home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Ham Radio 2000 / Ham Radio 2000.iso / ham2000 / packet / aprs75c / space.txt < prev    next >
Text File  |  1996-03-15  |  11KB  |  190 lines

  1. SPACE.TXT 7.5a         USING APRS FOR SPACE COMMUNICATIONS
  2.  
  3. New in 7.5a:  The WO-18 satellite is available for digipeating packets.  
  4. See section below on how this can be used as a worldwide resource for
  5. relaying APRS mobile/portable posits.
  6.  
  7. BACKGROUND:  Since APRS has such tremendous potential in the  effective 
  8. use of orbiting terrestrial style packet radio digipeaters in the
  9. amateur satellite program, a special version of ARS called APRtrak has
  10. been donated to AMSAT for use in the amateur satellite program.  It is
  11. a stripped down version of APRS that is focused on SPACE applications of
  12. APRS. See APRtrak.txt.  APRS still retains a minimum SPACE mode too.  
  13.  
  14.        The problem with space based AX.25 FM digipeaters is the total 
  15. saturation on the uplink channel which makes the use of a normal CONNECTED 
  16. protocol impractical.  For the SAREX robot QSO mode, a total of five 
  17. successive and successful packet transmissions were required to constitute 
  18. a successful contact.  Of an estimated thousands of uplink stations, only 
  19. about 250 were successful.  Recognizing the stringent requirements for 
  20. success using the CONNECTED protocol, provision was also made to recognize 
  21. those stations which were successful in getting only one packet heard 
  22. onboard the shuttle.  Over 700 stations successfully completed single 
  23. uplink packets.
  24.  
  25.      APRS takes advantage of this unconnected, one packet, mode to 
  26. demonstrate successful uplinks to the shuttle.  In addition, however, it 
  27. capitalizes on the most fascinating aspect of the amateur radio hobby, 
  28. and that is the display on a map of the location of those stations.  
  29. Historically, almost every aspect of HAM radio communications has as its 
  30. root, the interest in the location of other stations.  Look at DX maps, 
  31. countries worked, counties worked, grid squares, mobile chatter; everyone 
  32. is quite interested in where other stations are.
  33.  
  34.      If, instead of every station attempting to CONNECT with the Space 
  35. Shuttle, all stations simply inserted his/her 6 digit gridsquare into their 
  36. TNC TO callsign via the SAREX callsign, then, everyone within the satellite 
  37. footprint would not only see when he made a successful uplink, but also 
  38. where he was.  It takes a total of 128 bytes for a successful SAREX QSO 
  39. plus 92 bytes for every retry.  The APRS GridSquare BEACON only takes 26.  
  40. This alone could provide an order of magnitude improvement in the number
  41. of successful SAREX contacts.
  42.  
  43. Since the shuttle is a rapidly moving object, the locations of successful 
  44. uplink stations will move progressively along the ground track.  The 
  45. weakest successful stations will almost certainly be immediately below the 
  46. spacecraft.  Stronger and more viable groundstations can show up further 
  47. to the side of the ground track.  If there is a skew in the spacecraft 
  48. antenna pattern, the pattern of successful uplink stations on the map will 
  49. clearly make that evident.  APRS responds to both LAT/LONG and two Grid-
  50. Square formats.  The exact format of a minimum APRS GridSquare report is 
  51. as follows.  Obviously the GRID-IN-TO format is the shortest and preferred.
  52.  
  53.      GRID-IN-TO FORMAT:         WB4APR>FM19SX,W5RRR:...
  54.  
  55.      GRID-IN-BEACON FORMAT:     WB4APR>APRS,W5RRR:@FM19sx]...
  56.                                                   @ means APRS is online
  57.                                                   / means TNC BEACON only
  58.  
  59.      To implement this experiment on the next shuttle mission, it would only
  60. take a single AMSAT news bulletin to ask all stations to insert their Grid
  61. Square in their UNPROTO or BText command.  No changes onboard the shuttle or 
  62. other spacecraft TNC would be required.
  63.  
  64. Those stations that had APRS could then watch the successful uplink stations
  65. plotted in real time.  Even without real time APRS, a replay of a captured 
  66. text file containing all the successful uplink packets would still give an 
  67. excellent map display after the fact.  Analysis of antenna pointing 
  68. anomolies on every orbit could be accomplished with ease.  On future 
  69. missions, the UI beacon frame might completely replace the current 
  70. CONNECTED robot mode.  Without all of the connect requests, acks, and 
  71. retries at least a ten fold increase in the number of successful uplinks 
  72. would be realized, and the data exchanged would be more meaningful by a 
  73. similar factor.
  74.  
  75.      To demonstrate the expected results of this experiment, replay the
  76. SHUTTLE.HST file and watch the contacts appear as the shuttle moves across
  77. the country.  You may enhance the demonstration by selecting to see only
  78. the Shuttle, STS-99, or by turning off CALLS to reduce the clutter of
  79. callsigns on the display.   Obviously, in this SHUTTLE.hst file, I assumed
  80. that the Shuttle had its TNC connected to a GPS navigation receiver so
  81. that it was also beaconing its position once per minute in the APRS format.
  82.  
  83.      This capability also demonstrates the practicality of using a space
  84. AX.25 digipeater for routine position and status reporting.  Imagine a
  85. constellation of three AX.25 digipeater satellites all on one FM channel.  
  86. It would not matter what satellite was in view, or when.  Mobile and 
  87. portable stations could beacon their position once every 5 minutes and be 
  88. tracked nationwide!  Just using 1200 baud AFSK, up to 1000 stations could 
  89. probably be supported just in the US and have a reasonable chance of 
  90. getting a position report through at least once every 3 hours!  Going to 
  91. 9600 baud FSK would support almost 8000 users.
  92.  
  93. APRS uses a special SPACE mode to configure for sending its GRID SQUARE 
  94. BEACON via a space digipeater:
  95.  
  96.   * The alt-SETUP-MODES-SPACE command places your Grid Square in the TO
  97.     address of your TNC.  It also sets CONTROLS-OTHER on so that you can 
  98.     see other packets.  It sets up a congratualtions BEEP-MSG when it sees 
  99.     your BEACON digipeated.  And it also activates an ARMing routine which 
  100.     will reset your packet timers to minimum if the spacecraft is heard,
  101.     so that you send several BEACONS randomly once the spacecraft is heard.
  102.   * Next you must set your UNPROTO path via the space digipeater
  103.   * Your shortest packet will be your BEACON.  Although your lat/long 
  104.     POSIT, MESSAGES and OBJECTS are still active, they are not encouraged.
  105.     As usual, all packet periods will automatically begin to decay to 
  106.     double the period after every transmission.  This assures that stations
  107.     minimize packet transmissions.
  108.   * Since only the SPACECRAFT will be digipeating, APRS will detect any
  109.     of your packets that are digipeated and will announce your success
  110.     with some BEEPS.  It also resets your BEACON period to max to minimize
  111.     QRM since you have already been successful!
  112.  
  113.  
  114.  
  115. OPERATING TIPS VIA SPACECRAFT DIGIPEATERS:
  116.  
  117. First, be sure that APRS position reporting is being authorized via the
  118. particular spacecraft.  To have a good chance of being seen via the SPACE 
  119. digipeater and to minimize unnecessary QRM, use the following procedures.  
  120. Even under worst case scenarios, APRS stations will still generate far 
  121. fewer packets than other stations attempting to CONNECT to SAREX!
  122.  
  123. *  Use UNPROTO to set your VIA path to the Space DIgipeater (W5RRR)
  124. *  Use alt-SETUP-MODES-SPACE as noted above. 
  125. *  If unattended, APRS will listen for the digipeater specified in your
  126.    UNPROTO path, and will reset your BEACON timer to minimum when the
  127.    spacecraft is first heard.
  128. *  Make your BEACON text as short as possible, or none at all.
  129. *  Use XMT-BEACON command to force transmissions as needed 
  130. *  Use the APRS VIEW screen so you can VIEW all packets on a full screen
  131. *  Use your lowest 2m antenna (preferably on the ground).  This minimizes any
  132.    QRM to your receiver from other local uplink stations, and also minimizes
  133.    your QRM to them.  A ground level antenna should work perfectly well, since
  134.    it can still see the sky, and the SPACECRAFT is so far away on the horizon
  135.    and has such high doppler that you will NOT make it anyway at elevations
  136.    below 20 degrees or so.
  137.  
  138.  
  139. UNATTENDED OPERATION:  If you use a low antenna as described above and leave
  140. APRS unattended, you will be transmitting your normal packets about once
  141. every 15 minutes.  This is less than one-half of one percent (0.5%) of the
  142. number of packets generated by other stations trying to connect to the
  143. spacecraft.  If you have set space mode, then your system will listen for
  144. the DIGIpeater shown in your UNPROTO path.  Once it hears it, it will reset
  145. your BEACON timers to minimum and also set a random number of seconds up to 
  146. 12 before your first packet is transmitted.  As long as you continue to 
  147. hear the digipeater callsign, your timers will stay at minimum and your
  148. starting time to the first packet will continuously be reset to a random
  149. number under 12.  Since APRS is on a 5 second timing cycle, you have a 5/12
  150. or 42% chance of transmitting in each window as long as the digipeater
  151. is being heard.  This gives you an average of about 1 packet per 10 seconds
  152. which is still less than what a connected station would be doing...
  153. If this idea catches on, then maybe all of those other stations will STOP 
  154. trying to CONNECT to the spacecraft and join us!  That would be a net 
  155. REDUCTION in QRM to on the uplink!
  156.  
  157.     Imagine the fun that the cosmonauts and astronauts will have if they
  158. carry a lap-top computer so they can see everyone on their maps!
  159.  
  160. NOTE:  Even if you only see a GRIDSQUARE from a station, you can tell if
  161. he is running APRS by the @ vice [ at the start of the report.  APRS uses
  162. this distinction so it can tell who is an on-line APRS station and one
  163. which is only coming from a passive TNC BText.
  164.  
  165.  
  166.     I am NOT insisting that APRS should be used on SAREX, but I AM
  167. insisting that IT SHOULD at least BE CONSIDERED as a viable and useful
  168. addition!  The net effect would be FEWER packets on the uplink, and more
  169. meaningful packets on the downlink!  I wrote APRtrak and gave it to
  170. AMSAT so that I have no monitary interest in this facet of SPACE 
  171. communications.  Now I can PUSH APRS FOR SPACE FUN!
  172.  
  173.        APRS POSITION REPORTING VIA WEBERSAT OSCAR-18
  174.  
  175.        For the last few weeks (March 96) WEBERSAT has beeen placed in
  176. digipeater mode and AMSAT enthusiasts have been encouraged to use it.
  177. There are 3 significant items that make this very useful as an APRS
  178. position reporting satellite:
  179.  
  180.        1)  It can use any 25 watt FM XMTR on the uplink!
  181.        2)  The uplink only requires an OMNI antenna with not pointing
  182.        3)  Rumor says a Manchester encoded modem can be added to some
  183.            TNC's with only a single XOR gate an a little surgery!
  184.        4)  For vehicle tracking, only a few receivers are needed, since
  185.            they can digipeat the packets onto HF and VHF nets
  186.  
  187. Receiving the BPSK downlink takes a separate BPSK satellite modem, but
  188. many hams already have these...
  189.  
  190.