Implementace principu virtuální pozemní stanice nad sítí distribuovaných a nekoherentně diverzitně kooperujících rádiových přijímačů

Abstract

Pro komunikaci se satelity na nízké oběžné dráze je nezbytné použití pozemních stanic vybavených anténami. Pokud je mise obsluhována pouze z jedné pozemní stanice, je časové okno pro přenos dat značně omezené. To je problematické například při stahování velkého objemu dat ze satelitu. Již nyní existuje komunitní síť pozemních stanic SatNOGS, která umožňuje příjem dat ze satelitu prostřednictvím kterékoli pozemní stanice zapojené v této síti. Alternativou ke klasickým pozemním stanicím je koncept virtuální pozemní stanice. Taková stanice digitálně zpracovává datové toky z několika distribuovaných rádiových přijímačů se všesměrovými anténami. Jelikož je k dispozici několik kopií totožného signálu, je možné využít kombinačních algoritmů, které minimalizují počet chyb ve výsledném signálu. Kromě omezení chybovosti toto řešení rovněž nabízí zvýšenou odolnost systému proti poruchám. Cílem této práce je navrhnout ethernetovou síť a řídící software pro sadu rádiových přijímačů a již existující virtuální pozemní stanici. Návrh se soustředí na volbu vhodné topologie sítě a řízení potřebných prostředků. Klíčovým úkolem řídícího systému je automatizace příjmu signálu pomocí rádiových přijímačů v síti a nastavení jejich demodulátorů včetně zohlednění vlivu Dopplerova efektu. Rozšíření tohoto přístupu by mohlo významně přispět ke zvýšení efektivity při zpracování dat přijímaných ze satelitu. Výsledkem práce je funkční systém, který slouží jako ověření proveditelnosti navrženého řešení. K vytvoření řídících skriptů byl použit jazyk Python, který umožňuje snadnou interpretaci socketové komunikace. Součástí řídícího procesu je open source program Predict, využívaný k výpočtu Dopplerova posuvu a určení relativní polohy rádiového přijímače vůči satelitu. Pro záznam přijímaných dat je použit open source program SDR++. Získané soubory jsou následně zasílány virtuální pozemní stanici ke zpracování.