以下內容來自 EA4GPZ/M0HXM，翻譯：CQ業餘無線電
對於詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）不需要過多介紹，因為它可能是過去幾年中最重要和最知名的任務。它在 2021 年 12 月 25 日從法屬蓋亞那的庫魯發射到太陽 - 地球 L2 拉格朗日點的直接轉移軌道。JWST 使用 S 波段 2270.5 MHz 來傳輸遙測數據。科學數據將在 K 波段以 29.5 GHz 的頻率進行傳輸，速率高達 28 Mbps。
發射後，第一個從 JWST 獲取 S 波段信號的地面站是義大利航空航天局在肯亞馬林迪的 10 米天線。該地面站命令遙測速率從 1 kbps 增加到 4 kbps。在此之後，JWST 繼續向東移動，然後坎培拉的 DSN 跟蹤了它幾個小時。坎培拉所做的一件事是將遙測速率提高到 40 kbps，這顯然是任務中使用的最大值。
隨著 JWST 遠離地球，它的足跡開始向西移動。在坎培拉之後，JWST 被馬德里跟蹤。Edgar Kaiser 呼號 DF2MZ、Iban Cardona 呼號 EB3FRN 和其他歐洲業餘觀察員收到了 S 波段遙測信號。當 EB3FRN 開始接收信號時，它再次使用 4 kbps 速率，但一段時間後，馬德里將其切換到 40 kbps。
12 月 26 日 00：50 UTC，太空飛行器進行了第一次軌道矯正，這個過程持續了令人印象深刻的 65 分鐘。EB3FRN 抓住了這個動作造成的都卜勒頻率變化。
後來，在 7：30 到 11：30 UTC 之間，我一直在艾倫望遠鏡陣列的 6.1 米天線之一接收信號。遙測速率為 40 kbps，太空飛行器可能與戈德斯通鎖定，儘管它現在沒有出現在 DSN 中 。我將會像往常一樣在 Zenodo 中發布錄音，但由於文件相當大，我可能會降低採樣率，因此發布文件需要一些時間。
在本文的其餘部分中，我將介紹 JWST 的遙測數據，並首先查看遙測數據。JWST 遙測信號的較低速率配置使用帶有 40 kHz 子載波的 PCM / PSK / PM，而 40 kbps 配置使用 PCM / PM / NRZ。太空飛行器使用 CCSDS 串聯編碼，因此 4 kbps 配置實際上正好對應於 8 kbaud，而 40 kbps 是 80 kbaud。
根據 EB3FRN 記錄的數據，4 kbps 遙測使用單個（252，220）Reed-Solomon 碼字。這個選擇很有趣，因為它在卷積編碼器的輸入端給出了 2048 位的幀大小，同時考慮到了 ASM。一些中國的航天任務，如天問 1 號和嫦娥 5 號，都使用了這個碼字大小，因為他們使用的波特率是二的冪，比如 2048 或 16384 波特。通過具有 2048 位幀，可以獲得傳輸幀所需時間的倍數，例如 2 秒或 0.25 秒。但是，在 JWST 的情況下，波特率不是 2 的冪，而是"以 10 為底的整數"，例如 4000 或 40000。因此，他們無法獲得幀的這些倍數時間。因此，奇怪的是，他們選擇了（252220）的縮短大小，而不是（255223）的全尺寸。
40 kbps 遙測使用 5 個交錯 （252220） Reed-Solomon 碼字，因此總幀大小為 1100 信息字節。
我與 EB3FRN 的錄音一起使用的 GNU Radio 解碼器流程圖，其中包含 4 kbps 的遙測數據。如下圖所示。
用於 4 kbps 遙測的 GNU 無線電解碼器
不幸的是，EB3FRN 錄音中的 SNR 略低於解碼所需的 SNR，並且我無法正確解碼單個 Reed-Solomon 幀。儘管如此，考慮到數據有錯誤，人們可以查看幀並學習一些東西，因為里德-所羅門代碼是系統化的。這就是 r00t.cz 一直在對錄音做的事情。
對於 ATA 記錄中的 40 kbps 遙測，我使用了此流程圖，如下所示。
用於 40 kbps 遙測的 GNU 無線電解碼器（使用雙極化）
ATA 中的天線饋電使用雙線性極化（X 和 Y），因此自動極化模塊將兩個極化組合在一起以最大化 SNR。來自 JWST 的信號名義上是圓極化的（我認為是 RHCP），但由於低增益天線是貼片天線，並且我們無法直接從其孔徑方向看到它，因此通常我們會看到一些橢圓極化。我觀察到，在錄製開始時，X 偏振中的信號功率比 Y 偏振中的信號功率大得多。我將不得不檢查這在整個錄製過程中是如何演變的。下圖顯示了僅使用 X 偏振的信號頻譜。
X 偏振中的 SNR 幾乎不足以解碼，有些幀可以解碼，但有些幀不能解碼。通過結合兩種極化，我們獲得了一些 SNR，並且可以解碼大部分幀。
下圖顯示了在 ATA 錄製開始時運行的 GNU Radio 解碼器的 GUI。我們可以在左上角的光譜圖中看到 X 和 Y 極化之間的 SNR 差異。我們看到符號非常嘈雜，因此 Viterbi 和 Reed-Solomon 解碼器能夠解碼如此多的正確幀似乎很神奇。
GNU 無線電記錄與 ATA 記錄一起運行
JWST 傳輸的幀是 CCSDS AOS 幀。太空飛行器 ID 為 170（0xaa），與 NASA HORIZONS 和 SANA 註冊表中使用的 ID 相匹配。有兩個虛擬通道正在使用中：虛擬通道 0（承載遙測數據）和虛擬通道 63（僅空閒數據）。"僅空閒數據"幀的所有有效負載（AOS 主標頭之外的所有內容）都填充了字節，這是 ASCII。0x78x
大約 95% 的幀屬於虛擬通道 0。虛擬通道 0 中的幀包含使用 M_PDU 協議的 CCSDS 空間數據包。幀的最後 4 個字節是預告片。似乎預告片的內容循環遍歷值和每三幀（至少在錄製開始時）。我不確定這個預告片代表什麼。我不認為它是一個通信鏈路控制字（如 CCSDS TC 空間數據鏈路協議中所述），因為其中一個保留位設置為一個而不是零。但是，我不能完全排除這種可能性，因為其餘欄位的值可能有意義。0x010001eb0x0904019e0x09080100
下圖顯示了根據虛擬通道幀計數器中的跳轉在虛擬通道 0 中丟失的幀數。我們可以看到，在記錄結束時，隨著太空飛行器仰角降低並最終低於高程掩碼，錯誤率增加。總體而言，虛擬通道 0 中 76% 的幀已正確解碼。
許多空間數據包 APID 處於活動狀態。像往常一樣，我在 Jupyter 筆記本中完成了每個光柵圖。瀏覽這些柵格圖，我的印象是，有許多具有複雜的數據結構，儘管也有許多區域填充了零。下面的兩個圖顯示了 APID 外觀的一些示例。完整的情節列表可以在 Jupyter 筆記本中看到。
我還看到有許多欄位具有浮點數。這些通常具有獨特的"紋理"，因此在這些柵格圖中發現它們並不困難。
我嘗試遍歷了所有 APID，繪製了所有浮點欄位的值，儘管我沒有嘗試詳盡無遺，並且可能留下了一些。我還沒有見過像天問1的狀態向量數據那樣有趣的數據。大多數浮點欄位的寬度為 32 位（使用 IEEE 754 大端表示），但也有一些是 64 位寬的。
也許我發現更有趣的浮點通道是這三個相鄰的，它們出現在 APID 1201 中，也出現在 APID 1404 和 1727 中（在一些情況下，似乎相同或非常相似的數據出現在幾個不同 APID 的某些欄位中）。
APID 1201 中的浮點通道
另一組看起來很有趣的浮點通道是 APID 1755 中的以下 6 個相鄰通道。
APID 1755 中的浮點通道
這些情節的完整列表也在 Jupyter 筆記本中。目前，我不知道他們中的任何一個都顯示了什麼樣的數據。在解釋數據時應該小心，因為即使某些欄位在解釋為浮點時具有合理的值，也有可能不是真正的浮點數，而是整數。
也許我會在接下來的幾天內重新解析這些錄音，但現在我想發布我迄今為止所發現的。解碼後的幀在 Github 存儲庫中可用，並且可以使用 git-annex 獲得，如 README 中所述。