Ca ressemble à quoi un signal d’un satellite ?

[Tezio]

Question bête ! by Tezio

Bonjours à tous.
Pour un élément d’expo à la Cité, j’ai besoin symboliquement de pouvoir identifier 3 satellites par le signal qu’ils émettent (1 vol habité, 1 télécom en Géo, 1 sonde qui quitte la Terre). Je n’ai pas besoin de les différencier, car je pense que c’est impossible (ou alors là, vous êtes très forts).
Par contre, ne voulant pas faire de boulette, quelqu’un peut-il me dire à quoi pourrait ressembler un signal venant d’un satellite, par exemple sur un écran permettant d’en régler la réception (comme un oscilloscope).



C’est un peu hors sujet, mais compte tenu de la qualité des membres de ce forum, je suis sur que j’irais plus vite que d’aller me perdre au téléphone chez nos conseillers scientifique.
D'avance, merci.

Tezio

[Nyos]

Même si je ne peux pas vraiment t'aider, c'est pas du tout hors sujet comme question.... !
Et comme je dis a chaque fois aux étudiants: Y'a jamais de questions bêtes, mais parfois les réponses peuvent être idiotes (du style, hein, quoi, tu sais pas ça ??).. :down:

[fredB]

Je ne connais pas toutes les modulations de signaux utilisées pour les satellites, mais je sais qu'il y a au moins la modulation de phase.
Le signal ressemble à ceci :


Le signal numérique est en bleu, la porteuse en vert et le signal modulé en phase en rouge.
Cette modulation très simple est utilisée par exemple par les balises Argos pour émettre leur indicatif et des données vers les satellites NOAA (porteurs de la charge utile ARGOS). Une puissance d'émission de 150mW permet de localisation un oiseau porteur d'une telle balise.

Les signaux GPS sont également en modulation de phase.
Bertrand Pinel, qui est pas loin de chez nous, a réussi à capter le signal envoyé par MarsExpress.
http://webservices.esa.int/blog/post/7/1058

[Space Opera]

Les signaux émis par des télécoms, l'ISS ou New Horizons ne sont pas forcément différents, mais leur modulation l'est souvent (bande X, etc...).
Ils sont émis sur une porteuse en bande étroite (en général), sauf là où il y a besoin d'être très robuste auquel cas on étale la bande (avec les PRN des satellites GNSS par exemple).
Après démodulation, le signal est en général codé en fréquence, ce qui les fait ressembler aux simples signaux de France Info, et qui fait qu'il est possible d' "écouter" n'importe quelle communication, de Apollo en passant par l'ISS, avec du matériel de radio-amateur.
Après, tout est dans le protocole de communication qui reste à décoder, ce qui fait qu'on ne peut pas regarder canalsatellite en pointant simplement son antenne dans la direction du satellite. :)

Des experts pourront t'en dire plus en tout cas. Mais j'ai bien peur que ton oscilloscope te montre exactement la même chose pour tous les types d'engins spatiaux.

[ManouchKa]

patience patience, notre ami Astro-Notes va répondre à tout ça :D

[nikolai39]

Si ça peut t'aider :

http://www.mentallandscape.com/V_Telemetry.htm

[Tezio]

Merci les garçons,
J’en conclu que je vais trouver une belle représentation graphique et symbolique du signal avec 3 graphs, comme proposé par FredB et que je vais reproduire trois fois, avec à chaque fois une couleur différente pour identifier mes trois satellites (orbite basse habité, géostationnaire et en partance vers Mars).
Ensuite, plus loin dans le jeu, quand mon joueur devra ‘’améliorer’’ la réception de l’un des signaux, je lui donnerais la possibilité de bouger ces trois graphs. Mais bien évidement, tout cela restera symbolique, le but étant qu’il puisse répondre aux questions sur ce satellite pour en savoir plus sur les orbites.
Merci à vous, et si certains on envie de m’en dire plus (notamment sur l’évolution parallèle des 3 graphiques (signal numérique, porteuse et signal modulé) si j’oriente mieux ou mal mon antenne, et bien je serais très content.

[Kostya]

Je n'aurais pas la place ici de rentrer dans les détails mais les normes de communication numérique du spatial tendent à ressembler dans leurs dernières moutures à ce qu'on trouve sur Internet (cela fait un moment que je n'ai pas mis le nez dedans mais à mon époque déjà , il était question d'encapsuler des paquets Ethernet à l’intérieur de trames CCSDS). Il existe un équivalent du FTP, de TCP, d'IPSec....etc Pour les images, elles sont compressées en utilisant des transformations en ondelettes (un peu comme le format ecw utilisé au sol dans certaines bases géographiques... justement pour compresser des images satellites notamment ou bien le format jpeg2000 plus rare). En dessous de ce codage numérique relativement classique, il y a une série de protocoles qui eux peuvent dépendre de la bande passante mais qui comprennent presque toujours un forte proportion de codes de correction d'erreurs destinés à éliminés les paquets parasités (le plus utilisé étant le Reed-Solomon utilisé aussi dans la télévision numérique et l'ADSL). Comme évoqué par Space Opera, cette bande passante va dépendre de la gamme de fréquences dans laquelle travaille l'antenne côté spatial et du bilan de liaison avec l'antenne sol (sur le DSN du JPL, il faut "un certain temps" pour récupérer une simple image car elles viennent de très loin) mais la porteuse est très souvent modulé en PSK comme l'a signalée fredB.
Tu n'as pas cité le cas particulier des signaux GPS qui est en revanche un peu plus sophistiqué car il est brouillé artificiellement par un code pseudo-aléatoire que seuls les militaires peuvent éliminer par utilisation de clés de décryptage dont la clé publique est changée "régulièrement" (la suite est "classifiée" ;)).
Pour établir une différence entre les trois types de véhicules que tu as cités, il ne faudra pas en rester aux signaux de télécommandes et télémesures qui peuvent souvent se ressembler (modulo la gamme de fréquence utilisée) mais il vaudrait mieux s'intéresser au "signal utile" qui dans le cas des satellites de télécoms n'est rien de plus qu'un signal (UHF ou VHF) terrestre répété (vu le nombre de répéteurs, je suggèrerais de symboliser ça par de nombreuses ondes situées les unes au dessus des autres et donc émises en même temps), dans le cas des vols habités principalement de l'audio-vidéo (c'est ce qui mobilise le plus de bande passante) et dans la cas de la sonde des images fixes donc plus probablement deux ou trois signaux superposés dans le premier cas et un seul dans le second car les sondes n'ont souvent qu'une seule antenne tournée vers la Terre. Tu peux aussi jouer sur l'amplitude car les signaux provenant du LEO peuvent être forts, ceux des satellites de télécoms à 36000km, un peu moins même si la puissance d'émission est bien supérieure et les signaux des sondes sont de très faibles amplitudes.
Pour l'ISS, les Américains utilisent la bande S et la bande Ku mais côté Européens et Japonais, il existait des projets dédiés de liens en bande X permettant de s'affranchir des restrictions de bande passante imposées par la NASA. Les Russes utilisent depuis MIR toujours le même système (Lutch) en bande X et Ku ainsi qu'un peu en UHF (pour l'audio).
Côté sonde, le DSN du JPL fait feu de tout bois en travaillant dans toutes les gammes de fréquence grâce à un réseau qui s'étant dans le monde entier mais dont les principales stations sont en Californie, en Espagne et en Australie.
Toutefois, l'ITU leur a attribué des canaux de fréquence dédiés pour toutes les communications vers et depuis les objets éloignés de plus de 2 Millions de km de la Terre. Elles sont situés en bandes S, X et Ka. Cependant, à proximité de la Terre (moins de 2millions de Km), certaines sondes peuvent aussi utiliser la bande K. Le mode de modulation est sensiblement le même que pour les autres satellites d'observation.
Le DSN peut aussi travailler en interférométrie pour détecter l'emplacement de sondes n'émettant plus de signal vers la Terre, un peu comme une sorte de radar spatial en regroupant les signaux provenant de nombreux radiotélescopes.
Pour plus de détails (je n'ai pas souvenir à quel ordre de PSK on travaille: DPSK ? QPSK ? 8-PSK ?...), il vaudrait mieux que nos spécialistes Astro-Notes et Lunakhod2 apportent leur expertise.

[Tezio]

PSK, DPSK, QPSK ?
Merci de ces précisions un peu difficile pour moi mais je vais creuser.

[Kostya]

PSK, DPSK, QPSK ?
Merci de ces précisions un peu difficile pour moi mais je vais creuser.

PSK, c'est l'abbréviation pour la modulation par décalage de phase (mentionné comme la plus employée) qui peut-être à 2 positions (DPSK dite aussi différentielle car chaque changement de phase décale de 180°), à 4 (QPSK), à 8 (8-PSK)... certaines normes de communications peuvent comporter jusqu'à 16 positions voire 32 (ex: le DVB-S2 qui supporte la TV 3D), ce qui augmente potentiellement les taux de transfert numérique (30% de plus pour le DVB-S2 par rapport au DVB-S) mais aussi le taux d'erreurs car le moindre parasite peut faire facilement perdre un bit mais le bilan est en faveur de l'augmentation des valeurs de phase possibles. Bon, je t'épargne quand même le côté adaptatif de l'onde (c'est en fait APSK et non PSK, c'est à dire qu'on combine modulation d'amplitude et modulation de phase) car ça nous emmènerait trop loin dans la complexité de l'onde à représenter mais en première approximation, on peut admettre que seuls les satellites de télécoms utilisent des modulations aussi compliquées car la précision de pointage (facilitée par le fait qu'il est fixe au dessus de nos têtes) permet d'avoir un bon bilan de liaison. Parmi les applications courantes sur Terre du PSK, il y a aussi le wifi de base, le Bluetooth ou le téléphone portable américain (TDMA).

[D@vid]

Le premier signal de Galiléo :

il suffisait de demander ;)
http://www.esa.int/esaCP/SEMIC88XZVG_index_1.html#subhead1

[DeepThroat]

Tout dépend de ce que tu veux représenter...Il est très rare que l'on regarde directement la porteuse qui se ballade actuellement à quelques GHz. En clair on ne regarde pas un sinus qui fait des sauts de phase...En général on observe un spectre qui lui est relativement stable.
Pour la modulation elle même, on emploie de la modulation de phase le plus souvent car elle est relativement simple à produire, même à haut débit, et elle est surtout très tolérante aux perturbations atmosphériques. Pour améliorer le taux d'erreur on utilise des codes correcteurs mais ça ne se voit pas sur un spectre.... Les modulations APSK (Amplitude Phase Shift Keying) sont peu utilisées jusqu'à présent justement à cause de leur sensibilité aux perturbations (le paramètre amplitude...). A ma connaissance il n'y a que les Japonais qui ont utilisé cette modulation (en fait ils n'ont pas encore tiré...).
Si le but du jeu est d'identifier des satellites on peut utiliser le doppler pour faire la différence entre un GEO et un LEO. Sur le GEO il n'y aura pas de doppler alors que le LEO présentera un doppler significatif. Pour une sonde lointaine on aura aussi un doppler mais dépendant de l'orbite. Le débit sur une sonde sera aussi beaucoup plus faible et il y a toutes les chances que la modulation soit maintenant du GMSK.
On peut aussi utiliser la différence d'encombrement spectral entre un QPSK et un BPSK ainsi que la porteuse.
Pour faire simple on pourrait considérer:
LEO BPSK/QPSK bande S ou QPSKbande X avec doppler et visibilité d'une dizaine de minutes
GEO QPSK bande Ka sans doppler
Deep Space: GMSK bande X avec un doppler faible (par rapport au LEO)
Comme critère simple de bonne réception il suffit de prendre l'amplitude du spectre au voisinage du centre. En pratique on utilise un paramètre dit Eb/N° mais c'est un brin technique à expliquer...
Les protocoles et autre ne se voient pas directement au scope....

Bons Vols

[Astro-notes]

On m'appelle ?

N'éxagérons pas Manouchka, je ne suis pas le seul adepte de la théorie de l'information au FCS. La question de notre collègue Tezio est intéressante et j'ai lu de très raisonnables réponses sur son post dont celle de Deep Throat en dernier.

Entendre pour entendre, je te conseille de "mouiller" une oreille sur ces signaux démodulés pour l'acoustique auditive de célèbres satellites ou sondes spatiales que tu trouveras bien rangées à cette URL :

http://www.dd1us.de/historical%20sounds%20from%20space.html

Effectivement l'analyse spectrale est l'outil principal pour voir le signal si non l'entendre ; dans une bande passante (Hz) tu peux caser plusieurs signaux d'information, c'est un classique.

J'ai sous la main un fichier de 250 Mo où l'on voit apparaître un des signaux du nanosatellite ARISSAT-1 (RadioScaf) lancé dernièrement par les cosmonautes de Expedition 28 ou 29 depuis l'ISS.

Par message perso on verra comment t'envoyer ce fichier et un des nouveaux logiciels dit SDR (Soft Defiinited Radio) pour voir le signal et l'entendre. Le remarquable de ce signal c'est que passé dans la simple carte son en fichier .wav il n'y a que de la friture à entendre alors que mouliné par ce démodulateur soft tu vois le signal avec l'effet Doppler et tu l'entends.

Dans mon polycop (université de St Jérôme de Marseille), j'ai qqs chapitres qui expliquent un peu toutes ces modulations, ces numérisations de signaux, ces corrections d'erreurs, ces compressions de données, ces cryptages tout ça pour disposer de la plus grande bande passante possible et du meilleeur débit afin d'écouler rapidement les données du "spacecraft". Je peux si tu veux t'envoyer des "tirés à part" de ces sujets (à régler en mp).

Je sais que des radio amateur Allemands suivent la sonde Curiosity (MSL) en direct depuis une de leur station, voir sur le site AMSAT-DL s'il mettent en ligne qq chose de présentable (?).

[DeepThroat]

Quelques explications sur la modulation de phase.
Pour transmettre un signal en modulation de phase on utilise une porteuse (un sinus pur...) dont on fait varier la phase en fonction d'une convention qui dépend de l'ordre de modulation. L'intérêt de la chose est que c'est assez facile à générer et que cela résiste bien aux perturbations. Pour le générer on passe, en général, par la modulations d'amplitude de deux signaux en quadrature: Asin(wt)+Bcos(wt). En jouant sur A et B on peut obtenir un signal Msin(wt+Phi) avec Phi arbitraire en fonction de A et B. Que l'on soit en DQPSK, QPSK 8PSK, nPSK, APSK le principe reste le même.
En fonction du nombre de positions de la phase Phi que l'on utilise (on appelle cela un plot de phase), on parle de BPSK (2); QPSK (4), 8PSK (8), 16PSK...
Dans le cas du 16APSK on joue en plus sur l'amplitude. Donc en partant du train binaire on forme des paquets de n bits (on parle de symbole): 1 pour le BPSK, 2 pour le QPSK, 3 pour le 8PSK etc... et on leur associe une valeur de Phi . On divise donc le rythme binaire par le nombre de bits du symbole. En faisant simple le signal ne change que tous les n bits ce qui réduit d'autant l'encombrement spectral. (on peut aussi jouer avec la forme des signaux qui contrôlent la phase mais c'est un peu plus compliqué). Par contre plus on monte en ordre de modulation moins on est robuste. Il faut donc rajouter des codes correcteurs au niveau du train binaire mais cela n'affecte en rien la modulation. (C'est un peu plus complexe à partir du 8PSK où l'on utilise des treillis mais on peut ignorer ces subtilités au premier ordre...).
Enfin en DQPSK on code non pas le bit courant mais la différence avec le bit précédent. Le but du jeu étant d'avoir assez de transitions dans le signal pour garder la PLL de réception sol accrochée en cas de longue suite de bits identiques.
Pour en revenir au problème initial de l'animation, on pourrait utiliser une représentation du spectre pour chaque satellite et la faire varier (en amplitude et avec un indicateur de couleur pour le taux d'erreur) en fonction d'un paramètre simple correspondant au pointage fictif d'une antenne. La représentation du spectre glissant (sauf le GEO)sur l'écran pour représenter le doppler, le 'joueur' doit accrocher le signal avec sa commande puis choisir en fonction de ce qu'il observe entre:
-Autotrack pour un LEO (qi disparait au bout de 5 minutes)
-Lock pour un GEO qui reste en visibilité permanente
-Long Range Track pour le vaisseau martien (en réalité on ferait un Autotrack) qui reste en visibilité de l'ordre de quelques heures.

Bons Vols

[Kostya]

Tout le monde est d'accord que tout cela est bien plus pratique à représenter sur un spectroscope mais d'après la photo transmise, j'ai l'impression que notre ami Tezio n'a sous la main qu'un simple oscilloscope 4-canaux noir et blanc donc pour les spectres colorés, ça va pas le faire :face:

Le premier signal de Galiléo :
...

Tiens et moi qui croyait que Giove-A émettait depuis fin 2005 sur les fréquences Galiléo, histoire d'occuper les canaux, je me rend compte que je me suis fait bien avoir en croyant ça. :oops: