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无论是在无人旷野之中的夜晚,还是城市中被灯光抢去光亮的夜空,你有没有想过去接收那些来自星空的信息?

光年以外的宇宙之音对我们来说可能过于遥远,毕竟连 CRT 电视雪花里那一点点大爆炸的余晖,都早已经被更先进的技术所替代。但人工卫星的信号却在无时无刻地穿过天空、穿过我们的身体,回荡在这地球之上。

上一篇文章中,我讲述了如何使用手台进行中继台通信。没想到在少数派有很多派友对无线电通信感兴趣,所以今天整理一篇使用手台接收卫星 SSTV 信号的文章。

 

几个概念

打卫星

HAM 之间有一种非正规的叫法叫做「打卫星」。

严格来说,「打卫星」就是使用无线电电台获取卫星发来的信号,或者通过卫星进行无线电通信。所以「打卫星」的玩法有很多种,有进行卫星通联的,有接收 SSTV 信号的,还有一些学校会与国际空间站合作,开展学生与宇航员通联的教学活动。

之前有介绍过 UV 段通联,但是受限于频率、传播环境和地形条件,UV 段在城市中通常直连约 3–10 公里已经算是比较常见的范围。也就是说它最大的问题是「腿短」:

类型频率范围
VHF144–146 MHz
UHF430–440 MHz

卫星通信则把这条路换到了天上,我们可以使用 UV 段设备接收卫星信号,在条件合适的情况下,通过卫星覆盖区域实现远距离通联。

本文主要介绍的是接收信号。如果想发射信息、进行真正的卫星通联,之后的文章可能会再介绍。不过在那之前,我们最好先有良好的通联经验、灵敏的听力、能力压群雄的大嗓门以及能熟练报菜名的贯口技能。

什么是 SSTV?

SSTV,全称 Slow Scan Television,中文一般翻译为「慢扫描电视」。

这个名字听起来像电视,但我感觉更像「无线电传真」。它不是传输连续视频,而是把一张静态图像转换成声音信号,再通过无线电传播出去。接收方把这段声音录下来,再通过软件还原成图片。

SSTV 的概念通常被认为是由美国业余无线电爱好者,在上个世纪五十到六十年代提出。早期的系统使用静电显示器和摄像管,目标是在大约 3kHz 的电话语音带宽里传输黑白静态图像,尽管当时图像分辨率不高,大约 120 行、每行约 120 像素,但在当时已经算是「黑科技」了。

因为 SSTV 使用声音格式进行传播,所以在接收的过程中,你可能会听到一连串奇怪的声音。经常开高达的朋友应该对这个声音比较熟悉。请看视频:

此外,很多人也会自然地提到「NASA 的 ISS SSTV 活动」。这个说法在大众传播中可以理解,但严格来说,ISS 上的业余无线电活动主要由 ARISS 体系组织和协调。

ARISS 的全称是 Amateur Radio on the International Space Station,也就是「国际空间站业余无线电项目」。它是一个国际合作项目,目的不单纯是让无线电爱好者玩设备,而是通过国际空间站上的业余无线电系统,把航天、通信、物理、工程和教育连接起来。NASA 官方也将 ARISS 描述为一种面向学生和公众的 STEM 教育活动,让学生通过业余无线电了解 ISS、宇航员生活和空间科学。

希望有一天我们的航天员也和我们的学校通联

所以 ISS SSTV 并不是一个孤立的「发图娱乐活动」,它属于 ARISS 教育推广体系的一部分。NASA、ESA、JAXA、CSA、Roscosmos 等航天机构,以及各国业余无线电组织、AMSAT 组织,都共同参与或支持 ARISS。

其实有很多卫星都会做类似的活动,甚至也有一些不知名的神秘信号。不过我还是推荐新手优先参与国际空间站的 SSTV 活动。原因很简单:比较权威、资料更多、活动信息也比较明确,成功接收后还可以获得对应的电子奖状用作纪念。

至于 QSL 卡片,这个话题我会放在下一期单独介绍。因为 QSL 卡片不只是「收一张卡」这么简单,它背后还有无线电通信确认、卡片交换、实体卡与电子卡、不同地区 Bureau 以及 ISS/ARISS 相关申请方式等内容。如果全部塞进这篇文章,篇幅就会变得太长,甚至有点喧宾夺主。

在下的 QSL 卡片还是比较抢手的,有需要换卡的可以私信

这篇文章我们先专注一件事:如何用手台接收 ISS SSTV 信号,并完成奖状申请。

准备工作

电台

通常意义来说,只要可以接收 UV 段信号的电台都可以。我推荐使用移动方便的手台。因为接收卫星信号通常需要找开阔地,手台轻便、准备快,携带也方便。

如果经济条件允许,也可以使用比较强力的多波段电台,比如 ICOM IC-705 这样的设备。它的接收能力、频率控制和整体体验都会更好一些。因为通常需要找开阔地进行信号接收,所以最好使用便捷、好移动的电台。如果你家在顶楼或者周围比较空旷、干扰也比较少,也可以使用车载电台。我就在老家架设了车载背负电台,接收 SSTV 的效果非常好。

新手第一次尝试时,不用一开始就追求完美图片。先能听到信号,再能录下完整声音,最后再追求解码质量。无线电这个东西,很多时候不是一上来就满分,而是一次比一次好。

这种移动电台是非常高级,当然钱也高级

天线与馈线

天线的选择这里是个学问。不同的天线需要应对的环境会有很大不同。另外,连接用的馈线以及接口,也会直接影响通联和接收质量。

如果身边有比较宽广的广场或者空地,并且周围的电磁环境比较简单,可以使用车载天线或者玻璃钢棒杆天线。车载天线如钻石的 NR701、NR770 一类天线都可以尝试。棒杆天线则是像激光剑一样的样式,通常架设在楼顶或者开阔的阳台。

选择天线时要注意接口以及馈线的连接方式。如果是固定地点使用,则需要购买足够长、损耗较低、屏蔽效果比较好的馈线,把天线引到屋内。如果是车载天线不装在车上,而是移动使用,也没有问题,但是要注意准备足够长的馈线进行连接。

不同的馈线和电台接口也不同,需要提前检查。通常手台 SMA 接口比较多,车载台则可能使用 M 头、N 头等接口,这就需要不同的转接头。不要等卫星快来了才发现接口不对。

天线接口转接太乱了,最好手里常备一些

如果你家的环境比较复杂,或者你想让通信和接收效果更好,那么就需要八木天线。八木天线的完整名称是 Yagi-Uda Antenna,也叫八木—宇田天线。它的名字来自两位日本学者:八木秀次和宇田新太郎——谁在前谁出名啊。

别看它最初是在日本发明的,但在二战期间,反倒是盟军在日本雷达设备中发现了这种天线结构,并惊讶于它的实用性,以至于后来它成为了反法西斯科技树上重要的技能点之一。日本发明了它,却没有充分应用自己的专利技术,这件事本身也很有历史讽刺感。

战后八木天线被广泛应用在电视接收、雷达、无线电通信等领域。很多老式屋顶电视天线,其实就是八木天线的变体。尤其是 80 后、90 后,使用过 CRT 电视的朋友,一定见过这种电视天线,小时候天天转天线接收信号的很可能就是它。

八木天线最大的特点就是定向发送和接收信号。它非常适合进行远距离、定向的信号接收。通常八木天线可以手持,也可以安装在云台或者支架上。只要对准天空中卫星所在的大致位置,就可以获得明显的信号增益。这里需要说明的是,不同于车载和棒杆天线,八木天线并没有必要特别迷信品牌,反倒是很多业余民间制作的八木天线效果很好。比如国内的 RSJ 就是这方面的 DIY 大神,很多 HAM 都会找他制作手持八木天线。自己制作八木天线也是 HAM 手工乐趣之一。

手持八木不光是力气活,还有大爷围观举报,别问我咋知道的(图片来自网络)

最后,无论是八木、车载天线还是棒杆天线,一定要确认它适合 UV 段,尤其是 ISS SSTV 常用的 145.800MHz 附近。如果频率不匹配,天线看起来再威猛实际效果也不会太好。

两台智能手机或者一台手机加电脑

卫星是移动的,我们需要通过手机进行巡星定位。

通常我们会使用带有陀螺仪功能的智能手机,配合寻星 App 或者小程序进行卫星定位。另外还需要一台智能手机进行信号保存或信号解析。如果使用笔记本电脑,也有类似的软件可以处理。

但考虑到大部分操作需要在户外完成,所以手机通常是最佳选择。

信号解析简单来说,就是把音频信号转换成图像。所以我们可以使用高保真的线材进行连接转换,也可以使用外放加麦克风收音的方式转换。

最简单的方法是让手台外放 SSTV 声音,然后用手机麦克风录音或直接解码。这个方法门槛最低,但是容易受到风声、人声、车声等环境噪声影响。

更稳定的方法是使用音频线连接。通常需要一根 AUX 音频线,并且需要转换手台的音频口。一般来说,手台使用 K 型音频口比较多,也有一些使用 USB 接口。现在手机 Type-C 接口居多,所以可能还需要一个 3.5mm 转 Type-C 的转换线,或者使用外置声卡。

根据各自的手台不同,具体操作也略有区别。不懂的话可以找一家淘宝店问问,或者直接把手台接口拍照给对方,通常比自己猜靠谱。

一定要选择可以传送音频的,有些带芯片不一定可用

常用 App 和电脑软件

这里顺便列举一些常用的软件,方便新手少走一点弯路。

首先是寻星和查看过境时间的软件。这类软件的作用是告诉你 ISS 或其他卫星什么时候从你头顶经过、从哪个方向升起、最高仰角是多少、最后从哪里落下。常见选择包括:

类型软件举例说明
手机 AppHeavens-Above很经典的卫星过境查询工具,可以查看 ISS 和其他卫星的过境时间
手机 AppISS Detector对新手比较友好,可以提醒 ISS 过境,也能查看方位和仰角
手机 AppLook4SatAndroid 上比较常用的开源卫星追踪 App,适合查询业余卫星
手机 AppGoSatWatchiOS 上常见的卫星追踪工具,适合查看卫星轨迹
网页工具Heavens-Above 网站不想装 App 的话,也可以直接用网页查询过境信息
Windows 软件Orbitron老牌卫星追踪软件,界面有点年代感,但功能很完整
Windows 软件Gpredict跨平台卫星追踪软件,也可以在 Windows 上使用

其次是 SSTV 解码软件。这类软件的作用是把你接收到的声音转换成图像。也就是说,寻星软件负责告诉你「卫星在哪」,SSTV 软件负责把「声音变成图片」。常见选择包括:

平台软件举例说明
AndroidRobot36安卓上很常用的 SSTV 解码 App,适合新手直接用手机接收
iOSSSTV Slow Scan TV / SSTV PadiPhone 上常见的 SSTV 解码工具,可以通过麦克风或音频线接收
WindowsMMSSTVWindows 上非常经典的 SSTV 软件,很多 HAM 都用过
WindowsRX-SSTV适合接收 SSTV 的 Windows 软件,界面相对简单
LinuxQSSTVLinux 平台常见的 SSTV 软件,也支持多种模式
录音工具手机录音机 / Audacity不负责直接解码,但可以保存原始音频,方便后期重新解析

如果是第一次尝试,建议不要一上来就把流程搞得太复杂。最简单的组合是一台手机用来查 ISS 过境时间,另一台手机用 Robot36 或 SSTV Pad 之类的软件进行解码。如果你想稳妥一点,可以同时用录音软件把原始声音保存下来,回家以后再用电脑软件重新解码。

这里还一个小技巧:现场解码失败不代表你这次接收失败。只要原始音频保存完整,很多时候后期还有救。尤其是 ISS 过境时手忙脚乱,现场软件识别错模式、图片歪斜、颜色不对都很正常。无线电的快乐,有时候就是回家以后慢慢「抢救宇宙快递」。

最后我给大家推荐个不折腾、最方便的,小程序搜索「云端卫星」,内部可以搜索卫星定位以及搜索寻星方位信息,非常方便

国内来说,小程序对于新手方便多了

实际执行

获取活动信息

首先,要定期接收和关注活动信息。

通常国际空间站 SSTV 活动会提前发布公告。国内的一些 HAM 公众号、论坛和群聊也会进行转发。活动公告一般会写明主题、接收频率、开始时间、结束时间、SSTV 模式以及相关提交方式。

这里最容易让人误解的是时间。

很多活动公告使用的是 UTC 时间,也就是协调世界时。中国大陆使用北京时间,也就是 UTC+8。比如公告写 12:00 UTC,对应北京时间就是 20:00。不要看到时间就直接拿着天线冲出去,否则可能你在寒风里等了半天,最后发现自己早到了八小时。

建议提前整理好这些信息:

  • 活动开始时间
  • 活动结束时间
  • 对应北京时间
  • 接收频率
  • SSTV 模式
  • 是否有中途暂停
  • 奖状申请截止时间

ISS 上的设备有时也会因为学校通联、飞船对接、任务安排等原因临时暂停。所以如果某一圈没有收到信号,也不一定是你的设备坏了,可能它真的没有发。

通常官方都会发布具体时间和频率

接收时段及信息

很多新手以为到了时间,拿着天线对着天空就可以接收信号,这是不对的。

国际空间站和卫星是在移动的,并且轨道会因为时间不同而出现在不同位置。所以我们要寻找它经过我们头顶天空的时间,以及这次过境的仰角高度。仰角越高,停留时间越长,信号传输通常越好。

如果最高仰角只有十几度,ISS 只是贴着地平线擦边而过,信号会比较弱,也容易被高楼、山体、树木遮挡;如果最高仰角能到 40 度、60 度,甚至接近头顶,那就是比较理想的接收机会。

以小程序为例。首先我们输入自己的坐标,获取当前地理信息;其次搜索查询卫星信息,这里要注意国际空间站的代号一般是 ISS;查询后可以看到 ISS 何时会从什么方位经过天空,只要在对应时间提前准备接收即可。

如果使用八木天线,可以把定位的手机和八木进行位置绑定,让八木对准手机显示的卫星位置,让你的天线跟着卫星走。

因为时间不固定,一定要提前锁定高仰角的时间

提前架设设备

这里要讲一个概念:多普勒效应。

多普勒效应并不是无线电爱好者发明的,而是物理学中的经典现象。1842 年,奥地利物理学家 Christian Doppler 提出了这个想法:当波源与观察者之间存在相对运动时,观察者接收到的频率会发生变化。

最常见的生活例子就是救护车从远处驶来又开走。靠近你时声音更尖,远离你时声音变低。这个现象不仅适用于声音,也适用于电磁波。

国际空间站绕地球飞行,速度大约 7.66KM/s,也就是每小时约 2.8 万公里。所以它不是慢慢从你头顶飘过去,而是高速掠过天空,当 ISS 朝你飞来,你接收到的频率会略微升高;当它飞过头顶并远离你时,频率则会降低。

所以 ISS SSTV 常用的 145.800 MHz,并不是你从头到尾死守就一定完美。实战中常见做法是:

ISS 状态接收频率参考
刚升起、正在接近145.805 MHz
接近最高仰角145.800 MHz
远离、即将落下145.795 MHz

这里的变化看起来只有几 kHz,但对于窄带 FM 和 SSTV 解码来说,已经足够影响音频质量。尤其图片信号一旦失真,软件解码出来就会出现斜纹、断行、错色,严重时整张图像报废。如果不想第一次就手忙脚乱地调频,也可以先固定在 145.800 MHz 尝试。只要当地接收环境好、天线效果足够、过境仰角够高,即使不手动修正频率,也有机会收到可用图像。无非就是可能多一些杂波和干扰,对成像质量有一定影响。

现在像 ICOM IC-705 等高级设备,也可以配合一些开源的手台系统软件、电脑或相关工具进行更精细的频率控制和寻星辅助。不过这里不得不吐槽一下,很多无线电设备的功能明明看起来不复杂,但在实际产品里总是显得特别「高端」,仿佛多一个自动追踪就能飞升成仙,只能说互联网的风吹不动日本电台厂家。

如果选用车载天线,可以把天线放在空旷处,连接好馈线,并准备进行声音监听;如果选择八木天线,则需要把定位手机和八木天线固定好,找到卫星上升的位置,提前对准升起方向,准备迎接卫星来临。

一定要提前架设好设备!不要等信号来了才开始找转接头,卫星过境只有几分钟,现场再手忙脚乱,基本就是看着机会从头顶飞过去。

注意带上手电和驱蚊药,冬天要带取暖设备

接收信号

注意,卫星过境的方式是从地平线升起,到半空达到最高点,又随着轨迹落到地平线之下。所以它的信号也是从弱到强,再从强到弱的过程。

小程序可以进行卫星位置定位,手持八木让红点定位到卫星图标即可

接收时要时刻监听声音。运气好的情况下,可以直接听见 SSTV 信号的声音。每张图片传输完毕后,也会有结束音和短暂间隔。

这里也有一定运气成分。如果刚好赶上两张图交接的时间,中间会有一段空白。不要急,也不要马上怀疑设备坏了。卫星过境虽然只有几分钟,但是也足够获取信号,耐心等待即可。SSTV 有不同的格式,也有偏移量。

这里要稍微解释一下 PD120 这种格式:PD120 是 SSTV 的一种传输模式,可以理解为「用什么规则把图片变成声音,再用什么规则把声音还原成图片」。不同的 SSTV 模式,传输时间、分辨率、色彩方式和抗干扰能力都不一样。ISS SSTV 活动中比较常见的是 PD120。它的特点是图像质量相对不错,传输时间也还能接受,一张图大约需要两分钟左右。对于国际空间站这种快速过境的场景来说,PD120 是一个比较平衡的选择:画质比太快的模式更好,又不会像一些高质量模式那样传得太久。

SSTV 信号开头通常会带有一个 VIS 识别信号。VIS 可以理解成这张图的「格式提示音」,告诉解码软件接下来应该用哪种模式还原图像。大多数软件都可以自动识别模式,所以新手不用一开始就背全部格式。

但是现场信号不好的时候,软件可能会识别失败,或者识别成错误模式。这时就需要手动选择模式。参加 ISS SSTV 活动时,如果公告里写明使用 PD120,那么解码软件里最好手动选择 PD120,或者至少确认它自动识别出来的是 PD120。

常见 SSTV 模式大概可以这样理解:

SSTV 格式大致特点常见用途
PD120一张图约两分钟,画质和时间比较平衡ISS SSTV 活动中很常见
PD90时间比 PD120 短一些,画质也不错一些需要较快传图的场景
PD160 / PD180 / PD240传输时间更长,画质更好更追求图像质量时使用
Robot36速度快,约几十秒一张图入门、测试、快速传图常见
Robot72比 Robot36 慢一些,图像效果更好兼顾速度和质量
Martin M1经典 SSTV 模式,画质较好HF 频段 SSTV 中常见
Martin M2比 Martin M1 更快,画质略低需要节省时间时使用
Scottie S1经典模式,图像质量不错HF SSTV 中常见
Scottie S2比 Scottie S1 更快需要更快传输时使用

这些格式不用一次全记住。新手只要知道:ISS SSTV 活动里,优先看活动公告写的模式;如果公告写 PD120,就选 PD120;如果软件自动识别失败,再手动指定。

如果发现图片出现了偏移、歪斜、颜色异常,可以尝试手动矫正。有时候不是你没收到,而是软件同步没有对齐。SSTV 解码出来的图片如果像被人斜着切了一刀,通常就是同步或偏移出了问题。

所以我的建议是尽量保存声音。因为现场直接解析可能会受环境影响,保存原始音频以后,回家再用电脑重新解析,效果可能更好。很多时候现场看起来解坏了,但音频只要保存完整,后期还有抢救机会。

当你接收完一张完整的图片以后,恭喜你,你成功捕获了一张来自几百公里近地轨道的信号。它不是互联网下载的图片,而是真的从国际空间站上发出、穿过大气层、被你的天线接住、再被你的设备还原出来。

听起来有点浪漫对吧?千真万确。

懒的人可以在接收条件好的地方准备手台和车载天线就不用来回寻星了

领取奖状

当获取了图片以后,可以登录 ARISS SSTV Gallery 或活动公告中指定的网站进行信息填写。通常来说,活动页面会要求你先提交接收到的 SSTV 图片。提交图片后,页面一般会提供申请电子奖状的入口。奖状通常会通过邮件发送,所以邮箱一定要填写正确。

这里需要注意,ARISS SSTV 奖状并不是长期开放申请的。很多活动只会在活动结束后开放一小段时间,常见是活动结束后的 72 小时左右。也就是说,图片可以留着慢慢欣赏,但是奖状申请最好尽快完成。

注意准时填写信息,一定要有呼号

通常网站会要求写明你的个人信息、呼号、邮箱、接收位置,以及图片的完整度。提交以后,系统或活动方会进行处理,之后会给你发送一张来自国际空间站 SSTV 活动的认可奖状。填写时常见的信息包括:

填写项目说明
Name姓名,或者你希望显示在奖状上的名字
Callsign你的业余无线电呼号,如果没有呼号,有些页面可以填写 SWL
Email接收电子奖状的邮箱,一定要填写准确
Location接收地点,可以写城市、国家,或按表单要求填写
Date / Time接收到图片的大致日期和时间
Equipment使用的电台、天线、解码软件等
Image上传你解码出来的 SSTV 图片

还有一个在业余无线电里经常出现的定位概念,叫做 Maidenhead Grid Square Locator,也常被简称为 Grid Square、Grid Locator 或者 QTH Locator。这个东西听起来很复杂,但其实可以简单理解为:HAM 圈用来表示地理位置的一种「经纬度压缩码」。

比如我们平时描述位置,可能会说「我在上海」「我在长宁」「我在某个公园」。但是对于无线电通信来说,这种说法有时太粗略;于是业余无线电里就常用 Maidenhead Grid Square 这种格式,把地球划分成一个个网格,再用几个字母和数字表示你所在的位置。一个 Grid Square 可能长这样:

示例含义
OM894 位网格,表示一个较大的地理区域
OM89xx6 位网格,表示更精确的位置
FN31pr也是 6 位网格,常见于欧美 HAM 示例中

这个系统叫 Maidenhead,是因为它是在 1980 年英国 Maidenhead 附近的一次 VHF 管理会议上提出的。后来它被广泛用于业余无线电,尤其是在 VHF、UHF、卫星通联、竞赛、日志记录、QSL 卡片和一些奖状申请中都很常见。如果不理解,可以在这里输入你的邮编等信息查询。

当你完成图片提交和奖状申请后,就可以等待邮件了。有时奖状不会立刻发送,可能需要几天甚至更久。几天后,先检查垃圾邮件箱,再耐心等待。当你最终收到电子奖状,恭喜你,你已经完成了一套完整的 ISS SSTV 接收流程。

从查询活动到寻找过境时间,再到架设设备、接收信号、解码图片、提交奖状,这一整套流程走下来,你就不只是「听说过 SSTV」,而是真的用自己的设备接住过来自国际空间站的信号。

收到证书的时候有一种莫名的小激动,希望有一天能收到天宫的证书

尾声

每次谈及宇宙的时候,我都会想起自己用工作后的第一笔工资购买天文望远镜的情景:那是我第一次真正感受到地球自转,也第一次通过望远镜看到木星和土星的样子。那一刻我很深刻地感觉到了人类的渺小、地球的渺小,也意识到很多我们平时完全没有在意的事情,其实一直都在发生。

无线电通信是距离、时间以及物理规律的客观表现,它不是玄学,也不是单纯的浪漫。它是频率、传播、天线、轨道、多普勒效应,以及我们手中那一点点设备共同完成的一次小小实验。

很多时候,我们无法兑现小时候「成为宇航员」的承诺。但是哪怕只有一点点尝试与努力,也会感觉自己没有空谈,也没有欺骗儿时的自己。

希望大家有时间可以试试。也希望有一天,我们可以和自己的空间站进行通讯,听听那些我们儿时想成为的人的声音。后面其实也可以和 ISS 进行换卡——这里是 BH4GZR,73!

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