Odbiór meteoobrazów (część 1.) Europejski portal Radio szynkowe

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 Z 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.

Polárny satelita používa moduláciu typu APT a geostacionárny WEFAX. Tieto metódy kódovania sú si veľmi podobné. Jediný podstatný rozdiel je v tom, že príjem z polárneho satelitu nemá žiadny začiatok ani koniec, prenos signálu na Zemi je nepretržité. Signály budeme prijímať vo forme čiernobielej obrazovej informácie (pseudo-zafarbenie prebieha až v PC), štandardným audio kanálom, kde zmena amplitúdy subnosnej 2400Hz vyjadruje úroveň jasu. Maximum modulácie subnosné je definované ako amplitúda označená číslom 8 na stupnici šedi, čo zodpovedá (87 ± 5)% (nesmie prekročiť 92%) modulácie a zodpovedá bielej farbe na snímke. Takto vzniknutý AM signál sa ďalej namoduluje na hlavnú nosnú v pásme 137 až 138MHz (pásmo 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 Z 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