全国青少年业余无线电卫星通信锦标赛常用卫星信标信号...

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全国青少年业余无线电卫星通信锦标赛常用卫星信标信号详解

　

由国家体育总局、教育部、中国科协、共青团中央和全国妇联联合主办的全国青少年业余无线电卫星通信锦标赛暨全国青少年无线电运动嘉年华已经举办过两届。竞赛包括卫星通信天线制作和卫星信标抄收两个部分，天线制作竞赛由参赛选手在规定的时间内，按规定的方案独立完成VHF/UHF双波段手持式业余卫星通信八木天线的制作和调试，并当场提交书面制作报告。卫星信标抄收竞赛由参赛选手使用自制的天线，自备接收机和相关设备，在规定的时间和地点架设设备，本人手持天线跟踪指定的业余无线电卫星，完成信标信号的接收。
　　2010年比赛在广东省珠海市举办，吸引了来自全国各地的81名选手参赛;2011年比赛在安徽省合肥市举办，有152名选手参赛。选手的年龄从小学一年级到高中毕业班，通过赛前的训练和比赛过程学生们不仅学习了业余无线电、天文学、物理学和航天科技等方面的知识，同时既动脑又动手，学到了书本之外的知识，从制作和通信的成功中体会到了学习的乐趣，并且在活动的过程中培养了他们团结协作、严守纪律、勇于拼搏的优良作风，在遭遇天气突变、比赛条件艰苦的情况下，灵活应对，勇于挑战自我，使学生的综合素质得以提高。竞技比赛与科技体验活动相结合的方式彰显出了业余无线电卫星通信竞赛的独特魅力。
　　据悉，今年全国青少年业余无线电卫星通信锦标赛将于8月份在广州市举办。为了便于参赛代表队的教练员和选手们学习和训练，同时也为有兴趣的业余无线电爱好者提供参考，下面对比赛中经常用到的业余卫星的信标信号做详细的介绍。
　　业余无线电卫星的信标首先被用于地面业余无线电爱好者跟踪卫星的运行。其次，卫星信标信号通常包含有反映卫星工作状态的遥测数据，业余无线电爱好者通过解码遥测数据可了解卫星的工作情况。前两届全国青少年业余无线电卫星通信锦标均使用了HO-68和CO-58这两颗业余卫星。

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　　HO-68业余无线电卫星
　　HO-68卫星的名称为“希望一号”(XW-1)，是我国第一颗业余无线电卫星，也是我国第一颗科普卫星。卫星于2009年12月15日在太原卫星发射中心搭载“长征二号丙”运载火箭，一箭双星成功发射入轨。2009年12月19日，美国业余卫星组织AMSAT把“希望一号”编入业余无线电卫星第68号，HO-68。H为“希望”的英文“HOPE”的第一个字母，O是国际上对业余无线电卫星的统称“OSCAR” 的第一个字母，这是我国的卫星第一次获得国际业余无线电界的编号。
　　“希望一号”卫星采用非等边八边形立柱构形，星体结构由铝合金框架、承力板以及整星蒙皮构成，卫星采用被动热控方式，电源由体装砷化镓太阳电池阵和锂离子蓄电池联合供电。卫星质量约60千克，星体高480毫米、包络直径680毫米。卫星运行在高度为1200公里的太阳同步轨道，轨道倾角105°，运行周期109分钟。“希望一号”卫星的有效载荷包括一台业余无线电遥测信标机和三台业余无线电通信转发器。三台转发器分别工作在调频中继模式、线性转发模式和数据存储转发模式。卫星还携带有一台微型彩色宽视场CMOS摄像机和一个青少年科学实验装置。
　　“希望一号”卫星遥测信标机简介：
　　“希望一号”卫星的遥测信标机工作在UHF频段，发射频率为435.790MHz，射频输出功率约200mW。射频信号经过切换开关和移相及分配网络与四根四分之一波长辐射振子相连接构成右旋圆极化发射天线，天线平均增益约为-2dBi。信标机在卫星从运载火箭分离后六秒钟开机连续工作至今。
　　“希望一号”卫星遥测信标发送时序：
　　“希望一号”卫星的遥测信标信号每一次发送一个数据帧，发送时间约40秒，然后停止发送10秒钟，再发送下一个数据帧，周而复始。每个数据帧的遥测数据由星上微处理器实时更新。

　　HO-68卫星遥测信标发送时序示意图
　　“希望一号”卫星遥测信标信道编码和调制体制：
　　业余无线电卫星信标信号的常用调制体制有无调制载波、等幅报和AFSK等方式，“希望一号”卫星采用：
　　(1)等幅报(CW)方式调制;
　　(2)国际标准莫尔斯电码发送;
　　(3)发送速率为15WPM;
　　(4)遥测信息数字编码见右边表格;
　　因此，无线电接收机要具有CW模式才能正常接收“希望一号”卫星的信标信号。

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　　“希望一号”卫星遥测信标帧格式及内容：
　　“希望一号”卫星遥测信标信号的每一个数据帧包括22组信息，每一帧以“希望一号”卫星的业余无线电呼号“BJ1SA”开始，接着发送两组遥测信息起始标识，内容均为英文字母“XW”，之后从第4组到第16组每组由三个英文字母或数字组成，是卫星的遥测信息，最后以发送两组英文字母“XW”作为遥测信息结束标识，结束一个数据帧的发送。

　　“希望一号”卫星遥测信标所发送的遥测信息：

　　CO-58业余无线电卫星
　　CO-58业余无线电卫星是日本东京大学研制的Cubesat纳型卫星，是该校名为“未知因素调查者”(X-factor Investigator)卫星技术探索计划的第五颗卫星，即XI-V。该卫星被美国业余卫星组织AMSAT编入业余无线电卫星第58号，称为CO-58，“CO”为英文“Cubesat OSCAR”的缩写。
　　CO-58于2005年10月27日从俄罗斯普列谢茨克航天发射场用“宇宙-3M”运载火箭一箭八星发射成功。CO-58卫星采用正方形构形，星体结构由铝合金框架及蒙皮构成，卫星采用被动热控方式，电源由体装砷化镓太阳电池阵和锂离子蓄电池联合供电。卫星质量约990克，星体尺寸100x100x100毫米。卫星运行在高度约为700 公里的太 阳同步轨道，轨道倾角98.18°，运行周期99分钟。CO-58卫星的装有一台AFSK遥测发射机、一台AFSK遥控接收机和一台CW遥测信标机。该卫星还携带有一台微型彩色CMOS摄像机和一个容量为256KB的电子盘。CO-58卫星的业余无线电呼号是JQ1YGW。
　　CO-58卫星遥测信标机简介：
　　CO-58卫星的遥测信标机工作在UHF频段，发射频率为437.4650MHz，射频输出功率约80mW。发射天线为双极天线，天线的增益不均匀，最高增益约+2dBi，70%的区域增益高于-5dBi，但有10%的区域增益降至-10dBi以下。CO-58卫星遥测信标机为连续开机工作。

　　CO-58卫星遥测信标信道编码和调制体制：
　　(1)等幅报(CW)方式调制;
　　(2)国际标准莫尔斯电码发送;
　　(3)发送速率约为14WPM;
　　因此，无线电接收机要具有CW模式才能正常接收CO-58卫星的信标信号。
　　CO-58卫星遥测信标帧格式及信息内容：
　　CO-58卫星遥测信标信号的每一组遥测数据包括7个数据帧，第一至第六帧包含实测的卫星工作参数，第七帧为星载计算机随机产生的英文字附串，每一帧以CO-58卫星的名称“XIV”开始，接着发送本帧序号，之后紧跟信息内容，由六个至二十六个英文字母或数字组成。数据帧按序号顺序循环发送。

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　　发送数据格式
　　二进制数据按十六进制格式发送，高四位和低四位分别发送。例如，数据“0xc0”分别发送“C”和“0”。下面详细介绍每一帧的内容的含义。
　　XIV1 [AA][BB][CC]
　　星载计算机的时间。 CO-58计时用3个字节，一个星时单位约等于1秒，最高值为0xFFFFFF，也就是约191天。
　　XIV2 [DD][EE][FF][GG]
　　[DD] [EE]：状态和标志，包括上行通信次数计数器，摄像头图像存储数据重写状态和充电状态等。
　　[FF]：状态和标志，包括星载计算机正常工作标志，数据发送状态等。
　　[GG]：接收信号强度电压的AD变换值。这是当CO-58发送XIV1到XIV2时的接收信号强度的最大值。
　　XIV3 [HH][II][JJ]
　　通信模块的温度和电压。因为精度的原因，可能和XIV6的数值有所差别。
　　[HH]：蓄电池电压的AD变换值。
　　[II]：太阳电池阵电压的AD变换值。
　　[JJ]：蓄电池温度的AD变换值。
　　XIV4 [KK][LL][MM][NN][OO][PP]
　　星载计算机采集的太阳能电池阵的电流值。
　　[KK]：+X面太阳能电池阵的电流值，[LL]：-X面太阳能电池阵的电流值，
　　[MM]：+Y面太阳能电池阵的电流值，[NN]：-Y面太阳能电池阵的电流值，
　　[OO]：+Z面太阳能电池阵的电流值，[PP]： - Z面太阳能电池阵的电流值。
　　XIV5 [QQ][RR][SS][TT][UU][VV]
　　星载计算机采集的温度值。
　　[QQ]：+ X面表面温度，[RR]：-X面表面温度，[SS]：+Y面表面温度，
　　[TT]：-Y面表面温度，[UU]：+Z面表面温度，[TT]：-Z面表面温度
　　XIV6 [WW][XX][YY][ZZ][GG]
　　星载计算机采集的温度和电压值。
　　[WW]：调频发射机的温度
　　[XX]：蓄电池的电压
　　[YY]：太阳能电池阵的电压
　　[ZZ]：蓄电池的温度
　　[GG]：当CO-58发送XIV3到XIV6期间，接收信号强度的最大值。
　　XIV7 XXXXX XXXXX XXXXX XXXXX XXXXX
　　由星载计算机随机产生的英文信息。
　　从以上的介绍可知HO-68卫星信标信号内容的结构较清晰简洁，数据帧之间有较长时间的间隔，这不仅易于接收者判断，而且有充分的时间准备接收下一帧，因此，HO-68卫星信标的接收较适合初学者入门。而CO-58卫星信标信号每一帧数据之间只是正常的莫尔斯电码的分组间隔时长，加之CO-58卫星信标内容较复杂，收听起来就会感觉发送速率较快，没有喘息的时间，这要求接收者要有较好的莫尔斯电码抄收能力，同时要能熟练地操作天线和接收机跟踪卫星的运行。

羌江行者

学习，学习