ARCTICPEAK

~ LA8OKA Martin ~

MOTTAK AV VÆRSATELLITTER

Denne siden ble siste gang oppdatert 02.11.15 av Martin Storli.

Mottakning av værsatellitter som går i bane over polene, såkalte polarbane værsatellitter er mye enklere enn hva mange tror. Alt man trenger er en egnet mottaker, en egnet antenne, en PC med lydkort og et program for å dekode signalene som satellittene sender ut.

Først litt om selve værsatellittene:

En polarbanesatellitt beveger seg i ca. 850 km høyde, og bruker litt over 100 minutter på et omløp rundt jorden. Jorden roterer mens satellitten går i fast bane i forhold til jordens akse.


Fig. 1: Dekning for et omløp rundt jorden

Figur 1 viser hvordan en satellitt beveger seg i et omløp rundt jorden. Mens satellitten beveger seg forover dekker den et 3000 km bredt område som vist som et lyst felt på figuren. Den røde linja viser nøyaktig over hvilke områder satellitten beveger seg. Dette kalles satellittens "ground track". Figur 1 viser at satellitten ikke når samme punkt etter et omløp rundt jorden.


Fig. 2: Omløp i løpet av et døgn 

Figur 2 viser hvordan sju påfølgende omløp beveger seg i forhold til jordens akse. Satellittens bane ligger ca. 10 grader mot vest i forhold til en lengdegrad. For hvert omløp roterer jorden 26 grader, slik at hver satellitt gjør 14 omløp på et døgn.  Pilene i figuren viser hvilken vei satellitten beveger seg. Tettheten av linjene viser at alle satellittbaner vil dekke polområdene.

Satellittenes høyde over bakken er tilpasset slik at den passerer over det samme området til nesten samme tid hver dag. Banen kalles da solsynkronisert. Solsynkroniseringen av NOAA satellittene gir god dekning over USA om morgenen og om ettermiddagen, amerikansk tid. På grunn av Norges plassering i forhold til USA vil de beste passasjene bli noen timer seinere. Selv om jorden bare roterer en gang under satellitten hvert døgn gir den to serier med data. I perioder av døgnet vil det være mange satellittpassasjer som gir gode bilder av Norge.

Sammenlignet med Norges plassering beveger satellitten seg mot vest for hvert omløp. Polarbanesatellitter beveger seg med stor hastighet over himmelhvelvingen, enten mot nord eller mot sør. Mens den beveger seg gjør satellitten sine målinger og sender dem som en kontinuerlig strøm av data til jorda. Dataene som sendes til jorden sendes som APT eller HRPT. APT (Automatic Picture Transmition) er et analogt dataformat som begrenser seg til visuell tolkning. APT krever relativt enkelt utstyr for å lese ned data fra satellittene. HRPT (High Resolution Picture Transmition) er et digitalt dataformat. Dette krever et mer avansert mottakningssystem. Fordelen med HRPT er at dataene kan brukes til beregning av ulike meteorlogiske størrelser.

For å kunne nyttegjøre seg av dataene med den beste kvaliteten er man avhengig av å kunne "se" satellitten mens den passerer over våre områder. Vi kan da lese ned data fra sydspissen av Italia og helt opp til nord for Svalbard.

Vi skal her konsentrere oss om mottakning av værsatellittenes APT sendinger, fordi man ikke trenger noe spesial utstyr for å motta disse sendingene. APT sendingene fra NOAA værsatellittene består av en tone på 2400 Hz som blir amplitudemodulert slik at en høy amplitude gir et lyst punkt i bildet, og en lav amplitude gir et mørkt  punkt i bildet. Ved å variere amplituden kan satellitten gjengi mørke og lyse områder på jorden. Den amplitudemodulerte tonen på 2400 Hz blir så frekvensmodulert inn på bærebølgen. På NOAA værsatellittene er bærebølgens frekvens enten 137.500 MHz eller 137.620 MHz, avhengig av hvilken satellitt man ønsker å motta bilder fra. APT sendingene fra NOAA værsatellittene har et frekvensutsving på ca. +/- 17 kHz, dette sammen med et Doppler skift* på ca. +/- 4.5 kHz  gjør at APT signalene vi mottar her på jorden fra NOAA værsatellittene har en båndbredde på ca. 43 kHz.

* Doppler skift er endringer i den utsendte frekvensen som følge av værsatellittens hastighet. Når satellitten er på vei mot oss har bærebølgen tilsynelatende en høyere frekvens, enn dersom satellitten hadde stått stille, og når satellitten er på vei fra oss har bærebølgen tilsynelatende en lavere frekvens, enn dersom satellitten hadde stått stille.

 

Egnede radiomottakere for mottakning av APT sendinger fra værsatellitter:

Vi skal ikke her gå inn på oppbyggingen av radiomottakere, men kun nevne det som er relevant i forbindelse med mottak av APT sendinger fra værsatellitter.

De fleste mottakere i dag er av en type som kalles en superheterodynmottaker. Alle superheterodynmottakere har et mellomfrekvenstrinn, i mellomfrekvenstrinnet sitter det et filter, dette filteret bestemmer hvor stor båndbredde av radiosignalet som slipper igjennom til mottakarens demodulator. Demodulatoren gjør om det høyfrekvente radiosignalet til et lavfrekvent lydsignal.

Det første kravet en mottaker for APT sendinger fra værsatellitter må oppfylle, er selvsagt at mottakeren må være i stand til å motta det riktige frekvensområdet. Frekvensområdet som er avsatt til værsatellittenes APT sendinger går fra 137.000 MHz til 138.000 MHz.

Radiosignalene fra satellittene er frekvensmodulert, derfor må mottakeren også være i stand til å motta signaler som er frekvensmodulerte. Til vanlig blir frekvensmodulasjon bare kalt FM. På mange bredbåndsmottakere kan man velge mellom flere forskjellige modulasjonsformer, de som egner seg best for mottak av værsatellittenes APT sendinger er følgende: WFM og FM. På noen mottakere kalles FM for NFM eller FM-N.

For å motta APT sendingene fra værsatellitter skal mottakeren ha et mellomfrekvensfilter med 40-50 kHz båndbredde, dessverre er det få mottakere som har et slikt filter. Typisk har bredbåndsmottakere et mellomfrekvensfilter med en båndbredde fra 12 kHz til 18 kHz i FM, og et mellomfrekvensfilter med en båndbredde fra 110 kHz til 300 kHz i WFM. Av dette ser vi at for de fleste mottakere så vil radiosignalet fra værsatellittene bli litt for bredt for FM og litt for smalt for WFM. For å finne ut hva som gir best bilde for en gitt mottaker er man nødt til å prøve seg frem.

Dersom båndbredden på mellomfrekvensfilteret er for smal vil man miste litt av informasjonen i radiosignalet, det kan gjøre det vanskelig å lage fargebilder av det mottatte signalet.

Dersom båndbredden på mellomfrekvensfilteret er for bred vil man få med seg all informasjonen i radiosignalet, men sjansene for at radiosignalet skal bli forstyrret øker.

Fra egne erfaringer har jeg oppdaget at selv med et 12 kHz mellomfrekvensfilter kan man motta overraskende gode bilder, men bildet blir litt kornete i lyse partier, og jeg får ikke laget fargebilder av signalet med SatSignal. (Vi kommer tilbake til SatSignal senere.) 50 kHz mellomfrekvensfilter gir klare og gode bilder, og det er ikke noe problem å få laget fargebilder.  Nedenfor er et utvalg av bilder mottatt med 12 kHz, 50 kHz og 230 kHz mellomfrekvensfilter.

Klikk på bildene for å se bildene i full størrelse.

   
Fig. 3: Satellittbilder mottatt med mellomfrekvensfilter på henholdsvis 12 kHz, 50 kHz og 230 kHz. 

Når man skal velge mellom bruk av WFM og FM, så skal man også være klar over at en mottakers følsomhet avtar med økende båndbredde, derfor kan man oppdage at en satellitt som gir sterke og gode signaler i FM, slett ikke kan høres i WFM. Den beste måten å finne ut hva som gir best bilde fra en gitt mottaker er å prøve seg frem. Dersom mottakeren er følsom nok til å gi gode bilder i WFM, så velger man det, er ikke mottakeren følsom nok i WFM, så velger man FM.

Det er viktig at man skrur helt ned for squelch'en på mottakeren når man skal motta bilder fra værsatellitter, ellers risikerer man at det blir sorte striper i bildet, eller at bildene blir svært korte. På mange mottakere kan man koble squelch'en helt ut. Ofte kalles denne funksjonen for Monitor.

Selv bruker jeg en mest en ICOM IC-PCR1000 som mottaker, fordelen med denne mottakeren er at den er en av de få mottakerne som har et 50 kHz mellomfrekvensfilter, det finnes også programmer som stiller inn denne mottakeren til riktig frekvens automatisk. En annen av mottakerne jeg bruker fra tid til annen er en YAESU VR-5000, fordelen med den er at den er svært følsom i WFM, slik at man kan etterbehandle det mottatte signalet med SatSignal. Man kan lese mer om YAESU VR-5000, ICOM IC-PCR1000 og WiNRADiO WR-1550e http://www.arcticpeak.com\radiotester\tester.htm

Antenner for mottakning av APT sendinger fra værsatellitter:


Fig. 4: Turnstile antenne.

Antennen er det viktigste for å få gode satellittbilder. Radiosignalet fra satellitten er litt spesielt fordi det roterer om sin egen akse, dette kalles sirkulærpolarisasjon. For å motta slike radiosignaler må vi ha en antenne som har samme polarisering. De vanligste antennetypene for mottakning av APT sendinger fra værsatellitter er følgende:

Turnstile antennen:
Dette er en antenne som består av to kryssete dipol antenner, som er koblet sammen i midten. De kryssete dipolene antennene kaller man for driver elementene. Under driverene plasserer man to kryssete reflektorer. Turnstile antennen ser med andre ord ut som 2 kryss (X) plassert oppå hverandre. (Se Figur 4.) Hver dipol er en halvbølgelengde lang, og reflektorene er ca. 10% lengre enn dipolene. Reflektorene er plassert ca. 0,375 bølgelengde under de kryssede dipolene. Reflektoren kan også lages av en stor metallplate.

Den sirkulærpolariserte Quad antennen:
Dette er en kvadratisk antenne som kan lages av en enkel ledning som henges opp på et kryss av plastrør eller lignende. Hver side av antennen er en kvart bølgelengde, og hele omkretsen på antennen er hel bølgelengde lang. Dette kaller man for antennens driver element. Under driveren plasserer man en reflektor som  er ca. 10% større enn driveren. Reflektorene er plassert ca. 0,375 bølgelengde under driveren. Reflektoren kan også lages av en stor metallplate.

Helix antennen:
Helix antennen ser ut omtrent som en kulepennfjær, den består av et langt spiralformet antenne element som er viklet på en slik måte at diameteren er omtrent en tredjedels bølgelengde, og avstanden mellom viklingene er omtrent en kvart bølgelengde. Under er det plassert et jordplan.

Quadrafilar antennen:
Quadrafilar antennen består av to vridde loopantenner, en lang og en kort. I bunnen av er de to loopene koblet sammen. Quadrafilar antennen er av mange regnet for å være den beste antennen for mottak av APT signaler fra værsatellitter. En beskrivelse for hvordan man kan bygge en Quadrafilar antenne finner man på denne siden: http://abdallah.hiof.no/~borrel/QFH/

Fig. 5: Byggebeskrivelse for en sirkulærpolarisert Quad antenne med balun og en Turnstile antenne med balun.

 

Programmer for mottak av APT sendinger fra værsatellitter:

Den vanligste måten å dekode APT signalene fra værsatellittene på i dag er at man kobler radiomottakeren sin lydutgang til en inngangen på PC-ens lydkort. I PC-en har man så et program som dekoder lydsignalene og gjør de om til bilder. De amerikanske NOAA satellittene sender ut to bilder, et bilde av det synlige spekteret og er infrarødt bilde, i figur 6 er det vist et eksempel på dette.

Klikk på bildet for å se bildet i full størrelse.

Fig. 6: Bildet sånn det blir sendt fra satellitten, man kan se den infrarøde delen til venstre og den synlige delen til høyre.

På værsatellittprogrammene har mulighet for å velge om man vil dekode kun det infrarøde eller kun det synlige bildet, eller eventuelt et komposittbilde i farger. Fargebildet blir satt sammen av det infrarøde og det synlige bildet. Man kan velge hvordan værsatellittprogrammene skal dekode informasjonen fra det infrarøde og det synlige bildet, slik at fargebildet kan vise forskjellige ting som for eksempel temperaturen på havoverflaten, temperaturen på skyene, gjøre landmasser grønne og vann blått osv. Nedenfor er det vist noen eksempler på bilder etter prosessering.

Klikk på bildene for å se bildene i full størrelse.

Fig. 7: Bilde av det synlige spekteret.

Fig. 8: Bilde av det infrarøde spekteret med inntegnet kart.

Fig. 9: Komposittbilde i farger som er sammensatt av det infrarøde 
og det synlige bildet med inntegnet kart.

Det vil føre altfor langt å fortelle om alt man kan gjøre med disse programmene, derfor skal jeg bare kort fortelle litt om det tre mest populære programmene for mottakning av APT sendinger fra værsatellitter.

WXSat:
WXSat er et veldig populært program som dekoder APT signalene direkte og viser de på direkte på skjermen. WXSat kan stilles inn slik at det automatisk lagrer et bilde på PC-ens harddisk eller slik at det automatisk lagrer en lydfil på PC-ens harddisk, eller begge deler. Å lagre APT signalet fra værsatellittene som en lydfil er svært fordelaktig, siden dette gir muligheter for avansert signalbehandling i etterkant av for eksempel WXSat eller SatSignal.
WXSat er helt gratis og kan lastes ned fra http://www.hffax.de/html/hauptteil_wxsat.htm

SatSignal:
SatSignal er et program som kan etterbehandle bilde og lydfilene som WXSat lager, dersom man betaler 50$ kan man åpne opp programmet slik at man får enda flere funksjoner, blant annet inntegning av kart.
En av finnesene til SatSignal er at det har en automatisk nivåregulering slik at man slipper å kalibrere lydnivået på mottakeren og lydkortet. Det er verdt å merke seg at for å benytte SatSignal må man ta opp lydsignalene på forhånd, det enkleste er å la WXSat gjøre dette automatisk. For å tegne kart trenger man også et program som heter WXTrack, dette programmet kan lastes ned fra samme side som SatSignal.
Gratis versjonen av SatSignal kan lastes ned fra http://www.satsignal.net

WXtoImg:
WXtoImg er et svært avansert program som som dekoder APT signalene direkte og viser de på direkte på skjermen. WXtoIMg kan også stilles inn slik at det automatisk lagrer et bilde på PC-ens harddisk eller slik at det automatisk lagrer en lydfil på PC-ens harddisk, eller begge deler. Slik at man senere kan benytte WXtoImg til etterbehandling. Noen av de mange finnesene til WXtoImg inkluderer automatisk publisering av de mottatte bildene på en hjemmeside, styring av forskjellige radioer, beregning av passeringstidspunkter, inntegning av kart etc. For å få tilgang til alle funksjonene i WXtoImg må man betale 59,95 US$ for standardversjonen og 94,95 US$ for proffversjonen.
Gratis versjonen av WXtoImg kan lastes ned fra http://www.weather.net.nz/wxtoimg/

APTDecoder:
APTDecoder er det nyeste værsatellittprogrammet, det er meget avansert og har alt man trenger innebygd, slik at man slipper å bruke flere programmer, når man kjører APTDecoder. APTDecoder kan styre flere mottakere, slik som f.eks. ICOM IC-R1500, IC-PCR1500 og IC-PCR1000.
APTDecoder er i helt gratis og kan lastes ned fra http://www.poes-weather.com/

Passeringstidspunkter og Kepler elementer:

Strengt tatt så trenger man ikke å vite når værsatellittene passerer, både WXSat og WXtoImg er laget slik at de automatisk kan lage et bilde og lagre det på harddisken når det kommer et signal fra en passerende værsatellitt. Men det er nå litt gøy likevel da å vite på forhånd når man kan regne med å få et godt bilde. Kepler elementer er et sett med tall som beskriver satellittens bane matematisk. Kepler elementene blir brukt av spesielle dataprogrammer for å beregne passeringstidspunktene. Man kan lese mer om Kepler elementene på denne Internet siden: http://www.drig.com/keplerian/index.htm
Fordi satellittenes bane ikke er helt stabil er man nødt til å oppdatere sine Kepler elementer med jevne mellomrom.

Kepler elementer kan hentes på disse Internet sidene:

Kepler elementer fra Celestrak

http://www.celestrak.com/

Kepler elementer fra AMSAT

http://www.amsat.org/
amsat/ftp/keps/current/nasa.all

Det finnes et stort utvalg av programmer for å beregne passeringstidspunktene til værsatellittene, nedenfor har jeg listet opp to av de mest brukte:

FootPrint
FootPrint er et enkelt og brukervennlig program som gir brukeren all den informasjonen man trenger. FootPrint kan lage lister over fremtidige passeringer som man kan skrive ut eller lagre som en tekst fil på PC-en. Programmet kan settes opp slik at man får en lydalarm når en utvalgt satellitt nærmer seg.
FootPrint er gratis og kan lastes ned fra: http://myweb.tiscali.co.uk/wxsatellite/footprint.htm

Click for a bigger image

WXTrack:
WXtrack er et svært avansert program som i tillegg til å lage lister over passeringer kan tegne et bilde av hvordan satellittbildet vil se ut under en gitt passering. WXTrack kan settes opp slik at det automatisk oppdaterer sine kepler elementer. SatSignal trenger WXTrack for å lage kart. WXTrack kan også brukes til automatisk styring av rettningsantenner. Dersom man betaler 24.50£ kan man åpne opp programmet slik at man får enda flere funksjoner.
Gratis versjonen av WXTrack kan lastes ned fra http://www.satsignal.net

Det første bildet!

Dersom man ikke får et lite kick når man mottar sitt første satellittbilde bør man se seg om etter annen hobby straks, det er utrolig morsomt når man ser de første utydelige linjene komme frem på skjermen. De første bildene man mottar vil nesten alltid være noe dårligere enn de bildene man ser på forskjellige Internet sider. Men det er ingen grunn til å fortvile, litt justering og eksperimentering med værsatellittprogrammet og lydkontrollen på mottakeren og lydkortet gjør at man etter kort tid vil få bra bilder. Å motta bilder fra værsatellitter er ingen heksekunst, men man skal være varsom, man kan fort bli avhengig! Utenforstående blir også lett imponert når man kan dra frem sine egne satellittbilder, og fortelle hvordan været så ut da bildet ble tatt. Norges Meteorologisk Institutt har laget en glimrende Internettside der de forklarer i detalj hvordan man skal tolke satellittbilder, for mer informasjon se: http://met.no/met/met_lex/q_u/sat_tolkning.htm
Nedenfor er den en tabell med mange nyttige linker for de som er interessert i å prøve å motta sine egne satellittbilder fra værsatellitter.

Lykke til!
LA8OKA Martin Storli
Kilder:
Norges Meteorologisk Institutt Internet sider
The ARRL Handbook for Radioamateurs

Man kan se utklipp fra noen av bildene jeg har mottatt fra værsatellitter her.

På Tromsø Satellite Station sin hjemmeside kan man se daglige høyoppløselige satellittbilder av Norge.

Frekvenser for APT sendinger fra satellitt:

Satellitt:

Frekvens [MHz]

Polarisasjon:

NOAA 12 og 15

137.500

RHC

NOAA 14 og 17

137.620

RHC

NOAA 18 og NOAA 19

137.100* eller 137.9125*
(* Bare en frekvensene benyttes om gangen)

RHC

Meteor/Resurs
Ingen Meteor/Resurs er for tiden aktive.

137.850, 137.300

RHC

Sich/Okean
Det er sporadisk aktivitet fra Sich-1M.

137.400

RHC

Nyttige værsatellitt linker:

ScannerNytt's Satellittforum

Norsk Internet basert diskusjonsforum for mottakning av værsatellitter.

http://www.scannernytt.net/
phpBB3/viewforum.php?f=13

WXSat

Dekodings program

http://www.hffax.de/html/
hauptteil_wxsat.htm

SatSignal

Dekodings program

http://www.satsignal.net

APTDecoder

Dekodings program

http://www.poes-weather.com/

WXtoImg

Dekodings program

http://www.wxtoimg.com/

FootPrint

Trackings program

http://myweb.tiscali.co.uk/
wxsatellite/footprint.htm

AMSAT

Radioamatørenes satellitt organisasjon

http://www.amsat.org

Kepler elementer

Keppler elementer fra Celestrak

http://www.celestrak.com/

Kepler elementer

Keppler elementer fra AMSAT

http://www.amsat.org/
amsat/ftp/keps/current/nasa.all

Satellitt Status Informasjon.

Her kan man se status for de amerikanske værsatellittene.

http://noaasis.noaa.gov/
NOAASIS/ml/status.html

Antenner for sirkulærpolarisasjon

Den øverste antennen er det drivende elementet i en sirkulærpolarisert quad antenne, og den nederste antennen er det drivende elementet i en turnstile antenne.

http://www.arcticpeak.com/
antennapages/satant.htm

Tolkning av satellittbilder

Norges Meteorologiske institutts side om tolkning av bilder fra værsatellitter.

http://met.no/met/met_lex
/q_u/sat_tolkning.htm

Quadrafilar antenne

Denne antenne konstruksjonen er regnet for å være den beste for mottak av værsatellitter med en fastmontert antenne.

http://abdallah.hiof.no/~borrel/QFH/

Turnstile antenne

God tegning av en turnstile antenne.

http://home.online.no/~sondred/
Gamle%20sider/satant.htm

NOVA

Trackings program

http://www.nlsa.com/

WXTrack

Trackings program

http://www.satsignal.net

GUIDE

A Guide to Decoding A.P.T. Weather Satellite Images
Using a Sound-card and WXSAT software

http://myweb.tiscali.co.uk/
wxsatellite/guide.htm

ON1CAU sin satellittside

Gode linker!

Mye nyttig info om radioamatørsatellitter, værsatellitter med mer!

http://users.skynet.be/
on1cau/index.htm

NOAA

NOAA Satellite Information Services

http://noaasis.noaa.gov/

Software

Diverse software

http://myweb.tiscali.co.uk/
wxsatellite/software.htm

HFFax

Mye informasjon om mottakning av Fax både på kortbølge og via satellitt.

http://www.hffax.de

Remote Imaging Group

RIG er en av de største klubbene for folk med interesse for mottak av værsatellitter.

http://www.rig.org.uk/

Dallas Remote Imaging Group

Dallas Remote Imaging Group

http://www.drig.com/index.htm

 

TILBAKE TIL ARCTICPEAK's RADIO SIDE