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近段時間以來一直跟兩位同事在研究如何接收并解碼氣象衛(wèi)星云圖，本來預估進度要到年后了，可是最近加快了進度，昨天試驗OK，今天整理成文章分享給大家。
Use PlutoSDR and GNURadio to receive LRIT signal from GK-2A.
1. 概述
目前有不少愛好者都成功地接收了GK-2A氣象衛(wèi)星的云圖，然而基本都是復刻了一些國外愛好者的使用的RTL電視棒的教程。對于天線系統(tǒng)也沒有太多的研究，有較少關(guān)于這方面的資料。所以萌生了使用PlutoSDR接收GK-2A氣象衛(wèi)星的云圖，并且對整個鏈路系統(tǒng)進行搭建的想法。為了完成這次接收，自制了線極化拋物面天線、LNA，搭建了基于開源的GNURadio的解調(diào)器、解碼器和圖片解析器的開發(fā)環(huán)境。同時也感謝我的朋友們對此業(yè)余無線電小項目的鼎力支持，沒有他們的幫助這是不可能成功的。
在網(wǎng)上包括國外的一些愛好者，目前還沒有發(fā)現(xiàn)使用PlutoSDR來完成接收GK-2A的案例。目前國內(nèi)相關(guān)的文章也只有寥寥幾篇使用RTL電視棒的，既然做了就本著記錄和分享的想法，把這個可行的方案分享給大家。然而，想要完全復現(xiàn)本文中的結(jié)果，是需要相當程度的編程、硬件和射頻的能力的。對于比較入門的人來說，我還是更推薦使用更成熟的RTL，教程更多、設備更便宜、工具也更成熟。
本次接收的是衛(wèi)星的LRIT的下行鏈路，本文比較系統(tǒng)地涵蓋了整個搭建的過程，但是難免會有疏漏和錯誤的地方，歡迎大家進行指正和討論。
2. 天線系統(tǒng)
天線系統(tǒng)是整個接收系統(tǒng)中非常重要的一部分。由于這個衛(wèi)星的本身是在這個頻段進行線極化的，所以這次選用的是一個線極化拋物面天線。這類2.4GHz所使用的線極化柵格天線非常好搞到（便宜），并且能比較簡單地進行安裝和改裝。但是，對于這個天線改裝只有外網(wǎng)一些不詳細的說明和含糊的討論，沒有相關(guān)的測試數(shù)據(jù)。雖然他們?nèi)耘f使用改過的天線接收到了信號，但是每個天線的特性都不一樣，更加正向和詳細的方法我覺得更重要。
就是這個淘寶最常見的2.4GHz的柵格拋物面天線，一百多人民幣應該就能買到了。
但是我找了好久沒有找到詳細的關(guān)于這個饋源的拆解和改裝教程，所以我就在這邊寫一下關(guān)于這個天線的改裝。下圖是這個天線的振子，饋源和饋源的支撐桿，我收了一個二手貨所以比較破舊
可以看出這是個DP振子配合了一段巴倫，由特別寬度和長度的銅皮組成。
本次改裝的關(guān)鍵就在于需要把振子按照波長的對應關(guān)系放大，然后重新組裝到反射天線的焦點位置。我重新用銅皮焊接了一個大尺寸的振子（銅皮寬度不變），然后把它塞到了原本振子的位置，同時把頂部小柵格反射器往外調(diào)節(jié)一些，我的參數(shù)是多11mm左右，而不是像外網(wǎng)教程里面把它反裝。
把支撐桿做短一些方便調(diào)節(jié)振子的位置。下圖就是我做的新振子和我測量的原來2.4G振子的尺寸數(shù)據(jù)。
最后，用快裝板把柵格天線固定在三腳架上方便對星。S11的測試結(jié)果在-19dB @ 1.7GHz，相當出色的駐波特性說明振子和小反射器的尺寸正好。天線其他參數(shù)不知，不具備測試條件。對星過程我不再贅述，其他教程很多。我們長三角地帶大概要仰起50度，方向基本對上正南方偏十幾度，具體可以根據(jù)地理位置查詢。極化方向很重要，振子要和地面接近平行。
2. 低噪聲放大器（LNA）
這一塊我其實沒啥好說的，設計地比較潦草。只是隨手拿了身邊有的放大器單元MAX2615，記得是18dB的增益和2.0的噪聲系數(shù)。結(jié)構(gòu)就是LNA+SAW+LAN的放大濾波放大結(jié)構(gòu)。為了方便做了一個Type-c的供電，測試后總增益24dB，比預期的稍微小了點但是沒去細細探究，能用就行了，應該不會比賣幾百塊的差勁太多。改了個屏蔽盒忘記拍照了，反正沒有特別的東西。
前端預留了一個SAW的位置，不過沒焊接，使用了一顆電容跳過。5V電源使用LDO穩(wěn)壓到3.3V，比較簡單就不放PCB了。由于露出的微帶比較多，拾取WIFI 2.4xx/5.xxGHz 還有手機 1.7xxGHz 多的頻段的能力比較強，需要改進。LNA和天線使用的時候最好要遠離這些強信號源。
3. SDR系統(tǒng)和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理
SDR系統(tǒng)是本次的靈魂所在。本次接收之所以不同，是因為使用了PlutoSDR作為接收設備，它提供了12位的更好的精度和更大的采樣率支持。而使這一切成功的關(guān)鍵就在于國外開發(fā)者提供的Open Satellite Project（OSP）。OSP是支持其他SDR設備的，然而它并不支持PlutoSDR。所以在此基礎上，使用它的解調(diào)流圖，將信號源改寫成PlutoSDR然后調(diào)通解調(diào)器，就是成功的關(guān)鍵。
為了完成這個工作，首先部署了PlutoSDR的GNURadio開發(fā)環(huán)境，這個部署是給我?guī)砹讼喈敶蟮睦щy，方法可以見我的另一篇文章《PlutoSDR 的 GNURadio 3.10 開發(fā)環(huán)境部署》。然后就是調(diào)試OSP所提供的解調(diào)器，一開始怎么都不工作，后來發(fā)現(xiàn)兩個關(guān)鍵點。
一、 符號速率 Symble Rate要符合GK-2A的LRIT的速率，這里我用的是128K。
二、 原作中的基帶低通濾波器似乎不可以直接使用，我將它禁止了。
GNURadio會將解調(diào)后的數(shù)據(jù)通過本地的TCP發(fā)送到另外一個解碼工具中，這里就不多講了，其中的原理我不太了解，可以參考原著的說明，同樣涵蓋在OSP項目中。該Decoder會繼續(xù)將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一個工具xrit-rx中，將數(shù)據(jù)幀解析為圖片，如果希望了解更多可以直接去看該項目。
衛(wèi)星鏈路參數(shù)參考：
4. 實測和總結(jié)
首先是采用了SDR#進行了對星，看看大致的方位。信道還是相當清晰的，PlutoSDR設置在30dB的增益。
然后切換到解碼工具鏈：衛(wèi)星信道清晰，BPSK星座圖分離良好，無丟幀。
最后，是接收到的Full Disk（FD）的紅外云圖照片：還是相當?shù)母咔搴推恋摹?/p>
和谷歌地球的實時云圖進行對比：
但是，其實到這也不是一切都完美了，后面的接收到的時候還是存在許多問題。比如有出現(xiàn)的不知道什么干擾，SNR表跳動，星座圖不分離，數(shù)據(jù)丟幀。目前不知道是不是由于干擾導致數(shù)字鎖相環(huán)不穩(wěn)定，還是什么其他原因，可能需要深入探索。還有出現(xiàn)TCP連接中斷導致解碼器卡死等故障有待排查。不過，總之還是解出了第一張圖片，取得了階段性成果可以與大家分享。
