毛虫計算機:Blog

（1年前に書いていて投稿を忘れていたので放流）  ゼロ年代後半　個人的にオシロも持っておらず、プロトコルアナライザもデバッガの概念もなかったころ、デバッグ中の基板にはAMモードにした広帯域受信機（DJ-X11）を近づけて動作検証していた。   一昔前の5V動作の16bitマイコンはクロックの放射ノイズも大きく（周波数拡散クロックなんて無かった）、ループ処理の過程でピーとかザーとか激しく主張していた。UARTもRS232レベルシフタを通していたので、文字送信があるたびに 　チ、チ、チ、 とリズムを奏でていた。書き込まれたプログラムが止まってしまうとそうした喧噪も止まり、ユニバーサル基板の切れ端とUEW線とリード抵抗の足の切れ端だらけの机はホワイトノイズに包まれた。  機器間通信が増え、処理性能とソフトウェア規模が肥大化し、無料版の純正ツールやフレームワークに落とし穴があることが前提な昨今、ハードウェアの挙動をリアルタイムで把握することは問題の早期解決に役立つ。  4年前に  https://www.saleae.com/ja/  のロジックアナライザ を導入して使っているが、早くから導入していればと思ったデバイスの一つ。現在はソフトウェアがLogic 2.xになり大幅に更新されている。昨今の半導体不足の流れで一度仕様変更があり、いつの間にか市販価格が倍近いお値段になっている…。 収録動作  理論上ＵＳＢ3.0帯域をフルで使う信号キャプチャ機器なので、レコード長はPCのメモリ容量に依存する。なのでＲＡＭ容量が許すかぎり設定したサンプルレートで連続したキャプチャを続けることができる。 ロジックの場合変化が無い区間はデータは増加しない。 負荷テストということでわざとアナログ多チャンネルの高速キャプチャを行ってみると、数秒でGB単位の信号がRAMに保存される。    開発PCのメインメモリを64GBにしたので、限界まで収録できるか実験してみたが、クラッシュせずちゃんと記録できた。  サンプルレートの最高値はUSB3.0の帯域を上限に、同時に取得するch数で割ることになる 。 　パラレルバスや多数の信号を同時にデバッグするなら、値段を気にせずLogic Pro16を買っておくのが良...

自宅で電波観測 衛星運用で鍛えた心眼（？） を鈍らせないために、天体観測の延長で電波観測設備を構築してみることにした。   ひとつのきっかけはSkyWatcherのAZ-GTI。自動架台として数kgの物体を振り回せる能力があるのを知って興味が湧いた。  さらに21cm線専用のLNAを見つけた。SDRのオプションとして製造されたものが、安価に入手できる。  果たして都市雑音に包まれ、携帯基地局が林立する都市部という悪条件でも検出できるだろうか。   装置構成  先行事例に習い、アンテナと受信系はまず流用で済ませる。 例１  https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/track-the-movement-of-the-milky-way-with-this-diy-radio-telescope 例2  https://cyberdynesystems.ai/cheap-and-easy-hydrogen-line-radio-astronomy-with-an-rtl-sdr-wifi-parabolic-grid-dish-lna-and-sdrsharp/ 今回の実験における装置構成は以下のとおり。 Antenna: Wifi Grid dish (24dbi@2.4GHz ビーム角は10度ほど) LNA+Filter : SAWbird + H1  https://www.nooelec.com/store/sdr/sdr-addons/sawbird/sawbird-h1.html SDR          :  Airspy R2 or mini  Softｗare  : Astro spy （SDRSharpに付属）  Wifi用のグリッドパラボラについて。同じスペックのアンテナをいろいろなサプライヤが提供していて、OEMかどうかはわからないが入手性は良い。グリッドなので多少の風があっても安心。21cm線観測だけなら天頂に向けて固定すればよいので、後述の架台は必要無い。    電動架台にはAZ-GTiを使用。アリミ...

閑話  近所に某社の4G基地局が生えてきた。柱の埋設を含めて工事は半日程度で終わっていた。今どきの基地局ハードウェアがどうなっているのかを詳細に観察できて面白い。  構成自体はアンテナ3基クラスタにGNSSアンテナという一般的な構成。腕がやけに太いなと思ったらRTSという電動架台が各アンテナに取り付けられているモデルだった。 Youtubeに開発元のプロモーション映像があり見てみると、遠隔で角度指定して首振りする様子が紹介されている。動いているのをみるともはやロボットである。  PVで謳われているように、一部で電動架台が採用されるメリットはいくつかある。都市部の基地局設置場所はすでに飽和しているので、後発局の立地は必ずしも見通しが効くとは限らない。近所に背の高い建物が建ったりすれば、伝播環境は変わってしまう。後からアンテナ方向の調整を行うにしても、微調整を人の手で行うのは大変だ。  開発元は設置から調整までのメンテナンスにかかる工数削減に加え、端末が集中するエリアへの能動的なビーム制御まで提案している。ついでに衛星通信もできたりしないかな…。  PVを一通り見たあと、静かにそびえる基地局を見上げていると、制御を乗っ取られたアンテナが腕の多い深海生物のようにゆっくりと蠢き始める姿を想像してしまうようになった（終）

屋外にRaspberryPi2のRTL-SDR鯖を設置して2年が経過した｡  https://blog.kemushicomputer.com/2016/05/blog-post.html 最近は打ち上げた衛星のためにアンテナ特性を調整し､デコード実験等に使用している｡ SDRの運用以外にあまり使っていなかったが､いい機会なのでオーバーホールを兼ねてRaspberry Pi camera (旧版)を搭載した｡  地上局の機能といえば､アンテナの監視も重要な機能の1つ｡ ということで天頂のみを視野とした｡ 天板に設けていたガラス窓にカメラモジュールを設置する｡ 光学窓自体は2013年に製作してからずっと付けてあったが､長らく未使用だったし､ここ2年は熱防御板でふさいでいた｡今回は熱防御板も簡素化し､ケースをアルミテープで覆うだけにした｡ せっかく野外にカメラを設置するのであれば､やはり天体観測もしたい｡ 先駆者がいて､ meteotuxという比較明合成(コンポジット法)ソフトウェアがあった｡ https://sites.google.com/site/meteotuxpi/home 撮影する時間帯を指定するだけで､数秒間の露出を合成して撮りためてくれる｡ (残念ながら開発自体はここ数年止まっている様子)  5分間の合成写真10枚ほどを更に合成したもの｡ 監視対象であるアンテナが写っている｡ アンテナの上の明るい軌跡は春の1等星アークトゥルスだ｡  春霞で視界は良くないけれど､東京の空でも3~4等星くらいまでは写っていた｡ (番外) SSHアクセスをするときは､movaXtermを使っている｡   https://mobaxterm.mobatek.net/ 登録したセッションをクリックするだけで自動ログインしてくれる｡ ディレクトリ表示やXサーバー機能があり､リモートGUIもやろうと思えば出来てしまう｡ (最初は初期のBash on Windows でアプリケーションをGUI表示させたりしていた)

ガーデンプローブ  秋は深まり､日に日に昼が短くなっていく｡ ひまわり8号リアルタイムウェブをサブモニタに映し､自動更新で地球の変化を眺めながら作業している｡  静止軌道から眺めていると実感するが､電力収支を維持する上で､地上での太陽光発電は宇宙空間よりも不安定だ｡  秋分を過ぎ､もうじき冬至に向かってまた地球の影が傾いていく様子が見えるだろう｡ 地軸の傾きと気象により地上の日射量は大幅に変動し､ 昼と夜のサイクルは12時間前後と長い｡  今年は曇ってばかりだった･･･｡  地上での平均的な発電量は､地球の公転軌道上の1割ちょっとまで落ちてしまう｡  もうちょっと太陽系視点で見てみると､太陽定数が1割ちょっとまで落ちるというのは､火星以遠の小惑星帯の公転軌道まで遠ざかるのと同じだ｡  さて､デジタルサボテンこと独立電源システムもある程度インターフェースが生えそろってきた｡ 近距離のハウスキーピングデータとコマンドの送受信のために､TWE-Liteを内蔵し､GPS､長距離ビーコン用とあわせて､3種類のアンテナが搭載されている｡ 単3電池駆動タイプも用意  地上で連続して安定稼働させる場合､1日分の充電で数日間稼働できる要求仕様がベースラインになる｡ その観点からしたら､このサイズでは高負荷のタスクは昼間だけという中途半端な位置付けになる｡  試験機としては､蓄電系が小さくシンプルなほうがやりやすい｡  ソフトウェアによる電力管理の試運転で､2日ほど透明な保存容器に入れて密封し､窓の外に放置してみた｡ 太陽電池は300mW出力のものを1枚だけ取り付けている｡ 下記のグラフは受信したデータから電圧履歴と動作モード遷移を抜き出したもの｡  天候は1日目の昼間は曇り｡ 夜は雨だった｡ 二日目の昼は快晴｡ 建物の北西側に設置しているため､午後までは直射日光が当たらない｡  小容量のほうは日照状態で電圧がかなり左右される｡ 副作用として2つのキャパシタ間の電圧比較だけで太陽光発電中かどうか判断できる｡  動作モードは4つ用意した｡ 大容量キャパシタの充放電系統切り離し､小容量キャパシタ駆...

  いろいろなアンテナを自作していくうえで知りたかったのがVSWRやリターンロスといった特性。校正済みの測定器を使える環境に出入りさせてもらっているけれど、やはり手元で実験しながらエレメント長の調節などをしたい。特にサブGHz以上になってくると調整は測定が前提になってしまう。  USB接続のVNAを探してみたところ、miniVNAシリーズというものがあった。 キャリブレーションキット（オープン、ショート、50Ω）  反射特性と伝達特性計測のほか、信号発生やケーブル損失の測定などもできる。 miniVNA tinyでは3GHzまで計測できるので、自分の利用目的に合致していた。 アッテネータを付けてもらい、代理店から購入。マニュアルも充実しているので、特に迷うことはなかった。 （Aliで見つかるものはコピー品らしい）  自作アンテナ測定（反射特性の計測） 自作の430M帯のターンスタイルの特性を見てみる。 いつも屋上のSDR受信局につけていたものを再整備を兼ねて外した。 MMANAでのシミュレーションをもとに無調整で作ったけれど、それなりに特性が出ていた。 スミスチャートを見ると､円偏波特有のハート型が確認できる(ちょっとズレているけど･･･)｡   アンテナ測定は周囲の金属や人体でかなり特性が変化するので、できるだけ何もないところで測定する。  スキャン速度を高速にして、荒い解像度でフリーランさせて手や金属を近づけたりすると、特性が変動する様子が観察できる。 伝達特性の計測 アッテネータの特性を見てみた。10dBと20dBのアッテネータを組み合わせてみてみたが、ちゃんと30dBの通過損失が測定できている。  なんといっても持ち運びやすいので、出先の実験などでアンテナやRFケーブルのチェックに役立ちそうだ。

 夏といえば、統合試験と環境試験が立て続けに始まる季節。発生する怪奇現象（不具合）を退治し、スケジュールで肝試しを行っていたら、いつのまにか夏は終わってしまった… その脇で、 前回 手配線した独立電源試作機の実験結果をもとに基板のアートワークを行い、新型OBC基板と電源基板、化粧板をelecrowに発注。 KiCADのボードをVRMLで出力すると、Windows10の3Dビューアで簡単に表示することができる。  5㎝角以下だと最安値になるので、試作にかかるコストはどんどん下がっている。 もう手配線はよっぽどのことがないとやらなくなってきた。 OBC644-10D rev:E OBC基板もバグ修正と端子増設でバージョンアップしている。 ・SPIとFTDI配列を統合し、GPIO2つとシステム電源電圧（3.3V）出力端子を追加。 外部基板のIC(デジタルセンサやレベル変換、バススイッチ)にもシステム電圧が必要だったのと、UARTとSPI用の制御用端子として新たにGPIOを引き出した。 ATmega644のGPIOピンをすべて利用できるようになった。 https://github.com/kentN/OBC644-10D 拡張基板スタック OBC644用の拡張基板だけど、ピンヘッダ継ぎ足し地獄は無駄に階層が増えてしまうので、2層基板を2枚重ね合わせてみた。疑似的に４層基板となる。貼り合わせる面にクロストークが心配な配線は避けよう。 　  裏面はSPI-ROMが2つ乗るので、そのエリアを避けて基板外形を設定。　OBC644基板は１mm厚、拡張基板は0.6mm厚で発注していて、張り合わせれば1.6mmの標準の厚みとなる。 　2つ重ねてピンヘッダにはんだ付けするので、貼り合わせでシビアな工程は特に無い。 今回は試しにu-bloxのMAX-M8Qと、マイコンの書き込み用に基板対電線コネクタ（GH5ピン）を搭載した。 単体でGPSロギングにも使えるだろう。   アンテナはU.FLコネクタを設けて、外部から引き込む形にした。 電源系統＆構造体    手配線プロトタイプとほぼ同じ構成の電源系統とした。太陽電池は2系統入力可能。　キャパシタバ...

リトープスという多肉植物を昨年から育てている。基本放置なのでよく世話を忘れてしまい、枯死寸前になっていることが度々あった。なんとか徒長（日照が足りず背が伸びる現象）だけは防げている。 　話は変わって、OBC644基板用の独立電源を試作してみた。これも基本放置を目指したい。 蓄電はスーパーキャパシタのみの簡素な構成にした。圧倒的にエネルギー密度が低く、リーク電流も多めと、蓄電系として見た場合のデメリットは多い。しかし代わりに過放電による永久故障はなく、温度条件なども緩めだ。 　便利なエナジーハーベスト用電源ICを使ってもいいけれど、今回は自由度の高いディスクリート構成にした。　といっても、 ソーラー目覚ましキーホルダー（2012） に毛が生えた程度だ。 容量違いで2種類のキャパシタ系統を組み合わせた。 基本的なモードとして、 （初期充電）完全放電からの復帰 ・コンデンサバンクの充電判断 ・コンデンサバンクの電源系統への接続 ・過充電抑制 がある。マイコン側では2つのコンデンサの電圧を監視している。　電圧のみで残量推定ができるので、エネルギー管理はとても簡単だ。 　太陽電池はダイオードORで小容量（0.22F）のEDLCを充電する。光が当たれば、数分後にマイコンが起動する。 　大容量EDLCは電圧上昇に時間がかかるので、上流、下流ともデフォルトでは切り離されている。主系統への接続と充放電管理はソフトウェアで行う。 下流側は電圧降下を抑えたいため、あえてダイオードORしていない。 簡素化のためにレギュレータの降圧モードのみなので、マイコンのBOR電圧を下限として、コンデンサバンクから使える電位差分の静電容量は約150クーロンほど。だいたいコイン電池くらいになる。 　とりあえず日照がある間は、時折GPSを作動させたり、カメラ撮影するといったミッションをこなせる規模になる（はず）　蓄電が小規模なので、小さい穴の空いたバケツをやりくりするイメージ。 無線モジュールで定期的にテレメトリを送信するところまでは実装して、日中は屋外に放置してみた。快晴では満充電に到達するが、曇った日でもテレメトリ送信に支障がないレベルの発電ができている（下グラフは薄曇りの日のテレメトリより）小型筐体なので日照を浴びると50℃付近まで上がってしまう。 ...

 2016年も残り僅かな今日この頃。 2年越しのプロジェクトがひと段落したので、AIRSPY R2を入手。  現在、地上局に組み込んでいるRTLSDRの困りごとは、周波数の近い業務用テレメトリの混信がひどく、観測時の切り分けが難しいこと。 解決策はフィルタを入れてしまうことだけれど、広帯域で観測できる（遊べる）利点がなくなるので避けていた。  AIRSPYでは改善されているようで、同じアンテナで帯域をのぞいてみても、混信由来の信号はほとんど見えなかった。  RTL‐SDRを代替するなら、広帯域が必須ではないため、姉妹品のAIRSPY miniでも十分そうだ。 SDR#をインストールすると、AIRSPY用ツールがいくつかついてくる。 スペクトラム監視ツール（Spectrum SPY）で、チューナーIC（R820T2）の全帯域を覗いてみる。 屋外のUHFの衛星観測用アンテナに接続したときのもの。 1.8GHｚを掃引するのに2秒ほどかかる。 業務無線や放送、携帯電話などのピークがよく見えている。 こちらは920MHｚ帯を20MHｚ幅で見渡してみたもの。 短いパケットがたくさん見えていた。 キャリアセンスや時間制限があるので、すぐには飽和しないと思うけれど、インフラとして今後どうなっていくのか興味深い。

                                             ････ ･ 　2014年の夏も終わる頃､ ひと粒 の人工衛星の軌道寿命が尽きようとしていた｡  人工衛星が寿命を迎えるパターンは3通りある。人間が運用を停止したとき、機械が設計寿命を迎えたとき、もはや軌道を維持できなくなったときだ 。 　大型の気象観測衛星へ相乗りした軌道投入から半年が経過し､当初400kmあった軌道高度は250kmを切っていた｡　 　低軌道は宇宙空間とされているが､同時に高度1,000kmほどまでは熱圏とよばれる大気構造の中でもある。軌道を変えるには推力が必要だが、ここでは希薄な大気との衝突が抗力を発生させ、軌道高度を低下させる作用をもたらす。 低軌道衛星は高度によって数ヶ月〜数百年といったタイムスパンで空力ブレーキを受け続けているのだ。 　緻密な螺旋降下が解けるとき、 遂に軌道は消滅する。衛星は濃い大気圏とまともにぶつかることになり、圧縮された空気が溶鉱炉並みの熱をもつ瞬間が訪れ…。 　国際宇宙 ステーションや低軌道の大型衛星は推進系を用いて失った軌道高度を維持できるように設計されているが､小さな衛星はロケットが稼いでくれたエネルギーを失い続けるしかなかった｡  もうすぐ､地球は1.5kgの質量を取り戻すだろう｡  計画に携わった人工衛星の再突入が迫ったとある夕暮れ。  久しぶりに自宅で衛星追尾をすることにした。 がらくた箱から 手づくりの八木アンテナを 掘り返す｡ 　バルサ材を軸として､ホームセンターで買ったアルミと真鍮の棒をエレメントとして並べた簡素なものだ。何度か自作して､一番コストパフォーマンスが高く､作りやすい素材を組み合わせている｡   保管していた 間に曲がったエレメントを一つ一つ手でまっすぐに直す。 　こんなアンテナでも、 低軌道衛星が相手なら必要十分な性能がある｡ 　 　知覚を技術で拡張する遊びは...