 3 400 bps PSK DATA DEMODULATOR

James Miller, G3RUH, hat als eine der Kommandostationen von AMSAT-OSCAR 10, 13 und nun 40 großes Interesse daran, Telemetriedaten der Satelliten in optimaler Form empfangen zu können. Nach einem ersten Schaltungs- und Platinenentwurf aus den 80er Jahren hat er 1992 eine aktualisierte und verbesserte Version seines 400 bps PSK-Demodulators vorgestellt. Diese neue Version wird gelegentlich auch als Mark- II bezeichnet.

Bei seinem Entwurf hat James Miller offensichtlich auch an "normal sterbliche" Nutzerinnen und Nutzer der Amateurfunksatelliten gedacht. Der neue Demodulator (Bild 1) kommt ohne Abgleich aus und verwendet Standardbauteile der CMOS-Baureihen HC und CD sowie gängige Operationsverstärker, die in jedem gut sortierten Lager eines Elektronikladens oder -versands vorrätig sein sollten. Die übersichtliche und großräumige Platine mit Bestückungsaufdruck und Stoplack erleichtert den Aufbau zusätzlich. Die etwas ungewöhnlichen Platinenausmaße von 150 x 210 mm erschweren jedoch die Suche nach einem geeigneten Metallgehäuse. Ein Kunststoffgehäuse sollte mit EMV-Spray bzw. -Lack ausgekleidet werden, da auf der Platine ein Quarzoszillator arbeitet, der bei unzureichender Schirmung zu unerlaubten Störungen besonders im Mittel- und Kurzwellenbereich führen kann.

Platinenfoto (28.7 kB)
Bild 1: Die Phase-3-Konverterplatine.

Die Schaltung selbst ist vom Grundprinzip der früheren AFREG der AMSAT-DL nicht unähnlich. In einem ersten Teil wird mit einer digitalen PLL der Träger zurückgewonnen. Das Empfängssignal wird möglichst lange unbegrenzt und analog durch die einzelnen Baugruppen geführt. Standardmäßig liegt die Trägerfrequenz bei 1584 Hz. Zur optimalen Anpassung an die Filtercharakteristik des Empfängers kann die Trägerfrequenz jedoch zwischen 1200 und 2400 Hz durch einige Drahtbrücken oder Platinenschalter angepasst werden. Dazu ist allerdings ein Oszilloskop zur Signalbeurteilung erforderlich.

Eine zweite PLL gewinnt den Bittakt und die rohen Daten des 400 bps Signals zurück. Im letzten Segment erfolgen dann die Erkennung des Synchronvektors und die Umkodierung zur Ausgabe an einen externen Rechner. Die 16 Bit-Prüfsumme wird zur Auswertung mit an den externen Rechner übergeben. Die Daten lassen sich in serieller Form über eine RS-232 Schnittstelle oder parallel in Byteform mit Strobeimpuls übertragen. Die serielle Übertragung bietet drei Signale: DSR zur Anzeige, dass der Konverter eingeschaltet ist; CTS oder DCD als Anzeige für die gültige Übertragung der Daten auf der RxD-Leitung. Da eine relativ niedrige Geschwindigkeit von 1200 Baud verwendet wird, erfolgt die Übertragung ohne Handshake.

Durch den einfachen Aufbau bedingt, gibt es auch kaum Bedienelemente am Datenkonverter. Neben einer zehnstelligen LED-Balkenanzeige als Abstimmhilfe für die Trägerfrequenz zeigen drei einzelne Leuchtdioden an, ob die Träger- sowie die Bittakt-PLL eingerastet sind, und ob gerade ein gültiger Datenblock übertragen wird. Ansonsten ist nur ein Einschalter vorgesehen. Die Schaltung kann übrigens mit 8 bis 18 V betrieben werden und nimmt je nach Anzahl der leuchtenden LEDs zwischen 50 und 80 mA auf. Damit kann sie auch portabel z.B. im Fieldday oder während einer Expedition betrieben werden.

Was den Empfängeranschluss betrifft, so können NF-Pegel zwischen 5 mV und 5 V angelegt werden. Dank der Mittenanzeige gibt es ein UP- und ein DOWN-Signal zur automatischen Frequenzkorrektur des Empfängers. Auch hier wurde an unterschiedliche Empfängersysteme gedacht. So können positive und negative Steuerimpulse erzeugt werden. Zudem erfolgt die Ausgabe an den Empfänger zur Sicherheit über Optokoppler galvanisch getrennt. An dieser Stelle sollte man die vorgeschlagene Verdrahtung um einen zweifachen Schalter ergänzen, um die UP/DOWN- Signale für den ersten Tuningvorgang zu unterbrechen. Anderenfalls arbeiten die Handabstimmung und die automatische Frequenzkorrektur gegeneinander, solange die PLL nicht auf den Träger eingerastet ist.

Im praktischen Betrieb hat sich der Konverter beim Autor bislang als sehr empfindlich und unanfällig gegen kurze Störungen und Fading erwiesen. Auch die automatische Frequenzkorrektur arbeitet über Stunden hinweg hervorragend. Selbst Unterbrechungen des PSK-Signals werden mühelos ausgeglichen. Erst bei schnellen Veränderungen der Dopplerverschiebung in Perigäumsnähe ist die Korrektur schon einmal in solch einer Pause außer Tritt geraten. Vorraussetzung ist natürlich ein einigermaßen stabiles und ausreichend lautes Signal des Satelliten. Dank dieser Frequenzkorrektur konnten beim Autor bereits Telemetriedateien von 500 bis 700 kByte Länge völlig unbeaufsichtigt mitgeschrieben werden.

Die Windows-Telemetriesoftware

Es gibt es ein Telemetrieprogramm für AO-40 das unter Windows95/98 etc. arbeitet. Dieses Programm ist von der OSCAR-40 Kommandostation Stacey Mills, W4SM erstellt worden und arbeitet optimal mit dem oben vorgestellten Hardwaredekoder. Es eröffnet dank der Fenstertechnik die Möglichkeit, eine Fülle von Daten gleichzeitig anzeigen zu lassen (Bild 2).

Bildschirmkopie (26,9 kB)
Bild 2: Bildschirmkopie von P3T mit seinen vielen Fenstern.

Im Bild 2 ist oben rechts das Bedienfenster zu erkennen. Über die Auswahlschalter können die verschiedenen Datenfenster zur Anzeige gebracht werden. Außerdem wird die Art des gerade gesendeten Blocks, der Empfangsstatus, und ob die Prüfsumme in Ordnung war, im oberen Teil angezeigt. Über das Menü werden einige Optionspunkte angesprochen, in denen eine Reihe von Voreinstellungen wie Dateipfad, COM-Port, Prüfsummenauswertung und Interfacetyp festgelegt werden können.

Selbstverständlich lassen sich die Daten auf Festplatte mitschreiben (Logging) und später wieder aufrufen (Replay). Jenachdem ob aufgezeichnet oder wiedergegeben wird, erscheinen kleine Steuerfenster. Vom Kassetten- oder Videorecorder bekannte Bedientasten wie Vor- und Rücklauf erleichtern dann die Suche nach einzelnen Datenblöcken (Bild rechts-unten).

In den eigentlichen Datenfenstern (Status, Navigation, Temperature, Power, IF-Matrix) werden die umgewandelten Binärmesswerte von AMSAT-OSCAR 40 angezeigt. Dabei nimmt das Programm nicht nur die Aufteilung auf die verschiedenen Fenster vor, sondern bereitet einzelne Datenpunkte zusätzlich auf. Neben den Datenfenstern gibt es noch ein Fenster für die Meldungen (K, L, M, N- Blöcke), das wahlweise auf einen Blocktyp oder für die Anzeige aller Blöcke umgeschaltet werden kann.

Drei sehr interessante Besonderheiten weist das P3T-Programm auf. Zunächst wertet es die vom Satelliten gesendete Prüfsumme aus. Fehlerhafte Datenübertragungen werden je nach Einstellung zwar gespeichert aber nicht angezeigt oder sogar ignoriert, so dass man sich nicht über mysteriöse Messwerte wundern braucht. Für diejenigen, die gerne etwas tiefer in das Leben von AO-40 schauen möchten, bietet das Programm auch die Anzeige, Filterung und Sortierung der von AO-40 gespeicherten Ereignisse oder Events. Es gibt nämlich Telemetrieblöcke in denen stecken vollständige Datenblöcke die bei einem bestimmten Ereignis gespeichert wurden. Solch ein Ereignis kann z.B. das Auftreten eines Bitfehlers im Speicher des Bordrechners sein. Diese gespeicherten Daten können also auch angezeigt werden.

Das dritte Schmankerl ist eine grafische Ausgabe der über einen längeren Zeitraum mitgeschriebenen Daten. Bild 3 zeigt diese Ausgabe für die durchschnittliche Senderleistung.

Grafikausgabe (13,6 kB)
Bild 3: Die grafische Ausgabe einer längeren Reihe von Telemetriewerten (hier der Empängerdämpfung durch "Krokodile" während 60 Minuten)

Um alle Fenster gut sichtbar anzeigen zu können, bedarf es schon einer Darstellung von 1240 x 1024 Bildpunkten (wie im gezeigten Bildschirmausdruck). Beschränkt man sich auf ein oder zwei Fenster, so reicht jedoch auch die SVGA-Auflösung.

Software-Demodulatoren

Kurz nach dem Start von AMSAT-OSCAR 40 ist eine Vielzahl von Programmen erschienen, die ohne einen Hardwaredekoder auskommen. Sie machen sich die Soundkarten moderner Computer zu nutzen und demodulieren das PSK-Signal mit digitaler Signalverarbeitung (DSP). Dabei gibt es Versionen, die mit dem gezeigten Programm P3T zusammenarbeiten oder eine eigene Telemetrieausgabe bieten. Wir haben die verschiedenen Programme getestet und stellen hier kurz diejenigen vor, die sich im praktischen Betrieb am besten bewährt haben. Dabei wurden sowohl die Demodulationsqualitäten als auch die Nutzbarkeit der Datenanzeige als Beurteilungsmaßstäbe genommen. Nähere Informationen zum Betrieb und zur Installation der einzelnen Programme können den jeweiligen Dokumentationen beziehungsweise Hilfedateien entnommen werden.

Vorstellungen folgen noch

Bezug

Das Programm P3T ist über den AMSAT-DL Warenvertrieb erhältlich oder im Internet unter http://www.cstone.net/~w4sm2/software2/P3t_AP.zip.zum Download bereit. Allerdings wird erwartet, dass dafür 50 DM an die AMSAT-DL gespendet werden. No Money - No Satellites! Kto.-Nr: 579 953 307 bei Postbank Hannover BLZ: 250 100 30 oder Euroscheck (AMSAT-DL Warenvertrieb, M. Blanz, Liegnitzer Str. 70, D-71701 Schwieberdingen). Kennwort: "Spende P3T-Software". Eine komplette Sortimentsliste und das Bestellformular des Warenvertriebs können auch gegen SASE über:

AMSAT-DL Warenvertrieb
Liegnitzer Str. 70
D-71701 Schwieberdingen

angefordert werden.

Die Bauteilekosten für den Konverter belaufen sich je nach Bezugsquelle auf rund 80,- DM ohne Gehäuse. Der Konverter wird von James Miller direkt vertrieben. Er ist als Platine mit umfangreicher Bauanleitung für 25 englische Pfund bzw. aufgebaut und getestet für 95 Pfund bei ihm erhältlich (bar oder Euroscheck). Die Hälfte des Nettoerlöses kommt dem Budget für zukünftige Amateurfunksatelliten zugute. Anfragen über die jeweils aktuellen Bestell- und Zahlungsmodalitäten des "Phase 3 400 bps PSK Data Demodulators" können mit SAE und IRC an

James Miller
3 Benny's Way, COTON
Cambridge, CB3 7PS
England

gerichtet werden oder im Internet unter http://www.jrmiller.demon.co.ok/products/p3dem.html nachgesehen werden.

Die Softwaredemodulatoren und -dekoder gibt es in der aktuellen Fassung jeweils bei den Autoren über das Internet:

Liste kommt noch

Ergänzende Literatur

Um die einzelnen Messpunkte innerhalb des Satelliten besser zu verstehen, empfiehlt sich die Lektüre der Übersicht über die Telemetriekanäle und ein Blockdiagramm des Satelliten.


© AMSAT-DL/DL6DBN, Stand 01/2001 in Bearbeitung
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