DIY天线+SDR+GNURadio实现低成本接收解码韩国GK-2A气象卫星信号

0×00 前言

这几年玩了很多种 SDR 开发板，春节封路，在家闲着没事，也在尝试着玩各种天线，分析解码不同协议的无线信号，以此打发时间。

上学的时候，玩过一段时间的电视卫星（中六、亚太五），介于气象卫星和电视卫星存在一些相通性，便在近期开始尝试接收、解码气象卫星信号。

国家级卫星地面站往往占地十几 公顷，投入数千万进行建设、 安装、调试。作为火腿一枚通信爱好者来说，往往很难拿出这么多钱烧这个爱好。这个时候软件无线电低成本的优势就凸显了出来。我们可以通过现有的SDR 硬件加上DIY 制作特定的天线，便可以花费几百上千块钱实现接收、解码气象卫星的信号。

老挝万象卫星地面站

武汉大学诗琳通地球空间信息科学国际研究中心THEOS遥感卫星地面站

在韩国 国家气象卫星官网（NMSC） 可以查到很多GEO-KOMPSAT-2A卫星（简称 GK-2A） 的详细资料，包括射频参数 。

GK-2A部分参数：

传输示意图：

0×01 硬件：

前期相关资料、参数的收集整理基本上都可以通过上面的方法来完成，后面我们则考虑怎么接收、解码卫星的信号。

接收、解码这一步必不可少的是天线、SDR 硬件、SDR 软件。另外，因为气象卫星在很高很远的地方，当信号通过无线传输到地面的时候其信号强度往往已经微乎其微，所以我们需要通过低噪音放大器（low-noise amplifier 简称 LNA） 将信号放大，以便电脑识别、处理。

在这里用到了：

SDR:RTL-SDR v3 、Airspy Mini
LNA：Nooelec’s SAMbird+GOES
2.4GHz网格天线 + 买投影or买相机送的三脚支架

天线是从淘宝买的 2.4Ghz放大WiFi 信号的接收设备，虽然频率是 2.4Ghz，但是国内外很多火腿用这款天线接收1.7Ghz 左右的卫星信号。

花了半天时间拆快递、组装天线，装完后：

上面的图是室内，在室外接收的时候需要调整天线，修正垂直、水平极化方式：

SDR+LNA特写:

0×02 Windows

安装 GNURadio

wget http://www.gcndevelopment.com/gnuradio/downloads/installers/v1.6.0/gnuradio_3.7.13.5_win64.msi

安装 Python 3.7

wget https://www.python.org/ftp/python/3.7.5/python-3.7.5-amd64.exe

安装依赖库

pip install pycryptodome
pip install jdcal

启动 GNURadio 执行LRIT Demod.grc流图：

运行xritdecoder.exe、运行UDP-bridge.bat、运行xrit-rx.bat：

@usa_satcom 有写一些气象卫星解码用的软件，如 XRIT_Decoder 、 XHRPT decoder ，本来打算找作者购买软件授权 License key，结果被告知软件不向中国用户提供购买服务… 这里猜测应该是之前有国内用户试用他的软件，在 30 天试用期内破解了作者的软件然后在网上宣传，最后导致作者拒绝向国内用户提供软件下载和购买使用。后面改用 Linux 进行解码。

0×03 Linux Ubuntu 16.04

安装依赖：

sudo apt-get install -y \
  build-essential \
  cmake \
  git-core \
  libopencv-dev \
  zlib1g-dev

安装RTL-SDR驱动：

git clone https://github.com/osmocom/rtl-sdr.git
cd rtl-sdr
mkdir build
cd build
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
cd ../..

安装AirSpy驱动：

git clone https://github.com/airspy/airspyone_host
cd airspyone_host
mkdir build
cd build
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
make -j8
sudo make install
sudo ldconfig
cd ../..

安装GOES Tool：

git clone --recursive https://github.com/sam210723/goestools
cd goestools
mkdir build
cd build
cmake ../ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
make -j8
sudo make install
cd ../..

安装XRIT-RX:

git clone https://github.com/sam210723/xrit-rx
cd xrit-rx
pip3 install pycryptodome
pip3 install Pillow==5.0.0

启动monitor：

goesrecv -i 1 -c goestools/etc/goesrecv.conf
python3 xrit-rx.py

校准天线：

打开 gqrx，将频点设为卫星中心频率，如天线以对准卫星，瀑布图上可以看到很明显的信号，北京地区将天线对准大概东南方向的位置即可。

信号成功接收

接了LNA和没接LNA的对比

GK-2A在 1692.14MHz每隔十分钟向地面传输一次图像，比如16：00：20 开始第一次传输，到 16：04：00 传输完成，下次将在 16：10：20 至 16：14：00 左右传输第二次。

接收到的加密文件将存在XRIT-RX/received/LRIT/$年月日/目录中，如：

IMG_FD_049_IR105_20200123_082006_01.lrit –IMG_FD_049_IR105_ 20200123 _082006_10.lrit：

FD 目录为卫星拍摄的Full Disk全盘图像

10 个FD目录中的 lrit 文件可解出一张 JPG 图片，在 tools 目录中有用于解码的 lrit-img.py脚本：

python3 lrit-img.py Path of FD

通过Python脚本可对图像红外增强成像：

当解码出足够多图像文件，通过合成，可将图片转成GIF动图：

网盘：

https://mega.nz/#F!UMEV1IjQ!7DYoheHZCTJuInIiptlNgw

YouTube:

https://www.youtube.com/watch?v=xdeXO2BGqvM