CanSat in Greece 2025

Η δευτερεύουσα αποστολή του CanSat έχει ως επιστημονικό στόχο την τηλεπισκόπηση της γης. Θα ληφθούν εικόνες κατά την πτήση, οι οποίες μετά την προσγείωση (α) θα διορθωθούν γεωμετρικά με την μέθοδο της ορθοαναγωγής, και (β) θα αναλυθούν για την εξαγωγή συμπερασμάτων ως προς τα χαρακτηριστικά της περιοχής (βλάστηση, ύπαρξη νερού, κλπ) με χρήση νευρωνικού δικτύου δικής μας σχεδίασης κ υλοποίησης. Το CanSat μπορεί να δεχθεί εντολές από τον Επίγειο Σταθμό για επιλεκτική χρήση 2ης κάμερας, ώστε να καταγράφει εικόνες από διαφορετικές οπτικές γωνίες.

Για την λήψη των εικόνων χρησιμοποιούνται δύο κάμερες ESP-32CAM με αισθητήρα OV2640 ο οποίος καταγράφει στην ορατή RGB περιοχή του φάσματος (380-720nm). Οι εικόνες αποθηκεύονται τοπικά στο CanSat και η επεξεργασία τους θα γίνει μετά την προσγείωση, ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για την περιοχή (βλάστηση, ύπαρξη νερού, κλπ). Έχουμε δημιουργήσει και εκπαιδεύσει ένα Multi-Layer Perceptron νευρωνικό δίκτυο για τον σκοπό αυτό.

Η τεχνική καινοτομία με την οποία πειραματιζόμαστε είναι η ασύρματη οπτική επικοινωνία μεταξύ των δύο επεξεργαστών του CanSat.

Ο κεντρικός επεξεργαστής του CanSat (ο οποίος ελέγχει τους αισθητήρες και βρίσκεται σε επικοινωνία με τον Επίγειο Σταθμό) επικοινωνεί ασύρματα με τον 2ο επεξεργαστή (ο οποίος ελέγχει τις κάμερες).

Επειδή δεν υπάρχουν (σε κόστος και μέγεθος που να μπορούν να ενσωματωθούν στο CanSat) πομποί που να διαμορφώνουν και να αποστέλλουν σήματα στο ορατό φάσμα, όπως επίσης δεν υπάρχουν αντίστοιχοι δέκτες που να λαμβάνουν και να αποδιαμορφώνουν τέτοια σήματα, αποφασίσαμε να τους υλοποιήσουμε συνδυάζοντας απλά υλικά και κώδικα.

Tα υλικά που χρησιμοποιούμε είναι ένα LED για τον πομπό και μια φωτοναντίσταση (LDR) για τον δέκτη. Το LED εκπέμπει φωτεινά σήματα καθοδηγούμενο από τον κώδικα του πρωτοκόλλου που σχεδιάσαμε. Η LDR λαμβάνει τα φωτεινά σήματα και μέσω κώδικα αυτά μετατρέπονται σε δεδομένα.

Το πρωτόκολλο που σχεδιάσαμε περιλαμβάνει λειτουργίες που γίνονται στο Physical Layer και στο Data Link Layer και τα βασικά χαρακτηριστικά του είναι τα εξής:
1. Τα δεδομένα χωρίζονται σε frames σταθερού μεγέθους.
2. Στην αρχή κάθε frame υπάρχει preample (συγκεκριμένος δυαδικός κωδικός) που δείχνει την αρχή νέου frame και βοηθά στον συντονισμό μεταξύ πομπού κ δέκτη.
3. Μεταξύ των data bit παρεμβάλλονται control bits σε συγκεκριμένες θέσεις, τα οποία υπολογίζονται σύμφωνα με τον αλγόριθμο Hamming, ώστε να είναι εφικτή η ανακάλυψη (και πιθανώς η διόρθωση, χωρίς αναμετάδοση) λαθών που θα συμβούν κατά τη διάδοση.
4. Χρησιμοποιούμε Line Code 3Β/4Β για την μετατροπή των δεδομένων σε σειρές bit που δεν περιλαμβάνουν περισσότερα από δύο ίδια συνεχόμενα bit. Αυτό γίνεται για τον καλύτερο συγχρονισμό μεταξύ πομπού κ δέκτη (διότι δεν έχουν κοινό ρολόι).
5. Στο τελικό σήμα γίνεται διαμόρφωση πλάτους On-Off Keying.

Τα παραπάνω χαρακτηριστικά υλοποιούνται με κώδικα που τρέχει στους επεξεργαστές του CanSat.