Nedlasting av værbilder fra NOAA-satellittene

Transkript

1 Nedlasting av værbilder fra NOAA-satellittene MÅL/HENSIKT VARIGHET STED UTSTYRSLISTE SIKKERHETSKRAV FORKUNNSKAPER LITTERATUR PROGRAMVARE SKREVET AV Lære om grunnleggende amatørradioutstyr og hvordan dette kan brukes til å laste ned værbilder fra NOAA-satellittene 2 timer Klasserom Ferdinand og Narom Lab VHF-Antenne (her brukt: Helix-antenne) Radiomottaker for VHF-området (ICOM PC-R1500) Strømforsyning Audiokabler og plugger PC med lydkort Ingen Litt elektronikk og litt fysikk Litteraturreferanser er markert med [x] i teksten og listet opp i slutten av øvelsen ATPDecoder Satellite Tool Kit NAROM SIDE 1 AV 11

2 Teoretisk del De aller fleste av oss har i større eller mindre grad et forhold til været og ser værmeldingene på tv nesten daglig. Av og til vises det også satellittbilder på værmeldingen. Satellitter er faktisk et av meteorologenes viktigste verktøy for å kunne prediktere været. Satellittbildene leses som oftest ned fra forskjellige nedlastingsstasjoner rundt omkring i verden. Men det mange ikke vet er at alle kan faktisk laste ned bilder fra disse satellittene med ganske enkelt utstyr. Det er dette vi skal se nærmere på i denne øvelsen. I denne første delen av øvelsen gis det en rask introduksjon til værsatellittene og deres egenskaper. Figur 1 - Satellittbilde på værmeldingen Værsatellittene som gir oss og meteorologene værbildene kan klassifiseres i to hovedgrupper. Det ene er geostasjonære satellitter. Disse går i en bane ca km over jordoverflaten og bruker 24 timer på et omløp. Disse satellittene spesielt er gunstige for kontinuerlige målinger/overvåkning av store områder. METEOSAT-satellittene er eksempler på Europas serie med geostasjonære jordobservasjonssatellitter. Figur 2 - Dekningsområde for METEOSAT-9 Den andre gruppen av meteorologiske satellitter er polarbane jordobservasjonssatellitter (eng: Polar Orbiting Environmental Satellites - POES). Den amerikanske organisasjonen National Oceainc and Atmospheric Administration (NOAA) har flere slike satellitter opererende for øyeblikket. Den europeiske romfartsorganisasjonen European Space Agency (ESA) skjøt opp sin første polarbane jordobservasjonssatellitt MetOp-A i oktober På grunn av SIDE 2 AV 11

3 at disse satellittene beveger seg i polarbane gjør det dem velegnet til å samle data over hele jordkloden på daglig basis. Satellittbanene er faktisk slik at hele jordkloden dekkes i løpet av de 14 rundene satellittene gjør i løpet av ett døgn. Mer informasjon om satellittbaner finner du blant annet i [1], [2] og [3]. Figur 3 - Dekningsområde og bakkespor for NOAA-18 (simulert over 10 timer) Eksempler på bruksområder for polarbane jordobservasjonssatellitter er væranalyser og værprediksjoner, klimaforskning og klimaprediksjoner, globale temperaturmålinger av havoverflaten, atmosfæretemperatur og luftfuktighet, måling av havstrømmer, vulkanutbrudd, skogbranner og global vegetasjon. Når vi sier at dette er bare noen av bruksområdene skjønner man lett at dette er svært viktige og anvendelige satellitter. Figur 4 - Banene til NOAA-satellittene SIDE 3 AV 11

4 Vi vil i denne øvelsen fokusere på de amerikanske NOAA-satellittene. Mer informasjon om ESAs meteorologisatellitter finner du i [4]. Det er som nevnt flere operative NOAA-satellitter i øyeblikket. Disse er NOAA-15, -17 og -18. NOAA-satellittene er pakket med instrumenter og mengden med data sendt til bakken er enorm. Satellittene sender data kontinuerlig til bakken og blir lastet ned fra mottakerstasjoner rundt om i hele verden hver gang satellittene er synlige fra de respektive satellittene. Figur 5 - Illustrasjon av NOAA-18 Mesteparten av dataene fra NOAA sendes til bakken gjennom én eller flere høy båndbredde linker på ca. 2.2 GHz (S-band). Men NOAA satellittene er også utstyrt med én eller flere lav båndbredde linker med frekvens på ca. 137 MHz (VHF-bandet). På disse lave frekvensene sendes data i en slik form at det kan leses ned med betraktelig mindre avansert og mindre kostbart utstyr. Det er denne VHF-linken vi skal forsøke å laste ned data på. Linken kalles for Automatic Picture Transmission (APT), og gir en kontinuerlig datastrøm av et av avbildningsinstrumentene i satellittene, men med litt lavere oppløsning. Instrumentet som gir oss bildene heter Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR/3) og er en optisk passiv sensor med flere målekanaler i det synlige og det infrarøde området. AVHRR/3 instrumentet måler kontinuerlig med en sporbredde på ca.3000 km og oppløsning på ca. 1,1 km. Vi skal ikke gå i detaljer på instrumentet, men man kan forenklet se på det som en skanner som går rundt jorda mens den roterer. Det som blir skannet sendes kontinuerlig til bakken, slik at man nærmest får et øyeblikksbilde fra satellitten. Mer informasjon om AVHRR/3-instrumentet finner dere i [5] og [6]. Mer informasjon om satellitter, jordobservasjon og fjernmåling finnes blant annet i [7], [8] og [9]. SIDE 4 AV 11

5 Figur 6 - Illustrasjon av sporbredden til NOAA-satellitten APT gir som nevnt samme bildene fra AVHRR/3 instrumentet, men med lavere oppløsning. Fordi disse dataene sendes i VHF-frekvenser er det relativt enkelt utstyr som trengs for å ta i mot signalene, bearbeide dem og gjøre dem om til bilder. APT er implementert i alle operative NOAA-satellitter bortsett fra NOAA- 16, og er beregnet til å være operativt helt fram til Det er også andre meteorologiske satellitter som har implementert APT, som for eksempel Meteor, Resurs, Sich og Okean, men disse vil vi ikke fokusere på i denne øvelsen. Før vi kan begynne med selve øvelsen må vi se nærmere på APT i detalj, og studere utstyret som vi trenger for å laste ned bildene. Tabellen under gir karakteristikken til APT systemet: Linje rate (hastighet på bildevisningen) 120 linjer/min Datakanaler (sensorkanaler) 2 sendte, 6 totalt tilgjengelig Dataoppløsning Ca. 4.0 km Sendermodulasjon 2.4 KHz AM på en FM bærebølge Senderfrekvens (MHz) eller eller MHz Sendereffekt (EOL) 5 W (37dBm) Utstrålt effekt 63 degrees) 36.7 Polarisasjon RCP Figur 7 under viser hvordan APT formatet er bygd opp. Her ser vi at NOAAsatellittene sender to kanaler samtidig. Den første, Channel A, er som oftest en kanal i det synlige området, mens Channel B er i det infrarøde området. SIDE 5 AV 11

6 Figur 7 - APT Video format, oversikt fra NOAAs hjemmesider Hvordan dette ser ut i virkeligheten vises best i figur 8. Bruk noen minutter på å studere figur 7 og 8, slik at du danner deg en oversikt over hvordan bildene dannes. Figur 8 - ATP Video format illustrert med bilde SIDE 6 AV 11

7 Selve bildet bygges opp av linjer som varierer i gråtone fra hvit til svart, alt etter hvor lyst det som instrumentet skanner er. Dette amplitudemoduleres (AM) inn på en tone (bærebølge) på 2400 Hz. Forenklet sett kan man se på det som at jo mørkere bildet desto høyere tone, og vice versa. Videre frekvensmoduleres (FM) AM-signalet på en VHF-bærebølge med frekvens rundt 137 MHz. Det er dette signalet som sendes til bakken. Figur 9 - Illustrasjon av AM og FM Når man tenker på at de vanlige radioene som finnes rundt i alle hjem er FMmottakere i frekvensområdet MHz, skjønner man kanskje at det ikke trengs all verden med utstyr for å laste ned APT-signalet fra NOAA. Men likevel må man ha en radio med lydutgang som minst opererer i området mellom 137 og 138 MHz. Her finnes det mye forskjellig på markedet og starter i pris på vel tusenlappen og oppover. Videre trengs det en antenne for VHF-bandet. Dette kan ganske enkelt lages selv, eller man får kjøpt det for et par hundre kroner. Radioutstyr kan blant annet kjøpes fra Permo Electronics [10]. Det siste som da trengs foruten kabler og plugger, er en PC med lydkort og mikrofoninngang. Software for å dekode lydfila kan lastes ned fra nettet. Her finnes det mye forskjellig som kan kjøpes, men også mange program som er gratis og fungerer utmerket. Litteraturreferanse [11] viser til hjemmesiden til en radioamatør i Norge som har laget en glimrende beskrivelse av nedlasting av værsatellittbilder. Her finner dere også lenker til diverse programvare for nedlasting, samt annen nyttig informasjon. SIDE 7 AV 11

8 Praktisk del Pekevinkellister for NOAA-satellittene: På forhånd trenger du å ha tatt ut pekevinkellister for NOAA-satellittene. Dersom du ikke har dette, spør din veileder. Oppkobling og innstillinger Sett følgende innstillinger på de respektive komponentene: Strømforsyning: o Koble den ene strømforsyningen til radiomottakeren, og den andre til Bias-Tee. o Radiomottakeren forsynes med 15 V og med 2 A strømbegrensning. o Bias-Tee forsynes med 12 V og 1 A strømbegrensning. Figur 10 - Strømforsyning Radiomottakeren: o Velg FM som demodulasjon. o Sett riktig frekvens. NOAA 15 : MHz God kvalitet NOAA 17 : MHz Dårlig instrument NOAA 18 : MHz God kvalitet NOAA 19 : MHz God kvalitet Figur 11 The ICOM PC-R1500 receiver. SIDE 8 AV 11

9 Bias-Tee: o Trenger ingen innstillinger, bare husk på å koble riktig Figur 11 - Bias-Tee montert på baksiden av Icom PC-R1500 I tillegg trengs det en PC med lydkort med mikrofoninngang. Det er også lurt å ha høyttalere til PC-en slik at man kan høre på opptaket underveis. Oppkoblingen av utstyret er som den skjematiske figuren under viser. Figur 12 - Skjematisk oppkobling Lagring av lydfil: o Starte lydopptaksprogrammet på PC-en. o Lytt på høytalerne til du hører at støyen går over til en slags tikkende lyd. Dette er satellitten vår. Kontroller med pekevinkellisten at det kan stemme. o Starte opptaket umiddelbart. o Stopp når tikkelyden forsvinner. Lagre lydfila. o Importer lydfila til et værsatellittprogram på PC, og proseser. SIDE 9 AV 11

10 o Bildet skal nå komme fram. Hva kan du se? SIDE 10 AV 11

11 Litteraturreferanser [1] Satellittbaner grunnleggende: [2] Satellittbaner for litt viderekomne: [3] Satellitter i forbindelse med meteorologi: [4] EUMETSAT hjemmesider: [5] AVHRR/3 beskrivelse fra NOAAs hjemmesider: [6] United States Geological Survey (USGS): [7] NDLA.no, Fjærnanalyse og GIS [8] Romteknologi.no, Romteknologi og satellitteknikk: [9] Dr. Nicholas Short s Remote Sensing Tutorial: [10] Permo Electronics A/S: [11] Arctic Peak hjemmeside: SIDE 11 AV 11