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DIY天线+SDR+GNURadio实现低成本接收解码韩国GK-2A气象卫星信号
2020-02-06 09:00:10

0x00 前言

这几年玩了很多种 SDR 开发板,春节封路,在家闲着没事,也在尝试着玩各种天线,分析解码不同协议的无线信号,以此打发时间。

上学的时候,玩过一段时间的电视卫星(中六、亚太五),介于气象卫星和电视卫星存在一些相通性,便在近期开始尝试接收、解码气象卫星信号。

国家级卫星地面站往往占地十几公顷,投入数千万进行建设、安装、调试。作为火腿一枚通信爱好者来说,往往很难拿出这么多钱烧这个爱好。这个时候软件无线电低成本的优势就凸显了出来。我们可以通过现有的SDR 硬件加上DIY 制作特定的天线,便可以花费几百上千块钱实现接收、解码气象卫星的信号。

老挝万象卫星地面站

73771413875534824.jpg武汉大学诗琳通地球空间信息科学国际研究中心THEOS遥感卫星地面站

在韩国国家气象卫星官网(NMSC)可以查到很多GEO-KOMPSAT-2A卫星(简称GK-2A)的详细资料,包括射频参数 。

GK-2A部分参数:

Xnip2019-11-09_21-55-11.png

传输示意图:

Xnip2019-11-18_11-18-08

EPBBiaoW4AEClh2.jpegEPBBiasW4AAfsXm.jpeg

0x01 硬件:

前期相关资料、参数的收集整理基本上都可以通过上面的方法来完成,后面我们则考虑怎么接收、解码卫星的信号。

接收、解码这一步必不可少的是天线、SDR 硬件、SDR 软件。另外,因为气象卫星在很高很远的地方,当信号通过无线传输到地面的时候其信号强度往往已经微乎其微,所以我们需要通过低噪音放大器(low-noise amplifier 简称 LNA) 将信号放大,以便电脑识别、处理。

在这里用到了:

SDR:RTL-SDR v3 、Airspy Mini

LNA:Nooelec's SAMbird+GOES

2.4GHz网格天线 + 买投影or买相机送的三脚支架

天线是从淘宝买的 2.4Ghz放大WiFi 信号的接收设备,虽然频率是 2.4Ghz,但是国内外很多火腿用这款天线接收1.7Ghz 左右的卫星信号。

花了半天时间拆快递、组装天线,装完后:

Xnip2020-01-31_13-06-42.png

上面的图是室内,在室外接收的时候需要调整天线,修正垂直、水平极化方式:

4731573305401_.pic_hd

SDR+LNA特写:

4651573305368_.pic_hd

0x02 Windows

安装 GNURadio

wget http://www.gcndevelopment.com/gnuradio/downloads/installers/v1.6.0/gnuradio_3.7.13.5_win64.msi

安装 Python3.7

wget https://www.python.org/ftp/python/3.7.5/python-3.7.5-amd64.exe

安装依赖库

pip install pycryptodome
pip install jdcal

WechatIMG472

启动 GNURadio 执行LRIT Demod.grc流图:

Xnip2019-11-17_22-06-23.png

运行xritdecoder.exe、运行UDP-bridge.bat、运行xrit-rx.bat:

Xnip2019-11-15_21-15-25
@usa_satcom  有写一些气象卫星解码用的软件,如 XRIT_Decoder 、XHRPT decoder ,本来打算找作者购买软件授权 License key,结果被告知软件不向中国用户提供购买服务... 这里猜测应该是之前有国内用户试用他的软件,在 30 天试用期内破解了作者的软件然后在网上宣传,最后导致作者拒绝向国内用户提供软件下载和购买使用。后面改用 Linux 进行解码。

0x03 Linux Ubuntu 16.04

安装依赖:

sudo apt-get install -y \
  build-essential \
  cmake \
  git-core \
  libopencv-dev \
  zlib1g-dev

安装RTL-SDR驱动:

git clone https://github.com/osmocom/rtl-sdr.git
cd rtl-sdr
mkdir build
cd build
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
cd ../..

安装AirSpy驱动:

git clone https://github.com/airspy/airspyone_host
cd airspyone_host
mkdir build
cd build
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
cd ../..

安装GOES Tool:

git clone --recursive https://github.com/sam210723/goestools
cd goestools
mkdir build
cd build
cmake ../ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
make -j8
sudo make install
cd ../..

安装XRIT-RX:

git clone https://github.com/sam210723/xrit-rx
cd xrit-rx
pip3 install pycryptodome
pip3 install Pillow==5.0.0

启动monitor:

goesrecv -i 1 -c goestools/etc/goesrecv.conf
python3 xrit-rx.py

校准天线:

Xnip2020-01-31_13-10-54.png

打开 gqrx,将频点设为卫星中心频率,如天线以对准卫星,瀑布图上可以看到很明显的信号,北京地区将天线对准大概东南方向的位置即可。

mmexport15738241138021105539245546742605.jpg

信号成功接收

EPAcjRAWAAEwAV6.jpeg

接了LNA和没接LNA的对比

GK-2A在 1692.14MHz每隔十分钟向地面传输一次图像,比如16:00:20 开始第一次传输,到 16:04:00 传输完成,下次将在 16:10:20 至 16:14:00 左右传输第二次。

Screenshot from 2020-01-28 11-34-15.png

接收到的加密文件将存在XRIT-RX/received/LRIT/$年月日/目录中,如:

IMG_FD_049_IR105_20200123_082006_01.lrit --IMG_FD_049_IR105_20200123_082006_10.lrit:

Screenshot from 2020-01-28 11-20-31.pngFD 目录为卫星拍摄的Full Disk全盘图像

Screenshot from 2020-01-28 11-19-52.png

10 个FD目录中的 lrit 文件可解出一张 JPG 图片,在 tools 目录中有用于解码的 lrit-img.py脚本:

python3 lrit-img.py Path of FD

IMG_FD_087_IR105_20200123_144006.jpg

通过Python脚本可对图像红外增强成像:IMG_FD_087_IR105_20200123_144006_ENHANCED.jpg

当解码出足够多图像文件,通过合成,可将图片转成GIF动图:

网盘:

https://mega.nz/#F!UMEV1IjQ!7DYoheHZCTJuInIiptlNgw

YouTube:

https://www.youtube.com/watch?v=xdeXO2BGqvM

ADD_COMSIR1_003_20200123_163300_00.lrit.pngADD_COMSIR1_003_20200123_163300_00.lrit_ENHANCED.jpg

ADD_GWW3F_054_20200123_155600_00.lrit.gif

ADD_UP50F48_002_20200123_151525_00.lrit.png

ADD_RWW3A_008_20200123_224335_00.lrit.gif

ADD_SUFA03_007_20200123_200300_00.lrit.gif

ADD_UP50A_004_20200123_181300_00.lrit.gif

0x04 参考资料&感谢

https://github.com/opensatelliteproject/OpenSatelliteProject

https://pietern.github.io/goestools/guides/minimal_receiver.html

https://usa-satcom.com/wp-content/uploads/2018/12/GEOS-16_Receiver_Project-12022018.pdf

https://www.teske.net.br/lucas/2016/10/goes-satellite-hunt-part-1-antenna-system/

https://www.teske.net.br/lucas/2016/10/goes-satellite-hunt-part-2-demodulator/

https://www.teske.net.br/lucas/2016/11/goes-satellite-hunt-part-3-frame-decoder/

https://github.com/opensatelliteproject/OpenSatelliteProject

https://github.com/sam210723/goestools

https://github.com/sam210723/xrit-rx

https://www.rtl-sdr.com/rtl-sdr-com-goes-16-17-and-gk-2a-weather-satellite-reception-comprehensive-tutorial/

https://medium.com/@luigifcruz/reverse-engineering-goes-16-cda-telemetry-b0234cdfb0c1

http://monitor-post.blogspot.com/2019/09/

https://luigifreitas.me/2018-02-12/reverse-engineering-goes-cda-telemetry

http://www.prutchi.com/2019/07/11/receiving-emwin-and-hrit-services-from-goes-16-with-xrit/

http://www.virtuallab.bom.gov.au/files/7314/9880/1019/201705_current_status_of_GK-2A.pdf

https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/geo-kompsat-2

*本文原创作者:吃葡萄不吐葡萄皮的雪碧,本文属于FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载

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# SDR # diy # 气象卫星
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