Ricezione satelliti NOAA POES (15-18-19)

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Introduzione

I satelliti NOAA POES sono i satelliti più indicati per la ricezione per chi è alle prime armi, perché trasmettono con un segnale analogico che è molto robusto e "perdona" eventuali errori facilmente (confronta con gli altri satelliti meteo). Tuttavia, molte delle guide su Internet non sono aggiornate, perciò la ricezione di questi satelliti risulta inutilmente complicata rispetto a quanto dovrebbe essere. Facciamo un po' di chiarezza!

Se si è interessati alle immagini satellitari, la serie di satelliti METEOR è da tenere in considerazione, perché la qualità delle immagini e la loro risoluzione è molto più elevata, senza essere notevolmente più complicata da ricevere.

I satelliti

I POES (Polar Operational Environmental Satellites) sono una serie di satelliti meteorologici che risiedono in orbita polare (circa 800km di altitudine) eliosincrona (passano sullo stesso punto tutti i giorni alla stessa ora solare).

Sono attualmente operativi tre satelliti: NOAA 15, NOAA 18 e NOAA 19.

Il NOAA 16 è stato dismesso nel 2014 dopo un guasto all'ADACS (sistema di stabilizzazione). Il NOAA 17 è stato dismesso nel 2013 per un guasto al sistema di controllo.

Frequenze

Descrizione del segnale

Le immagini dei POES vengono trasmesse tramite APT (Automatic Picture Transmission), che è completamente analogico.

Dobbiamo quindi per prima cosa demodulare il segnale ricevuto che è modulato in FM (come le normali radio musicali), per poi andare a "disegnare" un'immagine utilizzando l'ampiezza del segnale demodulato, in maniera del tutto analoga ad un televisore analogico o SSTV.

Sostanzialmente, più il segnale ricavato è "forte", più il puntino sarà "bianco" (luminoso). L'immagine ricavata sarà quindi in bianco e nero, ma con del software appropriato possiamo creare delle immagini a falsi colori molto realistiche ed utili.

Hardware

SDR

Va bene qualunque SDR che sia di qualità sufficiente. Io uso una Nooelec SMArtee, del costo di circa 30 euro, basata sul chip RTL2832u e sintonizzatore R820T2.

Attualmente la miglior scelta è rappresentata dalla RTL-SDR V3 o V4 reperibile su Amazon e su eBay (link non affiliati, presenti solo per comodità). Attenzione ai falsi! Acquistate solo sui negozi ufficiali.

Antenna

Discussione generale

I satelliti APT trasmettono un segnale forte su banda VHF, che può essere ricevuta senza troppa difficoltà quasi ovunque.

Il parametro più importante per avere una buona ricezione non è l'antenna, e nemmeno la SDR, ma la portata ottica con il satellite.

Immaginiamo che il satellite sia una lampadina: per poterla vedere, non devono esserci ostacoli tra di noi. Così, risulta ovvio che il posto migliore per ricevere i segnali LRPT è in cima ad un monte, oppure in un luogo aperto, piatto e scarsamente popolato come un campo o un bosco in pianura.

Stare lontani da luoghi abitati aiuta molto, perché gli alimentatori switching, le luci a LED e le comunicazioni powerline producono forti interferenze che possono disturbare la ricezione, specialmente se si è alle prime armi.

Una volta presa la mano in un luogo "pulito", si potrà tentare la registrazione praticamente da qualunque luogo che abbia una chiara visuale del cielo come un parco cittadino o il tetto di un edificio.

Il sottoscritto ha sperimentato con successo i luoghi più disparati tra cui stazioni ferroviarie, fermate dell'autobus, tetti di scuole, basi militari, castelli patrimonio UNESCO, spaggie e persino su una canoa! Il bello del segnale APT è che l'attrezzatura necessaria risulta molto piccola e portatile. È quindi facile registrare "al volo" ad esempio mentre si aspetta il treno in stazione.

L'unico "tabù" è di evitare come la peste di posizionarsi vicino (meno di 1 km) ad antenne di trasmissione FM, perché quelle essendo molto vicine in frequenza al satellite (108 MHz è molto vicino a 137 MHz) saturerebbero la SDR.

Misure per costruzione del V Dipole

Le misure per il V Dipole sono le seguenti. Per costruirlo, si possono usare due bacchette di alluminio o altri materiali abbastanza spesse da non piegarsi facilmente (3 mm per l'alluminio ad esempio) e un morsetto elettrico tipo mammut.

LNA

Non è strettamente necessario, anzi talvolta può fare più male che bene (specialmente in città), ma se ci si trova in un luogo privo di interferenzre un buon LNA può aumentare la qualità dell'immagine.

Le schede tipo SPF5189z trovate facilmente su Internet sono più che sufficienti e, se appaiate con un filtro SAW da 137.5 MHz (reperibili su Aliexpress), funzioneranno ancora meglio.

Non raccomando l'acquisto del Nooelec SAWbird+ NOAA, perché ha alcuni difetti di progettazione che lo rendono quasi inutile.

Software

Molte guide utilizzano SDR# per la ricezione, ma questo software ormai è stato superato da SDR++ di Alexandre Rouma, che risulta essere molto più leggero, moderno ed efficace. Tra le altre funzioni utili di questo software, è incluso un sistema di riduzione del rumore fatto apposta per i segnali APT.

Set-up di SDR++

AVVISO: in data odierna (gennaio 2023) è necessario scaricare l'ultima nightly di SDR++ altrimenti non si disporrà della funzione "NOAA APT Noise Reduction" che è importante per ottenere ottime immagini.

1. Aprire SDR++ e configurare la propria SDR correttamente.
2. Selezionare modalità NFM (Narrow FM) ed impostare il filtro a 50 kHz (scrivere 50000)
3. Spuntare la casella Noise Reduction e impostarla in modalità NOAA APT
4. Posizionarsi sulla frequenza corretta (vedere la tabella sopra)
5. Controllare che sia selezionato Audio nel Recorder (si devono vedere i due VU Meter)

Ora si è pronti per aspettare il transito del satellite. Potrebbe essere necessario regolare il guadagno della SDR per i migliori risultati. Per fare ciò, aumentare lentamente il guadagno fin quando il segnale risulta il più chiaro possibile.

Previsione del passaggio

Per prevedere quando passerà il satellite, si può usare Look4sat su Android o SatSat su iOS. Se si preferisce invece utilizzare un programma sul proprio computer, Orbitron e GPredict andranno benissimo.

Ricezione

Quando il satellite sorge, si comincerà a sentire il tono caratteristico (tipo "dididididi"). A questo punto, schiacciare Record per registrare (si vede un tempo in rosso che aumenta). Regolare il volume di SDR++ (in alto, accanto all'altoparlante) a piacimento: alcuni trovano il segnale APT molto rilassante, altri lo odiano. Non influirà sulla registrazione, ma è utile tenerlo attivo in modo da accorgersi se per caso qualcosa va storto (si sentirà gracchiare come una qualunque radio normale che non prende). Quando il satellite tramonta, prima di chiudere SDR++, fermare la registrazione!

Errori frequenti

• MAI tentare di correggere il Doppler utilizzando la funzione transponder di Orbitron o Gpredict. Il segnale APT è stato progettato negli anni Sessanta del secolo scorso per essere ricevuto da apparati a basso costo, perciò non necessita di correzione del Doppler.

• MAI utilizzare le funzioni RTL AGC o Tuner AGC. Questi AGC sono progettati per segnali molto ampi come DVB-T. Il controllo del guadagno non "vedrà" il segnale APT poiché è troppo stretto e applicherà un guadagno molto più elevato del normale.

Decodifica ed elaborazione dell'immagine

Decodifica ed elaborazione con SatDump (metodo raccomandato)

SatDump è una soluzione completa per tutto ciò che riguarda la ricezione satellitare.

Abbiamo lavorato duramente per rendere il processo il più semplice e fluido possibile e SatDump consente di passare dalla registrazione audio a prodotti completi adatti per previsioni meteorologiche in pochi clic!

Dopo aver installato SatDump, apparirà la scheda Offline decoding. Cercare la pipeline NOAA APT e selezionare la registrazione nel campo Input file. Selezionare una cartella vuota nel campo Output directory. Selezionare audio_wav nel campo Input level!

Non toccare nessun'altra opzione: verranno compilate automaticamente!

Premere il pulsante Start. La registrazione APT verrà decodificata ed elaborata automaticamente.

Al termine, alcune immagini predefinite verranno archiviate nella cartella Output directory specificata nel passaggio precedente.

Tramite la scheda Viewer è possibile anche produrre immagini composite o con elaborazioni particolari. È anche possibile aggiungere città, confini di Stato, griglie di latitudine o longitudine e molto altro.

I dati possono quindi essere utilizzati facilmente per effettuare previsioni meteorologiche.

Selezionando la casella Project, è possibile proiettare le immagini su una mappa. Questo consente, ad esempio, di combinare insieme più passaggi che coprono una regione geografica estesa.

Decodifica con NOAA-APT e WXtoIMG insieme (metodo obsoleto e non raccomandato)

In alternativa è possibile utilizzare (NOAA-APT) unito al software WXtoIMG.

Questo programma è ABANDONWARE e obsoleto e non deve essere usato se non si sa esattamente cosa si sta facendo.

Per prima cosa bisogna installare NOAA-APT, seguito da WXtoIMG.

Successivamente, bisogna seguire una procedura abbastanza noiosa:

1. Aprire NOAA-APT e selezionare Tools → Resample WAV
2. Selezionare il file registrato con SDR++ in Input file
3. In Output file, scrivere il nome del file. ATTENZIONE AL FORMATO, DEVE ESSERE AAAAMMGGHHMM.wav dove HH e MM sono in ora UTC (quindi ora italiana meno 2 ore in estate, e meno un'ora in inverno)
4. Lasciare invariato Output rate a 11025
5. Premere Resample
6. Aprire WXtoIMG
7. Fare clic su File → Open Audio File e selezionare il file salvato da NOAA-APT
8. Dal menù Enhancements selezionare: MSA di giorno e MCIR di notte.

Messaggi di errore

• WARNING: Keplers are outdated: Devono essere aggiornati i dati orbitali. Aprire il file weather.txt che si trova nella cartella tle dove risiede l'eseguibile di WXtoIMG ed inserirvi dentro i dati scaricati da Celestrak
• WARNING: Can't get telemetry data: Il segnale è troppo debole.
• WARNING: Enhancement unusable: È stato selezionato MSA di notte oppure in un momento (poli, etc) in cui l'illuminazione terrestre è troppo bassa.
• WARNING: Could not find matching pass: Il file è nominato in modo sbagliato oppure WXtoIMG ha sbagliato il satellite. Rinominare il file, oppure andare in Options → GUI Options, spuntare Enable expert mode, riavviare WXtoIMG, selezionare di nuovo il file, poi andare in Satellite e selezionare il satellite giusto.

Ricezione contemporanea dei satelliti METEOR e NOAA

A volte capita che i satelliti METEOR e NOAA passino contemporaneamente. È possibile utilizzare SDR++ e riceverli entrambi. La procedura è spiegata nella guida dei METEOR.

Ricezione contemporanea dei segnali NOAA APT e NOAA DSB

I satelliti NOAA trasmettono un segnale aggiuntivo chiamato DSB. Sullo spettrogramma ha l'aspetto simile ad un castello fiabesco e trasmette dati dagli strumenti HIRS, SBUV e SEM, oltre alla telemetria.

È possibile ricevere contemporaneamente sia il segnale APT che quello DSB, utilizzando la funzione VFO su SDR++.

1. Scorrere verso il basso fino a Module Manager.
2. Digitare Radio 2 e selezionare radio. Fare clic su +.
3. Digitare Recorder 2, selezionare recorder. Fare nuovamente clic su +.
4. Un nuovo modulo Radio 2 apparirà nella parte inferiore della barra laterale sinistra, insieme a Recorder 2. Trascinarli vicino ai vecchi moduli Recorder e Radio.
5. Nella scheda Recorder 2, selezionare Radio 2 nel campo Stream. Lascia tutto il resto così com'è.
6. Si avranno ora due VFO (filtri) nello spettrogramma, che possono essere trascinati.
7. Fare clic sul VFO Radio e configurarlo per APT (come spiegato in precedenza).
8. Fare clic sul VFO Radio 2 e impostarlo per il segnale DSB selezionando la frequenza corretta (137,77 MHz per NOAA 19 e 137,35 MHz per gli altri satelliti), la banda (48000) e la modalià (RAW).
9. Quando appare il satellite, si vedrà il segnale sia nel VFO APT che in quello DSB. Fare clic su `Record`` in entrambi i registratori per avviare la registrazione di entrambi i segnali.
10. Quando il satellite si allontana, interrompere la registrazione su entrambi i registratori prima di chiudere SDR++.

Il segnale DSB è polarizzato linearmente e l'antenna è abbastanza vicina al corpo del satellite, il che significa che avrà molto fading. Consiglio di utilizzare un V dipole: inclinando o orientandolo in vari modi si può compensare questo fading.

Elaborazione del segnale DSB

È facile elaborare il segnale DSB in immagini e dati utilizzando SatDump.

1. Andare alla scheda Offline decoding.
2. Cercare NOAA DSB e selezionalo.
3. Nel campo Input file, seleziona il file .wav registrato con SDR++. Sarà nella stessa directory della registrazione APT.
4. In Output directory selezionare una directory vuota in cui archiviare i file. Lasciare tutto il resto così com'è.
5. Premere Avvia.

Le immagini verranno prodotte nella Output directory selezionata e saranno disponibili per la visualizzazione nella scheda Viewer.

HIRS è un sounder multibanda a bassa risoluzione: i migliori risultati si ottengono se i suoi dati vengono sovrapposti alle immagini APT e proiettati. Per ulteriori informazioni su come interpretare i dati dell' HIRS, leggi la mia guida meteorologica.

Ricezione di più di un satellite APT contemporaneamente

È possibile utilizzare il metodo sopra descritto per ricevere più satelliti APT contemporaneamente, come talvolta accade.

L'unica differenza è che, invece di selezionare RAW per il VFO Radio 2, si deve selezionare NFM e impostarlo in modo identico a Radio 1.

Naturalmente è possibile aggiungere ancora più moduli radio e registratori, rendendo possibile ricevere sia APT che DSB da due o addirittura tre satelliti contemporaneamente. Tuttavia, a causa del modo in cui è montata l'antenna DSB, i risultati raramente saranno soddisfacenti.

Automatizzazione della ricezione

Se si desidera costruire una stazione meteorologica satellitare automatizzata, si può consultare la guida relativa.

Buon divertimento con APT!

Versione: v1.0.1.