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EnglishUNITEC-1信号受信システム
下記にUNITEC-1の電波受信についての詳細を示します。
電波受信の際の参考にしてください。
- UNITEC-1仕様
- 受信機系統
- アンテナ制御系
- Kuhne社製ダウンコンバータ（MKU 57 G3 432-429）の特性
- UNITEC-1搭載送信機による送信周波数の変動
- ダウンリンクデータ
- 信号解析、デコード
- 軌道情報
UNITEC-1仕様
通信仕様
| Downlink Frequency | 5840.000MHz, band width 20MHz |
| Transmission Power | 4.8W/antenna, 9.6W total |
| Antenna | Microstrip patch antenna (x 2) |
| Modulation | AFSK/FM 1200bps, CW 1bps |
| Type | 10M0F2D |
左/図1 UNITEC-1搭載ダウンリンク用パッチアンテナ：右/図2 アンテナ配置図。対面する2側面にそれぞれ一つのパッチアンテナを配置。
打ち上げ日時：2010年5月21日06時58分22秒（JST）
ロケット：H-IIA17号機（PLANET-C用）
射場：種子島宇宙センター 大型ロケット第一射点
打ち上げ形態：PLANET-Cの相乗り衛星
UNITEC-1分離
| 分離時刻（リフトオフ後秒時） | 2878.037 sec |
| 慣性速度 | 8867.8 m/s |
| 慣性速度飛行上下角（El） | 48.112 deg |
| 慣性速度飛行方位角（Az） | 99.108 deg |
| 高度 | 6854.304 km |
| 慣性座標系位置X成分 | 3760406 m |
| 慣性座標系位置Y成分 | -10780996 m |
| 慣性座標系位置Z成分 | -6677030 m |
| 慣性座標系速度X成分 | 7241 m/s |
| 慣性座標系速度Y成分 | -3008.7 m/s |
| 慣性座標系速度Z成分 | -4141.6 m/s |
（位置、速度（慣性座標系）の定義）
原点：地球中心
X軸：ノミナルリフトオフ時刻のグリニッジを含む子午線と赤道の交点方向
Y軸：右手系（赤道面内）
Z軸：北極方向
受信機系統
≪上段≫
【UNITEC-1からの5840.000MHz RF信号】
- →Dishアンテナ
- →LNA
- →Kuhne社製、ダウンコンバータ（5840GHｚ→435MHz）
- →フィルタ（ダイプレクサ）
- →【Output 435MHz IF信号】
≪下段≫
【Output 435MHz IF信号】
- →受信機（AR-ALPHA、AOR社製 ）
※435MHzのIF信号が受信可能な受信機であればよい。※Icom910、Perceurs等も受信機として利用できる。ただし受信機の改造が必要となる。 - →【AFライン出力】 or 【I/Q出力】
- →PC（取り込み、解析）
アンテナ制御系
アンテナサイズを、大まかに直径10m以下の小口径、10m以上の大口径に分類した。 小口径のアンテナ3基、大口径のアンテナ3基について本プロジェクトでは整備を行った。 本来の用途はアンテナによって異なるため、制御システムや精度等はそれぞれの地上局において異なる。 詳細についてはここでは記述しない。
Kuhne社製ダウンコンバータ（MKU 57 G3 432-429）の特性
本プロジェクトでは、C-band 5840MHzの信号を435MHzに周波数変換するダウンコンバータを用意した。 以下は、Signal Generator（SG）で発生させた−60dBmの5840MHz信号を入力した場合の、Kuhne社製ダウンコンバータ＋フィルタ（ダイプレクサ）からの出力信号である。
図3 AR−ALPHAに入力されるIF信号
UNITEC-1搭載送信機による送信周波数の変動
基準周波数は5840.000MHｚである。
ただし、UNITEC-1に搭載された通信機の特性として、温度による送信周波数の変動が確認されている。
40分間で、大きいときには3.5ｋHz程度の変動が観測された。受信機は、この変動を許容できるものが要求される。
図4 UNITEC-1通信機の送信周波数変動
ダウンリンクデータ
ダウンリンクデータの大半の部分は1bpsのCW信号である。 ここでいう1bpsのCW信号とは、5.84GHzの信号を1秒間隔でON/OFFすることで１と0を表現するというものである。
図5 1bps CW信号のイメージ
変調方式AFSK/FM、1200bpsのデータ信号が上述の1bpsCWの合間に挿入される。
設計指針として、AFSK/FM信号のダウンリンクデータ内での配分は少なくしている。
これは、CWと比べてAFSK/FM信号は地上での受信電力比が小さいためである。
通信は“メジャーサイクル”と定義した一連のデータ送信を繰り返し行う。
一回のメジャーサイクルには6時間かかる。メジャーサイクルの構成は表3の通りである。
実際に衛星からデータが送信されるのは表において【送信】と書かれてある時間帯である。
大学コンピュータ生き残りコンペの時間帯では、UNITEC-1搭載のメインコンピュータが各大学の開発したコンピュータに対して指令をおくり、それぞれが正常に動作しているかどうかの確認試験を行う。
その結果が【送信】の“メジャー通信”時に地上へ送信される。
| スタート時刻 [秒] | 状態 | 持続時間 [秒] |
|---|---|---|
| 0 | （待機） | 600 |
| 600（0:10:00） | 【送信】軌道推定通信（1回目） | 120 |
| 720（0:12:00） | （待機） | 3480 |
| 4200（1:10:00） | 【送信】軌道推定通信（2回目） | 120 |
| 4320（1:12:00） | （待機） | 3480 |
| 7800（2:10:00） | 【送信】メジャー通信 | 2461 |
| 10261（2:51:01） | （待機） | 1176 |
| 11437（3:10:37） | 【送信】軌道推定通信（3回目） | 120 |
| 11557（3:12:37） | （待機） | 3480 |
| 15037（4:10:37） | 【送信】軌道推定通信（4回目） | 120 |
| 15157（4:12:37） | （待機） | 3480 |
| 18637（5:10:37） | 【送信】マイナー通信 | 2056 |
| 20693（5:44:53） | （待機） | 1056 |
| 21749（6:02:29） | End | - |
（軌道推定通信）
「1」を120回送信する。つまり120秒間一定出力の電波が送信され続ける。
軌道推定のために必要なデータ（電波到来方向、ドップラ周波数）を地上局で取得するための運用に利用される。
（メジャー通信）
ハウスキーピングデータ、サイエンスデータなどを含む通信である。
通信内容は表4の通りである。各大学のコンピュータからのデータはAFSK/FMにより送信を行う。
ハウスキーピングデータ、サイエンスデータ、各大学のコンピュータテスト結果、各大学コンピュータからのデータ詳細については、Web上で随時公開していく。
| 開始時刻[秒] | 通信内容 | データ | 持続時間 [秒] | |
|---|---|---|---|---|
| 0 | プリアンブル (「1」を64回送信) | 11111111111111111111 1111111111……111 | 64 | |
| 64 | 同期信号 (「1」連続送信のあいまに「0」をはさむ。 「0」の送信回数は最初は1回で、2回、3回…、と5回まで増やす。) | 11111111011111111001 11111110001111111100 00111111110000011111 111 | 56 | |
| 120 | MOBCデータ送信 (1回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×10データ | 400 |
| サイエンスデータ | 8bit×16データ | |||
| UOBCテスト結果 | 32bit×6大学 | |||
| 520 | MOBCデータ送信 (2回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×10データ | 400 |
| サイエンスデータ | 8bit×16データ | |||
| UOBCテスト結果 | 32bit×6大学 | |||
| 920 | 冗長送信間の間隔(CW) | 111111111111.........111 | 48 | |
| 968 | MOBCデータ送信 (3回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×10データ | 400 |
| サイエンスデータ | 8bit×16データ | |||
| UOBCテスト結果 | 32bit×6大学 | |||
| 1368 | 冗長送信間の間隔(CW) | 111111111111.........111 | 96 | |
| 1464 | MOBCデータ送信 (4回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×10データ | 400 |
| サイエンスデータ | 8bit×16データ | |||
| UOBCテスト結果 | 32bit×6大学 | |||
| 1864 | 待機 | 61 | ||
| 1925 | UOBCのパケット情報(1回目) | AFSK/FM 132packet | 536 | |
| UOBCのパケット情報(2回目) | AFSK/FM 132packet | |||
| 非同期化パケット | ブランク 6packet | |||
| UOBCのパケット情報(3回目) | AFSK/FM 132packet | |||
| 非同期化パケット | ブランク 12packet | |||
| UOBCのパケット情報(4回目) | AFSK/FM 132packet | |||
| 2461 | End | ― | ||
（マイナー通信）
メジャー通信と同様にハウスキーピングデータ、サイエンスデータなどを含む通信である。
ただし各大学のコンピュータからのデータは含まず、AFSK/FM送信も行わない。
通信内容は以下の通りである。
| 開始時刻[秒] | 通信内容 | データ | 持続時間 [秒] | |
|---|---|---|---|---|
| 0 | プリアンブル (「1」を64回送信) | 11111111111111111111 11111111111111111111 11111111111111111 | 64 | |
| 64 | 同期信号 (「1」連続送信のあいまに「0」をはさむ。 「0」の送信回数は最初は1回で、2回、3回…、と5回まで増やす。) | 11111111011111111001 11111110001111111100 00111111110000011111 111 | 56 | |
| 120 | MOBCデータ送信 (1回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×20データ | 448 |
| サイエンスデータ | 8bit×36データ | |||
| UOBCテスト結果 | 8bit×6大学 | |||
| 568 | MOBCデータ送信 (2回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×20データ | 448 |
| サイエンスデータ | 8bit×36データ | |||
| UOBCテスト結果 | 8bit×6大学 | |||
| 1016 | 非同期化フレーム(CW) | 111111111111........11111 | 48 | |
| 1064 | MOBCデータ送信 (3回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×20データ | 448 |
| サイエンスデータ | 8bit×36データ | |||
| UOBCテスト結果 | 8bit×6大学 | |||
| 1512 | 非同期化フレーム(CW) | 111111111111........11111 | 96 | |
| 1608 | MOBCデータ送信 (4回目) | ハウスキーピングデータ | 8bit×10データ | 448 |
| サイエンスデータ | 8bit×16データ | |||
| UOBCテスト結果 | 32bit×6大学 | |||
| 2056 | End | ― | ||
信号解析、デコード
受信機からの出力はAF信号（WAVファイル）として記録し、必要に応じて変換した後、Spectran V2を用いてテキストデータを得る。
デコードソフトウェアは現在開発中である。
開発が完了しだい公開する。
軌道情報
UNITEC-1の追尾に必要となる軌道情報は、以下の7地点について軌道計算したものをUNITEC-1公式Webサイトで公開する。
- 東北大学内 地上局 （緯度：？ 経度：？ 高度：？）
- 千葉県勝浦市、勝浦宇宙通信所 （緯度：35.2 経度：140.016667 高度：180）
- 茨城県鹿島市、鹿島宇宙技術センター （緯度：35.9533 経度：140.6667 高度：32）
- 東京大学内 地上局 （緯度：35.712 経度：139.76 高度：43）
- 和歌山 みさと天文台 （緯度：34.2678 経度：135.1516 高度：?）
- 山口 地上局 （緯度：34.2161 経度：131.5572 高度：144）
- 九州大学内 地上局 （緯度：33.5988 経度：130.2120 高度：79）
公開する軌道情報は、打ち上げ後の観測結果を用いて再計算し更新する予定である。
また、任意の位置情報を入力すると軌道情報が得られる軌道解析ソフトウェアをUNITEC-1公式Webサイトで公開する。
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