Erstellung eines Fahrplans für Bodenstations-Pässe mit Skyfield

Warum brauchst du einen lokalen Passplaner

Wenn Sie eine SatNOGS-Station, eine Amateurfunkhütte, die AO-91/ISS/NOAA verfolgt, oder ein Cubesat-Bodensegment im Frühstadium betreiben, benötigen Sie automatische Passvorhersagen. Kommerzielle Tools (STK, NOVA) sind übertrieben. Die kostenlosen Web-Prädiktoren (AMSAT, Heavens-Above) schreiben nicht gut. Da STK Cloud im März 2026 untergeht, ist Skyfield — der moderne Python-Nachfolger von PyEphem — die sauberste kostenlose Alternative.

In diesem Beitrag wird ein vollständiger Bodenstationsplaner in etwa 80 Python-Zeilen beschrieben: Holen Sie sich neue TLEs, berechnen Sie die Pässe der nächsten 24 Stunden für eine Satellitenliste, filtern Sie nach Mindesthöhe, berechnen Sie den Doppler für Ihre Downlink-Frequenz und senden Sie iCalendar aus, sodass Pässe in Ihrer Kalender-App erscheinen.

Installieren

pip install skyfield requests icalendar

Das war's. Skyfield ruft beim ersten Durchlauf seine eigenen Ephemeriden (DE421, IERS) ab — etwa 17 MB werden lokal zwischengespeichert.

Schritt 1: Aktuelle TLEs abrufen

TLEs driften — benutze sie innerhalb von 7 Tagen nach der Epoche. Ruft den aktuellen Elementsatz von Celestrak ab:

from skyfield.api import load

stations_url = 'https://celestrak.org/NORAD/elements/gp.php?GROUP=amateur&FORMAT=tle'
sats = load.tle_file(stations_url)
by_name = {s.name: s for s in sats}
print(f'Loaded {len(sats)} amateur-radio satellites')

Wählen Sie Ihre Ziele nach Namen aus (in der Celestrak-Datei wird zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden):

targets = [
    by_name['AO-91 (FOX-1B)'],
    by_name['ISS (ZARYA)'],
    by_name['NOAA 19'],
    by_name['GreenCube (IO-117)'],
]

Schritt 2: Definiere deine Bodenstation

from skyfield.api import wgs84, load

ts = load.timescale()
my_station = wgs84.latlon(40.0150, -105.2705, elevation_m=1624)  # Boulder, CO
min_elevation_deg = 10  # horizon mask to skip low passes

Verwenden Sie den Parameter elevation_m— er wirkt sich erheblich auf den Neigungsbereich bei niedrigen Höhenwinkeln aus.

Schritt 3: Finden Sie Ereignisse, die auf-, kulminieren und untergehen

from datetime import timedelta

t0 = ts.now()
t1 = ts.from_datetime(t0.utc_datetime() + timedelta(hours=24))

for sat in targets:
    t, events = sat.find_events(my_station, t0, t1,
                                altitude_degrees=min_elevation_deg)
    # Group into rise/peak/set triples
    triples = zip(t[0::3], t[1::3], t[2::3])
    for rise, culm, setting in triples:
        # Peak elevation
        topo = (sat - my_station).at(culm)
        alt, az, dist = topo.altaz()
        print(f'{sat.name:30s}  {rise.utc_iso():20s}  peak {alt.degrees:4.1f}°  slant {dist.km:4.0f} km')

Ignoriere Satelliten, die sich bereits über dem Horizont bei t0 befinden (die Eventliste beginnt mit einem Kulminat-/Satzpaar).

Schritt 4: Doppler-Shift über einen Pass

Bei Amateur-UHF (435 MHz) kann ein Durchgang Ihren Mobilfunkanbieter um ±10 kHz verschieben — Ihr Receiver muss das verfolgen. Berechnung des Momentan-Dopplers anhand der Reichweitenrate:

import numpy as np

FREQ_HZ = 435_800_000  # AO-91 downlink
C = 299_792_458.0      # m/s

def doppler_shift(sat, observer, t):
    """Positive when satellite approaching (received frequency is higher)."""
    # Numerical range rate from 1s apart
    dt = 1.0  # seconds
    t_next = ts.from_datetime(t.utc_datetime() + timedelta(seconds=dt))
    r0 = (sat - observer).at(t).distance().m
    r1 = (sat - observer).at(t_next).distance().m
    range_rate = (r1 - r0) / dt  # m/s, positive = moving away
    return -FREQ_HZ * range_rate / C  # Hz, positive = approaching

# Sample across a pass
for pct in [0, 25, 50, 75, 100]:
    t_sample = ts.from_datetime(
        rise.utc_datetime() + (setting.utc_datetime() - rise.utc_datetime()) * pct / 100
    )
    d = doppler_shift(sat, my_station, t_sample)
    print(f'  {pct:3d}% pass:  doppler = {d:+8.0f} Hz')

Bei einem typischen 6-minütigen AO-91-Overhead-Pass werden Sie einen Doppler-Sweep von etwa +10 kHz (Anstieg) über 0 (Zenit) bis −10 kHz (eingestellt) sehen. Verfolgen Sie dies auf dem Haupt-VFO des Funkgeräts, damit Sie kein Signal verlieren.

Schritt 5: Verknüpfen Sie das Budget für jeden Pass

Sobald Sie den Neigungsbereich ermittelt haben, geben Sie ihn in den rftools Free-Space Path Loss Calculator ein oder berechnen Sie ihn direkt:

def fspl_db(distance_m, freq_hz):
    return 20 * np.log10(4 * np.pi * distance_m * freq_hz / C)

# At zenith of an AO-91 pass (~800 km slant at 40° elevation from Boulder)
fspl = fspl_db(800_000, FREQ_HZ)
print(f'FSPL = {fspl:.1f} dB')  # ~143 dB

Für ein vollständiges Monte-Carlo-Link-Budget mit ITU-R-Ausbreitungsmodellen verwenden Sie den Satellite Link Budget Analyzer und teilen Sie die Szenario-URL mit Ihrem Stationslogbuch.

Schritt 6: Senden Sie iCalendar aus, damit die Pässe in Ihrem Kalender erscheinen

Hier wird der Scheduler für Menschen nützlich:

from icalendar import Calendar, Event
from datetime import datetime
import pytz

cal = Calendar()
cal.add('prodid', '-//rftools ground station//')
cal.add('version', '2.0')

for sat in targets:
    t, events = sat.find_events(my_station, t0, t1, altitude_degrees=10)
    triples = zip(t[0::3], t[1::3], t[2::3])
    for rise, culm, setting in triples:
        topo = (sat - my_station).at(culm)
        alt, az, _ = topo.altaz()
        ev = Event()
        ev.add('summary', f'{sat.name} (peak {alt.degrees:.0f}°)')
        ev.add('dtstart', rise.utc_datetime())
        ev.add('dtend', setting.utc_datetime())
        ev.add('description', f'Culminate at {culm.utc_iso()}, AZ {az.degrees:.0f}°')
        cal.add_component(ev)

with open('passes.ics', 'wb') as f:
    f.write(cal.to_ical())
print('Wrote passes.ics — import into Google Calendar / Apple Calendar / Outlook')

Importiere passes.ics in Apple-Kalender/Google-Kalender/Outlook und du erhältst 5 Minuten vor jedem Durchgang Push-Benachrichtigungen.

Schritt 7: Starte es auf Cron

Fügen Sie das Skript in ~/bin/station-passes.py ein und cronieren Sie es einmal täglich:

# Refresh pass schedule nightly at 03:00 local
0 3 * * * /usr/bin/python3 ~/bin/station-passes.py > ~/passes.ics 2>> ~/station.log

Verbinde es mit curl --upload-file mit einem Webdav-Kalender und dein Handy sieht jeden Pass automatisch.

STK Cloud Stück für Stück ersetzen

Für Amateur-/Cubesat-/kleine kommerzielle Unternehmen ersetzt das kombinierte Toolkit die täglichen Treiberfunktionen von STK Cloud:

Weiterführende Literatur

• Skyfield-Dokumentation
• Celestrak TLE-Kataloge
• rftools Satellite Pass Predictor — gehostete Version dieses Schedulers für die gängigsten Amateursatelliten
• Migration von STK Cloud: Kostenlose Alternativen — der Begleitbeitrag zum Ersetzen des gesamten STK-Workflows