Prenos obrazu z letu STS-2

Vypustenie stratosférického balóna s fotoaparátom a kamerami prináša aj isté riziko stratu nákladu. V takom prípade sa nedostaneme k záberom, ktoré nafotil fotoaparát alebo natočili kamery.

Bolo by veľmi zaujímavé dostať sa nejak k záberom z balóna už počas letu. Zatiaľ sme stále amatérsky projekt a na na nejaké sofistikované a zložité riešenia prenosu obrazu nemáme kapacity.  Pokúsim sa v tomto príspevku zhrnúť aspoň tie možnosti, ktoré sú pre projekt nášho rozsahu využiteľné a stručne popísať zvolený spôsob prenosu.

Kritériá zohľadňované pri výbere technológie prenosu obrazu:

  • kvalita a rozlíšenie obrazu
  • pohyblivý alebo statický obraz
  • rýchlosť prenosového média (rádiovej trasy), potrebná šírka pásma
  • použité vysielacie rádiové zariadenie  (výkon, dosah, napájanie, hmotnosť)
  • použité prijímacie rádiové zariadenie (prijímač, antény)

Prenos pohyblivého obrazu (videa)

Pre tento prenos by bolo by možné využiť napríklad FPV (First Person View)  systémy, ktoré používajú leteckí modelári. Tiety systémy pracujú v pásmach 1.2 GHz, 2.4 GHz, 5.8 GHz. Dosahy takýchto zariadení sa obvykle pohybujú rádovo v jednotkách až desiatkach kilometrov. Pásma 2.4 GHz a 5.8 GHz sú využívané aj dátovými WiFi technológiami, dá sa predpokladať, že tam by dochádzalo k rušeniu prenosu videa.

Pásmo 1.2 GHz  je u nás pridelené aj rádioamatérom. Vďaka rádioamatérskemu povoleniu, ktoré vlastním, by sme toto pásmo mohli použiť. Na veľké vzdialenosti (50 – 150  km medzi prijímačom a vysielačom) by sme museli použiť veľké smerové antény, prípadne parabolické antény. Tieto antény by museli sledovať polohu balónu. Vysielač s vyšším výkonom má zákonite aj vyššiu spotrebu energie z batérií. Tých by muselo byt v náklade teda viac, čo predstavuje opäť navýšenie hmotnosti.

Túto možnosť by sme radi niekedy otestovali, ale skôr v období, keď bude výrazne slabšie prúdenie a balón nezaletí príliš ďaleko od miesta vypustenia – Hjustonu. Aby bola väčšia šanca prijímať obraz počas celého letu. Pokiaľ by sme náhodou natrafili na slabšie prúdenie aj v januári, budeme uvažovať aj o tejto možnosti.

Prenos statických obrázkov (fotografií)

Rádioamatéri poznajú prenos obrázkov cez tzv. Slow Scan Televison = SSTV. Týmto spôsobom sú napríklad prenášané obrázky aj z medzinárodnej stanice ISS rádioamatérskymi zariadeniami (nie NASA 🙂  )-  príklad obrázkov z ISS.

Tieto obrázky majú malé rozlíšenie a ako už z názvu vyplýva, prenos je pomalý. Výhodou je pomerne malá potrebná šírka pásma – okolo 2.5 kHz, ďalej to, že na prenos by sme mohli využiť otestované rádiové moduly na 434 MHz s výkonom 10 mW. Pri takto malom výkone sme prijímali telemetriu z STS-1 aj na vzdialenosť cez 100 km. Dokonca sme mali reportovaný príjem našej telemetrie až z Nemecka (okolo 400 km). Nevýhodou SSTV je ale skreslenie obrazu spôsobené rušením, alebo únikmi signálu.

Niektoré z týchto nevýhod rieši trochu vylepšená podoba “pomalej” televízie – SSDV (Slow Scan Digital Video). Tento spôsob vyvinul Philip Heron (fsphil), jeden z aktívnych členov anglickej UK High Altitude Society (UKHAS).  “Analógový”  prenos SSTV nahradil digitálnym, v ktorom obrázok prenáša ako 256 Byte veľké pakety. Pôvodný jpeg obrázok skonvertuje do paketov, pričom takto kódovaný obrázok má zhruba štvrtinovú veľkosť. Obrázok je následne prenášaný  tým istým kanálom, ako telemetria. Využíva sa FSK modulácia (RTTY) s rýchlosťou 300 bit/sek., rovnako ako sme použili v STS-1. Šírka pásma je obvykle okolo 600 Hz. Výhodou takéhoto prenosu je viditeľne lepšia kvalita obrázkov.

Pre prenos a dekódovanie obrázkov cez SSDV je opäť využívaná frekvencia 434 MHz.

Počas letu STS-2 otestujeme prenos obrázkov cez SSDV.

Ako bude fungovať SSDV v STS-2 ?

Na kódovanie obrázkov budeme používať Raspberry PI linux board. K nemu bude pripojená USB kamerka. Ukladanie obrázkov do formátu jpeg bude zabezpečovať aplikácia od fsphil-a fswebcam . Takto získame obrázky s rozlíšením 352 x 288 pixelov. Môžete namietať, že je to dosť malé rozlíšenie, ale pripomeniem, že na prenos obrázkov máme  dispozícii rýchlosť len 300 bit/sek. takže na fotografie zo 16 Mpix fotoaparátu si budeme musieť počkať až po dohľadaní nákladu 🙂

Jpeg obrázky budú kódované do SSDV formátu a prenášané rádiovým modulom Radiometrix NTX2 s výkonom len 10 mW. Bolo by možné prenášať striedavo telemetrické pakety a obrázkové pakety.  Na posielanie telemetrie ale použijeme overený spôsob z letu STS-1 samostatným modulom. Raspberry PI bude vysielať len obrázky.

Prenos jedného obrázku bude trvať okolo 4 – 5 minút.

Príjem obrázkov bude možný rovnako ako príjem telemetrie – na frekvencii 434 MHz (presnú frekvenciu ešte oznámime). Na dekódovanie sa využíva opäť upravený program dl-fldigi od UKHAS. Po zdekódovaní paketu, je tento zobrazený priamo v aplikácii a paket je odoslaný na server. Takto bude obrázok k dispozícii online aj pre ostatných, ktorí nevlastnia prijímač na 434 MHz.

K ďalšej veľkej výhode SSDV oproti SSTV patrí aj to, že prijaté pakety od viacerých poslucháčov sa agregujú na serveri. Takže napr. ak mne počas príjmu vypadne nejaký paket, ale niekto iný ho prijme, na serveri bude obrázok bez chýbajúceho paketu.  To isté platí aj pre dekódovanie telemetrie cez dl-fldigi.

17 thoughts on “Prenos obrazu z letu STS-2”

  1. Pri video prenose je este mozhnost vyuzitia sposobu prenosu, ktory pouzivaju pri standartoch DVB. Samozrejme to vyzaduje narocnejsi vyvoj a pripravu. Signal z kamery mal by byt komprimovany standartom MPEG-2, MPEG-4 alebo H.264 kvoli znizeniu datoveho toku. Nasledne tento datovy tok mal by byt modulovany na nosnu QPSK modulaciou. Sa jedna o robustnu digitalnu modulaciu, pouzivanu v satelitnej kommunikacii. Vyhoda oproti analogovej modulacii video signalu je ta ze na spolahlivy prenos je potrebny mensi vykon. Tym padom na strane balonu by stacila vysielacia antenna typ QFH, na prijimacej strane-mensia navadzana parabola.

  2. Ano Max, aj to je jedna z moznosti. Len ako pises, je podstatne narocnejsia na vyvoj. Mozno niekedy v dalsich letoch… Dost velkym obmedzenim pre akukolvek technologiu su aj rozmery a hmotnost, do ktorej sa musime zmestit. Tych 1500 gramov sa zda na zaciatku dost vela, ale kazda elektronika nieco vazi, potrebuje baterie… STS-1 vazil vratane krabice okolo 1000g a dalo by sa povedat, ze tam skoro nic nebolo 🙂

  3. Ak sa mozem opytat, nezvazovalo sa aj pouzitie normalneho analogoveho videa s velkou sirkou pasma? Ak tam mate telemetriu, tak by to slo so smerovou antenou a trackerom urcite celkom dobre spravit…

  4. Samozrejme, ze sme aj nad tym uvazovali. V radioamaterskom pasme 434 MHz ale takato prevadzka nie je povolena. Ostava nam 1.2 GHz pasmo. Na toto pasmo mame pripravene zariadenia, ale momentalna hmotnost STS-2 nam ich uz nedovoli zavesit. No a samozrejme, potrebujeme to poriadne otestovat (vysielacia, prijimacia antena atd.). Pocitame s tym, ze v jarnej misii STS-3 uz poleti aj live video 🙂

  5. Na prenos videa fpv modelari vyuzivaju 2.4Ghz pasmo napr s tymto https://hobbywireless.com/index.php?main_page=product_info&products_id=26
    Je moznost takeho trasmittera aj v 1.2Ghz pasme, neviem vsak ake su vysielacie limity na Slovensku.
    Co vsak musite brat do uvahy a to urcite viete je oddelit vysielacu frekvenciu riadenia a statistik od videa.
    Trebars riadenie a sondy na 433Mhz a video na 2.4Ghz alebo 1.2Ghz. S podobnym trasmitterom a dobrou antenou by nemal byt problem vysielat video streamovane aj niekolko fps.
    Dosah do 50km a prakticky s pouzitim tejto vybavy a vhodnych prijimacov sa zmestite do vzletovej hmotnosti 1-2kg. Ked s tym vedia lietat EPOR/EPP lietadla 50 minut na 2x 3300mAh 4S Turnigy bateriach urcite by vas balon nemal mat problem, kedze asi nebudete tak aktivne vyuzivat nejaky motor, respektive ziaden.

  6. Ano, mame uz nachystane FPV na 1.28 GHz, co je presne v radioamaterskom pasme u nas. Este sme to ale netestovali vonku s inymi antenami, ako dodava vyrobca. Dusan z nasho teamu ma uz pripravenu a vyrobenu RX aj TX antenu. Tak ked skonci STS-2, hned sa vrhneme na testovanie. Planujeme to pouzit v STS-3, ako som pisal vyssie. Inak – box/sondu zo zeme v podstate neriadime, len si nechavame posielat telemetriu a polohu. Napadov na dalsie lety je vela. Vsetko su to take nase amaterske experimenty, takze sa ucime, testujeme a snazime sa vylepsovat 🙂 Jednym z takych napadov, kde budeme potrebovat sikovneho leteckeho modelara je vynesenie odolneho klzaku s motorcekom, ktory by po burste balona vedel doletiet co najblizsie k miestu startu. Vo svete nic nove, ale pre nas, kedze si vacsinu veci vyvijame sami je to dobra vyzva. V kazdom pripade ti dakujeme za komentare a postrehy!

  7. Pani gratulujem k dnesnemu uspechu. Je to vyborna ukazka toho, co nasi radiomateri dokazu.

  8. No ak som to spávne pochopil tak by sa jednalo o plne autonómny let na povodne GPS súradnice ?? resp ak by som to mohol nazvat riadeným párom ??

    Konštrukčne by to až taký problém nebol, programový tiež nie , v podstate stačí vypocitavať nákon pre jednotlivé osy.
    V podstate niektoré GPS poskytujú priamo výstup z vyp. stupnami pre HOME position , potom je to iba o PID regulácii výchyliek , niečo podobné idem mmntálne robiť pre vlastné lietadlo , lebo je to výborná vec ak sa Vám lietadlo može samo dostať domov 🙂

    Ak sa už púšťate do FPV tak by som určite navrhol aby ste tam dali aj OSD vložené telemetrické dáta.

    ak by ste potrebovali pomoc alebo zanieteneho človeka tak sa stačí ozvať 🙂

  9. Páni, gratulujem!
    S nadšením som sledoval vaše dielo v akcii, paráda. Je super, že sa to podarilo aj slušne spropagovať. Som fotoamatér, tak keby ste potrebovali pomôcť s úpravami fotografií, rád pomôžem, majú slušný potenciál.
    S pozdravom,
    Zdeno Kodyš

  10. Este su analogove video moduly na 5.8GHz skuste pozriet tu http://www.airwave.com.tw/rf-modules-3.html Moduly su male a lahke. Ale podla mojich vypoctov analogove video tu funguje na limitoch svojich moznosti. V tom pripade ak by sa pouzil vysielac s ziskom 27dBm (0.5W), prijimac ma citlivost -85dBm, s vysielacou antennou QFH s ziskom 5dBi, pre zabezpecenie spojenia na vzdialenost aspon 50km, treba mat parabolicku prijimaciu antennu s priemerom aspon 1m. Inac citlivost -85dBm je dost chaba. Dalo by sa ku tomu spravit zosilnovac s ziskom aspon 20dB. Dal by sa spravit na dvojici obvodov GALI-39+ od Minicircuits. Taky zosilnovac chcem v priebehu mesiaca poskladat. Potom ak bude treba mozem poskytnut podklady na plosak a obvody (som musel zobrat 20ks. obvodov a ja to vsetko neminiem)

  11. Zdeno, dakujeme moc. Fotiek je neurekom, este sa musime cez ne preluskat. Ak by bolo treba nieco upravovat, ozveme sa 🙂

Comments are closed.