В 2024 году я насмотрелся роликов ютубера saveitforparts и заинтересовался автоматическими спутниковыми антеннами. В Нидерландах такие обычно продают в виде компактных офсетных тарелок на моторизованном основании, вроде Megasat или Oyster. Это не совсем то же, что установки Winegard, которые попадаются saveitforparts в США. (Одну такую я, скорее всего, всё равно когда-нибудь куплю.) Но, листая Marktplaats, я наткнулся на штуку поинтереснее: морскую антенну. Intellian i4 продавали примерно за 200 евро, хотя новая сейчас стоит около 4000. Я купил её сразу и стал гордым владельцем куска корабельной техники.

В отличие от большинства автоматических тарелок для автодомов, морской нужна точность повыше. Поэтому все моторы в ней — мощные шаговые двигатели. Ещё там стоит четырёхвыходной конвертер (quad LNB) и забавный вращающийся отражатель, о котором расскажу ниже.

Основные мозги антенны (кроме логики захвата сигнала) живут во внутреннем блоке, который называется ACU, Antenna Control Unit. Раз уж ценник высокий, у него есть Ethernet, Wi-Fi и даже RS-232!

Как она вообще работает

Лодку постоянно качает: крен, тангаж, рыскание. А спутник висит в 36 000 км на геостационарной орбите, то есть относительно земли он неподвижен. Тарелка должна держать его, что бы ни делала лодка. Для этого ей нужно знать своё положение (GPS у неё встроенный), куда она смотрит (курс ей сообщает судно по NMEA) и где находится спутник.

Постойте, но мы же не лодка

Было бы здорово устроить NURDspace @ Sea, но это нам не по силам.

Что мы можем? Притвориться лодкой!

NMEA — текстовый последовательный протокол поверх RS-422 (дифференциального), реализовать его несложно. Нужны только преобразователь TTL в RS-422 и микроконтроллер, и вот мы уже яхта за 130 000 евро!

Достаточно отправлять блоку управления строку

$HCHDG,0.0,0.0,E,0.0,E*checksum

чтобы он мог правильно посчитать свою математику. Что она означает?

Каждое предложение NMEA начинается с $, за ним идёт двухбуквенный идентификатор источника (например, GP у GPS и HC у компаса), затем трёхбуквенный тип предложения, поля через запятую и в конце * с двумя шестнадцатеричными символами контрольной суммы. Контрольная сумма — просто XOR всех байтов между $ и *.

А управлять-то ею можно?

Для меня после покупки это был вопрос на миллион евро. На миллион — потому что примерно столько нужно, чтобы по-настоящему владеть яхтой.

Сначала у меня не было даже программы для управления антенной, в сети я её тогда тоже не нашёл. Доступа к партнёрскому порталу Intellian у меня нет. Что я сделал? Всё просто: написал в Intellian и попросил программу. И мне её охотно прислали!

Теперь антенной можно было управлять из этой программы. А без неё?

Я начал снифать обмен между Aptus и ACU. Оказалось, это довольно простой текстовый протокол с контрольной суммой в конце:

{XX param1 param2 ... paramN}C

Ещё полезнее то, что Aptus написан на C#, так что код легко декомпилировать и прочитать. Этого хватило, чтобы получить всё нужное. В итоге, примерно через два года, я попросил LLM составить описание протокола.

Как считается контрольная сумма? Просто: для каждого символа сообщения вычисляется num = (num + char_value - 32) % 95, а в конце возвращается ASCII-символ с кодом num + 32:

public static char UIF_CheckSum(StringBuilder sb, int length)
{
    int num = 0;
    for (int index = 0; index < length; ++index)
        num = (num + sb[index] - 32) % 95;
    return (char)(num + 32);
}

То же на Python:

def uif_checksum(message: str) -> str:
    num = 0
    for char in message:
        num = (num + ord(char) - 32) % 95
    return chr(num + 32)

Как сказать антенне, куда смотреть? Тоже очень просто: отправить ACU команду GO с азимутом и углом места.

{GO 16250 2000}

Почему числа такие большие? Вместо чисел с плавающей точкой, которые на разных компиляторах и архитектурах ведут себя непредсказуемо, всё хранится целыми с двумя неявными знаками после запятой. Поэтому 16250 == 16250 всегда однозначно истинно, а сравнение float может молча не сработать. К тому же вычисления с плавающей точкой медленные, если FPU нет (или он сам медленный). Для морских и критически важных систем такая предсказуемость очень важна!

Что это за крутилка?

Немного об устройстве тарелки. Большинство телевизионных тарелок на крышах — офсетные: конвертер у них вынесен вбок от центра зеркала. Так он не отбрасывает тень на отражатель и не съедает сигнал.

У нашей тарелки прямофокусная схема, конвертер стоит точно по центру. У бытовых антенн так бывает реже, зато опорно-поворотное устройство получается компактным и симметричным, а это важно, когда тарелка крутится на лодке. Диаметр всего 40 см (чем больше тарелка, тем больше усиление), но благодаря такой схеме мощности ей вполне хватает. (Прим. пер.: в характеристиках производителя диаметр отражателя i4 указан как 45 см.)

Помогает и моторизованный контррефлектор между зеркалом и конвертером. Это часть технологии Intellian Dynamic Beam Tilting (DBT). Вместо того чтобы постоянно гонять шаговые моторы на каждую волну и качку, контррефлектор всё время подстраивается и держит луч на спутнике. Основные моторы берут на себя только крупные поправки, поэтому вся конструкция работает тихо и отзывчиво. Вот чем занята наша крутилка! Интересная всё-таки техника.

Прим. пер.: в комментариях к заметке об этом проекте на Hackaday читатели предложили другое объяснение: вращающийся смещённый контррефлектор нужен для конического сканирования. Луч описывает небольшой круг вокруг спутника, а по модуляции уровня сигнала антенна понимает, в какую сторону подправить наведение.

И что с ней делать?

Сначала я написал небольшой скрипт-прослойку между ACU и Gpredict, чтобы тот видел антенну как обычный поворотный механизм. Так она может следить и за спутниками не на геостационарной орбите. Правда, я с этим пока почти не играл: облучатель у тарелки только на Ku-диапазон, а негеостационарных спутников в этом диапазоне я пока не знаю.

Потом мы перевезли антенну в NURDspace и закинули на крышу, а один добрый коллега-хакер отдал нам кое-что из спутникового хозяйства. Среди 75-омных кабелей нашёлся Digibit R1, и вместе с Dreambox DM800 он послужил тюнером, чтобы попробовать поймать телевизионные транспондеры. Первый захват сигнала порадовал: мы настроились на Astra 1P в позиции 19.2°E и увидели китайский канал CGTN HD!

Ура, я могу смотреть спутниковое телевидение дома: сигнал прилетает из космоса, а дальше идёт ко мне через WireGuard. Техника — это прекрасно!

Конечно, у меня были и другие планы, но они заслуживают отдельных постов.

И напоследок видео, где тарелка исполняет свой радостный тестовый танец.