Wettersatelliten-Empfang

Obwohl man heutzutage entsprechende Satellitenbilder auf vielen Internetseiten sehen und auch downloaden kann ist doch interessant einen eigene Empfangsanlage zu bauen. Und es ist einfach ein schönes Erfolgserlebniss wenn man zum ersten Mal die Piepstöne aus dem All aus dem eigenen Lautsprecher hört.
Heutzutage ( Ende 2011) senden noch fünf NOAA-Wettersatelliten im analogen ATP-Format, alles umlaufende Satelliten mit polaren Bahnen. Die geostationären Wettersatelliten verwenden nun digitale, verschlüsselte Formate und der Empfang bleibt kommerziellen Stationen vorbehalten.

NOAA 15	137.62 MHz	ok
NOAA 17	137.50 MHz	keine Bilder
NOAA 18	137.91 MHz	ok
NOAA 19	137.10 MHz	ok

Der Satellit NOAA 17 ist defekt und sendet zwar keine Bilder mehr, aber die Framedaten werden nachwievor übertragen und so können die Signale für Einstellarbeiten verwendet werden.

Die NOAA-Satelliten umkreisen die Erde in etwa 800 km Höhe und für einen Umlauf benötigen sie circa 1 Stunde. Jeder Umlauf ist gegenüber dem vorigen etwas versetzt sodass nach und nach die gesamte Erdoberfläche abgescannt werden kann. Bei gegebener Position des Empfängers hat man insgesamt etwa 15 auswertbare Überflüge pro Tag da die Satelliten nur empfangen werden können wenn sie sich vom Standort des Empfängers aus über dem Horizont befinden. Von unserem Standort (Rapp-Instruments- München, 48°07'N 11°35'E ) können Satellitenbilder vom nördlichen Afrika bis Island empfangen werden. Die Bahndaten der einzelnen Satelliten sind als sogenannte Keplerelemente festgelegt und auf Webseiten der NASA zu bekommen. Daraus kann dann die Position errechnet werden. Einfacher ist das mit einem der vielen Freeware-Programmen die geniale Programmierer freundlicherweise zu Verfügung stellen. Der Verfasser verwendet das Programm >>Orbitron<< von Sebastian Stoff zur Lokalisierung der Satelliten

Wie oben angegeben senden die NOAA-Satelliten im UKW-Bereich bei 137 MHz, sodass es nicht allzu schwierig ist eine entsprechende Empfangsanlage zu bauen. Das VHF-Signal ist mit einem Hilfsträger von 2,4 kHz in der Frequenz moduliert. Dieser Hilfsträger wiederum ist mit dem eigentlichen Videosignal in der Amplitude moduliert. Zum Empfang braucht man somit einen VHF-Empfänger mit einem FM Demodulator. Der so erhaltene Hilfsträger wird über eine Soundkarte vom Computer aufgenommen und mit einem geeigneten Programm zu einem Bild verarbeitet. Zur Verarbeitung verwendet der Verfasser das frei erhältliche Programm >>WXtoImg<<.

Die Antenne: Die Satelliten senden mit rechtsdrehender zirkularer Polarisation deshalb bietet sich der Kreuzdipol ( Turnstyle) als einfach zu bauende Antenne an. Ein Kreuzdipol besteht aus zwei -Dipolen die um 90° versetzt und mit einer Verzögerungsleitung verbunden sind um so die zirkulare Polarisation zu bekommen. Eine weitere Verzögerungsleitung bewirkt die Impedanzanpassung an das 50 Ohm Antennenkabel

Dipolstäbe	6 mm Alurohr, Länge 505 mm, die gesamte Länge beträgt 1020 mm einschließlich des Mittelspalts
Transformationsglied	2 x RG 58 ( 50 Ohm) parallel, Länge 361 mm
Umwegleitung	RG 59 (75 Ohm), Länge 361 mm
Antennenkabel	RG 58 ( 50 Ohm) beliebige Länge


Die Empfangsleistung kann durch vier Reflektorstäbe noch verbessert werden. Diese Stäbe sind auch aus Alurohr haben eine gesamte Länge von 1060 mm und einen Abstand vom Dipol von 1/4 oder 3/4 Wellenlänge. Der Abstand beeinflusst das Strahlungsdiagramm der Antennenanlage.

Mastverstärker:

Zwingend ist der Einbau eines Mastverstärkers nicht, aber er bringt doch eine etwas bessere Empfangsleistung und veringert den Einfluß eines längeren Antennenkabels.Zudem ist der Aufbau recht einfach.

Empfänger:
Die Schaltung arbeitet nach dem Doppelsuperprinzip, d.h. das Eingangssignal wird erst nach der Umsetzung auf zwei Zwischenfrequenzen demoduliert. Das 137 MHz Signal wird erst auf 10,7 MHz und dann auf 455 kHz umgesetzt. Diese Doppelumsetzung erlaubt trotz einfacher Filter eine ausreichende Spiegelfrequenzunterdrückung.Die für Funkgeräte von Motorola entwickelte Schmalband-FM-Schaltung MC3362 eignet sich hervoragendfür diesen Zweck. Abgesehen von einer Vorstufe und der Frequenzregelung ist die gesamte Schaltung in diesem IC integriert. Am Demodulatorausgang erhält man das gewünschte 2,4 kHz Signal des Satelliten. Nach einer Nachverstärkung kann das Signal über eine Soundkarte in den PC eingelesen werden wo die Bilddemodulation und der Bildaufbau stattfindet. Die Abstimmung auf die genaue Empfangsfrequenz erfolgt mit dem ersten Oszillator der 10,7 MHz unter der Empfangsfrequenz schwingt und somit zwischen 126,3 MHz (137,0-10,7) und 127,3 MHz (140-10,7) abstimmbar sein muss. Als 1. LO arbeitet ein integrierter Oszillator Si570-C, der sehr fein im erforderlichen Bereich über I2C eingestellt werden kann. Der 2. LO ist mit einem Quarz bestückt und arbeitet auf 10.240 MHz. Der Quarz kann mit einer Kapatitätsdiode um einige Kilohertz in der Frequenz gezogen werden. Die Steuerspannung zum Ziehen des Quarzes wird aus der Diskriminatorspannung gewonnen, so errreicht man einew automatische Feinabstimmung welche die Dopplerschift ausgleicht. Da die Eingangsfrequenz mit 137 MHz nicht allzu hoch ist kann die ganze Schaltung auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden

Betrieb: Hat man alle Gerätschaften zusammen und dem Empfängeraufbau an die Soundkarte angeschlossen kann man auf den ersten Satelliten warten.Aus dem PC-Lautsprecher sollte ein kräftiges Rauschen zu hören sein. In diesem Stadium ist es hilfreich sich das Ausgangssignal mit einem Spektrumanalyzer anzusehen. Das hervoragende Freeware Programm > Spectrum Lab < von Wolfgang Büscher ist hier sehr gut geeignet. Bevor etwas im Rauschen zu hören ist kann mit diesem Programm die Spektrallinien bei 2,4 und 4.8 kHz gesehen werden.

	Der Satellit ist knapp über dem Horizont, aber noch nicht hörbar

	Nun ist der Satellit schon im Lautsprecher zu hören, aber die Bildzeilen sind noch verrauscht

	Der Empfang ist gut und liefert rauschfreie Bilder

Ist die Spektrallinie zu sehen wird man auch bald im Lautsprecher das typische Piepen des Satelliten hören und man kann die Aufnahme mit dem WXtoIMG-Programm starten und betrachten wie sich das Bild langsam aufbaut. Die NOAA-Satelliten übertragen immer zwei Bilder von verschiedenen Radiometern. Úntertags sind das meist ein Kanal im sichtbaren Bereich und ein Kanal im nahen Infraroten. Zusätzlich zu den Bildern werden noch Telemetriedaten in Form von Graufeldern übertragen. Aus diesen Daten kann z.B. der übertragene Kanal ausgelesen werden

Das WXtoIMG-Programm erlaubt nun die Darstellung der einzelnen Kanäle und auch die Kombination verschiedener Kanäle zu einem Falschfarbenbild


Nordafrikanische Küste im sichtbaren Bereich, deutlich zu sehen ist das das rote Meer, der Nil und sein großes Delta	Atlantik und Gibraltar


Falschfarbenbild, Atlantik und Gibraltar	Falschfarbenbild, Mittelmeer, Spanien und Italien

im gleichen Frequenzband wie die NOAA-Staelliten funken auch die Orbcomm-Satelliten. Diese Nachrichtensatelliten senden Telemetriesignale die gut empfangen und dekodiert werden können. Zur Dekodierung ist ein Programm erforderlich. Dieses Programm Orbcomm Plotter kann als kostenlose 30-Tage-Version verwendet werden. Da sehr viele Orbcomm-Satelliten im Orbit sind braucht man bis zum nächsten Durchgang nicht lange zu warten und so eignen sich diese Satelliten gut zur Einstellung des Empfängers und der Antennenanlage.