Starshine テレメトリ解読式詳細


● (No.283) Starshine テレメトリ解読式詳細 (2001年 10月10日)
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本日(10/10)は、ストレスの溜まった一日でした。

朝一番(08:20JST)に、PCsat のデジピート実験をしている最中に、パソコンが
ハングアップしてしまい、何度 再起動をかけても Windows95 が立ち上がりま
せん。そのうち "HDD Boot Error" なんていうメッセージまで出てきてしまい
ました。1時間も粘って、Windows起動FDから修正したりしましたがダメです。

あきらめて タワーBOXの中を開けて、念のため種々のコネクターやケーブルを
抜き差ししてから再起動をかけると、なんといつもように立ち上げることがで
きました。 原因は一体 何だったんでしょう。 塵? 接触不良?

昼間は仕事の合間を縫って、再度、PCsat の デジピート実験や、amsat-bb か
ら情報があった Sapphireの CW受信実験を繰り返していましたが、ことごとく
失敗に終わりました。 AGWPE の 9600bps 受信実験もうまくいきません。外は
大雨で、ますます気が滅入ってきました。

ふと 無線機に目をやると、Sメータ(ALC/RFメータ)の針がまったく振れていま
せん。また故障? (以前にも他の個所がよく故障した) と思いながら、取説書
を見ながら設定ボタンをあれやこれや押したりしてみましたが、針は送信受信
ともにまったく振れません。 こりゃ故障だ と思って、やけになって無線機の
側面をひっぱたいたところ、針が ピッ と振れ出したではありませんか。原因
は一体 何だったんでしょう。

最近は、コンピュータと無線機の前に、職場でも自宅でも合わせて10時間は
座っているような状態です。どちらが本職なのかわからなくなってきました。
以前、新聞か何かで、コンピュータから離れているとイライラしてきて、コン
ピュータの前に座ると落ち着いてくるというのは、精神的にかなり危険な病気
の状態である、という記事を読んだ記憶があります。今の私はまさにそれか?

さて、話を本職の(ではなく)趣味の衛星に戻します。やっと衛星からの信号を
捉えたのは夕方になってからで、 Starshine のテレメトリを 1フレームのみ
受信することができました。 昨日、Starshine のホームページに、ユーザー
からの要望に応える形でテレメトリ解読式が掲載されました。次の受信データ
をもとに、以下に詳しく解析してみます。 (英文御容赦)


Starshine   145.825MHz 9600bps FSK
[10-Oct-01  16:21:07JST] (UI C)

STRSHN>APF302:>de N7YTK.0C00       : Header

29D3 0000 29C6 A40E 845A 0281 FC75 : Data from A/D Converter #1
1A96 84F0 58BF 7706 9402 028C FC8B : Data from A/D Converter #2
65D7 277C 3D21 298B A2FA 0271 FC45 : Data from A/D Converter #3
2802 900C A106 9395 854E 0286 FC65 : Data from A/D Converter #4
D294 829B 021E 6441 5400 0279 FC22 : Data from A/D Converter #5
6D86 4185 A549 6486 00B2 026B FC90 : Data from A/D Converter #6
---- ---- ---- ---- ---- ---- ----
 1    2    3    4    5   GAIN FULL
       Channel Number


F302 (hex) : time stamp = 62210 seconds = 17 h. 16 min. 50 sec.


----  ------  -------   ----  ------  -------   ----  ------  --------
Item  Data    Data      Item  Data    Data      Item  Data    Data
  #   Value   Meaning     #   Value   Meaning     #   Value   Meaning
----  ------  -------   ----  ------  -------   ----  ------  --------
  1   STRSHN  Source Addr
  2   AP04B2  Dest Addr incl.16-bit time stamp as above
  3   N7YTK   Gil Moore Call Sign
  4   0C      upper 8 bits of time stamp
  5   00      Echo of uplink command
  6   29D3    Ch 11      20   65D7    Ch 31      35   D294    Ch 51
  7   0000    Ch 12      21   277C    Ch 32      35   829B    Ch 52
  8   29C6    Ch 13      22   3D21    Ch 33      36   021E    Ch 53
  9   A40E    Ch 14      23   298B    Ch 34      37   6441    Ch 54
 10   845A    Ch 15      24   A2FA    Ch 35      38   5400    Ch 55
 11   0281    A/D1 Off   25   0271    A/D3 Off   39   0279    A/D5 Off
 12   FC75    A/D1 FS    26   FC45    A/D3 FS    40   FC22    A/D5FS
 13   1A96    Ch 21      27   2802    Ch 41      41   6D86    Ch 61
 14   84F0    Ch 22      28   900C    Ch 42      42   4185    Ch 62
 15   58BF    Ch 23      29   A106    Ch 43      43   A549    Ch 63
 16   7706    Ch 24      30   9395    Ch 44      44   6486    Ch 64
 17   9402    Ch 25      31   854E    Ch 45      45   00B2    Ch 65
 18   028C    A/D2 Off   32   0286    A/D4 Off   46   026B    A/D6 Off
 19   FC8B    A/D2 FS    33   FC65    A/D4 FS    47   FC90    A/D6 FS
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Starshine 3 Data Channel Summary for Electronics Board
---  ---- ---- ------  --------------------  ---------  ----  --------
 Ch  Gain DC   Buffer  Signal                 Range      W6   Source
 #        Offset       Measurement            (mV)      Pin# (Con-Rin)
---  ---- ---- ------  --------------------  ---------  ----  --------
 11  16   +16.7   -    IPS Current #2        -2.5/40      5   W10-5
 12  64   none    -    Temperature #5         7.8/28     22   W18-6
 13  16   +16.7   -    IPS Current #5        -2.5/40     21   W18-5
 14  32   +66.7   -    String Current #6     -41/0       20   W16-8
 15   1   none   yes   IPS Battery V(3.0)#6   1000/1500  19   W16-7

 21  32   none    -    Si Test Cell cntl #7  ~50         25   W20-5
 22   1   none   yes   IPS Battery V(3.0)#2   1000/1500   7   W10-7
 23  32   +66.7   -    String Current #5     -41/0       24   W18-8
 24  64   none    -    Temperature #2         7.8/28      6   W10-6
 25   1   none   yes   IPS Battery V(3.0)#5   1000/1500  23   W18-7

 31  64   none    -    Temperature #4         7.8/28     10   W12-6
 32  32   none    -    Si Test Cell Nusil#7  ~50         27   W20-7
 33  16   +16.7   -    IPS Current #4        -2.5/40      9   W12-5
 34  32   none    -    Si Test Cell DC935 #7 ~50         26   W20-6
 35  32   +66.7   -    String Current #2     -41/0        8   W10-8

 41  16   +16.7   -    IPS Current #3        -2.5/40     13   W14-5
 42  32   +66.7   -    String Current #8     -41/0       29   W22-8
 43  32   +66.7   -    String Current #4     -41/0       12   W12-8
 44  32   +66.7   -    String Current #7     -41/0       28   W20-8
 45   1   none   yes   IPS Battery V(3.0)#4   1200/2100  11   W12-7

 51   1   none    -    PMAD Battery V         1800/2070  32   W8-13
 52   1   none   yes   IPS Battery V(3.0)#3   1200/2100  15   W14-7
 53                    Not Used                          31        
 54  64   none    -    Temperature #3         7.8/28     14   W14-6
 55  32   +66.7   -    String Current #1     -41/0       30   W24-8

 61   1   none    -    PMAD Battery I         500/1600   33   W8-14
 62  16   +16.7   -    IPS Current #6        -2.5/40     17   W16-5
 63  32   +66.7   -    String Current #3     -41/0       16   W14-8
 64  64   none    -    Temperature #6         7.8/28     18   W16-6
 65   8   none    -    Electronics I          14/200
---  ---- ---- ------  --------------------  ---------  ----  --------

Temperature Sensor powered from IMPS in String 5 is on cell 66 
Temperature Sensor powered from IMPS in String 2 is on the main battery
Temperature Sensor powered from IMPS in String 4 is on the string board
Temperature Sensor powered from IMPS in String 3 is on cell 47
Temperature Sensor powered from IMPS in String 6 is on cell 4 
 
Data is 16 bit resolution (65536 counts) on a 2.5 V full scale, each
set of 5 channels has a separate reference voltage and zero offset
reading.  Each received data point is a 4 byte hex code value 
(FFFF = 65535).  The DC offset is a percentage of full scale and is
subtracted from the channel data and then divided by the gain to get
the signal level counts as a fraction of the full scale counts.


Refer to the next web site for more informations,

 http://epulation.com/starshine/starshine3/

 -Advance Technology Experiment for the Starshine 3 Satellite (.pdf)
 -Starshine 3 Computer/Data Acquisition Summary
 -Starshine 3 Computer/Data Acquisition Block Diagram



ここ数日、衛星Starshine のテレメトリ解読の計算にいそしんでおりました。
次は、先日(10/10) 受信した新たなデータです。下に、計算結果を示します。


[145.825MHz, 9600bps FSK]
[10-Oct-01  07:21:07z] (UI C)
STRSHN>APF302:>de N7YTK.0C00
29D3 0000 29C6 A40E 845A 0281 FC75
1A96 84F0 58BF 7706 9402 028C FC8B
65D7 277C 3D21 298B A2FA 0271 FC45
2802 900C A106 9395 854E 0286 FC65
D294 829B 021E 6441 5400 0279 FC22
6D86 4185 A549 6486 00B2 026B FC90


Starshine のホームページ http://epulation.com/starshine/starshine3/
の "Starshine 3 Data Channel Summary for Electronics Board" の中に、
次の解説があります。


> Data is 16 bit resolution (65536 counts) on a 2.5 V full scale, each
> set of 5 channels has a separate reference voltage and zero offset
> reading.  Each received data point is a 4 byte hex code value 
> (FFFF = 65535).  The DC offset is a percentage of full scale and is
> subtracted from the channel data and then divided by the gain to get
> the signal level counts as a fraction of the full scale counts.
> 
> 
> Starshine 3 Data Channel Summary for Electronics Board
> ---  ---- ----  ------  ----------------  ---------  ----  --------
>  Ch  Gain DC    Buffer  Signal             Range      W6   Source
>  #        Offset        Measurement        (mV)      Pin# (Con-Rin)
> ---  ---- ----  ------  ----------------  ---------  ----  --------
>  11  16   +16.7    -    IPS Current #2     -2.5/40     5    W10-5
> ---  ---- ----  ------  ----------------  ---------  ----  --------
>   .
>   .

つまり意訳すると、

> データは、フルスケールの 2.5ボルトに関する 16ビット(65536カウント)で
> 表された数値である。 5チャンネルのどの集合(訳注:上記の記事参照)も、
> 別々に観測された電圧値と、ゼロ調整値を含んでいる。受信されたすべての
> データの値は、4バイトの 16進数 (例.FFFF=65535)で表されている。
>  DC調整値は、フルスケールに対する割合を表しており、それをチャンネル
> データから引き算し、さらに信号レベル値を得るために、フルスケールに対
> する分数として利得によって割り算する。


この解説をもとに、例として第11チャンネル(IPS#2 電圧)を算出してみると、

    10707-(10707*(16.7/100)) = 10707-1788 = 8919
    よって、8919/Gain = 8919/16 = 557.4 [mV]  

となりますが、この計算が正しいかどうかを、NASA の Starshine の関係者に
確認したところ、不充分であるという返答が返ってきました。これとは別の、
まだ公表されていない解読式があって、それを個人的にメールで教示されまし
たので、それをもとに新たに計算し直してみます。


Phillip Jenkins [Phil.Jenkins@grc.nasa.gov] wrote
at 14:08:51 -0400, 12 Oct 2001,

> It looks like we need to add a few more instructions to the web page
> on how to convert raw data to engineering units. Here is the formula
> for converting the raw signal to volts:
> 
>    Volts = (CH11 - ValOff)/(CalVal - ValOff)) * Vref/GAIN
>                                       - ((Vref/GAIN ) * Offset/100)
> 
> Ch11 CH12 CH13 CH14 CH15 ValOff CalVal
> 29D3 0000 29C6 A40E 845A 0281 FC75


まず、受信データの第11チャンネルに関わる数値を全て10進数に変換します。

    CH 11  = 29D3(hex) = 10707(dec)
    ValOff = 0281(hex) =   641(dec)
    CalVal = FC75(hex) = 64629(dec)
    GAIN for CH11 = 16
    Offset = 16.6666
    Vref   = 2.493

これらの数値を上記の Volts解読式に代入すると、次のように計算できます。

    Volts = (10707-641)/(64629-641)*2.493/16
                               - ((2.493/16)*16.666/100)
          = 0.001457 [Volts]
          = 1.457 [mV]

この値は、"Range(mV) -2.5/40" = -0.0625 の範囲にあることがわかります。


しかし実は、この第11,12,13チャンネルの数値データは、打ち上げ前の実験に
よって、正しく表示されていないことがわかっているそうです。

> Channels 11,12 and 13 malfunctioned before launch and are not valid.


参照 : http://epulation.com/starshine/starshine3/


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