Востаннє змінено 03/06/2022
Сьогодні розкажу, як отримати знімок Землі із супутників NOAA у межах міста з мінімальним набором апаратури – SDR приймачем від RTL-SDR Blog та звичайною антеною-диполь.
Професійна радіоапаратура для прийому або передавання радіосигналів, як і будь-яка інша не масова апаратура – недешева апаратура. Та існує досить популярний, а головне дешевий прилад для прийому сигналів – DVB-T приймач із чіпом RTL2832U. Його основне призначення – прийом цифрового телебачення першого покоління на комп’ютерах та портативній техніці. І хоч DVB-T (не плутати з DVB-T2) не став поширеним, чіп RTL2832U став справжнім відкриттям для радіоаматорів.
Коротко про RTL2832U і RTL-SDR
Спершу ніхто не здогадувався про інше використання цього приймача, окрім цифрового телебачення. Схема приладу банально проста – вбудований чіп оцифровує високочастотний сигнал, а комп’ютер і програмне забезпечення виділяє потрібну частоту та інформацію з неї. Саме той факт, що комп’ютер, а не чіп, опрацьовує сигнал, стало підґрунтям для створення Software Defined Radio (скорочено SDR) на основі цієї платформи і почало еру RTL-SDR. За $10 (вартість готового(!) DVB-T приймача) користувач отримує приймач з панорамою огляду 3 МГц, відсутністю обмежень на точність настроювання і тип модуляції. А також робочий частотний діапазон у межах 22 – 948.6 MHz в найгіршому випадку (супердешевий тюнер FC0012) або 24 – 1766 MHz у кращому (трішки дорожчий і рідкісніший тюнер R820T/2)! Можливість познайомитись із світом радіозв’язку за таку ціну – неймовірна.
У мене є два такі приймачі. Перший на дешевому чіпі FC0012. Саме цю модель можна запросто купити на Алі Експрес. Такий приймач має вужчий робочий діапазон, більше шумів, гірше тримає задану частоту і дуже швидко перегрівається, що погіршує і так не ідеальні показники. Навіть якщо бажаєте тільки спробувати SDR, то такий приймач таки невдала опція. Хіба його безкоштовно десь знайдете.
Другий приймач – це прилад від радіолюбителів із RTL-SDR Blog. За їх же твердженнями, тут краще сконструйована плата, більш стабільна робота, менше шумів і доданий тепловідвід, а також використаний хороший чіп R820T/2. Це гарантує краще отримання сигналу і більшу кількість інформації, яку можна з нього отримати. Дійсно, з мого досвіду, робота цього приймача у рази краща в порівнянні з його дешевшим “родичем”.
Додаткове приладдя
Для кращої роботи, до такого приймача рекомендую придбати Low-Noise Amplifier, скорочено LNA. Цей підсилювач суттєво покращить якість прийому, що дозволить зменшити рівень внутрішнього підсилення, а з ним і рівень шумів.
Також, якщо ви мешкаєте у місті із потужними ретрансляторами, не зайвим буде фільтр FM-радіо частот. З таким фільтром приймач не буде “перевантажений” потужним сигналом від радіоефіру і краще буде розпізнавати сигнали на близьких частотах, зокрема тих же частотах APT сигналу супутників NOAA – 137 MHz.
Умови для запису сигналу
Тепер практика – будемо записувати сигнал від погодних супутників NOAA з використанням RTL-SDR приймача, LNA, фільтру FM-радіо та антени-диполя із базового комплекту.
Перша, умовно вдала спроба записати цей сигнал, мені вдалась прямо із квартири, сигнал виглядав досить хорошим, але отримане зображення містило величезну кількість шумів.
Радіоаматори зі всього світу, які записують цей же сигнал просто з цікавості (як і я), або ж на свої власні “погодні” станції, використовують спеціальні QFH антени, які розміщують на відкритих ділянках або на дахах своїх будинків. Мене ж зацікавило, чи можна вдало отримати зображення у межах мегаполісу, просто на відкритій ділянці.
1. Локація
Тому насамперед визначився із ділянкою у моєму місті Львів. Тільки дві ділянки, які мали б хорошу видимість горизонту, спадали на думку – це Високий Замок і міст над вулицею Луганська. Перша локація взагалі супер по усіх параметрах, крім того факту, що на ній же знаходиться львівська телевежа, а значить SDR приймач може попросту перевантажитись сильним сигналом із діапазону FM-радіо.
Отож, локація запису – вулиця Луганська.
2. Час і супутники
Наступний крок – визначити час, коли погодні супутники будуть пролітати над потрібною локацією. Для цього використовую програму WXtrack.
Задаю потрібні параметри, зокрема мінімальний кут супутника над горизонтом, і отримую список. Найкращим варіантом вийшла 20 година вечора 6 червня 2021 року, у цей час в проміжку пів години аж два супутники будуть пролітати досить високо над горизонтом – NOAA 15 і NOAA 19.
Локація – є, час – є, супутники – відомі, готуємось і вирушаємо до потрібного місця.
Прийшовши на місце, приєднав антену до штативу, а приймач – до ноутбука. Коли супутник почав підніматись над горизонтом, а сигнал почав з’являтись у додатку, то можна розпочинати запис. Звичайно, коли рівень сигналу досить слабкий, то і картинка буде така собі, але потім те все можна відрізати.
Запис тут це аудіосигнал, демодульований із звичайної частотної модуляції, шириною полоси 34 кГц. Я записував 50 кГц, суто з того розрахунку, що при русі супутника над землею частота буде “втікати” через ефект Доплера.
За кілька хвилин прийому, коли супутник піднявся достатньо високо над горизонтом, рівень сигналу зріс настільки, що я зменшив внутрішнє підсилення приймача до 25 дБм, тобто половини можливого. З такою конфігурацією я отримував той же рівень сигналу, але рівень шуму суттєво зменшився. LNA тут суттєво виручав.
За 10 хвилин супутник вийшов на найвищу висоту, то навіть перешкоди від проїжаючих повз поїздів і трамваїв не спотворювали картинку. Єдине, періодично з’являвся “гуляючий” сигнал невідомої мені природи, його ж потім і буде видно на отриманому зображені у вигляді чорних смуг.
Після запису, швидко випробував отриманий сигнал із додатком NOAA APT Decoder. Результат виявився шикарним – чітка картинка, телеметрія, а кількість отриманих даних – величезна. Можна йти додому і розшифровувати всі дані із потужнішим додатком WXtoImg.
Спершу необхідно записаний сигнал перекодувати у необхідний для WXtoImg формат. Для цього найпростіше використати той же NOAA APT Decoder. Відкриваємо необхідний файл, декодовуємо, щоб впевнитись у правильності відкритого файлу. Тоді запускаємо Resample WAV, вибираємо потрібний файл, вибираємо локацію для збереження і перекодовуємо. Аналогічно і запис другого супутника.
От тепер можна приступити до роботи у WXtoImg.
Додаток WXtoImg розповсюджується як freeware з обмеженим набором функціоналу, який можна “розблокувати” купивши ліцензію. Та навіть того мінімального набору функцій більш як достатньо.
Отож, спершу оновлюємо інформацію про супутники, це важливо для коректної роботи програми. Тоді відкриваємо аудіофайл із сигналом і очікуємо на завершення декодування. Результат такий же, як у NOAA APT Decoder – наявна проекція кордонів, показана телеметрія і шуми по краях.
Тому телеметрію ми заховаємо і відріжемо шуми.
Супутники NOAA записують зображення у двох інфрачервоних діапазонах, тому отримані кадри не є класичними знімками у видимому спектрі світла. Проте на основі таких знімків (плюс даних телеметрії) можна отримати як кольоровий знімок, так і карти температур, або іншу корисну метеорологічну інформацію.
Кольоровий знімок можна отримати, відкривши меню Покращення і вибравши пункт MSA multispectral analysis. Отриманий результат вражає. Шикарно видно водойми, моря, нерівності ландшафту і хмари.
А вибравши покращення Sea surface temp, отримуємо шикарну карту температур води. Навіть Дніпро проглядається, не те щоб тільки моря.
І останнім цікавим покращенням є карта температур.
Аналогічно отримуємо зображення із сигналу іншого супутника.
Отак, із використанням RTL-SDR приймача і простої антени-диполь навіть у межах великого міста можна отримати хороший сигнал від погодних супутників.