用方式接收业余卫星遥测信标

15.2　用BPSK方式接收业余卫星遥测信标

同学们已经知道遥测信标中包含了卫星的各种设备工作状态和运行数据，是了解卫星“健康”状况的重要窗口。但不少同学们在接收“希望一号”卫星遥测信标时，经常由于地点选在城市中心，周围建筑物形成包围圈，大大缩减了观测记录信标的时间。加上城市特有的各种电磁干扰，好不容易收到卫星遥测信号，正准备记录时，卫星却已经躲到大楼背后了，真是令人沮丧。此外不少业余卫星电报遥测信标发送码速达80 WPM（八十字每分钟），需要传送的数据量更是达到上百个之多，要想在短短的几分钟内完整、正确地抄收全部遥测数据对大多数同学来说，是一项艰巨的任务。是不是还有一种更快、更准确的方式来接收卫星遥测信号？这就是卫星无线数字遥测。

1.用BPSK方式传输遥测数据

目前国际上大部分业余卫星除了采用传统的CW方式发送信标和主要遥测数据以外，还有一部分业余卫星，如：CO55、CO66、ITUpSAT1、ARISSat－1（见图15－4，15－5，15－6），它们在相同或不同的频率点上采用无线电数字通信技术——BPSK（二进制相移键控）、AFSK等方式发送带有遥测信息的数字信标（TLM beacon）。这种数字通信的方式耗时极短，可以在短短一秒钟内传输上百个遥测数据，通过配套解码器或其他符合无线电通信协议软件解调，大大提高了数据传输的速度和准确性。这种方式往往还有自动数据记录、分类统计的功能，能方便直观地显示、归纳各项遥测数据。

图15－4　CO55卫星

图15－5　CO66卫星

图15－6　ITUPSAT1卫星

2. BPSK基本通信原理

在日常生活中同学们可以通过鼓掌、欢呼、做手势等方式来表示赞许。同理，高频载波信号的振幅、频率和相位都可以用来携带数字信号。不过与我们平时熟知的AM（调频）、FM（调幅）等模拟方式不同的是：它传输的只有“0”和“1”这两种内容。常用的有ASK、FSK、PSK这三种调制方式，它们的主要特点见表15－ 2。

表15－ 2　常用数字通信调制方式比较表

上表所示PSK是通过相位的变化来代表“0”与“1”，BPSK中的B是“Binary”的意思，表示只有两个变化状态（图15－7）。比如说相位上的“+ 90°（代表1）和－90°（代表0）”，一个状态就代表了一个比特（bit）^[2]。数字信号通过载波运用BPSK方式调制后的波形见图15－8。

图15－7　BPSK方式的两种相位图示

图15－8　BPSK数字信号调制波形

为便于理解，我们还可以把电波相位的变化，比喻成一个人举起左手或右手，分别代表“0”与“1”。可以想象：距离越远，举手的速度越快，越是难以看清对方举起的到底是左手还是右手。因此采用PSK等调制方式，由于对解调的要求有所提高，对设备性能要求就会更高。

进一步继续思考想象：把左右手举得低一点代表“00”，高一点代表“11”这两种状态，是不是在相同的时间里就能传输更多的数字信息呢？是的，这就QPSK通信方式，另外在卫星通信中还会使用GMSK，QPSK等其他方式，感兴趣的同学可以查阅资料，进行深入研究。

2. ARISSat－ 1卫星遥测软件简介

就从同学们比较熟悉的ARISSat－ 1卫星，研究如何进行无线电数字遥测开始吧。除了通过人工抄收ARISSat－ 1卫星CW信标，从而获取主要的遥测数据以外，为了能更快速准确地接收卫星信标，获取更多的遥测数据，我们还可以使用特别设计的“ARISSatTLM”软件实现无线数字遥测信标的同步解码，这对于一部分电报听抄有些困难的青少年朋友们来说，真是一特大好消息。

同学们可以从ARISSat－ 1的官方网站上下载“ARISSatTLM_050_Setup. exe”压缩包。这款专用软件安装后虽然大小只有2 M，却具有接收CW、BPSK的功能。在接收、解调无线电数字信号的同时，还能同步解码，翻译星载设备的各种遥测数据。软件设计者为了尽可能减少地面站接收设备的配置，最大限度地方便广大无线电通信爱好者，这款软件不采用TNC等数字通信专用数据接口。替代它的是电脑声卡，这大大降低了卫星遥测接收站的硬件要求。

1）硬件基本要求

地面站必须要使用具备SSB解调方式的接收机，因为发送遥测数据的BPSK信号必须通过USB方式来接收。要采用与接收机、电脑声卡相配的立体声插头进行连线。如果需要监听，建议在接收机与电脑间使用一个音频三通（见图15－9）。

图15－9　ARISSat－ 1遥测地面站BPSK方式和硬件连接

2）软件安装与配置

ARISSatTLM软件可在视窗系统下运行，如果使用的是苹果等其他操作系统，可在ARISSat－ 1官网上另外下载配套软件。软件安装完毕后，双击“ARISSatTLM”图标后，出现以下初始窗口，见图15－10：

ARISSatTLM遥测软件启动后将显示四个对话框，从前到后分别是：“初始设置窗”、“遥测信标解码页”、“电报信号解码器”、“调谐指示窗”。初次启动时，需要进行输入本台呼号、启动声卡等设置。如果你允许，该软件会自动发送所获得的遥测数据到ARISSat－ 1官网，供全球的业余卫星通信爱好者分享。

3）操作要点

使用软件接收卫星遥测信号，虽然减低了操作者在收发报技术上的标准，但提高了收发信设备的操作要求。如果你不能准确地调谐并接收到较强的信号，收到的信标内容就会失真，也会造成遥测失败。

图15－10　ARISSatTLM遥测软件启动后界面

ARISSat－ 1卫星的CW遥测信号频率是145.919 MHz，而BPSK信号的频率是145.920 MHz，两个频点极为接近。在操作中，建议采用USB接收方式。仔细地调整电台的频率旋钮，通过软件的“调谐指示窗”观察CW信号形成的波峰，使它略高于窗口显示的垂直黄线的位置（图15－11）。此时软件能在准确解调CW信号的同时，自动锁定BPSK信号，并同步通过软件“遥测信标页”解码（根据ASCII码，以1 000比特的速度进行），屏幕窗口中显示各种星载设备的工作参数（图15－12）。

图15－11　ARISSat－1卫星CW与BPSK信号接收调谐显示界面

图15－12　ARISSat－1卫星遥测信标解码页显示星载设备的数据

当你成功地接收并解码了ARISSat－ 1卫星的遥测数据后，和全球的业余卫星通信爱好者们分享自然是一件快乐的事。你也不需要一一发送，只要在“初始设置窗”的“TOOLS”栏中的“OPTION”选择栏中输入电台呼号并在“希望通过英特网传输信标选择项”中打勾后就完成了（见图15－13）。

图15－13　遥测数据上传选择窗口