PiSat – der Satelliten-Raspberry

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Immer wenn ich in die Statistiken des Blogs schaue, fällt auf, dass mein Beitrag zum Empfang polar umlaufender Wettersatelliten mittels Raspberry Pi, auf Platz 1 der meist gelesenen Beiträge zu finden ist.

Entsprechend habe ich mich die letzten Tage und Wochen bei gemacht, das Empfangsprogramm meiner Wetterstation fast noch einmal komplett neu zu schreiben. Das Ziel: die Bereitstellung eines von Beginn an vollfunktionsfähigen Raspberry Images. Der Nutzer soll nur noch das Image auf die SD-Karte aufspielen müssen und schon kann das fröhliche Satellitenempfangen los gehen.

Hier der Downloadlink: PiSat
Das Image ist 1,9GB groß und beinhaltet neben dem Rasperry-Image auch SDR# samt Meteor-Demodulator-Plugin und LRPT-Decoder zur Dekodierung der Meteor-Aufnahmen, sowie das Satellitentrackingprogramm Orbitron.

Und das ist dabei heraus gekommen. Ein völlig neues Steuerprogramm für den automatisierten Satellitenempfang.

Der erste Start

Beim ersten Start ist ein Button “WxToImg herunterladen und installieren” zu finden. Dieser ist auch nur beim allerersten Start zu sehen. Bei allen weiteren Programmstarts ist dieser Button ausgeblendet. Ein Klick auf den Button lädt das WxToImg-Debian-Paket von wxtoimgrestored.xyz herunter und installiert es. Sobald es installiert wurde, öffnet sich WxToImg in der Freeware-Version. Diese ist bereits ausreichend, um alle Funktionalitäten des Satellitenrekorders abzudecken. Wer mehr möchte, kann WxToImg mit dem auf der Webseite befindlichen Key von “Kevin Schuchmann” auf die Professional-Version frei schalten. Es stehen dann sehr viel mehr Optionen seitens WxToImg bereit.

Da WxToImg schon mal geöffnet ist, bietet es sich auch an, den eigenen Standort bei WxToImg anzugeben. Dieser Punkt ist zu finden unter “Options” > “Groundstation Location”

Spätestens jetzt sollte auch das Dateisystem auf die ganze SD-Karte ausgeweitet werden. Daszu einfach den Befehl “sudo raspi-config” in die Konsole eingeben und im Menüpunkt “Advanced Options” den Punkt “Expand Filesystem” auswählen. Nachfolgend ist ein Neustart des Raspberry notwenig. Dies ist notwendig, da das Image auf minimale Downloadgröße reduziert wurde. Entsprechend sind im Auslieferungszustand nur wenig MB Speicherplatz verfügbar. Sind diese voll, können keine Satelliten mehr aufgezeichnet werden.

aktualisieren der Satellitendaten

Danach können auch gleich die Satellitendaten aktualisiert werden. Dazu im Satellitenrekorder den Haken bei “WxToImg mit starten” setzen und auf den Button “Satellitendaten aktualisieren” klicken. Es öffnet sich ein neues Programm, welches dazu dient, die von WxToImg ausgegebenen Überflugzeiten der Satelliten in eine für den Satellitenrekorder verständliches Format umzuwandeln. Ebenso öffnet sich WxToImg.

Hier nun mittels “File > Update Keplers” die Bahndaten der Satelliten aktualisieren und anschließend mit “File > Satellite Pass List” die Überflugzeiten der Satelliten anzeigen lassen:

Zuerst die alten Einträge mittels “Liste leeren” löschen. Danach in der “Satellite Pass List” mit dem Mauszeiger alle angezeigten Überflugszeiten auswählen und mit der Tastenkombination “STRG + C” kopieren. Im “satdata generator” auf den Button “einfügen” klicken und danach auf “generieren” klicken. Der “Satdata Generator” füllt nun die Listen DatumSatellitElevationStartzeitEndzeit. Beim Beenden des “Satdata Generator” werden diese Daten automatisch gespeichert.

Da der Satellitenrekorder die ganze Zeit aufs Beenden des “Satdata Generator” gewartet hat, aktualisiert er auch gleich seine Satellitendaten. Nun können noch die restlichen Einstellungen getätigt werden. Vom “HTML-Titel” über die Upload-Einstellungen bis hin zu den Satellitenfrequenzen. Standardmäßig ist der Haken bei “Schreibschutz” gesetzt. Dieser verhindert ein unbeabsichtigtes Ändern der Einstellungen. Zur Änderung der Einstellungen muss folglich dieser Haken raus genommen werden.

Was macht der Satellitenrekorder?

Der Satellitenrekorder schaut nun im Sekundetakt, ob die Startzeit eines Satelliten erreicht wurde. Wenn dem so ist, werden 2 Programme gestartet. Zum einem das Pythonscript zur Satellitenaufzeichnung, zum anderem ein Programm, welches das Pythonscript bei Erreichen der Endzeit, beendet.

Wurde ein Meteor-Satellit aufgezeichnet, so passiert nichts weiter und der Satellitenrekorder wartet auf den nächsten Satelliten. Im Falle eines NOAA-Satelliten, wird die aufgenommene WAV-Datei per Kommandozeile an WxToImg weiter gegeben. WxToImg generiert nun die dem Satellitenbild überlagerte Landkarte und dekodiert das Satellitenbild. Beides zusammen, Landkarte und Satellitenbild, ergeben das fertige Satellitenbild. Wenn WxToImg das Satellitenbild fertig erstellt hat, wird noch die HTML-Datei erstellt und zusammen mit dem fertigen Satellitenbild auf den, in den Upload-Einstellungen angegebenen Webspace hoch geladen.

Nachdem der NOAA-Satellit fertig aufgenommen wurde, öffnet sich der Satellitenrekorder ein zweites Mal. Das ist kein Programmierfehler, sondern so gewollt. Denn die erste Instanz vom Satellitenrekorder ist noch mit der Erstellung des Satellitenbildes beschäftigt und daher nicht bereit zur Aufnahme eines weiteren Satelliten. Die zweite Instanz ist dazu bereit und kann gleich den nächsten Satelliten aufzeichnen, während die erste Instanz noch das Satellitenbild fertig erstellt, die HTML-Seite generiert und beides zusammen auf den Webspace hoch lädt. Ist die erste Instanz mit allem feritg, beendet sie sich und die zweite Instanz übernimmt ihre Rolle.

Wie sehen die Satellitenbilder aus?

Verwendung finden die Templates “HVCT”, “MCIR” und “Thermal”:

Link zur Satellitenbildergalerie

Die Meteor-Satellitenbilder

Wie immer wieder angedeutet, können mit dem Satellitenrekorder natürlich auch die russischen Meteor Satelliten aufgezeichnet werden. Hierfür bietet der Satdata Generator spezielle Eingabefelder:

Hier können Satelliten manuell zu den Satellitendaten hinzugefügt werden. Der russische Meteor M2-1, also der ältere, ist im Programm mit “M2-1” anzugeben, der neuere, welcher im Juli 2019 in die Erdumlaufbahn befördert wurde, ist mit “M2-2” anzugeben. Alle Satellitenbezeichnung werden auch als Hinweis ausgegeben. Dieser Hinweis erscheint, wenn die Maus längere Zeit über ein Eingabefeld verweilt. Sind alle Daten eingegeben, werden sie durch einen Klick auf “hinzufügen” zu den Satellitendaten hinzugefügt und in den Satellitenrekorder übernommen.

Wissen wann der Satellit kommt

Mit im Paket ist das Satellitentrackingprogramm Orbitron. Wie schon bei WxToImg, sind auch hier die eigenen GPS-Koordinaten bzw. die nächst gelegene, größere Stadt anzugeben. Danach können die anzuzeigenden Satelliten ausgewählt werden.

Die Dateifreigabe des PiSat

Um eine bessere Erreichbarkeit der aufgezeichneten Wave-Dateien zu ermöglichen, wurde das PiSat-Image mit einer Samba-Freigabe ausgestattet. Unter dem Netzwerknamen “PiSat” finden sich 2 Freigaben:

In der Dateifreigabe “meteor” im Ordner “audio”, befinden sich die aufgezeichneten Wave-Dateien, welche nachfolgend mittels SdrSharp und dem “Meteor-Decoder” Plugin dekodiert und mit dem LRPT-Demodulator in ein Bild umgewandelt werden können.

Dekodierung eines aufgezeichneten Meteor-Fluges

Beim Meteor-Demodulator gibt es den Button “Configure”. Dort ist lediglich der Ausgabeordner anzugeben. In diesem erstellt das Plugin eine *.s-Datei, welche nachfolgend mit dem LRPTOfflineDecoder zu 3 Bilder dekodiert werden kann.

Meteor-Satellitenbild dekodiert. In diesem Fall waren die 3 Infrarotkanäle aktiv. Die ersten 3 Kanäle, welche hier leer sind, sind die 3 visuellen Kanäle (rot, gelb und blau). Alle 3 zusammen ergeben ein farbiges RGB-Bild.

Mit dem Button “Generate RGB” werden 3 wählbare Kanäle zu einem RGB zusammengerechnet. Was dabei heraus kommt, ist auf der Webseite meiner Wetterstation zu bewundern. Link zur Meteor-Galerie der Wetterstation Hohenwalde Bei diesen Bildern wurde allerdings noch mit dem Programm “Smooth Meteor” die Bildverzerrung entfernt.

Was passiert, wenn die 14 Tage Testversion um sind?

Das Programm kann 14 Tage lang ohne Einschränkungen getestet werden. Sind die 14 Tage um, deaktiviert sich das Programm nach dem Start. Im Feld “Anfragecode” ist dann eine längere Zahl zu finden, welche mir per Mail an info@HoWaBlog.info zu senden ist. Daraus generiere ich den Freischaltcode, welcher 25€ kostet. Danach kann das Programm im vollem Umfang und zeitlich unbegrenzt genutzt werden. Die Zahlung kann wahlweise per Banküberweisung oder über PayPal vorgenommen werden. Die Zahlungsinformationen werden per Mail versendet. Sobald das Geld eingegangen ist, gibt es per Mail eine Rechnung mit dem Freischaltcode.

Mit diesem Geld wird lediglich meine Programmierarbeit honoriert. Die in der ZIP-Datei enthaltene sonstige Software ist frei im Internet erhältlich und wurde nur in das Paket mit aufgenommen, um die Sucherei zu ersparen. Mein Ziel war es, ein möglichst vollumfängliches Paket zu schnüren, welches nach dem Aufspielen auf die SD-Karte auch gleich einsatzbereit ist. Große, lange Listen an Konsolenbefehle, um all die Dinge auf dem Raspberry zu installieren, die notwendig sind, um damit Satellitenbilder aufzuzeichnen, soll es hier nicht geben. Auch finde ich, liefern die GNURadio-Scripte, welche über den RTL-SDR Stick die Satelliten aufzeichnen, einen deutlich besseren Empfang als das Konsolenprogramm “RTL_FM”, welches sonst oft für den Satellitenempfang zur Anwendung kommt.

Was brauche ich noch an Hardware?

Zu aller erst natürlich den Raspberry Pi. Zur Programmierung wurde ein PI3 verwendet, weshalb das Image auf einem Raspberry Pi 3 B oder B+ auf jeden Fall laufen sollte. Auch die Verwendung eines Pi4 sollte funktionieren, wurde von mir aber bislang nicht getestet.

Direkt gefolgt vom RTL-SDR Stick. Hier hat sich bei mir der im Alu-Gehäuse untergebrachte NooElec SDR-Stick als ideal erwiesen. Er besitzt Temperaturkompensierte Quarze, so dass es zu keiner Zeit zu temperaturabhängigen Frequenzabweichungen kommt. Durch das Alu-Gehäuse wird die Wärme des Sticks wirkungsvoll nach aussen abgeführt.

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Und natürlich wird eine Antenne benötigt. Im Internet ist der Kreuzdipol (Seite 1 dazu, Seite 2 dazu) weit verbreitet. Er bietet allerdings nicht die besten Empfangseigenschaften für den Satellitenempfang. Hierfür ist eine Antenne notwendig, welche nach alle Himmelsrichtungen etwa gleich guten Empfang bietet. Dafür kommt die QFH Antenne in Betracht. Sie weist eine kugelförmige Empfangscharakteristik auf und ist damit die ideale Antenne für den Satellitenempfang. Leider ist sie nicht ganz leicht zu bauen. Ich habe meine damals nach den Angaben dieses Rechners gebaut und sie funktioniert bestens.

Diese selbst gebaute QFH-Antenne ist inzwischen auch schon wieder über 3 Jahre im Einsatz und liefert wie am ersten Tag, beste Bilder. Sie ist auf dem Dach montiert und schaut über den Giebel. Dadurch hat sie freie Sicht in alle Richtungen.

Wem der Selbstbau einer QFH Antenne nichts ist, der kann mich gern mal fragen 😉 . Ich baue gern Antennen. Einfach eine Mail an info@HoWaBlog.info senden und ich baue eine QFH-Antenne.

In diesem Sinne, allseits guten Empfang.

Softwarequellen:

SDR#-Plugin und Meteor-Dekoder
Orbitron
SDR-Sharp (SDR#)
Raspberry-Image

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