极地卫星图像接收教程:其他重要组件

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本文将继续探讨天线的选择，并分析其他重要组件的需求···本系列文章的第1部分介绍了创建卫星图像接收系统所需的一些设备(点击阅读：极地卫星图像接收教程：从接收天线开始)。我们将继续探讨天线的选择，并开始分析其他重要组件。

在这两种方案中选择哪种天线？
无需多说安装天线的最佳位置自然是空旷的郊外，远离房屋、树木和其他障碍物。而本文提出的两种天线都是很好的解决方案，即使还有更灵敏、增益更高但也同样复杂的天线。例如，传统的QFH就很好，但就目前而言，重要的是从更简单的模型开始。这两种天线都很有成效，选择哪一种，主要取决于个人喜好。为了便于选择使用的解决方案，有一个必要的步骤就是对它们进行比较。只有同时观察它们的特性和响应曲线，才能清楚地了解系统是如何工作的。下表列出了两种天线的一些基本参数。

要想在两者之间做出选择，观察和比较辐射图也很有用，如图9所示。蓝色图指的是双交叉偶极子，而红色图指的是简化的QFH。根据卫星的高度，第一种天线的操作更加不连续。其特点是具有大量增益区域和阴影区域。然而，第二种天线更加稳定，即使增益低于第一种天线，几乎也能在任何方向上实现最佳接收。   
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图9：辐射图的比较使选择更加容易。

同轴电缆
关于连接天线和无线电设备的电缆，没有什么需要补充的。许多用户并不知道，过长的电缆会使信号衰减几个分贝，尤其是在高频率下。因此，一般的要求是尽可能缩短天线电缆的长度。如果想选择经济实惠的产品，那么可以购买RG58电缆。不过，为了将信号保持在最好的水平，最好的选择是RG213，这是一种很好的电缆，但价格较贵。市场上提供各种类型的电缆，其中一些质量非常好，但价格也明显要高得多。下表显示了过长的高频电缆有时会带来不可接受的信号衰减。第一列列出了同轴电缆的一些型号，而第二列列出了100米电缆长度上50MHz时的相对衰减。   



SDR接收器
对于卫星图像的接收，有多种类型的接收器可供选择。本文关注的重点是简易性和成本效益，因此我们将把注意力转向USB软件定义无线电(SDR)无线电接收器(见图10)。它们看起来像传统的U盘，但有一个用于连接天线的外部连接器。这些低成本的电子设备让用户能够接收电磁频谱中各种频率的无线电信号。这类无线电接收器使用芯片将无线电信号转换成数字数据，然后通过USB端口将数据发送到计算机机。因此，计算机可以像所有其他普通接收器一样使用SDR软件查看和分析接收到的数据，但会具有许多附加选项。这些接收器价格实惠且易于使用，并且功能丰富。有些型号不需要操作系统的驱动程序，因此只需将设备连接到USB端口即可立即使用。
本文使用的接收器型号为Airspy Mini，具有以下特点：

高性能USB SDR保护锁

24至1,700MHz连续的本机RX范围

跟踪射频滤波器

35dBm IIP3射频前端

12-bit ADC(80dB动态范围、64dB SNR、10.4 ENOB)

10、6和3 MSPS Iq输出

5ppm高精度、低相位噪声时钟
高达6MHz的全景频谱视图

它的强项是在VHF和UHF频段的接收。通过附加的SpyVerter设备，覆盖范围可以扩展到HF频段。实际上，它是一个十分有用的频率转换器，与一个特殊的接收器相结合，可以让您接收到较低频段的信号，从而可以收听业余无线电员的声音。它与现有的所有软件100%兼容，例如SDR#、SDR-Radio、HDSDR、GQRX、GNU Radio和SDR++。   
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图10：SDR接收器


个人电脑
此处不再赘述，但建议使用具有充足内存资源的快速电脑。支持接收器的系统有Windows Vista、7、8、8.1和10。对于Windows XP，可以在网上找到相关的驱动程序。它还可以与Linux、*BSD、OSX、Raspberry Pi、Odroid等一起使用。PC的最低配置要求是2GHz Core 2 Duo处理器(或同等处理器)，具有2GB RAM，当然还有USB 2.0端口。如今，拥有一个可以连接到计算机的SDR接收器是一个非常实用的选择，它可以让您了解电磁波的世界，而无需花费过多的金钱。

Gpredict软件
现在让我们继续说明开始接收卫星图像所需的软件。可选择的方法和解决方案数不胜数，每个用户都可以选择自己喜欢的软件。不过不管怎样，对于本文，我们选择使用互联网上免费且易于获取的程序。    如图11所示，Gpredict是一款免费的应用程序，用于实时跟踪卫星并预测其轨道。它可以管理和跟踪无限数量的卫星，并以表格、图表、地图和极坐标图的形式显示数据(就像雷达一样)。Gpredict可以预测未来卫星经过的时间，并提供每次经过的详细信息。它还可以将卫星分组到显示模块中。这样就不会在碰到极地卫星时措手不及了。该软件对于确定即将经过头顶的卫星的精确时间至关重要。事实上，如果不知道经过的确切时间和位置，就无法接收来自太空的图像。该程序非常强大，几乎可以让您了解有关卫星的所有信息。不过，如需了解更多信息，我们建议您查阅官方网站上的相关用户手册。
软件布局可完全自定义，可以查看所选卫星的经过地图、方位角和高度、实时动态数据、下一次经过时的天空状况以及许多其他有价值的信息。对于所选卫星的实时数据，软件会显示以下信息：

方位角

海拔

方向

斜距

距离率

下一个事件

SSP LOC

足迹

高度   

速度

多普勒

信号损失

信号延迟

平近点角

轨道相位

轨道数
能见度

在查阅卫星表时，用户必须了解两个重要的缩写：

AOS代表“信号(或卫星)采集”。这是卫星升到观测者的地平线以上的日期和时间，因此也是卫星上升到地平线以上的日期和时间。
LOS代表“信号(或卫星)丢失”。这是卫星落入观测者的地平线以下的日期和时间，也就是卫星落到地平线以下的日期和时间。

NOAA卫星的经过平均持续15分钟，因此观测者有足够的时间设置软件并正确记录其信号。与其他软件一样，Gpredict功能的学习和使用也需要大量练习。一个非常有用的选项是“Sky at a glance”(天空一览)，如图11所示。这是一个很方便的功能，可以让您快速查看未来n小时内卫星的经过情况。可以在首选项菜单中配置每颗卫星轨道的颜色，前10个卫星可以有不同的颜色。您可以使用鼠标读取图表上水平位置对应的时间。从理论上讲，用户可以不使用Gpredict，而是使用向用户提供所有卫星星历的众多网站，例如www.heavens-above.com。   
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图11：Gpredict卫星跟踪软件本系列的最后一部分将会深入探讨软件的使用，进行实际的接收测试，并提供一些改善无线电信号的建议。    作者：Giovanni Di Maria， 来源：EDN姊妹网站EEWeb
参考原文：Polar Satellite Image Reception: An Exciting Appointment (Part 2)，由Ricardo Xie编译。版权声明：本文为电子技术设计原创文章，版权所有，未经授权，请勿转载。END