title: Experimental study of satellite signal processing with software defined radios
title: Πειραματική μελέτη επεξεργασίας δορυφορικού σήματος με ραδιόφωνα ελεγχόμενα από λογισμικό
Creators: name: Χατζηγεωργιου Ροζα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: This work studies the decoder of a low Earth orbit (LEO) micro-satellite (CubeSat) that transmits a GFSK telemetry in the UHF frequency band and specifically at 437.2 MHz. The first stage of the decoding process is FM demodulation, which converts the GFSK signal to a PAM waveform. The PAM symbols are time-synchronized by the Mueller and Müller algorithm, which exploits the structure of a Phase Locked Loop and estimates the time delay of the receiver sampling clock and the optimal sampling time. Next, the symbol samples are convolutionally decoded and frame detection is performed. Finally, descrambling and Reed-Solomon decoding follows. Frame synchronization and bit detection of this decoder are sub-optimal, so a different decoding scheme is proposed. We suggest performing preamble-based frame synchronization first, using correlators. The bits of the detected frame are decoded using a non-coherent FSK detector, a convolutional decoder, a descrambler and a Reed-Solomon decoder. The simulation results showed that for uncoded and unscrambled signals, the suggested decoder achieved approximately a 2 dB gain. Finally, the process of capturing and decoding the satellite’s GFSK signal is thoroughly explained. The signal is captured using a low-cost software-defined radio (SDR) receiver and a Yagi antenna. The decrypted telemetry bits in the GFSK signal give indications about the status of the satellite’s electronics, such as the current and voltage of the its transmitter and receiver, the PLL status and the temperature of the CubeSat microcontroller.
description: Σε αυτή την εργασία θα μελετηθεί ο αποκωδικοποιητής ενός μικροσκοπικού δορυφόρου (CubeSat) χαμηλής τροχιάς (LEO), ο οποίος εκπέμπει GFSK τηλεμετρία στην μπάντα συχνοτήτων UHF και συγκεκριμένα στα 437.2MHz. Το πρώτο στάδιο της αποκωδικοποίησης είναι η FM αποδιαμόρφωση, η οποία μετατρέπει το GFSK σήμα σε μια PAM κυμματομορφή. Ο συγχρονισμός των PAM συμβόλων γίνεται χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο Mueller and Müller, ο οποίος αξιοποιεί την δομή ενός Phase Locked Loop για να εκτιμήσει την χρονική καθυστέρηση του ρολογιού δειγματοληψίας του δέκτη και τις βέλτιστες  χρονικές στιγμές δειγματοληψίας. Στη συνέχεια, γίνεται συνελικτική αποκωδικοποίηση κάθε συμβόλου και ανίχνευση πακέτου. Τέλος, στα bits του πακέτου γίνεται descrambling και Reed-Solomon αποκωδικοποίηση. Παρατηρήθηκε ότι η ανίχνευση του πακέτου και των GFSK bits δεν είναι βέλτιστη, οπότε παρουσιάζεται ένας διαφορετικός τρόπος αποκωδικοποίησης του σήματος του δορυφόρου. Προτείνεται preamble-based ανίχνευση του πακέτου στην αρχή, χρησιμοποιώντας συσχετιστές. Επιπλέον, η ανίχνευση των bits του πακέτου θα γίνει με έναν ασύμφωνο FSK φωρατή. Στη συνέχεια θα ακολουθήσει η συνελικτική αποκωδικοποίηση, το descrambling και η Reed-Solomon αποκωδικοποίηση. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι για μη κωδικοποιήμενα και unscrambled σήματα, ο αποκωδικοποιητής που προτείνουμε πετυχαίνει gain περίπου της τάξης των 2 dB. Τέλος, εξηγείται αναλυτικά η διαδικασία λήψης και αποκωδικοποίησης του δορυφορικού GFSK  σήματος. Το σήμα θα ληφθεί χρησιμοποιώντας ένα χαμηλού κόστους ραδιόφωνο ελεγχόμενο από λογισμικό (SDR) δέκτη και μια κεραία Yagi. Τα αποκωδικοποιημένα bits τηλεμετρίας του GFSK σήματος δίνουν ενδείξεις για την κατάσταση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων του δορυφόρου, όπως η τάση και το ρεύμα του πομπού και δέκτη, το PLL status καθώς και η θερμοκρασία του CubeSat μικροελεγκτή.