Ondro (zawin) jest autorem serii artykułów na temat recepcji obrazów meteo NOAA, oryginał artykułu można znaleźć na stronie www.svetelektro.com. Dzięki!
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.
Mam nadzieję, że zagadnienie Cię zainteresuje i poszerzy Twoje horyzonty z zakresu elektrotechniki 🙂
Dystrybucja i odbiór satelitów
Obszar satelitów, który mnie zainteresował to tzw WXSAT (Satelita pogodowy - satelity do monitorowania pogody). Satelity te można podzielić na 2 podstawowe grupy:
– Geostacjonarne – nie zmieniają swojego położenia względem Ziemi (METEOSAT 7, GMS-5, GOES-E...)
– satelity orbitalne o orbicie polarnej - są w ruchu względem Ziemi (NOAA, Meteor i inne..)
Przedmiotem mojego zainteresowania stała się grupa NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Satelity te poruszają się po orbitach polarnych wokół Ziemi w odległości od 800 do 1200 km, codziennie przelatują nad tym samym miejscem mniej więcej o tej samej porze. Za każdym razem, gdy okrążają Ziemię, mijają pola północne i południowe – stąd nazwa bieguny polarne. Czas okrążenia całego globu wynosi około 102 minuty.
Dokładny czas lotu nad daną lokalizacją możemy wyznaczyć obliczając „elementy keplerowskie”, które opisują aktualną trasę wybranego satelity. Obecnie do obliczania lotu i aktualnej pozycji satelitów wykorzystuje się wiele programów komputerowych. Ja osobiście wolę korzystać z programu Orbitron w wersji 3.71 (rys. 1). Wyświetla aktualną pozycję satelitów, a także potrafi przewidzieć ich kolejne orbity, dodatkowo określić, czy satelita będzie oświetlony podczas przelotu, czy nie, i wiele więcej.
figa. Nr 1: Próbka programu Orbitron
|
Przesyłanie danych z satelitów NOAA nie zawiera początku ani końca na naszych szerokościach geograficznych. Nadawanie odbywa się przez cały czas lotu satelity. Po pierwsze, gdy satelita pojawia się na horyzoncie, brzeg odbieranego obrazu jest zaszumiony i sygnał stopniowo rośnie. Na koniec, gdy satelita spadnie poniżej horyzontu, sygnał stopniowo słabnie, aż do całkowitego zaniku. Czas przelotu nad naszą lokalizacją wynosi około 10 minut.
Obecnie istnieją 4 aktywne satelity NOAA transmitujące dane na częstotliwości 137 MHz - NOAA-15, NOAA-17, NOAA-18, NOAA-19. Ostatni satelita NOAA-19, który został wystrzelony 6 lutego 2009 roku, pokazał nam, że satelity te są nadal potrzebne.
Częstotliwości nadawania satelitów są następujące:
NOAA 15 137,50 MHz
NOAA 17 137,62 MHz
NOAA 18 137,10 MHz
NOAA 19 137,9125 MHz
Przesyłanie danych z satelitów NOAA nie zawiera początku ani końca na naszych szerokościach geograficznych. Nadawanie odbywa się przez cały czas lotu satelity. Po pierwsze, gdy satelita pojawia się na horyzoncie, brzeg odbieranego obrazu jest zaszumiony i sygnał stopniowo rośnie. Na koniec, gdy satelita spadnie poniżej horyzontu, sygnał stopniowo słabnie, aż do całkowitego zaniku. Czas przelotu nad naszą lokalizacją wynosi około 10 minut.
Modulacja i format danych
Obrazy nadawane z satelitów NOAA składają się z linii trwających 0,5 sekundy, odpowiadających danym z czujników. Dostarczają jeden obraz powierzchni Ziemi zawierający dane z dwóch kanałów. Na kanale A nadawany jest obraz w widzialnej części widma (VIS), a na kanale B obraz w części podczerwonej (IR). Każda linia zawiera dane z obu kanałów (multipleks czasowy) i składa się z sekwencji tonów separujących przetłumaczonych poprzez modulację ramki.
Dane w kanale A poprzedzone są krótkim impulsem o częstotliwości 1040 Hz i podobnie dane w kanale B są poprzedzone krótkim impulsem o częstotliwości 832 Hz. Każdy wiersz zawiera także sekwencję kalibracji. Dzięki temu oprogramowanie służące do dekodowania może następnie wyświetlić tylko wybrany typ obrazu lub zsynchronizować obraz z krawędzią ekranu.
Satelita polarny wykorzystuje modulację typu APT i geostacjonarną technologię WEFAX. Te metody kodowania są bardzo podobne. Jedyną istotną różnicą jest to, że odbiór z satelity polarnego nie ma początku ani końca, transmisja sygnału na Ziemię jest ciągła. Sygnały w postaci czarno-białej informacji obrazowej (pseudokolorowanie odbywa się tylko w komputerze PC) otrzymamy poprzez standardowy kanał audio, gdzie zmiana amplitudy podnośnej 2400 Hz wyraża poziom jasności. Maksimum modulacji podnośnej definiuje się jako amplitudę wskazywaną przez cyfrę 8 na skali szarości, która odpowiada (87 ± 5)% (nie może przekraczać 92%) modulacji i odpowiada białemu kolorowi obrazu. Powstały w ten sposób sygnał AM jest dalej modulowany do głównej nośnej w paśmie 137 do 138 MHz (pasmo FM).
Format APT: Format obrazu APT pokazano na ryc. 2 i widać tu oba kanały A i B, podzielone na 16 części, które służą do kalibracji obrazu. Każda część składa się z ośmiu kolejnych linii obrazu. Zwróćmy więc uwagę, że części od 1 do 14 są identyczne na obrazach z obu kanałów. Na ryc. 3 już widzę ten format APT „w praktyce”, tak jak go odebrałem z satelity 🙂
figa. Nr 2: format APT
|
figa. Nr 2: Format APT w praktyce
|
Źródło: www.svetelektro.com