Družice NOAA obiehajú okolo Zeme so sklonom 98 až 99° (ide o polárnu dráhu). Perigeum je vo výške 810 km, apogeum vo výške 870 km. Obežná doba je cca 100 minút. Posun dráhy medzi dvoma susednými obletmi je cca 25,5° smerom na západ. Obežná dráha je heliosynchrónna (družica preletí určitou zemepisnou šírkou vždy v rovnakom čase). Skratka NOAA je z názvu americkej vládnej organizácie National Oceanic and Atmosferic Administration. Občas sa tieto družice označujú ako TIROS (Television Infrared Observation Satellite). V súčasnosti sú aktívne družice NOAA 15, NOAA 18 a NOAA 19. Satelity NOAA 16 a NOAA 17 už nefungujú. Prvý z nich odosielal cez APT na Zem nezmyselné údaje, tak sa APT vysielač vypol (HRPT funguje normálne). Druhý bol vyradený z činnosti v apríli 2013.

Meteodáta, ich príjem a zobrazenie

Hlavný prístroj na družiciach NOAA je rádiometer AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). V súčasnosti sa používa verzia AVHRR/3. Prístroj skenuje povrch Zeme v 6 kanáloch.

kanál 10,58 – 0,68 µmčervená oblasť spektra
kanál 20,725 – 1,0 µmblízke infračervené žiarenie
kanál 3A1,58 – 1,64 µminfračervené žiarenie
kanál 3B3,55 – 3,93 µminfračervené žiarenie, resp. tepelné žiarenie
kanál 410,3 – 11,3 µmtepelné žiarenie
kanál 511,5 – 12,5 µmtepelné žiarenie

Prvé tri kanály sú výlučne z odrazeného slnečného žiarenia, posledné dva sú len tepelné. Kanál 3B je zmiešaný (v noci je tepelný). Všetkých 6 kanálov nesie 10bitovú informáciu (1024 úrovní signálu). Prenosová kapacita družice umožňuje zasielať dáta z maximálne 5 kanálov naraz, preto sa (za štandartných podmienok) strieda odosielanie kanálu 3A (cez deň) a 3B (v noci). Rozlíšenie obrázkov je (pre oblasť pod družicou – nadir) 1,1×1,1 km, na okraji snímaného pásu cca 2,5×2,5 km. Družica sníma nepretržite oblasť 3000 km širokú (1500 km na obe strany od nadiru), dáta sa odosielajú v reálnom čase na frekvencii cca 1,7 GHz. Dĺžka najdlhšieho preletu je cca 15,5 minúty. Vtedy prijímacia stanica prijíma 6 obrazových riadkov za sekundu. Každý z nich obsahuje 2048 pixelov (s 10bit hodnotou). Takže objem dát z jedného preletu môže byť aj 130 MB. Na príjem je potrebné použiť vhodnú parabolu s rotátorom. Tento typ dát sa označuje ako HRPT (High Resolution Picture Transmission). Družice NOAA však vysielajú aj dáta v analógovej podobe. Ide o systém APT (Automatic Picture Transmission). Tu sa odosielajú naraz 2 videokanály (označené ako VideoA a VideoB). Tiež sa dáta odosielajú po riadkoch. Riadok je dlhý 2080 pixelov, na obraz sa použije 909 pixelov, zvyšné dáta sú telemetria a synchronizačné dáta. Na Zem sa odosielajú 2 riadky za sekundu, takže prenosová rýchlosť je 4160 Baud.

Obraz HRPT

Dáta z družíc sú prenášané hlavne HRPT (NOAA satelity), CHRPT (Color High Resolution Picture Transmissions; čínske satelity) a AHRPT (Advanced High Resolution Picture Transmissions; satelity EUMETSAT). HRPT signál vysielajú aj geostacionárne družice, aj satelity s polárnou dráhou. Signál môžme prijať prijímačom naladeným na L-pásmo (1670-1710 MHz). Šírka pásma je 4,5 MHz. Signál sa moduluje BPSK a QPSK moduláciou. Na dobrý príjem je nutné použiť kvalitnú anténu s veľkým ziskom. Odporúča sa použiť satelitný tanier, ale môže sa použiť aj anténa typu Yagi alebo aj Helix. Signál je dobre prehnať predzosilňovačom (naladeným na L-pásmo). Uložené dáta sa dajú dekódovať softvérom DWDSAT HRPT Viewer. Tu je prehľadná tabuľka satelitov šíriacich signál HRPT:

Polárne družice NOAA

SatelitFrekvencia
NOAA-151702,5 MHz
NOAA-161702,5 MHz
NOAA-171698,0 MHz
NOAA-181707,0 MHz
NOAA-191698,0 MHz

Satelit NOAA-17 ukončil činnosť v apríli 2013.

Geostacionárne družice NOAA

SatelitFrekvencia
GOES-121687,5 MHz
GOES-111687,5 MHz

Polárny satelit EUMETSAT (vysiela AHRPT)

SatelitFrekvencia
Metop-A1701,3 MHz

U čínskych satelitov je situácia celkom nejasná, funkčné by mali byť 3 satelity. Polárny satelit Feng Yun FY-1D vysiela na frekvencii 1700,4 MHz. Existujú aj dva geostacionárne satelity Feng Yun FY-2D a Feng Yun FY-2E.

Obraz APT

Dáta pre každý kanál APT sú miešané z 2 kanálov AVHRR. Rozlíšenie je 4x4km a každý pixel obsahuje 8bitovú informáciu (256 úrovní signálu). Jeden kanál je dlhovlnný infračervený (10,9 µm) a druhý sa prepína medzi blízkou viditeľnou oblasťou (0,86 µm) cez deň a infračerveným žiarením (3,75 µm) v noci.

Synchronizácia a telemetria

Synchronizácia a telemetria

Synchronizačné údaje sa vysielajú na začiatku každého videokanálu. Vysielajú sa minútové značky (4 striedavo čierne a biele riadky každých 120 riadkov). Telemetrické údaje sa skladajú zo 16 blokov, každý z nich je 8 riadkov dlhý. Sú to referenčné údaje pre dekódovanie videokanálov. Prvých 8 blokov "klinov" začína na 1/8 maximálnej intenzity signálu a postupne sa zosilňujú (každý nasledujúci blok o 1/8). Deviaty blok obsahuje signál o nulovej intenzite. Desiaty až pätnásty blok obsahujú kalibračné údaje pre snímač. Šestnásty blok povie, pre ktorý senzor sa vysielali údaje. Prvých 14 blokov musí byť rovnakých pre každý kanál. Šestnásty telemetrický blok sa vysiela každých 128 riadkov a označuje sa ako "frame".

Vysielanie signálu

Signál sa vysiela nepretržite a je amplitúdovo modulovaný (256 úrovní na podnosnej frekvencii 2400 Hz. Toto je frekvenčne modulované na frekvencii cca 137 MHz. Maximálna modulácia subnosnej vlny je 87 %±5 %. Celková šírka pásma je 34 kHz.

  • NOAA 15 - 137,6200 MHz
  • NOAA 18 - 137,9125 MHz
  • NOAA 19 - 137,1000 MHz

Spracovanie signálu vo WXtomlg

Tento software po potrebnom nastavení automaticky zaznamenáva, dekóduje, zobrazí a uloží prijatý APT signál. Nastavenie programu je jednoduché, ja sa zameriam hlavne na Enhancements Menu.

Tu nájdete hromadu možností, ako vylepšiť vzhľad prijatých dát. Každá zmena nastavenia vylepšenia obrázku automaticky spustí dekódovanie dát a ich zobrazenie. Dá sa to zakázať v OptionsDisable auto-decode.

  • Normal – Výsledok je normálny obrázok. Použije sa gama, zaostrenie a ďalšie nastavenia v sekcii Options a Image.
  • Pristine – Výsledok sa snaží o čo najlepšie zobrazenie pôvodných dát. Nerobia sa zásahy typy zaostrenie, gama atď.
  • Contrast enhance – Vykoná zmenu kontrastu podľa nastavenia v Options.
  • Contrast enhance (NOAA ch A only) – Zmena kontrastu sa vykoná (podľa nastavení v Options) len v kanále A. Druhý kanál je bez zmeny.
  • Contrast enhance (NOAA ch B only) – Zmena kontrastu sa vykoná (podľa nastavení v Options) len v kanále B. Druhý kanál je bez zmeny.
  • MCIR map colour IR (NOAA) - Vyfarbí dáta zo 4. IR senzora. Vysoká oblačnosť je biela, nízka oblačnosť je šedá. Pevninu/more vyfarbí tiež (modrou/zelenou farbou). Oblaky sú na tomto obrázku všeobecne svetlejšie, ale niekedy je problém určiť hranicu medzi oblakmi a morom/pevninou. Tmavšie farby znamenajú teplejšie oblasti.
  • MSA Multispectral analysis (NOAA -#2-4/1-4) – Multispektrálna analýza. Použijú sa kanály 2-4 a zistí sa, ktoré oblasti sú pokryté oblakmi. Vždy sa porovnávajú dva obrázky a v Options je veľa možností, aké falošné farby treba priradiť určitým oblastiam. Toto vylepšenie nepoužíva paletu farieb a nie je teplotne normalizované.
  • MSA with precipitation (NOAA -#2-4/1-4) – To isté ako MSA Multispectral analysis, ale vysokú oblačnosť vyfarbí tak, ako by vyzerali bez vylepšenia. Výsledok pomôže odhadnúť výskyt a množstvo zrážok.
  • MSA anaglyph false 3-D (NOAA -#2-4/1-4) - Urobí to isté ako MSA multispectral analysis, ale urobí 3-D (anaglyf) obrázok. Obrázok treba pozerať s červenámi/modrými okuliarmi.
  • HVCT false-colour (NOAA 2-4) – Podobné zobrazeniu HVC, ale použije modrú farbu pre vodu a farby, ktoré výraznejšie ukážu povrch Zeme.
  • HVCT with precipitation (NOAA 2-4) – To isté ako HVCT false-colour, ale lepšie zvýrazni oblasti s možnými zrážkami (podobne ako MSA with precipitation).
  • HVC false colour (NOAA 2-4) – Z APT obrázkov vytvorí obrázok s falošnými farbami založenými na teplote. Použije sa HVC farebný model, teplota zo senzora 4 (ako odtieň) a teplota zo senzora 2 (ako jasnosť). Tento model sa snaží o to, aby sa rôzne farby s rovnakou hodnotou V javili oku ako rovnako jasné. Svetlé oblasti sú tu nesaturované.
  • Sea surface temp (NOAA) – Vytvorí z APT obrázkov obrázok vo falošných farbách. Dáta berie zo senzora 4 (teplota mora). Povrch Zeme je vyfarbený čiernou. Takisto aj vysoká oblačnosť sa vyfarbí čiernou farbou. Teplota povrchu mora ale môže byť skreslená nízkou oblačnosťou alebo šumom v signále.
  • Thermal (NOAA) – Vytvorí obrázok vo falošných farbách založený na teplote. Toto veľmi dobre zvizualizuje teploty oblačnosti.
  • Vegetation (NOAA 1-2) – Vyžaduje dáta zo senzorov 1 a 2 (tieto dáta boli dostupné počas testu satelitov tesne po vypustení). Teraz sú tie dáta k dispozícii len občas. Zobrazí vegetačný index, povrch Zeme zafarbí na zeleno, vodu na tmavomodro a oblaky na bielo. Nepoužíva žiadnu farebnú paletu a teploty nie sú normalizované.
  • Anaglyph false 3-D (GOES/NOAA) – Vytvorí 3D obrázok vo falošných farbách. Použije pri tom HCVT vylepšenie. Použijú sa zábery vo viditeľnej oblasti (ak sú dostupné) a blízkej IR oblasti (ak viditeľná oblasť nie je dostupná, použije sa len tento obrázok).
  • Class enhancement – Tu sa snímka upraví tak, že sa na začiatok použije 27 klusterov rovnomerne rozložených po diagonálach obrázku. Potom sa obrázok iteračne zoptimalizuje. Pre vyrovnávanie hodnôt v histograme sa použije hodnota odtieňa z kanálu A.
  • NO Colour IR enhancement (GOES/NOAA) – Toto výrazne zvýši kontrast v tmavých častiach pevniny a mora a vyfarbí chladné vrcholy oblakov. Je to skratka z NOAA colour IR contrast enhancement.
  • ZA general IR enhancement – V NOAA všeobecne používané. Toto zvýši kontrast saturovaním oblastí s veľmi nízkymi a veľmi vysokými teplotami. Použije sa, ak tieto oblasti majú veľmi málo informácií. Táto voľba je teplotne normalizovaná.
  • MB thunderstorm (GOES/NOAA) – Toto zvýrazní studené vrcholy oblakov. Ukáže oblasti s najsilnejším dažďom. Silné lejaky sa často vyskytujú v búrkových oblakoch, takže vidíme búrkové oblaky. Táto voľba je teplotne normalizovaná.
  • MD warm season MB (GOES/NOAA) – Táto voľba je modifikácia MB thunderstorm. Použije sa v teplom období roku. Zvýrazní "odtiene šedej" teplých nízkych mrakov (teplota 30 °C až 7 °C). Inak funguje rovnako ako MB thunderstorm. Aj táto voľba je teplotne normalizovaná.
  • BD hurricane (GOES/NOAA) – Táto možnosť zvýrazní oblasti, kde sú hurikány.

Článok vznikol v roku 2015. Teraz (január 2019) len doplním jednu dôležitú vec. V júnu roku 2018 program WXtoImg zmizol z internetov. O mesiac neskôr už vznikla fanúšikovská stránka, kde sú stále udržiavané funkčné verzie pre Linux, Windows a OSX.

Stručný sprievodca nastavenia programu

Pri prvom spustení programu nastavte svoju zemepisnú polohu (teda polohu, kde sa nachádza vaša anténa na príjem).
V menu nájdite možnosť Recording Options a tam označte možnosť "Record only when active APT satellites are overhead...".
Aktualizujte databázu preletov NOAA družíc. Najprv kliknite na File -> Update Keplers, potom na File -> Satellite Pass List a nechajte si zobraziť aktuálny zoznam preletov družíc nad vašou lokalitou. V zozname vidíte aj frekvenciu, na ktorú naladíte váš rádioprijímač pripojený k zvukovke počítača (nastavenie prijímača a zvukovky je veľmi rôznorodé, závisi od typu vášho prijímača; to sa dá nastaviť v Recording Options). Ak sa blíží čas preletu, tak spustíte prijímač a program. Choďte na File->Record, nastavte, čo chcete zobraziť a uložiť, potom stlačte Auto Record a počkajte na prelet družice. Záznam a dekódovanie obrazu začne, keď sa družica zjaví nad horizontom a skončí, keď družica zapadne za horizont.

Program WXtoIMG vo videu. Zdroj: youtube.com


Výber vhodnej antény a rádioprijímača už je mimo rozsah tohto článku. Dá sa použiť SDR, ale aj napríklad scanner AOR 8000 a podobné prijímače.

Zdroje: astronom.cz, osel.cz, infovis-wiki.net, satsignal.eu, nwpsaf.eu, en.wikipedia.org