Après avoir découvert sur F5KEE la SSDV et son fonctionnement, passons maintenant à une application particulièrement intéressante de cette technique : recevoir des images directement depuis de minuscules satellites en orbite.
Avec ERMINAZ-1U, ERMINAZ-1V et ERMINAZ-1X, AMSAT-DL prépare en effet une petite constellation expérimentale destinée notamment aux radioamateurs. Et lorsque l’on dit petite, le terme est parfaitement adapté : chacun de ces satellites appartient à la famille des PocketQubes 1P, soit un cube d’environ 5 × 5 × 5 cm pour une masse de l’ordre de 250 grammes.
Malgré ces dimensions minuscules, ils embarquent de quoi réaliser de nombreuses expériences radio. Voyons ce qu’ils vont faire et, surtout, comment nous pourrons recevoir leurs images en SSDV.
ERMINAZ : trois satellites gros comme une petite boîte
Le projet ERMINAZ est développé autour d’AMSAT-DL avec la participation de plusieurs partenaires du monde spatial et radioamateur.
Les trois satellites ERMINAZ-1U, 1V et 1X doivent être placés sur une orbite basse, prévue autour de 500 km, avec une inclinaison voisine de 97,6°. Cette orbite quasi polaire permettra aux satellites de survoler régulièrement une grande partie du globe.
Le lancement est actuellement prévu à bord du lanceur RFA One, depuis le centre spatial de SaxaVord, dans les îles Shetland.
Le projet ne consiste cependant pas simplement à mettre trois balises radio en orbite. ERMINAZ a été pensé comme une véritable plate-forme d’expérimentation radioamateur et éducative.
Trois satellites pour expérimenter
L’un des intérêts de la mission est de pouvoir travailler sur plusieurs bandes.
Les fréquences publiées actuellement par AMSAT-DL sont notamment :
ERMINAZ-1U : 435,775 MHz
ERMINAZ-1V : 145,965 MHz
ERMINAZ-1X : 435,500 MHz
Ces valeurs devront naturellement être vérifiées à l’approche du lancement, les coordinations et configurations opérationnelles pouvant encore évoluer.
Pour les radioamateurs, cette diversité est intéressante. Elle permettra notamment de comparer la réception d’un PocketQube sur 2 mètres et 70 centimètres, avec des différences sensibles concernant les antennes, le Doppler ou encore le bilan de liaison.
ERMINAZ-1U, 1V et 1X : trois PocketQubes de seulement 5 cm de côté destinés à l’expérimentation radioamateur. Depuis une orbite d’environ 500 km, ils permettront notamment de recevoir télémétrie, données numériques et images SSDV sur les bandes VHF et UHF.
Beaucoup de radio dans seulement 125 cm³ !
Malgré leur taille, les ERMINAZ doivent proposer plusieurs services et expériences.
On trouve notamment une balise CW, de la télémétrie numérique, des transmissions suivant les recommandations CCSDS, un digipeater, une fonction mailbox Store & Forward et, ce qui va particulièrement nous intéresser ici, la transmission d’images SSDV.
Les satellites serviront également à expérimenter différentes modulations numériques.
Parmi les modes envisagés figurent GFSK, GMSK, BPSK et QPSK, avec des débits pouvant aller approximativement de 9 600 à 38 400 bit/s suivant la modulation utilisée.
Différents formats de trames pourront également être expérimentés, parmi lesquels CCSDS, AX.25 et IEEE 802.15.4.
ERMINAZ devient ainsi bien davantage qu’une simple balise : c’est un petit laboratoire de communications numériques placé en orbite.
Une caméra et des images SSDV
C’est probablement l’expérience la plus spectaculaire pour l’amateur qui débute dans la réception satellite.
Le satellite prend une image avec sa caméra. Mais contrairement à la SSTV analogique, il ne transforme pas directement les lignes de l’image en tonalités audio.
Avec la SSDV — Slow Scan Digital Video — l’image suit un chemin complètement numérique :
Caméra → image JPEG → encodeur SSDV → paquets numériques → émetteur radio
Le parcours complet d’une image SSDV avec ERMINAZ : la photographie est compressée en JPEG, découpée en paquets SSDV puis transmise par radio. Au sol, notre station reçoit et démodule ces paquets avant de les réassembler pour reconstruire progressivement l’image originale.
Au sol, nous réalisons exactement le chemin inverse :
Antenne → récepteur → démodulation → paquets SSDV → décodeur → image JPEG
C’est donc très différent de la SSTV traditionnelle.
Pourquoi découper l’image en petits morceaux ?
Une liaison avec un satellite en orbite basse est loin d’être parfaite.
Le signal peut subir du fading, des parasites ou simplement devenir trop faible lorsque le satellite approche de l’horizon. Une antenne mal orientée peut également provoquer quelques secondes de mauvaise réception.
Envoyer simplement un fichier JPEG complet serait donc assez risqué.
SSDV contourne le problème en découpant l’image en petits paquets indépendants.
Dans l’implémentation SSDV classique, un paquet possède une longueur de 256 octets. Il contient non seulement une partie de l’image, mais également différentes informations permettant au décodeur de savoir à quelle image et à quelle position correspondent les données reçues.
Et si nous perdons quelques paquets ?
C’est là que SSDV devient particulièrement intéressante.
Imaginons que le satellite transmette :
1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8
Notre station reçoit :
1 – 2 – 3 – ❌ – 5 – 6 – ❌ – 8
Nous avons perdu les paquets 4 et 7.
Cela ne signifie pas nécessairement que toute l’image est perdue. Le décodeur peut reconstruire les parties correctement reçues et laisser apparaître des défauts aux endroits correspondant aux données manquantes.
Plus nous recevons de paquets, plus l’image devient complète.
Le format SSDV classique peut également utiliser une correction d’erreurs Reed-Solomon, permettant de récupérer certains paquets comportant des erreurs.
C’est exactement le genre de technique particulièrement bien adapté à une liaison radio avec un petit satellite.
Plusieurs stations pour reconstruire une image
SSDV possède encore un avantage particulièrement séduisant pour le monde radioamateur.
Imaginons trois stations :
F5KEE reçoit les paquets 1, 2, 4 et 6.
Une autre station reçoit 1, 3, 4 et 5.
Une troisième reçoit 2, 3, 5 et 6.
Individuellement, aucune ne possède tous les paquets.
Mais en regroupant leurs réceptions, nous obtenons :
1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6
L’image peut alors être beaucoup mieux reconstruite.
Ce principe de réception collaborative est déjà largement utilisé dans le monde des ballons stratosphériques SSDV. Pour ERMINAZ, il faudra toutefois attendre la publication de la chaîne opérationnelle définitive avant de savoir précisément comment seront centralisées et exploitées les images reçues par les différentes stations.
La SSDV reste exploitable même lorsque certains paquets sont perdus pendant la liaison satellite. Chaque station peut recevoir des fragments différents de l’image ; en regroupant les paquets provenant de plusieurs radioamateurs, il devient possible de reconstruire une image beaucoup plus complète.
Quelle station faudra-t-il ?
Bonne nouvelle : il ne faudra pas nécessairement disposer d’une station satellite extrêmement sophistiquée pour commencer les expérimentations.
Une station pourra typiquement comporter :
une antenne VHF/UHF, éventuellement directive, un SDR, un ordinateur et les logiciels nécessaires à la poursuite du satellite, à la correction du Doppler et au décodage des transmissions numériques.
Pour les signaux les plus faibles, une antenne Yagi associée à un LNA placé près de l’antenne apportera évidemment un avantage important.
Le véritable défi viendra probablement davantage de la réception correcte des transmissions numériques à haut débit que de la seule détection de la balise.
Une fois les paquets récupérés, ils pourront être traités afin d’extraire la télémétrie ou de reconstruire progressivement les images SSDV.
Des satellites minuscules, mais un formidable terrain d’expérimentation
ERMINAZ illustre parfaitement l’évolution actuelle des satellites radioamateurs.
Dans un cube de seulement cinq centimètres de côté, il devient possible d’intégrer un ordinateur de bord, des capteurs, une caméra et un système radio capable d’expérimenter plusieurs modulations numériques.
Pour nous, radioamateurs, l’intérêt est considérable.
Nous ne nous contenterons pas d’entendre un « bip » provenant de l’espace. Nous pourrons observer les signaux sur le waterfall, mesurer leur Doppler, décoder la télémétrie, étudier différentes modulations et surtout transformer une succession de petits paquets radio en une véritable photographie prise depuis l’orbite.
Et c’est probablement ce qui résume le mieux ERMINAZ : trois satellites de poche qui pourraient devenir un formidable laboratoire radio à 500 km au-dessus de nos antennes.
Pour aller plus loin
AMSAT-DL — ERMINAZ
https://amsat-dl.org/erminaz/
IARU — Coordination ERMINAZ
https://iaru.amsat-uk.org/formal_detail.php?serialnum=968
AMSAT-DL — Coordination des fréquences et modes numériques
https://amsat-dl.org/en/erminaz-iaru-frequency-coordination-is-completed/
Dépôt technique ERMINAZ
https://gitlab.com/amsat-dl/erminaz/erminaz-1-org
Station sol ERMINAZ
https://gitlab.com/DL4PD/erminaz-groundstation
SSDV — implémentation de référence
https://github.com/fsphil/ssdv
UKHAS — Guide SSDV
https://ukhas.org.uk/doku.php?id=guides:ssdv
