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Patinaje por los satélites: SatPC32

Seguro que conocéis el patinaje artístico sobre hielo y el patinaje  sobre patines sobre ruedas y en línea, pero con un receptor SDR, podemos contemplar también el patinaje por el espectro de la bajada (downlink) de los satélites cubesats que operan con un transponder en SSB y CW, deslizándose de un lado a otro por la banda pasante de un satélite, un espectáculo penoso, visto en un SDR, pero que afortunadamente es totalmente imposible de visualizar con un receptor analógico.

No tengo claro cómo mostrar el patinaje en una ilustración, pero he intentado hacer una simulación (la imagen es un montaje) en la Figura 1. En ella se muestra en el Panadapter de un ANAN-100D como se desplaza de algún modo una estación de SSB por la banda de paso del Cubesat chino XW-2C, con entrada en 435 MHz y salida en 144, buscando escucharse a sí mismo en la bajada del satélite alrededor de 145.970.

La flecha del movimiento intenta mostrarnos este patinaje nada artístico, que consiste en la contemplación del espectro de la banda lateral viajera de un emisor de SSB en la bajada de un satélite, mientras el operador mueve el OFV del emisor hasta conseguir que en la bajada se oiga su propia transmisión, repetida por el transponder del Cubesat. Todo un espectáculo lamentable que es tremendamente fácil de evitar con un programa tan ingenioso como el SatPC32.

Figura 1: Una señal de SSB patinando por la banda en el espectro de un TX/RX SDR ANAN-100D

Sintonía por patinaje

El procedimiento consiste en mover de un lado a otro la propia transmisión en la  banda de subida al satélite, intentando escuchar nuestra propia señal en la salida descendente del transponder, para desplazar la frecuencia de transmisión en UHF (normalmente 435 MHz) de un lado a otro, hasta que consigamos escucharnos, y por fin oigamos nuestra propia voz o manipulación en la frecuencia en que deseamos contestar a una estación que llama CQ.

Cuando lo conseguimos, esperamos a que nos conteste esa estación en esta misma frecuencia, pero mientras tanto, el Doppler ha actuado también en la frecuencia de entrada al satélite en 435 bajando nuestra frecuencia, de forma que a cada cambio, el transponder del Cubesat nos repite más alto de frecuencia, por lo que a la vuelta del cambio aparecemos en otro lugar más arriba de la frecuencia inicial, en un sitio distinto, pues el Doppler de salida en 144 es muy inferíos (3 veces menor) al de 432 de entrada.  Se origina una persecución por toda la banda, pasando por encima de otros QSOs que sí tienen bien corregido el efecto Doppler.

El operador que al que hemos contestado no nos escucha ya en el siguiente cambio y se vuelve loco para descubrir dónde estamos, y en cada cambio sucesivo, ha de iniciar una nueva persecución hasta conseguir finalizar el QSO.

La culpa es del Doppler

Figura 2: Efecto DopplerFigura 3: Desviación de frecuencia

 Recordemos cómo se produce el efecto Doppler. En la figura 2 se describe el mecanismo del efecto Doppler. Cuando el Satélite asoma por el horizonte del observador (RX) aparecienco por la  posición A, la velocidad relativa de aproximación respecto al  receptor RX es máxima y eso aumenta la frecuencia con la que se recibe al satélite en relación a la frecuencia real emitida, para continuar siempre disminuyendo esta frecuencia, porque siempre la velocidad relativa hacia el observador (receptor) disminuirá hasta llegar incluso a cambiar de signo y llegar a un valor más bajo que la frecuencia nominal (figura 3).

Justo cuando el Cubesat pasa por encima del observador (n B) el cambio de frecuencia es más rápido, para finalmente pasa a ser una frecuencia más baja de la emitida por el satélite, y continuará disminuyendo hasta que éste desaparezca por el otro horizonte (C), con una curva de cambio de frecuencia que más o menos se corresponde con la representada en la figura 3.

En 144 MHz, a las alturas y velocidades a las que giran la Tierra los Cubesats, aproximadamente el Doppler acostumbra a ser de +/- 3.500 Hz, muy soportable en FM aunque ya complicada en SSB. En 435 MHz, en cambio, el Doppler alcanza cifras de hasta +/- 9.500 Hz, una desviación considerable, lo que imposibilita cualquier QSO si no se dispone de algún medio de corrección del Doppler.

SatPC32: “El programa” más efectivo contra el Doppler

Hay muchos programas de seguimiento de satélites que corrigen el Doppler (por ejemplo Ham Radio de Luxe, Nova for Windows, Orbitrón, etc…), pero no conozco ninguno que haya alcanzado la perfección del SatPC32. De todos modos, que yo lo ignore, no significa que no exista algún otro también excelente y del que no me haya enterado. Por ejemplo, nunca he visto funcionar el MacDoppler (para MAC) y puede que sea tan bueno como el SatPC32. Pero que yo sepa, todos los operadores cuya señal permanece estable y en el mismo sitio utilizan siempre SatPC32. Los demás programas que conozco, siento decirlo, no dan la talla y, aunque no patinan, no son tan flexibles ni están tan bien pensados como el SatPC32, por los pequeños detalles que explicaremos a continuación, pues es el objetivo de este artículo.

Ahora veamos el menú principal del programa en la Figura 4, y supongo que estaréis de acuerdo conmigo en que no es ninguna maravilla de claridad y sus botones de comando son microscópicos y bastante incómodos de manejar con el pujntero del ratón. Pequeños  defectos, dada la gran funcionalidad del programa.

Figura 4: Pantalla principal del programa SatPC32

 Os puedo asegurar que los operadores que utilizan SatPC32 bien configurado, siempre salen en la frecuencia exacta en que pretenden responder a una estación que llama CQ o se escuchan a sí mismos exactamente en la frecuencia en la que pretenden hacer una llamada general CQ. Y en este artículo intento mostrar los recursos y trucos de este programa para alcanzar tal perfección en la corrección del Doppler.

Pantalla Principal

Zona A: En la zona A tenemos todos los botones de comandos de la visualización en pantalla y de operación reunidos en unos botones pulsadores miniatura (más bien microscópicos), pero que permiten seleccionar y cambiar sobre la marcha todas las opciones de visualización y que se arrancarán en un estado activadas o no, según definamos en las opciones de arranque del programa, pero que podremos cambiar sobre la marcha cuando queramos.

Zona B: En la zona B disponemos de toda la información pertinente sobre el satélite escogido para su seguimiento y aparición en el mapa. Tenemos su Azimut, su Elevación, su Anomalía Media, su Altura actual, la Distancia en km, sus coordenadas deLatitud y Longitud, el Número de la órbita y su Hora de pase y su Máxima Elevación. Normalmente es una pantalla “monosatélite” puesto que no seguimos nunca varios satélites a la vez con este programa.

Zona C: Selección del satélite. Tenemos disponibles a mano los 12 satélites que hayamos seleccionado previamente en otras pantallas que no vienen al caso detallar aquí en este artículo, puesto que no pretende ser un manual del SatPC32, sino solamente analizar cómo corrige el Doppler y los ingeniosos recursos de que dispone para eliminarlo totalmente.

Zona D: Es el menú de cuenta atrás o “Countdown” en el que siempre tenemos visibles los 12 satélites escogidos y los minutos que faltan para su aparición por el horizonte, junto con la indicación de la máxima elevación, una información esencial, para valorar el pase y tener siempre a la vista cuándo es el próximo satélite que pasará por encima del horizonte y si vale la pena molestarse en seguirlo, pues alcanzará con un ángulo de elevación suficiente. Se dispone de otro programa independiente (WinAOS) para obtener las previsiones de los futuros pases.

Zona E: Este es el menú Doppler en que se muestra las frecuencias de transmisión y recepción y donde se indica la corrección necesaria del efecto Doppler en tiempo real y que, además, permite cambiar la frecuencia por toda la banda pasante del satélite mediante el clicado con el ratón en botones de desplazamiento, si no se desea utilizar el mando de sintonía del equipo de radio. La frecuencia correcta en cada momento de transmisión y recepción se envía al transceptor (o al transmisor y receptor si son separados) por medio de comandos CAT, enviados por medio de puertos COM físicos o virtuales.

El archivo Doppler.SQF

El archivo clave que maneja las frecuencias de los satélites es el archivo <Doppler.SQF> que se instala por defecto con el programa en una carpeta algo escondida (como todos los archivos de datos de los programas en Windows 10) concretamente en la carpeta o directorio: C:\usuarios\”nombre del usuario”\AppData\Roaming\SatPC32

Donde dice “Nombre del Usuario” debe colocarse el nombre del  usuario de Windows con el que se ha instalado el programa. Como el archivo de frecuencias para todos los satélites (<Doppler.SQF>) es en realidad un archivo de texto (<.txt>), para añadir y cambiar frecuencias, se debe abrir y editar con un programa como el WordPad o como el Bloc de Notas, puesto que son los que mejor tratan los archivos de texto y devuelven siempre el mismo formato exacto en que se ha abierto sin alterar ni añadir nada.

En el recuadro titulado como figura 5 tenéis un ejemplo mostrando un fragmento de un archivo <Doppler.SQF>.

; For Hints look at the end of this file.

; Do not remove or modify these first

; 3 lines of the file, starting with ‘;’!

AO-85,145980,435172,USB,USB,Nor,0,0,CCTS67,7 Hz

AO-10,145900.0,435100.0,USB,LSB,REV,0,0

AO-73,145935,145935,USB,USB,,,,TLM

AO-73,145960,435140,USB,LSB,REV,0,0,Voice U/V

Figura 5: Un ejemplo del archivo Doppler.SQF

Para cada satélite, debe haber por lo menos una línea (o varias) que comienza con el mismo nombre exacto con el que aparece en los listados de parámetros keplerianos, la frecuencia de recepción, la de emisión, la modalidad de recepción y de emisión, NOR o REV si el cambio de frecuencia del transponder del satélite se produce por suma (de VHF a UHF) o por resta  (de UHF a VHF) y los dos parámetros finales son para manejar el desplazamiento de frecuencias que realiza un transverter (la frecuencia del cristal del conversor), si es que se necesita indicar (los SDR no lo necesitan). Luego también se puede añadir algún comentario, como por ejemplo si necesita subtonos CTSS y su valor, para nos lo recuerde al escoger la frecuencia de operación.

“Full Duplex”: ¿Conveniente o imprescindible?

Se pueden trabajar los satélites cuyo transponder opera en un solo canal de FM en “HalfDuplex”, sin escuchar al mismo tiempo nuestra propia transmisión, pero eso nos hace ignorar totalmente si estamos saliendo o no por la salida del transponder del satélite o hay otra estación que lo domina y se ha impuesto (el más fuerte se impone en FM). “Oídos que no oyen, corazón que no siente”. Pero en HalfDuplex nuestras posibilidades de culminar un QSO son muy inferiores. En cambio, si disponemos de un equipo capaz de operar en FullDuplex, nos escucharemos a nosotros mismos y sabremos si nuestra transmisión la sale repetida o no y, por tanto, si ha podido o no ser escuchada por otros operadores también. Si no nos escuchamos nosotros mismos, lo normal es que nadie nos reciba tampoco.

En la operación en satélites con transponder para SSB y CW  es imprescindible la operación en FullDuplex para poder sabe dónde estamos saliendo repetidos por el transponder y dónde podemos esperar que nos conteste una estación. Es imposible realizar contactos  sin escucharse a sí mismo al mismo tiempo, porque no sabremos donde salimos repetidos y dónde, por tanto, nos contestará alguna estación.

Hacer contactos en CW es más difícil, porque manejar el manipulador electrónico monitorizando nuestra propia emisión (tono local) y, al mismo tiempo, escuchar nuestra propia señal repetida en el satélite con cierto retraso (tono recibido), es algo que nuestro cerebro no es capaz de asimilar bien y hace dificilísima la manipulación correcta. Pueden conseguirse  QSOs aceptables mediante mensajes de CW previamente pregrabados. Muy pocos operadores trabajan los satélites en CW por esta dificultad adicional.

Si no se dispone de un equipo FullDuplex como el Kenwood TS-2000 o los ICOMs 910 y 9100 (y ahora la serie Flex-6000 con transverters), no nos queda más remedio que utilizar un equipo en transmisión y otro en recepción. Yo opero en algunos momentos con un ANAN-100D en recepción y un Flex-1500 en transmisión, equipados cada uno con transverters para 144 y 432, conectados respectivamente al equipo que transmite y al que recibe, según convenga al cubesat en cuestión, aunque prefiero la operación con un Flex-6500 con los dos transverters conectados al mismo tiempo (uno en recepción y otro en transmisión), pues todos los Flex de la serie 6000 permiten Full-Duplex y es mucho más cómodo la configuración.

La sincronización del receptor por CAT

En la pantalla Radio Setup de la figura 6 se muestra la configuran los puertos COM que manejan los dos equipos. En mi caso utilizo dos SDR diferentes, pero ambos obedecen los mismos comandos que un Kenwood TS-2000  y los conecto mediante los puertos COM virtuales 6 y 11.

Figura 6: Control de dos equipos por CAT

La corrección “relativa” del Doppler del SatPC32

Una de las principales virtudes del SatPC32 es que corrige el Doppler de un modo “relativo”. ¿Qué quiero decir con esto?  Que el programa escucha los cambios de frecuencia que le enviamos con el mando de sintonía del equipo por el cable del CAT (virtual o real) y, en consecuencia, calcula y aplica las correcciones del Doppler a la nueva frecuencia que le hemos indicado al mover el dial. Así que a continuación aplicará tranquilamente estas correcciones tanto a la nueva frecuencia de subida como a nueva frecuencia de entrada, de modo que, aunque hayamos movido la sintonía, seguiremos escuchándonos exactamente en la misma frecuencia a la que hemos sintonizado el receptor y nos oiremos a nosotros mismos inmediatamente, si el satélite nos lo permite.

También podéis observar en la figura 4, a la derecha de la zona E, en la que aparece un recuadro que permite variar con el ratón la frecuencia de recepción, clicando sobre saltos de +/-20 Hz, +/- 100 Hz, +/- 500 Hz, +/- 1kHz, +/- 5kHz, si no queremos mover el dial del equipo y estamos manejando la sintonía con el ratón solamente (algo más probable en el caso de equipos SDR).

Estas correcciones relativas  las realiza en SSB y en CW, pero no las realiza en FM, lo cual a veces es un incordio puesto que no te deja centrar bien a tu gusto la frecuencia de bajada del satélite que se recibe en FM. Luego veremos cómo se compensa eso. Yo tengo por costumbre indicarle que la operación siempre es en SSB (aunque sea FM) y luego modifico la modalidad en cada uno de los equipos y cambio el modo manualmente a FM. De esta forma, el programa me permite cambiar la frecuencia y centrarla en la banda pasante de recepción de la FM.

La corrección TX/RX del SatPC32

Y llega la hora de la verdad. La clave que explica por qué el SatPC32 supera a todos los demás programas. Este programa permite calibrar los errores entre transmisión y recepción de forma que consigamos escucharnos a nosotros mismos siempre en la frecuencia exacta que hayamos escogido, mediante la pantalla CAT de la figura 7.

Figura 7: Corrección del error entre TX y RX

Si no nos escuchamos en SSB a nosotros mismos con el tono correcto, debemos corregir la desviación  justo en el recuadro de la Figura 7 de la parte superior izquierda: <Down –Corr. (Hz)> clicando con el ratón en los botones +/- 10/100/1000, hasta conseguir escucharnos perfectamente sintonizados en la salida del satélite. A partir de ese momento, nos podremos mover en recepción y transmisión por toda la banda pasante del transponder del satélite, con la seguridad de que nos escucharemos en la frecuencia de recepción escogida, pues el programa cambiará siempre la transmisión, de acuerdo con nuestra frecuencia de recepción..

Si ya estamos en QSO o escuchamos un CQ y descubrimos que no salimos centrados exactamente, para no mover la frecuencia de recepción, entonces desplazaremos nuestra frecuencia de transmisión, clicando sobre el recuadro de la derecha titulado <Upl. Calibr. (Hz)> hasta escucharnos bien centrados en la frecuencia exacta de la estación que llamaba CQ y hacer el QSO.

Cuando hemos realizado esas correcciones para este satélite, podemos pasar a memorizarlas en el archivo <Doppler.SQF> clicando sobre el recuadro <Change/Store Data File>. Las guardará  ahora en este archivo, en lugar de las preexistentes, como referencia para futuras operaciones en este satélite para siempre. Eso es todo. ¿No os parece fácil?

El programa SatPC32: ¿es de pago?

Me diréis que SatPC32 es un programa que solicita que te registres y pagues una licencia, pero la respuesta a la pregunta “¿pero es de pago” es más ambigua. La respuesta correcta es: Sí y no.  La versión “demo”  que se puede descargar de la página web de su autor DK1TB:   http://www.dk1tb.de/downloadeng.htm   es totalmente operativa y se puede utilizar todo el tiempo que se desee, pero se recomienda obtener una licencia que el autor ha cedido a AMSAT, donde se tiene que comprar y pagar mediante tarjeta de crédito o <paypal>.

Si no dispones de una licencia, la “grandísima” dificultad que se te presenta consiste en que cada vez que arranca el programa te verás obligado a entrar la longitud y la latitud del observador (ubicación del receptor) en modo decimal (algo que a la tercera vez ya te la sabrás de memoria), de modo que  los cálculos del Doppler y de los pases del satélite sean correctos para tu QTH, tal como se contempla en la figura 8.

Figura 8: Entrada de tus coordenadas  al  inicio

 Hay que entrar las coordenadas geográficas del QTH con los minutos y segundos en fracción decimal de grado, algo fácil de calcular, entrando los minutos divididos por 60 como cifras decimales de la longitud y la latitud. Los segundos no vale la pena tenerlos en cuenta, pues no se precisa tanta exactitud. El segundo párrafo en inglés dice que, una vez registrado (es decir, una vez hayas pagado), ya no necesitarás entrar tus coordenadas cada vez que inicies el programa.

SATPC32  “es el programa” antipatinaje

Este artículo no pretende ser un manual del funcionamiento del programa SatPC32, sino que pretende solamente informar a todos los operadores de satélite de que no hay excusa para andar patinando por los satélites, pues con este programa, que todo el mundo utiliza para salir en los satélites en una frecuencia fija, dejarás de patinar por las frecuencias de bajada del satélite, deporte para el que no han sido diseñados los transponders de los satélites, y dejarás de incordiar a los demás operadores que si lo han descubierto y lo utilizan ya.

73 Luis EA3OG