스카이필드와 함께 지상역 패스 스케줄 작성하기

로컬 패스 스케줄러가 필요한 이유

SatNOGS 방송국, AO-91/ISS/NOAA를 추적하는 아마추어 라디오 쉑 또는 초기 단계의 큐브샛 그라운드 구간을 운영하는 경우 자동 패스 예측이 필요합니다.상용 도구 (STK, NOVA) 는 무용지물입니다.무료 웹 예측 변수 (AMSAT, Heavens-Above) 는 스크립트를 제대로 작성하지 못합니다.STK Cloud 서비스가 2026년 3월에 종료되는 지금, 가장 깨끗한 무료 대안은 PyEphem의 최신 파이썬 후속 버전인 Skyfield 입니다.

이 게시물에서는 새 TLE을 가져오고, 위성 목록의 다음 24시간 패스를 계산하고, 최소 고도를 기준으로 필터링하고, 다운링크 주파수에 대해 도플러를 계산하고, 캘린더 앱에 패스가 표시되도록 iCalendar를 내보내는 등 약 80줄의 Python으로 완전한 지상국 스케줄러를 살펴봅니다.

설치

pip install skyfield requests icalendar

그게 다야.스카이필드는 최초 실행 시 자체 에페메리드 (DE421, IERS) 를 가져옵니다. 약 17MB가 로컬에 캐시됩니다.

1단계: 현재 TLE 가져오기

TLE는 드리프트 (drift) — 에포크 후 7일 이내에 사용할 수 있습니다.Celestrak에서 현재 요소 세트를 가져오세요:

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')

이름을 기준으로 대상을 선택하세요 (Celestrak 파일에서는 대소문자를 구분합니다).

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

2단계: 그라운드 스테이션 정의

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

elevation_m파라미터를 사용하십시오. 이는 낮은 고도각에서의 경사 범위에 중대한 영향을 미칩니다.

3단계: 상승/절정/설정 이벤트 찾기

Satellite.find_events()함수는 이벤트의 단순 목록 (0 = 상승, 1 = 절정, 2 = 세트) 을 반환합니다.세 배로 처리하세요.

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')

t0지평선 위에 이미 있는 위성은 무시하십시오 (이벤트 목록은 절정/설정 쌍으로 시작함).

4단계: 패스 상에서의 도플러 시프트

아마추어 UHF (435MHz) 의 경우 패스 한 번으로 캐리어가 ±10kHz 정도 이동할 수 있으므로 수신기가 추적해야 합니다.레인지레이트로 순시 도플러 계산하기:

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')

일반적인 6분 AO-91 오버헤드 패스의 경우 약 +10kHz (상승) 에서 0 (제니스) 에서 -10kHz (세트) 까지의 도플러 스위프를 볼 수 있습니다.라디오의 메인 VFO에서 이 내용을 추적하면 신호가 손실되지 않습니다.

5단계: 각 패스의 연결 예산

범위가 기울어지면 rftools 자유 공간 경로 손실 계산기 에 입력하거나 인라인으로 계산하세요.

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

ITU-R 전파 모델을 사용한 전체 몬테카를로 링크 예산을 확인하려면 위성 링크 예산 분석기 를 사용하고 시나리오 URL을 스테이션 로그북과 공유하십시오.

6단계: 패스가 캘린더에 표시되도록 iCalendar를 내보냅니다.

이렇게 하면 스케줄러가 사람에게 유용하게 쓰일 수 있습니다.

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')

passes.ics을 애플 캘린더/구글 캘린더/아웃룩으로 가져오면 모든 패스 5분 전에 푸시 알림을 받을 수 있습니다.

7단계: 크론에서 실행

~/bin/station-passes.py안에 스크립트를 드롭하고 하루에 한 번 크론하십시오:

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

curl --upload-file과 함께 webdav 캘린더에 연결하면 휴대폰에 모든 패스가 자동으로 표시됩니다.

STK Cloud를 하나씩 교체하기

아마추어/Cubesat/소규모 커머셜 운영의 경우 통합된 툴킷이 STK Cloud의 일상적인 드라이버 기능을 대체합니다.

미션 디자인 무역 연구 또는 기관 프로그램의 경우 여전히 데스크톱 STK 또는 NASA GMAT이 필요합니다.AMSAT 설계 검토를 포함하여 이를 제외한 모든 사항에 대해서는 Skyfield+ rftools 스택이 완성되었습니다.

더 읽어보기

• 스카이필드 문서
• 셀레스트락 TLE 카탈로그
• rftools 새틀라이트 패스 프리딕터 — 가장 일반적인 아마추어 위성을 위한 이 스케줄러의 호스팅 버전
• STK 클라우드에서 마이그레이션하기: 무료 대안 — 전체 STK 워크플로우 교체에 관한 관련 게시물
• UHF 큐브샛 링크 버젯 크기 조정 — 처음부터 끝까지 작업한 예제