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别样的 GK2A 气象卫星接收大战

发表于 更新于 分类于 阅读次数： Valine：

一天，BH4ERB 给我发来消息他说：“你敢不敢和我接收 GK2A 气象卫星”，我豪爽的答应了：“我当然敢”，周日下午在 xx 路 xx 大厦举行，谁不来谁就是怂货。

我原本以为我恐吓了 BH4ERB，BH4ERB 应该躲在家，不敢找我，可正当这时，我听见了音乐声，原来是我手机响了，一看，竟然是 BH4ERB 发来的消息，他还真有勇气，我接通了电话，听道电话那头骂道：“小废物，你怎么还不来，再不来你妈的泌尿系统就被我搞坏了。”我听到他对我的毒骂之后，我回骂道：“我要把你挂到同性恋网站上，帮你炒作一番，你说好不好啊。”

他吓得没再回应我，可是到了周日，BH4ERB 竟然又给我发消息了，他还真要和我举行接收大战，于是我按照约定，到达了 xx 大厦，可他已经等我很久了。

……

GK2A 是韩国的气象卫星，由韩国气象厅开发，KARI 制造。于 2018 年 12 月 4 日由欧洲航天局的阿丽亚娜 5 号将其送上轨道，属于地球同步卫星。

最近 HAM 大佬 BH4ERB 对这颗卫星感上了兴趣，决定尝试接收并解码 GK2A 下传的数据。

接收数据需要使用到一个名为 Goestools 的工具，钦定在 Linux 下运行。由于 BH4ERB 对 Linux 并不熟悉，在多次尝试编译安装，却报错无法启动之后，找到了博主帮忙，希望跟博主一起合作填完这个巨坑。

准备设备

  • 树莓派或 x86 主机（钦定 Linux 系统）
  • RTL-SDR 或 Airspy（钦定接收设备）
  • LNA 放大器
  • 强烈安利 2.4G 栅格天线（大锅盖+螺旋天线亦可）

BH4ERB 选用的是一台 x86 主机，在博主的安利下装了 Debian Buster 服务器版，SDR 选用的是 Airspy R2，搭配 2.4G 栅格天线，方位角对准 160 度。

x86 旧主机

Airspy R2 + 1.7GHz LNA

2.4G 栅格天线

值得注意的是，栅格天线前端需要反方向安装。

由于篇幅所限，安装天线、Linux 系统等过程和安装完成后的更换软件源等操作不再赘述（其实是懒得写）。

安装软件

首先 SSH 连上主机，更新一波软件源。

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BH4ERB@pc:~$ sudo apt update

由于是采用编译安装，所以要准备编译的环境。

一次性安装所有需要的包。

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BH4ERB@pc:~$ sudo apt install wget build-essential cmake zlib1g-dev git python3 python3-pip unzip libusb-1.0-0-dev pkg-config libairspy-dev rtl-sdr librtlsdr-dev libopencv-dev

编译安装 Goestools

此外，Goestools 还需要依赖于 Airspy、RTL-SDR 的驱动才能正常工作，所以在编译安装 Goestools 之前还需要手动编译安装 Airspy、RTL-SDR 的相关驱动及支持库。

编译 Airspy 的驱动及支持库。

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BH4ERB@pc:~$ git clone https://github.com/airspy/airspyone_host
BH4ERB@pc:~$ cd airspyone_host
BH4ERB@pc:~/airspyone_host$ mkdir build
BH4ERB@pc:~/airspyone_host$ cd build
BH4ERB@pc:~/airspyone_host/build$ cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
BH4ERB@pc:~/airspyone_host/build$ make
BH4ERB@pc:~/airspyone_host/build$ sudo make install
BH4ERB@pc:~/airspyone_host/build$ sudo ldconfig
BH4ERB@pc:~/airspyone_host/build$ cd ../..

接着编译安装 RTL-SDR 的驱动。

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BH4ERB@pc:~$ git clone https://github.com/osmocom/rtl-sdr.git
BH4ERB@pc:~$ cd rtl-sdr
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr$ mkdir build
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr$ cd build
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr/build$ cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr/build$ make
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr/build$ sudo make install
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr/build$ sudo ldconfig
BH4ERB@pc:~/rtl-sdr/build$ cd ../..

接下来才是编译 Goestools。

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BH4ERB@pc:~$ git clone --recursive https://github.com/sam210723/goestools
BH4ERB@pc:~$ cd goestools
BH4ERB@pc:~/goestools$ mkdir build
BH4ERB@pc:~/goestools$ cd build
BH4ERB@pc:~/goestools/build$ cmake ../ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
BH4ERB@pc:~/goestools/build$ make
BH4ERB@pc:~/goestools/build$ sudo make install
BH4ERB@pc:~/goestools/build$ cd ../..

由于 BH4ERB 没有意识到需要先安装驱动和支持库的这个问题，于是毫不犹豫地跳进了这个坑…（反面教材

所以在启动 Goestools 时，他得到了类似于这样的报错。

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terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
  what():  You configured goesrecv to use the "airspy" source, but goesrecv was not compiled with Airspy support. Make sure to install the Airspy library before compiling goestools, and look for a message saying 'Found libairspy' when running cmake.
Aborted

要解决这个问题，只有安装了 Airspy 和 RTL-SDR 的驱动和支持库后，重新编译一次 Goestools。

Goestools 的配置文件位于 ~/goestools/etc/ 目录下，如果使用 RTL-SDR，需要对 goesrecv.conf 做一番修改，将第六行的 source = "airspy" 改为 source = "rtlsdr"，并注释掉 16～27 行的内容，在 29～34 行做相应调整，此外，配置文件中接收的频率保持默认就好。

编译安装 xrit-rx

什么鬼

这是专门用于接收 · 解码 GK2A 下行数据的一个工具，解码的数据以 .lrit 或是 .jpg、.png、.gif 的形式输出。xrit-rx 需要搭配 Goestools 食用。

编译安装 + 踩坑

xrit-rx 用 Python 3 编写，开箱即用，灰常方便。

博主先把仓库 Clone 到了本地，启动。

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BH4ERB@pc:~$ git clone https://github.com/sam210723/xrit-rx
BH4ERB@pc:~$ cd xrit-rx/src
BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ chmod +x xrit-rx.py
BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ python3 xrit-rx.py

然后… 报错了。

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Traceback (most recent call last):
  File "xrit-rx.py", line 10, in <module>
    from demuxer import Demuxer
  File "/home/xrit-rx/src/demuxer.py", line 6, in <module>
    import ccsds as CCSDS
  File "/home/xrit-rx/src/ccsds.py", line 8, in <module>
    from Crypto.Cipher import DES
ImportError: No module named 'Crypto'

原来是缺失模块，安装就好了。

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BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ pip3 install -r ~/xrit-rx/requirements.txt

安装好缺失模块后再试一次… 成功了。

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BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ python3 xrit-rx.py
┌──────────────────────────────────────────────┐
│    xrit-rx - LRIT/HRIT Downlink Processor    │
│         github.com/sam210723/xrit-rx         │
└──────────────────────────────────────────────┘

SPACECRAFT:       GK-2A
DOWNLINK:         LRIT (64 kbps)
INPUT SOURCE:     goesrecv (github.com/sam210723/goestools)
OUTPUT PATH:      /root/xrit-rx/received
KEY FILE:         EncryptionKeyMessage.bin.dec
VERSION:          1.0.2

Connecting to goesrecv (127.0.0.1)...[Errno 111] Connection refused

Exiting...

导入密钥

解码 GK2A 的数据需要用到一个密钥，直至目前，该密钥适用于 GK2A 卫星所有的下传数据。

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BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ wget --no-check-certificate https://c.ibcl.us/GK2A-Decode_20190811/EncryptionKeyMessage_001F2904C905.bin

然而这个密钥本身也是加密的，所以在食用前，还需要对密钥解密一次。

好在 xrit-rx 已经预置了解密的工具。

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BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ python3 tools/keymsg-decrypt.py EncryptionKeyMessage_001F2904C905.bin 001F2904C905

解密后生成的密钥名为 EncryptionKeyMessage.bin.dec，位于 xrit-rx 的 src 目录下。

万事俱备

运行软件

已经安装好了解码必须的软件，只需要运行对应的软件就可以了。

打开一个终端，先运行 Goesrecv，正常的话应该得到类似下面的回显。

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BH4ERB@pc:~$ goesrecv -i 1 -c ~/goestools/etc/goesrecv.conf
2019-08-10T13:12:29Z [monitor] gain: 15.41, freq:    -8.7, omega: 19.531, vit(avg): 1983, rs(sum):    0, packets:  0, drops:  5
2019-08-10T13:12:30Z [monitor] gain: 40.18, freq:  -101.0, omega: 19.531, vit(avg): 1684, rs(sum):    0, packets:  0, drops:  5
2019-08-10T13:12:31Z [monitor] gain: 60.61, freq: -1051.0, omega: 19.531, vit(avg): 1425, rs(sum):    0, packets:  0, drops:  8
2019-08-10T13:12:32Z [monitor] gain: 77.26, freq: -3263.5, omega: 19.531, vit(avg):  736, rs(sum):    0, packets:  2, drops:  4
2019-08-10T13:12:33Z [monitor] gain: 90.99, freq: -4634.3, omega: 19.531, vit(avg):   43, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:34Z [monitor] gain: 102.21, freq: -4609.4, omega: 19.531, vit(avg):   41, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:35Z [monitor] gain: 111.27, freq: -4615.9, omega: 19.531, vit(avg):   38, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:36Z [monitor] gain: 118.72, freq: -4596.9, omega: 19.531, vit(avg):   43, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:37Z [monitor] gain: 124.84, freq: -4568.5, omega: 19.531, vit(avg):   37, rs(sum):    0, packets:  7, drops:  0
2019-08-10T13:12:38Z [monitor] gain: 129.86, freq: -4592.8, omega: 19.531, vit(avg):   44, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:39Z [monitor] gain: 134.01, freq: -4578.2, omega: 19.531, vit(avg):   43, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0
2019-08-10T13:12:40Z [monitor] gain: 137.48, freq: -4583.3, omega: 19.531, vit(avg):   39, rs(sum):    0, packets:  8, drops:  0

然后另开一个终端，运行 xrit-rx，xrit-rx 随即会与 Goesrecv 模块建立连接，这时便开始解码了。

如果一切顺利，回显应该像下面这样。

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BH4ERB@pc:~$ cd xrit-rx/src
BH4ERB@pc:~/xrit-rx/src$ python3 xrit-rx.py
┌──────────────────────────────────────────────┐
│    xrit-rx - LRIT/HRIT Downlink Processor    │
│         github.com/sam210723/xrit-rx         │
└──────────────────────────────────────────────┘

SPACECRAFT:       GK-2A
DOWNLINK:         LRIT (64 kbps)
INPUT SOURCE:     goesrecv (github.com/sam210723/goestools)
OUTPUT PATH:      /home/BH4ERB/xrit-rx/src/received
KEY FILE:         EncryptionKeyMessage.bin.dec
VERSION:          1.0.2

Connecting to goesrecv (127.0.0.1)...CONNECTED
Decryption keys loaded
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────                                                                           


[VCID 0] GK-2A: FULL DISK

得到图像

一段时间后，xrit-rx 会自动将接收到的图片存为 .jpg 和 .gif 图像，生成的图像位于 /home/BH4ERB/xrit-rx/src/received，接收到的图片会自动根据时间来排序。

Docker 大法

为（作）了（为）方（Docker）便（的）起（信）见（徒），博主特地制作了一个用接收 GK2A 卫星的 Docker 镜像，以简化部署过程。

Dockerfile 位于 bclswl0827/GK2A-Docker，总的来说，部署只需要三步。

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BH4ERB@pc:~$ docker volume create xrit-rx
BH4ERB@pc:~$ sudo chmod -R 777 /var/lib/docker/volumes/xrit-rx
BH4ERB@pc:~$ docker run -d -i -t \
	--restart always \
	--name=GK2A \
	--device /dev/bus/usb \
	-e DEVICE=airspy \
	-e GAIN=50 \
	-p 0.0.0.0:5001:5001 \
	-p 0.0.0.0:5002:5002 \
	-p 0.0.0.0:5004:5004 \
	-p 0.0.0.0:6001:6001 \
	-p 0.0.0.0:6002:6002 \
	-v xrit-rx:/xrit-rx \
	bclswl0827/gk2a-docker:latest

需要注意的是，如果使用的是 RTL-SDR，则需要将部署命令中 airspy 字段替换为 rtlsdr。

此后，得到的图片便可在 Docker 持久卷路径 /var/lib/docker/volumes/xrit-rx/_data/src/received 下找到。

附上 BH4ERB 使用体验：

香疯了！！！

成果展示

FD

TYIA

UP50A

写在最后

续写接收大战

第一回合，我占上风，他比不过我，到了第六回合，他就主动认输了。
　　
第二局，他开始占上风，我也不甘势弱，我们僵持了一百多个回合，我因为轻敌，被他击败了。
　　
从那时开始，我就不轻敌了，我认真研究他的套路，于是我总结出了一种方案。
　　
第二天，我们举行第三局，他使用祖传方案，对我发动猛烈的攻击，我们势均力敌，平分秋色，我们比了 3 个多小时，也没分出胜负。
　　
后来，他不知不觉的睡着了，我趁着这个好机会，一记 rm -rf /*，打的他不敢还手，对他的打击比砸了他的天线和 SDR 还大。

改编自 《别样的碰碰车大战》。《别样的碰碰车大战》是我国作家张祥如创作的短篇小说，也是其代表作。作品讲述主人公凭着聪明才智，在强大敌人仵沉蛋的挑衅下，不畏强暴，敢于反抗，最后在碰碰车大战中取得胜利的故事。小说发表后，当时的社会流传“不读《碰碰车》，就无法在文坛混”的谚语。《别样的碰碰车大战》在叙事深度的挖掘上远远超出了同时代作家所能及的层次。它开创了后世“意识流小说”、“叙事小说”的先河。《别样的碰碰车大战》发表以来，被译成多种文字广为流传，Esu.wiki 收录了其原版作品。

关于 BH4ERB 大佬

希望大佬别找我麻烦…

BH4ERB 大佬现居上海，折腾 GK2A 卫星时正值台风利奇马过境。

是大佬果然不一样，说出来的话都辣么有气势…

我要看着台风从我头顶上过去。

博主还能说什么呢，希望天线不要被吹倒吧…

溜了溜了～～