E’ domenica mattina, piove. Ieri pomeriggio mi sono dedicato a cercar di ricevere qualche segnale da E-st@r-II, purtroppo senza riuscirci. Ma analizzando i dati ricevuti mi è venuto in mente che si possono usare per dare un’idea del tipo di analisi dei segnali che si può fare con una stazione radioamatoriale ben attrezzata, e ovviamente sapendone un pò di radio e di satelliti.
La mia stazione radio ha due antenne VHF e due UHF, a polarizzazione lineare. Le antenne sono montate su un rotore che le orienta in azimut ed elevazione, sotto controllo del PC che fa il tracking del satellite. Le antenne sono seguite da un preamplificatore a basso rumore, poi il segnale va a due radio in parallelo: un ricetrasmettitore tradizionale ed un ricevitore in tecnica SDR (Perseus). Questo ha la possibilità di registrare sul disco del PC una intera gamma di frequenze, per successiva analisi. E’ possibile fare un replay dei segnali ricevuti, eventualmente cambiando i parametri di ricezione (filtro, modo) e di demodulazione. In più Perseus presenta a video i segnali ricevuti con una rappresentazione detta spettrogramma (o waterfall all’americana). Nello spettrogramma l’asse orizzontale è quello delle frequenze, il verticale è il tempo che scorre (dall’alto verso il basso nel mio caso); l’intensità di un segnale è data dal colore della traccia, secondo una palette predefinita. Lo spettrogramma è uno strumento straordinario per l’analisi dei segnali; comparandolo con un ricevitore tradizionale, che ascolta una sola frequenza, è come osservare un panorama da una fessura, un pezzetto alla volta, e poi poterlo ammirare in tutta la sua ampiezza.
E-st@r-II vola in compagnia di AAUSAT4, sono ancora a pochi km di distanza, e sostanzialmente sulla stessa orbita. Anche le frequenze di trasmissione sono vicine, 437.425 MHz per AAUSAT4 e 437.485 per E-st@r-II. L’orbita è sincrona al sole, quindi il satellite è sempre illuminato, e il passaggio di ieri sera era ascendente, da SSE a N, con una elevazione massima di 53°. La minima distanza fra me ed il satellite era di circa 800 km, l’acquisizione (AOS) e la perdita (LOS) avvenivano a circa 3000 km.
Le registrazioni coprono l’intervallo di tempo dall’AOS al LOS. La banda di frequenza va da circa 437.410 a 437.540 MHz.
Sugli spettrogrammi si vedono molte cose interessanti. Anzitutto, le bande orizzontali sono causate da rumore locale; devo ancora identificare la causa, ma sparisce quando elevo le antenne. Le righe verticali immobili sono segnali terrestri, magari emessi da qualche apparecchiatura elettronica chissà dove. I “pacchetti” allineati verticalmente sono emissioni dati, sistemi di telemetria, telecomandi o simili. I segnali che non seguono la verticale sono normalmente satelliti, con la frequenza che varia per effetto doppler; lo scostamento per un satellite in LEO a 437 MHz arriva a +/-12 kHz.
Si vede bene il segnale di AAUSAT4 attorno a 437.425 MHz, che emette un pacchetto dati ogni 30 s, ed una identificazione in Morse (CW) ogni 5 minuti. Il messaggio Morse dice “OZ4CUB B8.0 T22” ovvero nominativo amatoriale, tensione di batteria e temperatura della CPU.
A destra, attorno a 437.485 c’è un segnale chiaramente satellitare, che trasmette un pacchetto dati ogni 10 s, non si identifica in CW, ed è sulla stessa frequenza assegnata a E-st@r-II. Osservando il doppler si vede però che l’entità del medesimo è piccola, e questo indica un passaggio lontano dalla mia stazione, con piccola variazione della V relativa; il punto di flesso della curva di doppler (istante di massimo avvicinamento) è circa alle 16:31:30, mentre per E-st@r-II sarebbe dovuto essere alle 16:35:30; e secondo i dati in mio possesso E-st@r-II dovrebbe trasmettere un pacchetto ogni due minuti, non 10 s. L’altro dato che porta ad escludere che si tratti del nostro è che l’emissione dovrebbe essere con modulazione AFSK a 1200 Bd, mentre questi sembrano pacchetti GMSK a 9600 Bd (e questa è esperienza di signal analysis).
Alle 16:34:30 compaiono sulla frequenza 437.485 altri segnali, chiaramente con doppler. Lo spettrogramma permette di identificarli immediatamente: si tratta di emissioni “spurie”, cioè indesiderate, del trasmettitore di AAUSAT4, e infatti sono perfettamente contemporanee e con la stessa modulazione del segnale attorno a 437.425, che compare chiaramente durante la trasmissione del CW ID alle 16:35:40. Anche questo segnale quindi è da scartare.
L’ascolto continua fino alle 16:42, le antenne scendono sull’orizzonte e ricompare il rumore a bande, e segue il LOS di AAUSAT4. E-st@r-II non si vede.
Ho anche calcolato la sensibilità del mio sistema. Questi satelliti trasmettono con potenze piccole, tipicamente fra 100 e 500 mW. Conoscendo il guadagno delle mie antenne, il guadagno del preamplificatore e di tutta la catena di ricezione e la distanza del satellite ho misurato il livello di segnale ricevuto; da questo ho stimato la potenza trasmessa da AAUSAT4 durante il CW ID in circa 300 mW. La mia stazione può “vedere” un segnale di 1 mW a 800 km con buona probabilità di rivelazione; quindi se E-st@r-II trasmette lo fa con una potenza inferiore a 1 mW.
Continuerò nei prossimi giorni a monitorare, non si sa mai…
Allego le immagini, in due post. La prima è la visualizzazione dell’orbita da Orbitron, poi il primo spettrogramma commentato, poi gli altri.