Λήψη Εικόνων απο Μετερεολογικούς Δορυφόρους NOAA

Αφότου παράγγειλα ένα RTL-SDR λόγω του χαμηλού του κόστους και των πολλών δυνατοτήτων του έψαχνα για εφαρμογές του . Μεταξύ άλλων είναι και η λήψη μετεωρολογικών εικόνων από δορυφόρους . Τώρα αυτό και αν είναι ενδιαφέρον . Λήψη σημάτων από το διάστημα με ένα μηχανηματάκι που δεν στοιχίζει πέραν των 10€ !

Για να επιτευχθεί λήψη εικόνας χρειάζονται software και hardware.

Από πλευράς hardware είναι το RTL-SDR και η κεραία.

Θα βρείτε πάρα πολλές επιλογές RTL SDR με κύριες διαφορές το εύρος συχνότητας που μπορούν να αναλύσουν σε συγκεκριμένη στιγμή , το εύρος συχνότητας που μπορούν να καλύψουν , αν έχουν προ ενισχυτή στην είσοδο και  αν έχουν φίλτρο θορύβου. Μιλάμε πάντα για τα φτηνά SDR που βασίζονται στο chipset της RTL. αυτά είναι receive only . Αν θέλετε κάτι πιο εξειδικευμένο  μπορείτε να δείτε και άλλες επιλογές SDR που κάνουν και εκπομπή άλλα ανεβάζουν κατακόρυφα το κόστος .

Για τις δορυφορικές εικόνες σε αυτό το άρθρο θα δούμε χαμηλής ανάλυσης που στέλνονται συνήθως στο εύρος των 137MHz . αν επιθυμείτε περεταίρω πειραματισμούς υπάρχουν και υψηλότερης ανάλυσης ,αν δεν κάνω λάθος στα 1.7 GHz αλλά δεν θα τις εξετάσουμε εδώ. 

Προσωπικά έχω το RTL-SDR που φαίνεται στην εικόνα και αγόρασα από το AliExpress.

Για επιλογή κεραίας θα χρειαστεί κεραία κυκλικής πόλωσης καθώς οι δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τον εαυτό τους και έτσι περιστρέφεται και το σήμα τους .





Μερικές απο τις επιλογές κεραίας που έχουν αυτό το χαρακτηριστικό είναι:

Turnstile antenna

Double Cross Antenna 

"Eggbeater" antenna

QHF antenna

Επέλεξα να φτιάξω μια QFH antenna κυρίως λόγω της επιλογής υλικών αν και πιο εύκολη κατασκευή φαίνεται να είναι η Turstile. Φυσικά και η QFH δεν είναι δύσκολη . Απλά έχει 2 σημεία που χρειάζονται προσοχή . Το ένα είναι πως θα ευθυγραμμίσετε τις τρύπες σε γωνιά 90 μοιρών η μια από την άλλη σε μια στρογγυλή σωλήνα και η άλλη είναι η κατεύθυνση περιστροφής και σύνδεση των καλωδίων στην γραμμή τροφοδοσίας.

Θα βρείτε διάφορους τρόπους κατασκευής μερικοί από τους οποίους είναι , κατασκευή με χαλκοσωλήνα, κατασκευή με coax cable , κατασκευή με copper wire και ένα από τις γραμμές είναι το coax του feed line....

Πρώτα επέλεξα τα υλικά μου . Αποφάσισα να την κατασκευάσω με σωλήνες PVC , χάλκινο καλώδιο γείωσης με συμπαγή πυρήνα AWG 14 και για βραχίονες λεπτές πλαστικές βέργες.

Χρησιμοποίησα το Online calculator https://www.jcoppens.com/ant/qfh/calc.en.php με χαρακτηριστικά : 

μέση συχνότητα 137.5 MHz

αριθμό στροφών 0.5

μήκος μιας στροφής 1 λ

bending radius 4m εφόσον το καλώδιο είναι πολύ πιο εύκαμπτο

Διάμετρος αγωγού  1.63 mm αφού βάση χαρακτηριστικών το καλώδιο 14 AWG  έχει διάμετρο πυρήνα 1.63mm

Width to height ratio 0.44

Πατώντας calculate επιστρέφει τις διαστάσεις και στο τέλος της σελίδας αν βάλετε και τις διαστάσεις των σωλήνων μπορεί να σας φτιάξει τα σημεία που πρέπει να τρυπήσετε .

ΠΡΟΣΟΧΗ. δεν βάζετε το ονομαστικό διαμέτρημα των σωλήνων pvc. Παράδειγμα αν έχετε σωλήνα 22mm η πραγματική διάμετρος μπορεί να είναι 25mm . 22mm είναι η εσωτερική διάμετρος της σωλήνας. εμάς μας ενδιαφέρει η εξωτερική διάμετρος.

Επίσης προσοχή χρειάζεται όταν κολλήσετε τα σχέδια για τις τρύπες πάνω στις σωλήνες ποια τρύπα πάει πού . Παράδειγμα η Α μετατοπίζεται 90 μοίρες δεξιά από το πάνω σημείο στο πιο κάτω.

άλλο σημείο που θέλει προσοχή είναι πια είναι η πάνω πλευρά και πια η κάτω σε κάθε κομμάτι χαρτιού που θα κολλήσετε . Με λίγα λόγια... πριν τρυπήσετε φανταστείτε το και βεβαιωθείτε ότι όλα είναι σωστά . Η μικρή και η μεγάλη κεραία . Περνούν από τα σωστά σημεία. η μικρή πλευρά είναι στις πάνω τρύπες και η μακριά στις κάτω. αν κολλήσατε ανάποδα τα χαρτάκια άπλα μετονομάστε τα σημεία. Μέχρι να είστε σίγουροι ότι όλα είναι σωστά και σε φάση 90 μοιρών.

Επόμενο βήμα είναι το τρύπημα . Άνοιξα τις τρύπες στην σωλήνα με τρυπάνι σε βάση με αρίδα 6mm όσο και το πάχος των πλαστικών βεργών.

Έκοψα τα χάλκινα καλώδια βάση των υπολογισμών "total compensated Length" . Eνα για το μεγάλο και ένα για τον μικρό κύκλο. (Larger loop, smaller loop)

Σε κάθε τρύπα βέργας άνοιξα με μια μυτερή πένσα μια τρύπα για να περνά το σύρμα παράλληλα από το στήριγμα (μικρή περίπου 2mm)

ξεκινώντας από πάνω πέρασα το σύρμα ... μέχρι κάτω και ξανά πίσω μέσα από την κάτω τρύπα. Σημείωσα το κεντρικό σημείο ώστε να ξέρω που θα διασταυρωθούν τα καλώδια.

Σημειώνω ότι μέχρι και αυτό το σημείο δεν κόλλησα τα στηρίγματα (βεργες) μέσα στις τρύπες κάτι που με βοήθησε να περάσω το σύρμα .

Αφού έκανα τον κύκλο (loop ) κινούμενος αριστερόστροφα πέρασα τα στηρίγματα στις τρύπες και

έδωσα το σχήμα στον κύκλο προσέχοντας το κεντρικό σημείο να μείνει στην θέση του. Με τον ίδιο τρόπο έφτιαξα και τον μικρότερο κύκλο πάλι με στροφή αριστερά. Οι σωλήνες στο πρώτο σημείο διασταυρώνονται .Η μια από τις 2 θα κοπεί στην μέση.

Σε πρώτη φάση το καλώδιο το στερέωσα μόνο με κολλητική ταινία για να έχω την ευκαιρία να κάνω την πρώτη δοκιμή και να κάνω διορθώσεις αν χρειαστεί πριν την κολλήσω μόνιμα.

Οι τρύπες ήταν ακριβώς στο πάχος των στηριγμάτων και τις κρατούσαν στην θέση τους χωρίς να κινούνται . Αυτό μου επέτρεψε να κάνω τις δοκιμές μου πριν να τις κολλήσω μόνιμα.

Τώρα η κεντρική συνδεσμολογία . Συνδέουμε το ένα σημείο του μεγάλου κύκλου με το αμέσως αριστερό του (όπως το βλέπουμε από πάνω)

Από Πλευράς software τώρα θα χρειαστούμε 

1)το SDR Sharp για την λήψη του σήματος (και το Plugin Tracking DDE Client)

2)το Orbiton το οποίο θα μας λέει και θα ενημερώνει αυτόματα και το SDR Sharp πότε περνά δορυφόρος και να ρυθμίζει το Doppler effect κατά το πέρασμα.

3)και το WXtoIMG το οποίο θα αναλάβει να αποκωδικοποιήσει το σήμα που λαμβάνει το SDRSharp σε εικόνα και ακολούθως να το επεξεργαστεί για να το χρωματίσει βάση των αποχρώσεων του γκρίζου. 

4) Ένα τρόπο να περνά τον ήχο από το SDRSharp στο WXtoIMG και γι` αυτή την δουλειά θα χρησιμοποιήσουμε το VB-Cable ένα εικονικό σύνδεσμο ήχου από την μια εφαρμογή στην άλλη.

Εγκαταστήστε το  VB-Cable driver πρώτα στον υπολογιστή σαν διαχειριστής.

WXtoIMG : 

1)Κατεβάστε και εγκαταστήστε το WXtoImg   

2)Αφού εγκατασταθεί ανοίξτε το και ρυθμίστε την θέση του σταθμού σας.(τις συντεταγμένες που είναι εγκατεστημένη η κεραία). 

Options > Ground Station Location 

Μπορείτε να κάνετε αναζήτηση με την πόλη αλλά αν θέλετε περισσότερη ακρίβεια μπορείτε να βάλετε συντεταγμένες.

3) Ρυθμίστε την είσοδο ήχου. Options -> Recording Options

και επιλέξτε Record only when active APT satellites are overhead

 “with maximum elevation above (degrees)”   Είναι η μέγιστη γωνιά από τον ορίζοντα που θα έχει ο δορυφόρος στο πέρασμα του. αυτή η τιμή χρησιμοποιείται στον υπολογισμό των περασμάτων. αν είναι κάτω απο αυτή την τιμή το σύστημα θα αγνοήσει το πέρασμα. Στην περίπτωση μου το έχω στις 30 μοίρες.

record only when satellite is above (degrees) -εδώ εξαρτάται από την κεραία σας και την τοποθεσία της. Είναι η γωνιά από τον ορίζοντα που πρέπει να ανεβεί ο δορυφόρος για να αρχίσει η λήψη. Μπορείτε να το αυξήσετε ή να το μειώσετε εκεί που παίρνετε καθαρό σήμα . κάπου στο 8 - 10 μοίρες. 

ακολούθως στο soundcard επιλέγετε το Cable output (VB-Audio) 

4)Μετά ενημέρωση των αρχείων Kepler τα οποία έχουν πληροφορίες για τη θέση του κάθε δορυφόρου και αυτά τα δεδομένα παίρνει σαν βάση το πρόγραμμα για να υπολογίσει τα επόμενα περάσματα. Αυτά τα αρχεία πρέπει περιοδικά να τα αναβαθμίζετε γιατί οι δορυφόροι παρεκκλίνουν από την προβλεπόμενη τροχιά τους λόγω διαφόρων παραγόντων. 

File -> Update Keplers

Για να εκτελέσετε υπολογισμό των επόμενων περασμάτων File -> Satellite Pass List.

5) Οταν ολοκληρώσουμε όλες τις ρυθμίσεις και των άλλων προγραμμάτων θα επιστρέψουμε στο WXtoIMG και θα επιλέξουμε File -> Record και Auto Record. Το πρόγραμμα θα αρχίσει την ηχογράφηση όταν ο δορυφόρος πληροί τις γωνιές που ρυθμίσαμε στο βήμα 3 και θα σταματήσει μόνο του όταν ο δορυφόρος βγει από την γωνία βλέψης μας. 

SDRSharp :

1)Στο SDRSharp αν δεν το έχετε ρυθμισμένο ήδη θα ρυθμίσετε την είσοδο σαν RTL-SDR. Mετά το audio Output θα επιλέξετε το VB-Cable input. ToGain θα το ρυθμίσετε ανάλογα με το σήμα σας το οποίο θα το καταλάβετε από το πως φαίνεται στον καταρράκτη. ίσως γύρω στα 60db.

επίσης πρέπει να ρυθμίσετε το PPM correction offset. με μια εκπομπή που ξέρετε την ακριβή συχνότητα της , παράδειγμα με ένα ραδιοερασιτεχνικό πομπό σε συγκεκριμένη συχνότητα ή σε κάποιο ραδιοσταθμό, ρυθμίστε το ppm correction μέχρι το σήμα στον καταρράκτη να είναι στην συχνότητα που γνωρίζετε ότι στέλνει ο ραδιοσταθμός. 

2)Αριστερά πάνω ρυθμίστε την λήψη σε WFM (wide FM) με εύρος (bandwidth) 34000-36000 Hz (αν είστε σε περιβάλλον που δεν υπάρχει θόρυβος RF Μπορείτε να το πάρετε και 38000. Απενεργοποιείστε το Filter Audio (Off) και μην επιλέξετε Snap to grid (unchecked) για να είναι πιο εύκολη η ρύθμιση στο Doppler .

3)Ρυθμίστε την ένταση ήχου του SDRSharp και του υπολογιστή (για το VB-Cable) ώστε μέσα στο WXtoImg κάτω δεξιά το Vol να είναι πράσινο . μεταξύ 40-50

4) Κατεβάστε το plugin Orbitron DDE tracking and scheduler

5)Αποσυμπιέστε το αρχείο στον φάκελο που έχετε το SDRsharp.

με ένα επεξεργαστή αρχείων κειμένου όπως το notepad ή το notepad++ ανοίξτε το αρχείο plugins.xml του SDR# και μεταξύ των <sharpPlugins>      </sharpPlugins>    προσθέστε την γραμμή <add key=”DDE Tracking Client” value=”SDRSharp.DDETracker.DdeTrackingPlugin,SDRSharp.DDETracker” />

και σώστε το. 

6)τώρα ανοίξτε το SDR# και πηγαίνετε στο Tracking DDE Client  και επιλέξτε Config. 

εδώ θα ρυθμίσουμε τις ενέργειες που θέλουμε να κάνει το SDR# στο πέρασμα κάθε δορυφόρου. 

Add new Satellite και βάλτε το όνομα NOAA_15 (Πρέπει να είναι ακριβώς έτσι για να ανταποκρίνεται στα στοιχεία που θα στέλνει το ORbiton) .

στο τετράγωνο AOS προσθέστε τις επιλογές "radio_modulation_type<WFM>”, 

"radio_Frequency_Hz<137620000>”, “radio_bandwidth_Hz<36000>” and “radio_tracking_frequency_On”

και στο LOS 

“radio_tracking_frequency_Off”

Kάντε το ίδιο και για τους υπόλοιπους δορυφόρους με μόνη διαφορά τη συχνότητα (add Satellite)

·         NOAA 15 – 137620000 Hz

·         NOAA 18 – 137912500 Hz

·         NOAA 19 – 137100000 Hz

7) Πατήστε Options και επιλέξτε Orbiton. 

Θα επιστρέψουμε εδώ όταν ολοκληρώσουμε και την ρύθμιση του orbiton για να βεβαιωθούμε ότι ο scheduler είναι enabled και είναι connected to Orbiton

Orbiton: 

1)Κατεβάστε και εγκαταστήστε το Orbiton 

2)Τρέξτε το πρόγραμμα σε Administrator mode στο windows (δεξί κλικ στο εικονίδιο του και run as administrator - διαχειριστής)

3)Με το άνοιγμα θα εμφανιστεί παράθυρο για ενημέρωση των αρχείων TLE.

Μπορείτε να αφήσετε τις προεπιλογές και να πατήσετε το κουμπί ενημέρωσης (η υδρόγειος με τον κεραυνό)

θα κατεβάσει και θα ενημέρωση τα αρχεία (αν δεν είστε σε administrator mode δε θα μπορέσει να τα ενημερώσει επιτυχώς) καλό θα είναι να ενημερώνετε αυτά τα αρχεία κάθε λίγες μέρες.

4) Σημαντικό για τον υπολογισμό των περασμάτων είναι και ο υπολογιστής να έχει σωστή ώρα. Διόρθωση της ώρας μπορεί να γίνει μέσα από το Orbiton. στο παράθυρο του Setup επιλέξτε το tab Time Synch και επιλέξτε Synchronize PC clock (σήμα κεραυνού). Μπορείτε εδώ να επιλέξετε Synchronize PC clock when Orbitron starts .ώστε να μην ανησυχείτε και γι` αυτό.

5)Τώρα θα κλείσουμε το Orbiton για να προσθέσουμε το driver που θα το συνδέει με το SDRSharp ώστε να ξεκινά με το άνοιγμα του Orbiton. Για να το κάνουμε αυτό ανοίγουμε τον text editor μας σε administration mode (δεξί κλικ στο εικονίδιο του notepad και run as administrator) και από το file open ανοίγουμε το αρχείο Setup.cfg από τον φάκελο του Orbiton (συνήθως C:\Program Files (x86)\Orbitron\Config\Setup.cfg)

Στο τέλος του αρχείου προσθέστε τις πιο κάτω γραμμές Διορθώνοντας τη θέση του αρχείου SDRSharpDriverDDE.exe βάση του πού το έχετε εσείς εγκατεστημένο! 

[Drivers]

SDRSharp=C:\sdrsharp\SDRSharpDriverDDE.exe

6) Ξαναανοίξτε το Orbiton σε administrator mode . και στο κατω πλέσιο στο main επιλέξτε 

interval 1s . 

Στο location Tab επιλέξτε το home location σας επιλέγοντας την Πόλη ή το grid square σας ή τις συντεταγμένες σας.

Πίσω στο main επιλέξτε setup (ενα σύμβολο με ενα σφυρί και μια ντανάλια). Απο το νέο παράθυρο που θα ανοίξει στα Miscellaneous 

 ενεργοποιήστε την επιλογή AOS Notification: Show Notice

elevation αν έχετε καλό ορίζοντα αφήστε το 0 .εξαλου ρυθμίσατε το WXtoIMG για να ξεκινά την αποκωδικοποίηση όταν ο δορυφόρος θα είναι πιο ψηλά.

Μετά στο Extra tab επιλέξτε “AOS Notification: Make satellite” active  

επιβεβαιώστε και κλείστε το configuration. 

7) Δεξιά πατήστε το κουμπί load TLE και επιλέξτε noaa.txt

απο την λίστα επιλέξτε NOAA 15 ,NOAA 18 , NOAA 19 

8) Στο tab Rotor/Radio επιλέξτε Dnlink mode FM-W και driver SDRSharp. (αν δεν είναι στις επιλογές κλείστε τα προγράμματα SDRSharp και Orbiton και ξανανοίξτε τα με την σειρά πρώτα το SDR# και μετά το orbiton σε admin mode . 

Λογικά πρέπει με το άνοιγμα του orbiton να ανοίξει αυτόματα και το SDRSharpDriver.DDE . αν οχι τότε κοιτάξτε το βήμα 5 του orbiton έγινε σωστά. 

9)Στο SDR# στο plugin Tracking DDE Client θα πρέπει να γράφει Orbiton Connected και απο κάτω τα στοιχεία του επόμενου δορυφόρου που περιμένει. 

10) σε αυτό το σημείο μπορείτε να επιστρέψετε στο WXtoIMG και να πατήσετε record > auto record .

Στο επόμενο πέρασμα κάποιου από τους τρεις δορυφόρους θα λάβετε και την πρώτη εικόνα. 

Και επειδή είμαστε ανήσυχα πνεύματα μετά την επιτυχία μας επόμενο βήμα είναι να μελετήσουμε πώς μπορούμε να λάβουμε και τους ρωσικούς δορυφόρους Meteor με παρόμοιο τρόπο. (δεν χρειάζεται επιπλέον εξοπλισμός απλά ένα επιπρόσθετο plugin στο SDR Sharp) , Οι Meteor έχουν κάπως καλύτερη ανάλυση.