Echtzeit-Signalmessung Spektrumanalysator überwacht Kommunikation mit Wetterballon

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Wissenschaftler nutzen das LoRa-Band, um mit einem Stratosphärenballon in einer Höhe von 200 km zu kommunizieren. Die Kommunikation der nicht periodischen Signale wird mit einem Spektrumanalysator überwacht.

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Kommunikation überwachen: Die Signale von und zum Wetterballon überwachen Wissenschaftler mit einem Spektrumanalysator.
Kommunikation überwachen: Die Signale von und zum Wetterballon überwachen Wissenschaftler mit einem Spektrumanalysator.
(Bild: Tektronix)

Wie lassen sich Signale von einer Basisstation hinauf zu einem Stratosphärenballon in einer Höhe von über 200 km überwachen? Dieser Frage gehen Wissenschaftler an der französischen ENSEIRB-MATMECA in Bordeaux nach.

An der öffentlichen Ingenieurschule wurde eine Reihe von Experimenten organisiert, bei denen man das LoRa-Protokoll für das Internet der Dinge nutze. LoRa steht für Low Power Wide Area Network. Als Frequenzen kommen das ISM- sowie das SRD-Band zum Einsatz. Damit wollen die Wissenschaftler Signale von und zu einem Stratosphärenballon senden und empfangen.

Um die Kommunikation zum und vom Ballon zu überwachen, entschieden sich die Wissenschaftler für einen Spektrum-Analysator des Typs RSA5000 von Tektronix.

Entfernung und Flugbahn des Ballons ermitteln

„Kurzzeitsignale ließen sich mit herkömmlichen Spektren nicht messen“, sagt Anthony Ghiotto. Er ist zusammen mit Guillaume Ferré Projektleiter. Beide sind außerordentliche Professoren am INP ENSEIRB-MATMECA in Bordeaux und forschen am IMS Research Center.

„Herkömmliche Geräte ließen sich nicht für die Analyse solcher nicht-periodischer Signale verwenden. Die Tektronix-Geräte analysieren die Stärke der Signale, wodurch sich die Entfernung ermitteln und die Flugbahn des Ballons überprüfen lässt, die man dann mit den GPS-Daten korrelieren konnte - andere Geräte können so etwas nicht.“

Spektrumanalysator misst die Kurzzeitsignale

Guillaume Ferré ergänzt: „Mit dem Ballonprojekt wollten wir beweisen, dass unsere Basisstation und das Protokoll mit den Nanosatelliten richtig kommunizieren können und dass die Signale empfangen werden. Das war wichtig, da wir die Satelliten möglicherweise neu konfigurieren und Daten zur Erde zurücksenden müssen“.

„Kurzzeitsignale ließen sich mit herkömmlichen Spektren nicht messen“, sagt Ghiotto. Das Projektteam nutzte den Analysator auch zum Sicherstellen, dass die gewählte Frequenz frei ist und es keine Störungen durch andere Signale gibt, die das Projekt gefährden könnten.

Signale würden bis 700 km weit reichen

Der Stratosphärenballon am Boden. Die Kommunikation von der Bodenstation bis hinauf in eine Höhe von 200 km erfolgt im LoRa-Band.
Der Stratosphärenballon am Boden. Die Kommunikation von der Bodenstation bis hinauf in eine Höhe von 200 km erfolgt im LoRa-Band.
(Bild: Tektronix)

Das erste Ballonexperiment erzielte Signale über 200 km, während die Signale theoretisch über 700 km weit reichen können. Man plant ein aktualisiertes System, das Bilder in Echtzeit empfangen kann. Das Projektteam hat auch vor, Informationen an Hochschulen weiterzugeben, um den Studenten ihre Tätigkeit zu veranschaulichen und sie in ihrem Studium der Metrologie zu unterstützen.

Der erste Nanosatellit für die Kommunikation mit der Schule startete Anfang Mai 2021. „Wir arbeiten derzeit an der Fertigstellung unserer Basisstation für die Kommunikation mit ihm“, sagt Ghiotto, „und der Analysator von Tektronix wird uns dabei auch weiterhin sehr helfen.“

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