У першій статті я розглянув схеми та збирання приймача для отримання зображень із супутників серії NOAA. У цій статті я розповім про конструкцію приймача і антени, типи сигналів, які можна приймати, та перші декодовані зображення.
З початком прийому сигналів від погодних супутників я зрозумів необхідність збирання спеціальної антени та встановлення елементів приймача в корпус.
Для прийому на частоті 137 МГц найчастіше використовуються два види антен: квадрифілярна (quadrifilar helix antenna, QFH) та турнікетна (turnstile antenna). Перша антена має вужчу смугу пропускання, і тому вимоглива до точності розрахунку та виконання. Враховуючи також більш просту конструкцію турнікетної антени, я обрав саме її.
Турнікетна антена складається з двох напівхвильових диполів, розташованих під прямим кутом один до одного і з’єднаних фазозсувним елементом. Він є звичайним коаксіальним кабелем з хвильовим опором 50 Ом. Довжина кабелю дорівнює чверті довжини хвилі, помноженої на коефіцієнт укорочення кабелю, прийнятий рівним 0,66. Хвильовий опір антени відрізняється від вхідного опору приймача, що дорівнює 50 Ом. Тому для узгодження використовується трансформуючий елемент, представлений двома паралельно з’єднаними відрізками кабелю з хвильовим опором 75 Ом і довжиною, що дорівнює довжині фазозсувного елемента. Для зменшення габаритів та спрощення конструкції був зроблений лише директор, а його елементами стали телескопічні антени, прикріплені до дерев’яної основи.
Антена збиралася як експериментальна, тому без будь-яких добротних технічних рішень, і розміри були взяті приблизні. За допомогою додаткових деталей, які є під руками, її можна встановити і на фотоштатив, і за межами балкона з використанням труби ПВХ і кліпс.
Подальші експерименти показали, що навіть у найпростішому варіанті виконання турнікетна антена відмінно працює і дозволяє приймати та обробляти сигнали на частотах у межах 130 – 160 МГц. У цьому діапазоні доступні такі типи сигналів:
- зображення з метеосупутників, обладнаних системою Automatic Picture Transmission (APT);
- голосовий зв’язок, інформація про місцезнаходження у вигляді цифрового пакету APRS (Automatic Packet Reporting System) та зображення в режимі SSTV (Slow-scan television) з Міжнародної космічної станції (МКС);
- повідомлення ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System) та голосовий зв’язок пілотів в амплітудній модуляції з борту літака в радіусі до 200 км;
- телеграф (CW), телеметрія та голосовий зв’язок з радіоаматорських супутників, що ведуть мовлення в діапазоні 145 МГц, наприклад: QB50P1, QB50P2;
- голосовий зв’язок раціями, якими, наприклад, можуть користуватися працівники таксопарку;
- голосовий та телеграфний зв’язок між радіоаматорами безпосередньо або за допомогою репітерів, наприклад Ехолінк.
При використанні приймача, що розглядається в даній статті, доступні лише частотно модульовані сигнали, а саме: APT, APRS, SSTV, CW та голосовий зв’язок, у тому числі з МКС.
Корпус приймача був обраний Z4A: досить просторий, зі знімними панелями. Отвори в панелях під дисплей, вимикачі та інші компоненти виконані на верстаті ЧПУ. Всередині корпусу плати приймача, синтезатора та дисплея були встановлені на стійки, приклеєні до корпусу термоклеєм. На передній панелі були розташовані регулятори гучності та шумозаглушення, дисплей, кнопка, аудіовиход та енкодер. Ззаду були розташовані вимикачі живлення та підсвічування дисплея, роз’єми живлення та антени.
Підключення до лінійного входу комп’ютера здійснюється за допомогою саморобного перехідника зі штекером RCA з одного боку та роз’ємом 3.5 mm jack – з іншого, а також кабелю зі штекерами 3.5 mm jack із двох сторін. Приймач живиться від літій-іонного акумулятора з номінальною напругою 12 В. Вхідна напруга понижується лінійним регулятором напруги на 9 В. Робочий струм приймача складає близько 50 мА.
У процесі експлуатації приймача з’ясувалося, що прийом нестабільний, шумозаглушення не працює, а рівень гучності настільки високий, що комфортне прослуховування було можливе при майже мінімальному положенні регулятора. Проблеми з нестабільним прийомом були вирішені використанням тонкого коаксіального кабелю з хвильовим опором 50 Ом для з’єднання антенного роз’єму з платою, а також частковим екрануванням плати приймача листами текстоліту для зменшення впливу синтезатора частоти і дисплея на аналогову частину.
Для зменшення верхнього рівня гучності перед потенціометром R24 було встановлено резистор 100 кОм. Друга проблема була вирішена з’єднанням колектора VT2 не з контактом 2 мікросхеми LM386, а з R24 і вище зазначеним встановленим резистором. При цьому R12, R13 і R15 виключаються зі схеми, а база VT2 з’єднується з R10 та C19 безпосередньо.
Таблиця частот APT робочих супутників серії NOAA
| Супутник | Частота, МГц |
| NOAA-15 | 137.62 |
| NOAA-18 | 137.9125 |
| NOAA-19 | 137.1 |
Перші впевнені сигнали вдалося прийняти та записати у березні 2014 року. 27 березня вперше вдалося декодувати сигнал із супутників NOAA-15 та NOAA-18 та отримати зображення хмарності з космосу. Порівняння з фотографіями, знайденими на погодних сайтах в мережі, показало правдоподібність зображення. 29 березня було записано повний проліт супутника NOAA-15, на якому Україна повністю потрапила у поле зору. Мінімальна висота, де ще прослуховувався сигнал, виявилася приблизно 2°.
Система APT включає передачу даних у двох каналах: один передає зображення в інфрачервоному (ІЧ) кольорі, другий – у видимому кольорі або ІЧ в залежності від освітленості поверхні, над якою пролітає супутник. Космічний апарат безперервно сканує поверхню за допомогою лінійного сенсора та оптико-механічного пристрою та одразу ж передає закодовані дані. Через те, що канал видимого діапазону лише один, зображення можна прийняти тільки монохромне, проте деякі програми, такі як WXtoImg, можуть синтезувати штучний колір на основі даних з наявних каналів. Зображення виходить глибиною кольору 8 біт і роздільною здатністю 4 км на піксель.
Перші декодовані зображення показали помітні шуми на найбільш яскравих ділянках зображення у видимому діапазоні, викликані вузькою смугою керамічного фільтра другої проміжної частоти (ПЧ) 455 кГц. Зображення ж в інфрачервоному діапазоні було практично повністю заповнене шумом. Не повністю декодована інформація не дозволяла будувати зображення у штучних кольорах та витягувати іншу інформацію, наприклад: температуру поверхні чи опади.
 |
 |
Мал. 4. Перший прийом повного прольоту, у центрі зображення видно Україна, Крим та Чорне море, приховане там. Праворуч зображення у штучних кольорах, отримане у WXtoImg.
Проте вже в травні в одному з інтернет-магазинів несподівано було знайдено потрібний фільтр LT455BW зі смугою пропускання 30 кГц за напрочуд низькою ціною. Із заміною наявного фільтра на нове зображення кардинально змінилося. Шум залишився помітним лише при невпевненому прийомі та внаслідок невідповідності частот супутників та частотної сітки приймача з кроком 12.5 кГц. При такому кроці прийом супутників можливий на частотах 137.1, 137.612, 137.9 МГц.
Для зручності навігації за частотами програмне забезпечення приймача було переписано з мови програмування Basic на C та доповнено режимами, що перемикаються однією кнопкою. Також у ПЗ були записані частоти супутників, МКС, місцевих таксі та Ехолінк-репітера. Два режими передбачають перемикання між частотами з кроками 12,5 кГц і 250 кГц, а третій режим дозволяє перемикатися між фіксованими частотами і є активним при включенні приймача.
Програмне забезпечення мікроконтролера для MicroC
Приймач для отримання зображень з супутників серії NOAA. Частина 1.