docs: CopterHack-2022: C4S (Space clowns) (#394)

* Create c4s.md

* Edit article

* Update docs/ru/c4s.md

* Update c4s.md

* Add files via upload

Pictures for c4s project

* Add files via upload

One more picture for c4s

* Update c4s.md

* Update c4s.md

* Update c4s.md

* Update c4s.md

* Edit

* Update c4s.md

* Final article

Финальный вариант статьи

* Update c4s.md

* Update c4s.md

* Some editing

* Move the assets to subfolder

* Fix

* Redice images sizes

* List article

Co-authored-by: Oleg Kalachev <okalachev@gmail.com>

docs/en/copterhack2022.md

@@ -14,7 +14,7 @@ The proposed projects have to be open-source and be compatible with the Clover q
 |:-:|-|-|-|
 ||🇧🇾 FTL|[Advanced Clover 2](https://github.com/FTL-team/clover/blob/FTL-advancedClover2/docs/ru/advanced_clover_simulator.md)||
 ||🇷🇺 Stereo|[Neural obstacle avoidance](https://github.com/den250400/clover/blob/neural-obstacle-avoidance/docs/en/neural-obstacle-avoidance.md)||
-||🇷🇺 Space clowns|[Copter For Space](https://github.com/slavikyd/clover/blob/patch-3/docs/ru/c4s.md)||
+||🇷🇺 Space clowns|[Copter For Space](../ru/c4s.html)||
 ||🇧🇷 Atena - Grupo SEMEAR|[Swarm in Blocks](https://github.com/Grupo-SEMEAR-USP/clover/blob/Swarm_in_Blocks/docs/en/swarm_in_blocks.md)||
 ||🇷🇺 Clover Rescue Team|[Rescue Clover](clover-rescue-team.md)||
 ||🇷🇺 CopterCat|[CopterCat](../ru/copter_cat.html)||

docs/ru/SUMMARY.md

@@ -119,6 +119,7 @@
   * [Конкурс видео](video_contest.md)
   * [Образовательные конкурсы](educational_contests.md)
 * [Проекты на базе Клевера](projects.md)
+  * [Copter For Space](c4s.md)
   * [CopterCat CM4](copter_cat.md)
   * [Система мониторинга воздуха](air_monitor.md)
   * [Контроль соблюдения ПДД на выделенной полосе с дроном](lane_control.md)

docs/ru/c4s.md

@@ -0,0 +1,182 @@
+# «Copter For Space» (C4S) – принимаем данные со спутника на Клевер
+
+<img src="../assets/c4s/logo_c4s.jpg">
+
+[CopterHack-2022](copterhack2022.md), **команда Space clowns**.
+
+## Информация о команде
+
+Состав команды:
+
+* Илья Холодилов, https://t.me/ilyazxz, TeamLead, программист-инженер.
+* Вячеслав Демьяненко, https://t.me/SlavikYD, инженер-программист.
+* Андрей Пивоваров, https://t.me/DedAndrew, программист.
+* Ярослав Мухатдинов, https://t.me/Euenot2, инженер-конструктор.
+* Тимур Малышкин, https://t.me/Timur_Malyshkin, аналитик космических снимков и геопространственных данных (декодирование и постобработка данных), TechWriter.
+
+## Видео о проекте
+
+[![](https://i.ytimg.com/vi/g4s14v2qtwU/0.jpg)](https://youtu.be/g4s14v2qtwU)
+
+## Описание проекта
+
+Создание инженерного конструктора станции приёма данных L-диапазона с метеорологических спутников на базе «Clover-4.2».
+
+Наша цель - сделать конструктор доступнее, чтобы вовлечь как можно больше школьников в прикладные исследования в областях летающей робототехники, программирования, а также метеорологии.
+
+### Идея проекта
+
+#### Аперитив
+
+Однажды пятеро джентльменов, любуясь туманными горами Кабардино-Балкарии, решили проверить дерзкую, не имеющую аналогов в мире идею. А что если вместо программируемой руки-манипулятора или тяжёлой тросово-опорной конструкции, для переноса облучателя над фокальной плоскостью комплекса приёма космической информации использовать дрон или же сеть дронов?
+
+Прежде чем начать повествование об инновационной разработке, Вы, дорогой читатель, должны понимать основной принцип работы станций приёма космических данных. Предлагаем Вам ознакомиться с обучающими вебинарами (https://youtu.be/adclrJgpJWg), где на примере комплекса «Link To Space», разработанного инженерной компанией «LoReTT», описываются основные аспекты приёма, декодирования, обработки, постобработки, а также анализа космических снимков.
+
+#### Шоу начинается
+
+В далёком 1963-м году, в 15-ти километрах от маленького пуэрто-риканского городка Аресибо, была открыта одноимённая радиообсерватория. В 1974 году именно оттуда было отправлено легендарное «Послание Аресибо», адресованное внеземным цивилизациям. Помимо этого, данная радиообсерватория принимала активное участие в изучении дальнего космоса. В 2020-ом году, из-за усталости конструкции, лопнул один из тросов, удерживающих облучатель, что повлекло за собой разрушение не только облучателя, но и, частично, «зеркала» приёмного комплекса. На восстановление комплекса уйдут годы и миллионы долларов, поэтому Корнеллский университет и Научный фонд США – главные операторы обсерватории, - сочли нецелесообразным восстановление объекта. Кто знает, может быть, США могли бы совершить ещё не одно открытие в области изучения космоса.
+
+<img src="../assets/c4s/arecibo_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/arecibo_broken_c4s.jpg">
+
+Но давайте немного отыграем ситуацию назад. А что если вместо программируемой руки-манипулятора или тяжёлой тросово-опорной конструкции, для переноса облучателя над фокальной плоскостью комплекса приёма космической информации использовать дрон или же сеть дронов? А если это возможно, то почему бы не создать инженерный конструктор для школьных технологических кружков?
+
+### Использование платформы Клевер
+
+В качестве устройства для переноса облучателя над фокальной плоскостью был выбран «Clover 4 Code». Выбор Клевера – не случаен. Данный дрон имеет широкий спектр выполняемых задач, возможности для модификации и самостоятельной доработки под конкретные цели. Поскольку предполагается перенос массивного модуля электроники с облучателем, мы поставили на Клевер более мощные моторы и аккумулятор увеличенной ёмкости, установили улучшенные винты. Скорректировав PID-ы, Клевер без проблем взлетал и выполнял полётное задание с подвешенным на него оборудованием.
+
+#### От идеи до практической реализации
+
+Первым делом наши инженеры создали модели блока электроники, облучателя, опор коптера. Нельзя не отметить факт перераспределения ударной нагрузки на ножки в 3-х направлениях, что повышает срок службы оборудования, а также «выживаемость» дрона в случае аварийной посадки.
+
+<img src="../assets/c4s/drone_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/space-clowns/antennac4s.jpg">
+
+Блок электроники включает в себя всю необходимую аппаратуру для приёма и записи сигнала со спутника: SDR-приёмник, малошумящий усилитель (МШУ), блок питания МШУ, микрокомпьютер «Raspberry-Pi 4», облучатель.
+
+<img src="../assets/c4s/space-clowns/module_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/space-clowns/module2_c4s.jpg">
+
+Следующим шагом стало написание программной части. Было создано ПО для автономного полёта и записи принимаемого сигнала. Запись сигнала осуществлялась на Raspberry.
+
+<img src="../assets/c4s/space-clowns/code_c4s.png">
+
+https://github.com/petayyyy/Lorett/ (ссылка на наш репозиторий).
+
+Итак, в чём же новизна нашей разработки? Вместо роботизированного манипулятора, облучатель над «тарелкой» переносит дрон. Клевер взлетает и начинает полёт по заранее рассчитанной траектории приёма спутниковых данных (траектория рассчитывается на основе орбитальных параметров конкретного космического аппарата). Координаты пролёта спутника конвертируются в координаты маркеров, которые закреплены над плоскостью тарелки на радиопрозрачном баннере. Ориентируясь по ArUco-маркерам, Клевер пролетает по заданной траектории, принимая сигнал со спутника на облучатель и записывая его через SDR в память микрокомпьютера. По завершению пролёта, дрон совершает посадку. Для визуализации принципа действия дрона, предлагаем Вам взглянуть на фрагмент симуляции:
+
+https://youtu.be/tWtlljBtSvw
+
+После посадки дрона, мы переносим принятый сигнал на рабочий ноутбук, где приступаем к демодулированию и декодированию. Затем, можно начинать постобработку и анализ полученных данных. С помощью тематического ПО и анализа спутниковых снимков в разных цветовых каналах мы можем «вытащить» из них следующие данные: температура воды и подстилающей поверхности/верхней границы облаков, тип подстилающей поверхности, альбедо поверхности, тип облаков, водозапас облаков. Полученные данные помогут составить точный прогноз погоды для территории, с которой был принят сигнал.
+
+Примеры обработанных снимков:
+
+<img src="../assets/c4s/pic1_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/pic2_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/pic3_c4s.jpg">
+
+<img src="../assets/c4s/pic4_c4s.jpg">
+
+Пример снимка без обработки:
+
+<img src="../assets/c4s/shot_c4s.jpg">
+
+#### Взлёт разрешён
+
+Положив рядом жгут, много перевязочного материала, пустырник, мы преступили к испытаниям. Полёты проходили в разных местах нашей Родины, а также в разные сезоны. Первая серия полётов была в Нальчике (Кабардино-Балкарская Республика) на образовательной программе ОЦ «Сириус» в марте 2021 года. Горный ветер не щадил никого, ни уши испытателей, ни Клевер. Было много сомнений насчёт практической применяемости нашей новинки, но в конечном счёте, мы приняли сигнал. Результат декодирования произвёл эффект разорвавшейся бомбы. На экране ноутбука появилась полоска, шириной в несколько пикселей, которую смог воспринять HRPT-Reader (ПО для постобработки). Данное изображение было возможно просмотреть в разных цветовых каналах. Это могло значить только одно – при более «плавном» перемещении дрона, мы имеем все шансы получить идеальное изображение, как со станции «Link2Space».
+
+Принятая полоска:
+
+<img src="../assets/c4s/string_c4s.jpg">
+
+Видео тестовых полетов: https://youtu.be/xP1Ne3j95zU
+
+Вторые полётные испытания, после частичной доработки дрона (установка более мощных моторов, новых пропеллеров, доработка ПО), прошли в подмосковной Кубинке, на конкурсе «ИнтЭРА», проходившего в рамках международного военно-технического форума «Армия-2021». Казалось бы, всё должно пройти гладко, но одновременно с нами, на полигоне Алабино (в радиусе 5 км от нас) проходили «Международные армейские игры», где соревновались, в том числе военные-связисты. И результат их работы мы целиком и полностью ощутили на себе. Их средства подавления сигналов различного рода работали безотказно, что даже при приёме мощнейшего метеоспутника (китайский FengYun) мы получали 9 Гб «белого шума».
+
+Белый шум:
+
+<img src="../assets/c4s/white_noise_c4s.jpg">
+
+Видео с испытаний: https://youtu.be/k1ORpj3o-ew
+
+#### Доработка проекта в рамках "CopterHack 2022"
+
+### Модификация конструкции дрона
+
+Были доработаны опоры "Клевера" таким образом, что блок электроники и облучатель стали лучше защищены в случае аварийной посадки дрона. Также был решен вопрос совместимости компонентов и подобрана их наилучшая конфигурация. Каждый компонент так и просится на свое место.
+
+https://petayyyy.gitbook.io/copter-for-space/more/dev/3d-modeli-detalei - Ссылка на 3D-модели деталей
+
+https://disk.yandex.ru/d/SrQ9xaMjKvO6vw - STL-файлы моделей
+
+### Специальное оборудование
+
+Приёмная часть состоит из облучателя L-диапазона (ряд металлизированных дисков разных размеров, закрепленных при помощи шпильки на некотором расстоянии друг от друга), малошумящего усилителя соответствующих частот, тройника смешения(специальное устройство, позволяющее подавать питание на МШУ и принимать сигнал по одному проводу) и Программируемого радиоприемника (airspy sdr).
+
+МШУ (Малошумящий усилитель) – устройство, входящее в состав базовой станции (БС) и используемое для повышения чувствительности приемника в восходящем направлении UL (Uplink).
+
+Software-defined radio/SDR (рус.Программно определяемая радиосистема) — радиопередатчик и/или радиоприёмник, использующий технологию, позволяющую с помощью программного обеспечения устанавливать или изменять рабочие радиочастотные параметры, включая, в частности, диапазон частот, тип модуляции или выходную мощность, за исключением изменения рабочих параметров, используемых в ходе обычной предварительно определённой работы с предварительными установками радиоустройства, согласно той или иной спецификации или системы.
+
+Блок питания МШУ - регуляция входного и выходного напряжений.
+
+Облучатель − сосредоточенный элемент параболической антенны, находящийся в её фокусе (фазовом центре) или фокальной плоскости, формирующий диаграмму направленности и поляризацию антенны.
+
+### Программное обеспечение
+
+Основываясь на открытом программном коде был создан автоматический демодулятор-декодер (далее Д-Д), который мы назвали "SatDump". Позднее, возможности Д-Д были оптимизированы для Raspberry Pi с некоторыми дополнительными возможностями. Например - автоматическая демодуляция и декодирования данных с метеорологических спутников с возможностью просмотра спутниковых снимков в браузере.
+
+https://github.com/petayyyy/Lorett// - исходный код
+
+https://gitlab.com/lpmrfentazis/HRPTAutoDecoder - автодекодер.
+
+https://gitlab.com/lpmrfentazis/lorettorbital/-/blob/develop/lorettOrbital/orbital.py - библиотека “LoReTT Orbital” для расчёта расписания пролётов спутников и создания траектории перемещения облучателя дроном в фокальной плоскости “зеркала”
+
+https://github.com/petayyyy/Lorett// - сборник ПО для функционирования комплекса-конструктора, описанного в "ГитБуке"
+
+### Документация
+
+Концепция конструктора подразумевает из себя возможность  освоения обучающимися определенных компетенций в областях инжиниринга, программирования, радиотехники, летающей робототехники и работы с данными дистанционного зондирования Земли. Для комфортного освоения мы подготовили все необходимые учебные материалы:
+
+https://disk.yandex.ru/i/hJjB1w0ekQ0Lug - руководство по эксплуатация комплекса.
+
+https://petayyyy.gitbook.io/copter-for-space/ - инструкция по сборке, настройке и эксплуатации комплекса в удобном формате “ГитБука”.
+
+https://disk.yandex.ru/d/WOpfbO74N2cmPQ - инструкция по демодуляции и декодированию сигнала с метеорологических спутников, а также анализу полученных космических снимков.
+
+### Результаты
+
+1. Подготовлен сборник подробной документации по работе с комплексом-конструктором.
+2. Доработан конструктив дрона, улучшена “живучесть” и сбалансированность компонентов.
+3. Проведены образовательные мероприятия на площадках в Гимназии МГУ и “ФизТех-Лицее им.Капицы”, в ходе которых обучающиеся произвели монтаж и настройку комплекса-конструктора, а также выполнили сеансы приема данных с метеоспутников. После образовательной программы в ФТЛ был создан “ГитБук” для удобства работы с учебными материалами.
+4. Создано новое ПО для расчета расписания пролетов спутников и, в соответствии с параметрами ИСЗ, выбора оптимальной траектории движения дрона-манипулятора в фокальной плоскости “зеркала”. Разработан автоматический демодулятор-декодер “SatDump”.
+
+#### Список дополнительных компонентов
+
+Основные доп.компоненты:
+
+* DIATONE MAMBA TOKA 2207.5/2450KV - моторы.
+* HQProp DP6X4X3 PC (2 пары) - пропеллеры.
+* ONBO 4200mAh 4S 35C Lipo Pack - аккумулятор.
+
+Для более подробного ознакомления со списком компонентов и узнать, где приобрести данные комплектующие вы можете перейти в таблицу по ссылке ниже:
+
+https://docs.google.com/spreadsheets/d/19Gwm3lu31WgYOmuQ6WVm2aCMhhrhTMLTLWVspxvzfWs/edit#gid=0
+
+Для приобретения специального оборудования, свяжитесь с ИК "LoReTT", ввиду эксклюзивности данных компонентов.
+
+Контакты: ООО "Лоретт", Россия, г. Москва, Инновационный центр "Сколково", Большой бульвар, 42, стр. 1, офис 334, 121205.
+
++7 (985) 727-7630.
+
+contact@lorett.org.
+
+#### Перспективы
+
+Хочется отметить перспективы использования дрона или сети дронов для переноса облучателя на крупных приёмных комплексах. В будущем возможно использовать платформу Pelican. Данная конструкция значительно упростит обслуживание крупных антенн, а также снизит количество потенциальных узлов отказа.
+
+Безусловно, работа школьников с конструктором развивает в них не только инженерно-технические компетенции, но и научно-исследовательские! Платформа “Clover” предоставляет широкий спектр возможностей для модификации, кто знает, может быть, найдётся Левша, который модифицирует исходный конструктор так, что нам и не снилось! Познание мира - в экспериментах. А команда “SpaceClowns”, совместно с компанией “LoReTT” поможет в формировании будущих “Кулибиных”.

docs/ru/copterhack2022.md

@@ -14,7 +14,7 @@ CopterHack 2022 — это международный конкурс по ра
 |:-:|-|-|-|
 ||🇧🇾 FTL|[Advanced Clover 2](https://github.com/FTL-team/clover/blob/FTL-advancedClover2/docs/ru/advanced_clover_simulator.md)||
 ||🇷🇺 Stereo|[Neural obstacle avoidance](https://github.com/den250400/clover/blob/neural-obstacle-avoidance/docs/en/neural-obstacle-avoidance.md)||
-||🇷🇺 Space clowns|[Copter For Space](https://github.com/slavikyd/clover/blob/patch-3/docs/ru/c4s.md)||
+||🇷🇺 Space clowns|[Copter For Space](c4s.md)||
 ||🇧🇷 Atena - Grupo SEMEAR|[Swarm in Blocks](https://github.com/Grupo-SEMEAR-USP/clover/blob/Swarm_in_Blocks/docs/en/swarm_in_blocks.md)||
 ||🇷🇺 Clover Rescue Team|[Rescue Clover](../en/clover-rescue-team.html)||
 ||🇷🇺 CopterCat|[CopterCat](copter_cat.md)||