Чи можна працювати в Lora із супутниками на низьких орбітах? Можна й ось чому...

Дуже цiкавий проект TinyGS по роботі з супутниками FOSSA на низьких орбітах. Особливість даних супутників, як і супутників SpaceBee та Norby у використанні Lora-транспордерів на борту для прийому та передачі повідомлень від наземних базових станцій у діапазоні 70 см (436.7 MHz) та 2m (137.975 MHz). Як базові станції використовуються дешеві Lora-модулі на чіпах SX126х і SX127x спільно з керуючим контролером на ESP32. Також підходять і готові плати TTGO з даними чіпами. Низька орбіта передбачає високі швидкості прольоту таких супутників і як наслідок прояв доплерівського ефекту. Схема взаємодії представлена нижче. З неї випливає, що всі прийняті дані зі станцій збираються через Інтернет, брокером MQTT. Зважаючи на НЕ геостаціонарність угруповання таких супутників і роботу через мережу Інтернет слід зауважити - такі станції зможуть працювати і бачити дані один одного через супутник один з одним без Інтернету лише деякий час прольоту над наземними станціями. Для блекаутів слабо підходить, навiть зовсiм не пiдходить...

Небагато матчасті для вашого розуміння

Можливість використання приймачів Lora для роботи з навколоземними об'єктами, що швидко рухаються, такими як низькоорбітальні супутники визначається величиною доплерівського зміщення (відносною швидкістю об'єкта), заданою шириною каналу і допустимим зміщенням по смузі для конкретного модуля Lora.

1. Допустимо забажали попрацювати із супутниками Fossa з висотою орбіти до 500 km та швидкістю прольоту 7.7 km/s
2. DownLink частота Lora-приймача на борту Fossa = 436.700 MHz
3. Величина доплерівського зміщення складе df = 2 * v * f / c = 2 * 7700 * 436700000 / 3*10 ^ 8 = 22 417 Hz
4. Для модулів SX1262 можливість демодуляції зберігається в межах 25% по смузі на будь-якому SF
5. Смуга каналу BW для FOSSA задана як = 125 kHz
6. Допустиме зміщення dF = 0.25*125 = 31.25 kHz
7. Співвідношення df < dF виконується, що дає стабільність контакту з супутниками FOSSA

    

Налаштування

Конфігуратор Firmware проекта TinyGS дозволяє визначити самому піни https://github.com/G4lile0/tinyGS/wiki/Ground-Station-configuration без перекомпiлювання бiнарнику. Чого не може Meshtastic. Як можна побачити з радiочастини radio.cpp пiсля прийому данi обертаються в BASE64 й тiльки потiм вiдсилаются через MQTT клiент в мережу Iнтернет. 

Сам радiомодуль для пiдвищення швидкостi можна також перевести окрiм Lora в режим FSK.

Параметри для роботи з FOSSA:

1. Frf = 436.700 МГц
2. SF = 10
3. CR = 5
4. BW = 250 kHz

Параметри для роботи з SpaceBee:

1. Frf = 137.975 МГц
2. SF = 7
3. CR = 8
4. BW = 41.7 kHz

Шаблон демона под TinyGS:

{"name":"[1262] LoraSAT daemon","aADDR":60,"oSDA":15,"oSCL":4,"oRST":-1,"pBut":0,"led":2,"radio":1,"lNSS":5,"lDIO0":-1,"lDIO1":16,"lBUSSY":25,"lRST":17,"lMISO":19,"lMOSI":23,"lSCK":18,"lTCXOV":0.0}

Для корегування прошивки наполягають на platformio, але в кількох модулях можна їх директиви прекомпіляції прибрати і буде запускати в будь-яких IDE буратини.

Антени

Антени використовуються як простi диполi, так й кругової поляризації, квадрифiляри, Cross-YAGI, ATA та навiть пласкi Log-Helical.

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi ресурси

1. Для бажаючих попрацювати із угрупуванням низькоорбітальних супутників FOSSA https://tinygs.com
2. Швидкий старт https://github.com/G4lile0/tinyGS/wiki/Ground-Station-configuration
3. Сорцi проекта TinyGS
4. Готовий бiнарнiк для ESP32 
5. Найдешевший модуль Lora - RA01 на SX1278 https://aliexpress.com/item/32809772660.html
6. MiniFAQ по Lora
7. Як працювати Lora та аматорському трансиверу на одну антену
8. LoraBOT та приймач на одну антену
9. Простий мiжбендовий Lora-шлюз на UART модулях без окремого контролера
10. Крос-бенд Lora мереж та ПАПУГА
11. Взаємозв'язок між розширенням спектру, чутливiстю та швидкiстю обмiну в текстових та голосових режимах over Lora
12. LR-FHSS. Як працює ППРЧ в Lora
13. Завади для керування БПЛА. На сьогодні існує кілька видів атак на Lora
14. Зменьшення нестабільностi TCXO в LoRa-модулях
15. Як прошити LoraSAT або Meshtastic в польових умовах з смартфону
16. Lora на ручній тязі... поки крутиш - в космочаті
17. Керування Starlink-приводом з антеною через Lora
18. Мережевi iгри over Lora
19. Стероїд-мод. Як додати шоколадку до Lora-модуля або потужний Lora-модем
20. Робота Lora-модуля SX1262 за паспортними межами
21. Чи можна працювати в Lora із супутниками на низьких орбітах? Можна й ось чому...