COMO OBTENER LAS IMAGENES - Radioaficionados, Satelites Polares y Comunicaciones

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SATELITES POLARES


  El sistema  necesario para convertir en imágenes la información que emiten los  satélites meteorológicos y oceanográficos  consiste en una antena , un preamplificador, una línea de transmisión , un receptor,  un demodulador y un ordenador.

   La señal de radio que emite el satélite  se convierte, por medio del receptor  en una señal audible , es decir, asequible al oído humano . Se necesitara después una “interface”entre el receptor y el ordenador , para que el ordenador pueda entender las señales audibles de la radio. Esta “interface”es el demodulador . Es decir, que para presentar la imagen en una pantalla hay que hacer dos tareas : primero hay que convertir   la amplitud “volumen”variable del tono de la subportadora de la señal del satelite en una tensión variable (los detalles y explicaciones después ) que a su vez  por medio de un conversor analógico_ digital, se convierte en señales digitales que pueden ser procesadas por un ordenador. Este proceso es demodulacion . después el ordenador debe presentar en el monitor, en forma de imagen , la señales digitales que recibe del demodulador. De ello se encarga  un programa del que se hablara después.

   Utilizando técnicas sofisticadas , los satélites meteorológicos miden de modo remoto algunas magnitudes como la temperatura, la cantidad de vapor de agua , etc.,Cuyo conocimiento permite comprender mejor el complejísimo proceso de evolución de la atmosfera.Todos estos satélites cumplen su misión transmitiendo la información . De modo digital , en imágenes de alta resolución a estaciones terrestres especialmente preparadas para ello. Aunque no es imposible que un aficionado pueda recibirlas , los equipos necesarios son costosos .Pero afortunadamente estos satélites transmiten también imágenes analógicas en baja resolución que no son difíciles de recibir y de presentar.


Frecuencias de APT de algunos satélites meteorológicos ( se listan los satélites que se pueden recibir desde la Península Ibérica :

 NOAA 15 : 137 ,6200 MHz en FM. .......HRPT.....1702,5127..Mhz.
 NOAA 18 : 137 ,9125 MHz en FM ........HRPT.....1702.4793.Mhz.
 NOAA 19:  137.1000 Mhz en FM...........HRPT.....1698,0284..Mhz.

   Estos satélites satelites, están en orbitas  polares,  y a una altura sobre la Tierra que es de unos 800 KM.se mueven derprisa  por el cielo y cada pase puede durar unos 12 minutos de media . Todos ellos  envían  a  Tierra la información en dos chorros . El primero es digital ( BPSK) y las imágenes son de alta resolución .El segundo , llamado analógico(FASH), contiene parte de la información del primero y las imágenes están rebajadas en resolución , y es a estas a las que hay acceso mas o menos sencillo y de las que vamos a tratar aquí. El proceso de la extracción de la información analógica de la digital o primaria tiene lugar en el satélite .

   La resolución en tierra de las imágenes de estos satélites es la siguiente:
   NOAA : unos 4Km en APT y 1,1 Km en HRPT.

   Es decir , que un píxel (punto luminoso , que se supone cuadrado ) en la pantalla del ordenador representa ( mas o menos )la superficie de un cuadrado de 4Km de lado (en el punto subsatelite, que es el punto de la Tierra que esta justo debajo de satélite), si la imagen es del APT de  un satélite NOAA , etc.

 El modo de retransmisión a Tierra de la información analógica , que es de la única de la que se va a hablar aquí  , que tienen  estos satélites, se llama AM-FAX .Como es sabido el FAX se invento para transmitir , sobre todo en HF , texto o imágenes en dos tonos :blanco y negro .Haciendo un barrido  por líneas del texto o imagen que se quiere retransmitir , resulta que una línea es una sucesión de puntos que solo pueden ser B o N es decir, que solo pueden tomar dos valores, asignando a cada uno de estos valores un tono de dos preestablecidos y transmitiendo  por radio esta sucesión de tonos se obtiene el llamado FAX . El cual es de modo rápido y fiable de enviar textos , huellas digitales , esquemas , mapas , etc.

 Estos tipo de modulación (llamado  FM-FAX) tiene una desviación (= diferencia de frecuencia entre los dos tonos) muy pequeña ,normalmente de 800 Hz , y por eso puede demodularse con un receptor normal de banda lateral.

 Los satélites meteorológicos usan una variante de esta idea para enviar la información , cuando lo hacen en su modo analógico , APT . La idea consiste en transmitir una portadora de FM modulada por un tono(la subportadora )de frecuencia consaste (2.400 Hz )y con una desviación de +/-17 kHz. Dicho tono esta modulado en amplitud ( es decir,en volumen ) por una señal de video de l as que reciben los radiómetros del satélite . Por ello la  señal que se escucha en el receptor , si bien es constante en frecuencia , parece temblorosa e inestable . Además , este tono de 2.400 Hz tiene un máximo de amplitud, que corresponde al blanco . Y aunque la amplitud , que (volumen) no llega nunca a cero , puede caer hasta el 5% del máximo , lo que corresponde al negro. Los valores intermedios entre los limites negro y blanco (5%y 100 de la amplitud, respectivamente ) representan los diversos tonos de gris que aparecen en la línea que el satélite esta transmitiendo.

 El hecho de que el nivel de modulación  no llegue  nunca a 0 es muy conveniente para poder compensar el desplazamiento  Doppler , por ejemplo , si se esta demodulando la señal con una tarjeta de sonido , lo que resultaría en una velocidad de muestreo incorrecta .

  La transmisión de los satélites de la NOAA , en el modo analógico y de baja resolución ( APT), se compone de dos medias líneas., cada una con un contenido informativo diferente ( canales  Ay B ), cada uno de los  cuales tiene  su  tiene su propia sincronización  . 7 puntos  de 1040 Hz para el canal Ay 7 pulsos de 832 Hz  para el canal B . Las dos medias líneas corresponden a diferentes regiones del espectro . La frecuencia con la que se transmite las líneas es de 120 por minuto , es decir, de 2 líneas por segundo o de 1 línea cada medio segundo . Es decir, que cada media línea dura ¼ de segundo.

 Los satélites de la NOAA llevan entre  otros instrumentos un radiómetro de  barrido(AVHR) Que recibe en 5 canales simultáneamente . La imagen completa y con plena resolución de estas “camaraa”se transmiten en modo digital y en el formato de alta resolución (HRPT) en 1,7 GHz. Para el modo analógico en 137 MHz se seleccionan 2 de los 5 canales , y se retransmiten rebajados en resolución y uno a continuación  del otro ( lo que se llama multiplexado en tiempo ).Son los canales A y Bantes citados . Los canalesdel radiómetro son :

Canal :1:0,58 a 0,68 micrómetros ,  que corresponde a la luz visible .    Canal 2:0,725 ª 1,1 micrómetros , que corresponde al rojo visible y cercano infrarrojo .
Canal 3:3,55 a 3,93micrometros , que corresponde al infrarrojo medio.  Canal 4:10,3 a 11;3 micrómetros , que corresponde al lejano infrarrojo .
Canal 5 :11,5 a 12,5 micrómetros , que correspóndela lejano infrarrojo.

Los canales 1 y 2 son sensibles a la radiación solar (6.000 ºC), y por tanto recogen la luz solar reflejada por la Tierra . Son útiles para observar la nubes , los  contornos de costa, la nieve en las cumbres , , etc. Los canales 4 y 5  , en cambio son sensibles a la radiación propia de la Tierra (0 ºC). Por eso estos canales son  útiles para la evaluación de temperaturas ( por ejemplo m del mar) y para la observación de nubes especialmente de noche...El canal 3 esta entre medias y es sensible a temperaturas terrestres , muy altas como pueden ser los fuegos , emisiones de calor de industrias ,etc. Normalmente los canales 2 (VIS)y 4 (IR) son los que se recanalizan a través de los canales A y B del APT ,durante el día, mientras que los canales 3 (IR medio ) y 4 son los que se retransmiten durante la noche .

 En algunos pases al anochecer o al amanecer se capturan imágenes en las que se puede ver claramente la conmutación  de un modo a  otro . Puede ocurrir también alguna vez, cuando se hace mantenimiento de los sensores infrarrojos , que el satélite  transmita dos imágenes visibles iguales una al lado de la otra. ¡Si además es de noche entonces las dos imágenes son totalmente negras!

Los datos de enlace con el NOAA-14 son los siguientes:

     Estabilidad de la emisión: +/- 3 khz.
    Desplazamiento Doppler máximo: +/- 3 khz.
    Ancho de banda de la emisión : +/- 17 khz.

Potencia EIRP: 36,7 dbm.
    Polarización de la antena del satélite: Circular derecha.
    Perdida de enlace en el vació: -141,3db  (a 2000 kmtrs)
    Ancho de banda del receptor terrestre: 50 khz.

     Para que una señal sea descodificable es preciso que el nivel de la señal sea por los menos de 10db por encima del nivel de ruido, pudiendo este valor llegar a 16 db o mas en el futuro.

     Vamos a hacer la cuenta de que ganancia necesita nuestro sistema de recepción, es decir, una estación terrestre para lograr al menos estos 13 db necesarios para obtener una imagen limpia. La señal que llega del satélite a la antena es de 36,7 dbm (decibelios sobre milivatio) que emite el transmisor del satélite, menos 141,3 db de la perdida del enlace= -104,6 dbm. El nivel (potencia) del ruido en la frecuencia 137 MHZ en un receptor de 50 khz de ancho de banda es de –120,6 dbm. Con lo que la relación señal/ruido es de –104,6 + ganancia de la estación – (-120,6)= 16,0 db + ganancia de la estación. Quitando los 13 db necesarios apar que la señal sea descodificable quedan 3,0 db de reserva por encima de la ganancia de la estación. Todo ello suponiendo que no exista QRM ciudadano (lo cual, según el sitio, es mucho suponer). Se puede concluir por tanto, que una antena omnidireccional, un previo para 145 MHZ que podría no tener ganancia en 137, y un  receptor normalito, de manera que sumado todo tuviera 0 Db de ganancia , serviría para recibir el NOAA-14 ,SIEMPRE QUE EL ANCHO DE BANDA DEL RECEPTOR SEA DE 50 kHz.

 A la vista de las especificaciones de más arriba resulta que el ancho de banda de la emisión es de 34 kHz , y sin embargo se insiste en la conveniencia de 50 kHz a cada lado por lo que pueda ocurrir . Es fácil ver en el Instantrack que lo que puede ocurrir ocurre , y que el Dopler puede superar , y de hecho a menudo es así ,los 3 kHz (que es la que tienen los receptores musiqueros para la banda de FM comercial ),entonces la relación señal /ruido está por debajo de los 0 dB con lo que la señal no es descodificable.

 Así pues, la FM ancha es demasiado ancha y la FM estrecha de nuestros receptores es demasiado estrecha . Es necesario, por tanto, un receptor que tenga un ancho de banda de 50 kHz .
Como los 137 MHz estan  cerca de los 144 MHz, malo será que las antenas y el preamplificador no sean válidos . Algunos se empeñan en decir que no son suficientes , pero niego rotundamente esta afirmación .

 Una antena de torniquete , es decir, dos dipolos cruzados delante de dos o más reflectores (Yagui 2+2 ).Los dipolos deben ir desfasados 90° con un latiguillo de ¼ de onda de 90 Ohm para tener polarización circular  derecha que es lo que piden estos satélites. En vertical , ya que la información que mas interesa es la que llega cuando el satélite esta justamente encima . Esta antena es fácil de hacer y tiene rendimiento suficiente.

 También dan buen resultado las llamadas”batidoras de huevos “pero son, mecánicamente, más complicadas de hacer . Eléctricamente hablando , son iguales que las de torniquete, salvo que los dipolos son cerrados (y no deben hacer contacto entre ellos en el punto de más arriba).


 Con las antenas que algunos usan para lo satélites digitales y que tienen polarización circular y seguimiento automático las imágenes son muy buenas  como las mejores . Además no todos tienen una estación automática para los satélites digitales y no por ello es imposible recibir satélites polares con sólo un pequeño esfuerzo.

 Aconsejable pero no necesario es un preamplificador, por lo de sumar dB. Vale cualquiera de 145 MHz que no sea especialmente bueno . Mi previo favorito tiene un factor de ruido muy bajo y está sintonizado en 145,000 MHz  Los filtros helicoidales que tiene en la entrada no dejan pasar ninguna señal en 137 . Es de banda muy estrecha y está diseñado para EME. Todos los demás preamplificadores que he probado han resultado válidos . Los previos para 2 m . que usan un BF981 son buenos para este trabajo.

 Como cable coaxial es suficiente con un RG-58 en tiradas de menos de 10 metros y RG-213 en tiradas mayores .

  En el receptor  está el punto clave . Cuando estuvo claro para mí que era necesario un receptor par 137 MHz con un ancho de banda de 50 kHz ( lo que se dice muy deprisa , pero que ocupó un depresivo y largo período de tiempo en el que no había manera de saber por qué un buen receptor y recibiendo señales fuertes del satélites daba como resultado imágenes desastrosas), la solución vino bajo la forma de un receptor viejo que tenía y que era de conversión simple. Después de hacer una cuenta se cambió el cristal y se resintonizaron los pasos. Se conectó todo y se obtuvo la primera imagen del NOAA –12.La calidad resultó más que aceptable .

Pero hay otras posibilidades :modificar el receptor que uno tenga sustituyendo el filtro o los de las frecuencias intermedias o ,  poniendo uno más ancho en paralelo , con un conmutador .Sin embargo la experiencia (y la de algunos amigo )me ha demostrado que las modificaciones de los equipos convencionales de radioaficionado permiten mejorar la recepción de los satélites meteorológicos  hasta cierto punto , pero por más que he metido el soldador en los equipos , nunca he sabido lograr la calidad y los resultados que se obtienen con un receptor específico para esta misión .








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