Как идентифицировать спутник на орбите

    image

    Во время поисков сигналов от российских спутников МКА-Н, был обнаружен сигнал неопознанного спутника, которого у меня нет в каталоге. Напомню аппараты МКА-Н №1 и №2 были запущены 14 июля 2017 года с космодрома Байконур и не вышли на связь. По неофициальной причине — из-за аварии с разгонным блоком «Фрегат», хотя «Роскосмос» не признаёт это. Изготовителем этих двух аппаратов является частная российская компания «Dauria Aerospace». Теперь «Роскосмос» требует со стартапа 290 миллионов рублей за неработающие космические аппараты (источник). После 3 дней поисков сигналов, они так и не были обнаружены. Зато был обнаружен другой любопытный сигнал. Этого аппарата у меня нет в каталоге, значит его надо идентифицировать и занести в свой каталог.

    image

    Первым делом идём на сайт www.space-track.org и скачиваем TLE всех объектов на орбите Земли и загружаем их в программу Orbitron. Orbitron — система слежения за спутниками, предназначенная для радиолюбителей и любителей визуальных наблюдений. Ее также применяют профессионалы-метеорологи и пользователи спутниковой связи. Программа показывает положения спутников на любой заданный момент (как в реальном времени, так и в режиме симуляции). Программа БЕСПЛАТНА (Cardware), и считается одной из самых простых в обращении, и одновременно самых мощных программ слежения за спутниками, по мнению тысяч ее пользователей со всего мира.

    Получаем координаты всех объектов на орбите Земли, которые были в каталоге (16789 объектов)

    image

    Переходим в режим симуляции и устанавливаем дату и время когда мы слышали сигнал со спутника. Получаем картинку всех объектов над головой (для визуализации). Один из них — наш аппарат который мы хотим идентифицировать.

    image

    Теперь при помощи расчёта узнаем какие спутники были над головой в этот промежуток времени. Получили цифру в 1868 объектов. Это искать иголку в стоге сена :-)

    image

    Нужно уменьшить количество аппаратов до минимума. Для этого нужно узнать орбитальный период спутника. Проводим еще пару наблюдений в ожидании появления сигнала и посчитать время между ними.

    Появление первого сигнала:

    image

    Появление второго сигнала:

    image

    Из полученных наблюдений получаем, что орбитальный период спутника примерно 1 час 35 минут и 15 секунд (95 минут). С таким периодом обращения вокруг Земли летают спутники по LEO орбите. LEO орбита (низкая околоземная орбита) — космическая орбита вокруг Земли, имеющая высоту над поверхностью планеты в диапазоне от 160 км (период обращения около 88 минут) до 2000 км (период около 127 минут). Согласно полученным сведениям убираем спутники из программы Orbitron, которые летают выше этой орбиты. Плюс к этому можно убрать аппараты военного назначения, метеорологические аппараты, аппараты GPS и аппараты связи. Получаем следующую картинку. Уже намного лучше :)

    image

    Над головой:

    image

    Для полноты наблюдений, сделаем еще одно наблюдение спутника с привязкой ко времени и получить 4 точки орбиты.

    image

    Теперь мы имеем 4 точки орбиты когда спутник появляется над горизонтом:

    — 14 марта 2018 года 07:52:10 UTC
    — 20 марта 2018 года 07:20:20 UTC
    — 20 марта 2018 года 08:55:35 UTC
    — 20 марта 2018 года 16:38:50 UTC

    По этим временным меткам создаём 4 списка со спутниками, которые были в зоне видимости. Сравниваем списки на наличие одинаковых спутников, а если какого то спутника нет в одном из списке, то удаляем его. Не забываем учитывать то, что аппарат должен находится не высоко над горизонтом.

    После всех операций, у нас под параметры подошел лишь один аппарат: TYVAK-61C.

    image

    TYVAK-61C — NORAD: 43144, номер COSPAR: 2018-004-AK, Период: 1h 34m 32s (мой расчётный период — 1 час 35 минут и 15 секунд).

    Теперь определяем точную частоту сигнала спутника. В этом нам поможет Эффект Доплера. Эффект Доплера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника). Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.

    Теперь зная параметры орбиты, рассчитываем Эффект Доплера. При таких параметрах орбиты на частоте 400.000 MHz, он будет составлять ± 0.009520 MHz.

    image

    Зная частоту, когда приходит первый сигнал со спутника, рассчитываем рабочую, компенсируя Эффект Доплера. Получается — 401.050 MHz.

    Проверяем расчёты в реальном времени. Ждём следующего прохождения спутника и смотрим как сигнал будет расходиться с расчётным. Если будут большие расхождения во время приёма, значит это не тот аппарат, если всё будет точно, то это спутник TYVAK-61C. Запускаем приёмную станцию. У нас получилось расхождение частоты приёма и частоты сигнала спутника (сигнал со спутника появился на частоте 401.042 MHz, а расчетная частота приёма должна быть 401.052 MHz).

    image

    Расхождение может быть по двум причинам, первая — спутник определили не правильно, а вторая — шкала времени и частоты на предыдущих скринах (обзорного сканирования частоты) имеет небольшую погрешность. На 95% в этом виновата вторая причина. Зная положение спутника в пространстве, точное время приёма сигнала и частоту приёма сигнала, пересчитываем Эффект Доплера. Получаем частоту 401.040 MHz. Устанавливаем частоту приёмника 401.040 MHz и следим за частотой сигнала и расчетной частотой.

    image

    Вот теперь частота приёма с учетом Эффекта Доплера сходится. И можно смело сказать, что это спутник TYVAK-61C.

    TYVAK-61C — Американский астрономический спутник, который был изготовлен компанией Tyvak Nano-Satellite Systems, Inc. Аппарат предназначен для каталогизации изменения света звезд. Спутник имеет размеры 10×30 см (3U CubeSat). TYVAK-61C был запущен 12 января 2018 года с космодрома «Шрихарикота» в Индии. К сожалению, изображения аппарата в интернете я не нашел, но примерно он выглядит как спутник NanoACE.

    image

    Переключаем приёмник с обзорной антенны на направленную с поворотным устройством. Будем пробовать принять информацию с него и декодировать сигнал.

    image

    Мы идентифицировали спутник, определили частоту сигнала и декодировали сигнал:-) Позывной спутника: GEOSF1.


    → Аппарат внесен в таблицу частот
    → Аппарат добавлен в список спутников
    → Как добавить базу SATONLINE в Orbitron
    Поделиться публикацией
    Комментарии 44
      0
      имеющая высоту над поверхностью планеты в диапазоне от 160 км (период обращения около 88 минут) до 2000 км
      не опечатка случайно?
        0
        Точно опечатка. МКС за полтора часа оборот делала на старой низкой орбите.
          0

          160-2000 км — это диапазон высот, классифицируемый как LEO
          https://en.wikipedia.org/wiki/Low_Earth_orbit "A low Earth orbit (LEO) is an orbit around Earth with an altitude of 2,000 km (1,200 mi) or less, and with an orbital period of between about 84 and 127 minutes. Objects below approximately 160 km (99 mi) will experience very rapid orbital decay"
          https://www.swpc.noaa.gov/impacts/satellite-drag "Drag has a significant impact on spacecraft in low Earth orbit (LEO), generally defined as an orbit below an altitude of approximately 2,000 kilometers (1,200 mi)."


          На LEO находится около половины всех спутников (и мусора), ещё порядка 40% — на геосинхронных
          https://swfound.org/media/99971/wright-space-debris_situation.pdf "Low earth orbit (LEO): 300-2,000 km altitude • 1.5 — 3 hour period • 7 — 8 km/s orbital speed "

        +3
        На самом деле это готовая идея для небольшого стартапа. Поставить несколько /минимум три/ приёмников на расстоянии в 150-200 километров, синхронизировать их по сигналу точного времени с GPS, получаем радиоинтерферометр, способный измерять параметры орбиты с высокой точностью и идентифицировать спутники. В идеале разместить такую систему надо бы недалеко от экватора. При увеличении числа коммерческих спутников на орбите услуга может быть вполне востребована.
          0
          В идеале разместить такую систему надо бы недалеко от экватора.

          Нафига?
            0
            Например, спутники на НОО в экваториальной плоскости из средней полосы не видны никогда.
              0
              Давайте подумаем с точки зрения бизнеса.

              Для кого разворачивается система? -Для тех, кому точности Norad не хватает. А что это за аппараты? — Ну в голову кроме ДЗЗ больше ничего не приходит.

              Если так, то там преобладают приполярные орбиты. Если мы развернем системы где-то в средней полосе, то мы меньшим числом пунктов сможем обеспечить приемлимую частоту измерений.

              А вообще идея интересная
                0
                Для спутников ДЗЗ — согласен. Но для большого числа выводимых попутным запуском учебных миниспутников, которые как раз NORAD идентифицировать не может /и ему это не очень надо/ — как получится…
          –5
          Ценнейшая публикация. Жаль, не могу плюсануть.
            –9
            Тоже понравилось. И тоже не могу…
              +7
              Зато Вы оба любите трепаться о «плюсах». Этого на Хабре не любят.
                –14
                Зато Вы оба любите трепаться о «плюсах».

                Ссылка на еще хотя бы один мой комментарий, где я упомянул плюсование.

                Этого на Хабре не любят.

                Самоуполномочился говорить за весь Хабр? Не тяжела ноша? :)
                  +2
                  Ссылка на еще хотя бы один мой комментарий, где я упомянул плюсование.

                  Одного обычно бывает достаточно, чтобы уйти в минус.
                  Самоуполномочился говорить за весь Хабр?

                  Читал правила до того, как это предупреждение оттуда убрали. (Стукнуть бы того, кто убрал).

                  А теперь посмотрите на рейтинг своих постов и убедитесь, что я был прав. Видит бог, я пытался смягчить ситуацию, поставив им плюсы.
                  Ну вот! Вам ещё и карму слили. От всей души сочувствую.
            0
            То есть имея ресивер, очень чувствительный, с известными координатами и выходом в интернет, можно получить аналог флайт радара, но только для спутников?
              +2
              Нет, не всё так просто. Точность таких измерений будет мала. Но можно, например, записать сигнал с метками точного времени, и обработав одновременные записи с нескольких приёмников в известных точках, по методу радиоинтерферометра получить точные параметры.
                0

                То есть можно написать прогу, распространить ее людям имеющим тарелку, подключенную к окмпу (спутниковый инет), и получив инфу от нескольких человек сосотавить довольно точную карту спутников?

                  0
                  … но только спутников, которые посылают сигналы.
                    +1
                    Да, во первых, только для спутников, посылающих сигналы, во вторых, желательно сигнал как-то модулированный, в третьих одновременно минимум три антенны из известных точек, находящихся в зоне видимости спутников, должны направить антенну в сторону этого спутника и писать сигнал с отметками точного времени, для начала — примерно. Если сопоставить все требования, то просто распространить программу недостаточно. Нужен какой-то координирующий работу центр, нужно некоторое количество работающих с ним приёмных пунктов, с учётом того, что на НОО спутник будет виден одновременно с нескольких приёмных центров один-два раза в сутки.

                    Поэтому, если хотите создать что-то вроде распределённой сети приёма данных, то нужно что-то типа «биржи», куда приходят заказы на приём данных со спутника с известной траекторией /для этого, в принципе, пункты должны иметь возможность передавать команды на спутник, но в каждый данный момент хватит одной антенны/ и на идентификацию и определение точных параметров орбиты /для чего, с учётом примерной траектории полёта, заранее организуется группа из нескольких приёмных пунктов/.
                      0
                      как-то модулированный

                      Модулированный известным образом, чтобы правильно обработку настроить.
                        0
                        Для расшифровки данных это важно, а для определения радиоинтерферометром параметров орбиты достаточно самого факта модуляции, чтобы измерить наклонную дальность между спутником и каждой из приёмных антенн. Правда есть определённые пожелания к модуляции сигнала, что облегчает измерение расстояний и обеспечивает однозначное определение дальности, но в принципе можно использовать и модуляцию потоком телеметрии.
                          +1
                          Я имел в виду тип модуляции. Для амплитудной и фазовой модуляции — разные подводные камни.
                        0
                        Нужен какой-то координирующий работу центр

                        Вопрос к Вам как к спецу (по этой части):
                        Неужели не создана подобная система, в рамках нашей страны?
                        Полагаю, что она д.б. давно создана.
                        Её название — не подскажите?
                          0
                          Имелось ввиду opensource или частный проект.

                          У военных радары и телескопы. www.kik-sssr.ru/Sazhen-T.htm
                    +1
                    Технически это сложнее чем наблюдение за самолетами. И полезнее выглядит другая сеть наблюдения за спутниками geektimes.ru/post/241834
                    +2

                    R4UAB если не секрет, что у вас за ресивер и антенное хозяйство?

                      0
                      Присоединяюсь к вопросу + был бы интересен Ваш опыт по развертыванию и настройке системы, а так же предыстория как Вы дошли до такого хобби. Если это хобби.
                        +1
                        Приемники HackRF и RTL-SDR. Обзорная антенна состоит из 4 антенн с круговой диаграммой направленности. Каждая из них имеет собственное усиление 3db + малошумящий усилитель на 30db. Все они объедены в стек. Такая система обеспечивает высокую чувствительность. Само собой всё это стоит за городом, что бы было меньше помех. Подключаюсь я к приёмнику по VNC или используя terminal. Направленные антенны — Яги.
                          +1
                          Оборудование/QSL | R4UAB блог
                          r4uab.ru/qsl
                            0

                            R4UAB FiLinX Спасибо!
                            Антенное хозяйство как понимаю на даче расположили или с кем договорились?


                            UA1ZEC 73 :)

                          0
                          Мы идентифицировали спутник, определили частоту сигнала и декодировали сигнал:-)


                          А можно поподробнее? Его протокол был известен или пришлось самому подбирать параметры кодирования?
                            0
                            Если это их спутник, то наверно параметры кодирования им известны?
                              0
                              был обнаружен сигнал неопознанного спутника, которого у меня нет в каталоге.


                              Им это кому?
                                0
                                Команда, представленная автором статьи.
                              +1
                              Протокол спутника не был известен. Ну по крайней мере мне. Ловить и декодировать сигналы со спутников — это моё хобби. Я составляю свои списки рабочих спутников. Все частоты публикую у себя на сайте. Несколько раз мои списки помогли обнаружить потерянные аппараты. По поводу декодирования, за 10 лет, как я этим увлекаюсь, я разобрал множество сигналов и мне не составило трудности определить модуляцию сигнала и протокол и этого спутника по параметрам сигнала.
                                +1
                                Спасибо!

                                Если будет время, напИшите отдельную статью про определение сигнала?
                                Я помню читал статью про реверс инжиниринг outernet. Процесс нетривиальный и похож на детективную историю. Было бы интересно почитать еще!
                              0
                              Подскажите, пожалуйста, каким ПО пользовались для декодирования сигнала?
                                +2
                                Все ПО которое использовалось в статье: Windows — Orbitron. Linux: GQRX, GPREDICT, GNUradio, модем Direwolf.
                                0

                                Почти 17000 объектов, вот это да! Интересно, сколько уже тонн человечество вывело в космос?
                                Может существует какая то статистика по странам?

                                0

                                del

                                  0
                                  Теперь зная параметры орбиты, рассчитываем Эффект Доплера. При таких параметрах орбиты на частоте 400.000 MHz, он будет составлять ± 0.009520 MHz.

                                  рассчитываем рабочую, компенсируя Эффект Доплера. Получается — 401.050 MHz.

                                  — Есть некоторое отклонение: чуть больше мегагерца.
                                  И это, как пониимаю, именно продольный эффект Доплера
                                  (поперечный — когда учитываем и то, что в повижной системе отсчёта время течёт с другой скоростью,
                                  иначе — с учётом Лоренцевского преобразования).
                                  Интересно узнать именно причину этого отклонения.
                                  Да, в пояснении ниже — оно есть, спасибо.

                                  Запускаем приёмную станцию. У нас получилось расхождение частоты приёма и частоты сигнала спутника
                                  — А причина этих отклонений — что?
                                  Систематическая и случайная ошибки?

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое