Ondro (zawin) ist der Autor der Artikelserie über den Empfang von NOAA-Meteorbildern. Der Originalartikel ist unter www.svetelektro.com zu finden. Danke!
V tejto prvej časti sa budem venovať problematike satelitov NOAA, ktoré využívam na prijem meteorologických snímkov zeme. Zameriam sa na ich rozdelenie, vlastnosti, kódovanie dát, moduláciu a vysielacie frekvencie. V dalších článkoch sa budem venovať anténe na príjem NOAA satelitov a samotný príjimač z hladiska charateristiky a konštrukcie.
Ich hoffe, dass das Thema Sie interessiert und Ihren Horizont der Elektrotechnik erweitert 🙂
Verteilung und Empfang von Satelliten
Der Bereich der Satelliten, der mich interessierte, sind die sogenannten WXSAT (Wettersatellit – Satelliten zur Wetterüberwachung). Diese Satelliten können in zwei grundlegende Gruppen eingeteilt werden:
– Geostationär – Sie ändern ihre Position relativ zur Erde nicht (METEOSAT 7, GMS-5, GOES-E ...)
– Orbitalsatelliten mit polarer Umlaufbahn - sind relativ zur Erde in Bewegung (NOAA, Meteor und andere..)
Die NOAA-Gruppe (National Oceanic and Atmospheric Administration) wurde zum Gegenstand meines Interesses. Diese Satelliten bewegen sich in polaren Umlaufbahnen um die Erde in einer Entfernung von 800 bis 1200 km, sie überfliegen jeden Tag ungefähr zur gleichen Zeit den gleichen Ort. Jedes Mal, wenn sie die Erde umrunden, passieren sie dicht an den Nord- und Südfeldern – daher der Name Polarpole. Die Zeit, um den gesamten Globus zu umrunden, beträgt etwa 102 Minuten.
Die genaue Flugzeit über einem bestimmten Standort können wir ermitteln, indem wir die „Keplerschen Elemente“ berechnen, die den aktuellen Weg des ausgewählten Satelliten beschreiben. Zur Berechnung des Fluges und der aktuellen Position der Satelliten werden heute zahlreiche PC-Programme eingesetzt. Ich selbst nutze das Programm lieber Orbitron in Version 3.71 (Abb. 1). Es zeigt die aktuelle Position der Satelliten an und kann auch ihre nächsten Umlaufbahnen vorhersagen, außerdem bestimmen, ob der Satellit während des Vorbeiflugs beleuchtet wird oder nicht, und vieles mehr.
Feige. Nr. 1: Beispiel des Orbitron-Programms
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Bei der Übertragung von Daten von NOAA-Satelliten gibt es in unseren Breiten weder Anfang noch Ende. Die Ausstrahlung erfolgt während der gesamten Flugzeit des Satelliten. Wenn der Satellit am Horizont erscheint, ist zunächst der Rand des empfangenen Bildes verrauscht und das Signal nimmt allmählich zu. Am Ende, wenn der Satellit unter den Horizont fällt, wird das Signal allmählich schwächer, bis es vollständig verloren geht. Die Flugdauer über unserem Standort beträgt ca. 10 Minuten.
Derzeit gibt es 4 aktive NOAA-Satelliten, die Daten mit einer Frequenz von 137 MHz übertragen – NOAA-15, NOAA-17, NOAA-18, NOAA-19. Der letzte NOAA-19-Satellit, der am 6. Februar 2009 gestartet wurde, hat uns gezeigt, dass diese Satelliten auch heute noch benötigt werden.
Die Sendefrequenzen der Satelliten sind wie folgt:
NOAA 15 137,50 MHz
NOAA 17 137,62 MHz
NOAA 18 137,10 MHz
NOAA 19 137,9125 MHz
Bei der Übertragung von Daten von NOAA-Satelliten gibt es in unseren Breiten weder Anfang noch Ende. Die Ausstrahlung erfolgt während der gesamten Flugzeit des Satelliten. Wenn der Satellit am Horizont erscheint, ist zunächst der Rand des empfangenen Bildes verrauscht und das Signal nimmt allmählich zu. Am Ende, wenn der Satellit unter den Horizont fällt, wird das Signal allmählich schwächer, bis es vollständig verloren geht. Die Flugdauer über unserem Standort beträgt ca. 10 Minuten.
Modulation und Datenformat
Von NOAA-Satelliten ausgestrahlte Bilder bestehen aus Zeilen von 0,5 Sekunden Dauer, die den Sensordaten entsprechen. Sie liefern ein Bild der Erdoberfläche mit Daten aus zwei Kanälen. Auf Kanal A wird ein Bild im sichtbaren Teil des Spektrums (VIS) ausgestrahlt, auf Kanal B ein Bild im Infrarotteil (IR). Jede Zeile enthält Daten von beiden Kanälen (Zeitmultiplex) und besteht aus einer Folge von durch Rahmenmodulation übersetzten Trenntönen.
Den Daten in Kanal A geht ein kurzer Impuls von 1040 Hz voraus, und ebenso geht den Daten in Kanal B ein kurzer Impuls von 832 Hz voraus. Jede Zeile enthält außerdem eine Kalibrierungssequenz. Dadurch kann die zur Dekodierung verwendete Software dann nur den ausgewählten Bildtyp anzeigen oder das Bild mit dem Bildschirmrand synchronisieren.
Der Polarsatellit verwendet APT-Modulation und geostationäres WEFAX. Diese Kodierungsmethoden sind sehr ähnlich. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Empfang vom Polarsatelliten keinen Anfang und kein Ende hat, die Übertragung des Signals zur Erde erfolgt kontinuierlich. Wir erhalten die Signale in Form von Schwarz-Weiß-Bildinformationen (Pseudofärbung findet nur im PC statt) über einen Standard-Audiokanal, wobei die Änderung der Amplitude des Hilfsträgers 2400 Hz den Helligkeitsgrad ausdrückt. Das Maximum der Hilfsträgermodulation ist definiert als die durch die Zahl 8 auf der Grauskala angegebene Amplitude, die (87 ± 5) % (darf 92 %) der Modulation entspricht und der weißen Farbe im Bild entspricht. Das so erzeugte AM-Signal wird auf den Hauptträger im 137- bis 138-MHz-Band (FM-Band) weitermoduliert.
APT-Format: Das APT-Bildformat ist in Abb. 2 dargestellt. Hier sind sowohl der A- als auch der B-Kanal zu sehen, unterteilt in 16 Teile, die der Kalibrierung des Bildes dienen. Jeder Teil besteht aus acht aufeinanderfolgenden Bildzeilen. Beachten wir also, dass die Teile 1 bis 14 in den Bildern beider Kanäle identisch sind. In Abb. 3 sehe dieses APT-Format bereits „in der Praxis“, wie ich es vom Satelliten empfangen habe 🙂
Feige. Nr. 2: APT-Format
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Feige. Nr. 2: APT-Format in der Praxis
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Quelle: www.svetelektro.com