NOAA-Satellitenbilder

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Die Satelliten

Schon seit den 60er Jahren hat die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) polumlaufende Wettersatelliten im Einsatz. Diese fliegen in 820km Höhe ständig um die Erde und zwar immer über Nord- und Südpol. Natürlich nicht immer auf derselben Bahn, sondern immer um ca. 2000km versetzt. Die Umlaufzeit beträgt dabei ca. 100 Minuten. Dadurch wird im Laufe des Tages praktisch jeder Punkt der Erdoberfläche einmal überflogen, wobei der Satellit ständig mit mehreren Messgeräten die Erdoberfläche in einer Breite von ca. 2100km abtastet.

Die Abtastungen (wie bei einem Scanner) werden dabei ständig auf Frequenzen um 137MHz ausgestrahlt, und zwar jeweils im Signal verschachtelt ein Bild des sichtbaren Lichtes und dasselbe Bild im infraroten Bereich. Man kann und darf sie mit der entsprechenden Ausrüstung empfangen und für nicht-kommerzielle Zwecke auch ins Internet stellen.

Zur Zeit sind noch vier Satelliten aktiv: NOAA-15: gestartet 1998, NOAA-17: gestartet 2002, NOAA-18: gestartet 2005 und NOAA-19, gestartet im Februar 2009. Hoffen wir, dass sie noch einige Zeit halten, denn diese Satelliten strahlen ihre Signale noch analog aus. In Zukunft werden die Signale digital und damit wahrscheinlich aufwendiger und schwieriger zu dekodieren sein. Das aktuelle Sendeverfahren wird übrigens „APT“ (Automatic Picture Transmission) genannt.

Leider ist die „Advanced Microwave Sounding Unit -A1“ von NOAA-17 im Status Red, so dass die Bilder häufig Fehler aufweisen. Daher habe ich den Empfang von NOAA-17 abgeschaltet.

Zum Empfang benötigt man

Meine Ausrüstung ist im Folgenden beschrieben.

Der Receiver

Der Receiver ist ein R2FX, der von einem deutschen Funkamateur entwickelt und gebaut wird, er ist microprozessor-gesteuert. Insgesamt kann er fünf Kanäle empfangen (der sechste war ursprünglich für einen Meteosat-Konverter, die es heute aber kaum noch gibt), wobei zur Zeit drei Kanäle ausreichen, weil nur noch drei NOAA-Satelliten fehlerfrei empfangbar sind.

Der R2FX hat zwei Modi: Einen, bei dem man einen Kanal fest einstellen kann und einen, bei dem er alle Kanäle ständig durchscannt, bis auf einem Kanal ein Signal anliegt.

R2FX-Receiver

Der Empfänger hat zwei Antenneneingänge (siehe unten), einen Ausgang zum Anschluss an die Soundkarte eines Rechners und eine serielle Schnittstelle, über die man einerseits die Frequenzen der Satelliten in den µP programmieren kann, andererseits den Receiver softwaretechnisch in Bezug auf die Kanalwahl steuern kann.

Die Antennen

Da der Receiver eine sogenannte „Antennen-Diversity“ besitzt, habe ich auch zwei Antennen angeschlossen. „Antennen-Diversity“ bedeutet, der Receiver schaut ständig nach, von welcher Antenne ein stärkeres Signal kommt und schaltet dann schnell auf diese Antenne. Das macht durchaus Sinn. In manchen der Bilder sieht man einen verrauschten Streifen in der Mitte. Eine Analyse ergab, dass das dann passiert, wenn sich der Satellit weit im Osten und noch nicht hoch über dem Horizont befindet.

„Seltsam sieht die QFH-Antenne aus“, mag man sagen. Warum ist sie so gebaut wie sie gebaut ist? Das liegt daran, dass die Sendeantenne des Satelliten genau so aufgebaut ist. Aber warum? Weil sich der Satellit während der Ausstrahlung dreht und sich somit die Polarisationsebene der Wellen ständig ändert. Durch die Biegung der Empfangsdrähte treffen die Wellen also immer richtig auf einen Teil des Drahtes.

QFH-Antenne 1 QFH-Antenne 2

QFH- (quatrifilar Helix-) Antenne

Die Turnstile-Antenne (früher sagte man „Kreuzdipol“) ist nur viermal während einer Umdrehung des Satelliten in der richtigen Polarisationsebene, aber zur Unterstützung der QFH-Antenne reicht das allemal, um eventuelle Störungen auszugleichen.

Antenne1 Antenne 2

Turnstile-Antenne (z.Zt. provisorisch)

Die Dekodierung der Signale

Wie schon oben beschrieben, wird der Ausgang des Receiver an die Soundkarte eines Computers angeschlossen. „???“. Ja, die Bildinformationen der Kamera des Satelliten werden in Töne umgesetzt, und diese Töne werden dann gesendet. Sie werden von der Soundkarte verarbeitet und von einer Software dekodiert.

Die Software, die ich nutze, heißt „wxtoimg“. Ich will sie hier nicht näher beschreiben, nur soviel sei gesagt: Die Software weiß durch Informationen aus den Internet („Kepler-Elemente“) ständig wo welcher Satellit ist, schaltet den Receiver, wenn der Satellit ca. 6° über dem Horizont steht, auf die jeweilige Frequenz, dekodiert das Bild, macht dabei aus dem sichtbaren und Infrarotbild eine farbiges, kann durch genaue Kenntnis der Position des Satelliten und der Uhrzeit eine Karte mit den Landesgrenzen über das Bild legen, zeichnet ein rotes Kreuz, wo Rhynern ist und lädt das Bild auf diese Homepage.

Nachts allerdings habe ich sowohl Receiver als auch Rechner ausgeschaltet, so dass nur Bilder, die etwas ab 8:00 und bis etwas 22:00 empfangen werden, auf diese Seite hochgeladen werden. Während der Dunkelheit ist das Bild mit dem sichtbaren Licht sowieso schwarz und das Programm berechnet aus dem Infrarotbild etwas Darstellbares. Unterscheiden kann man die Bilder anhand der „Enhancement-Angabe“: MSA, wenn das sichbare Licht ausreichte, MCIR bei Dunkelheit.

Werdegang des Signals

Die aufgezeichneten Bilder werden von Satelliten in diese Töne umgesetzt:

Dekodiert ergibt das dieses Bild (links Infrarot, rechts sichtbares Licht): Daraus erstellt das Programm ein MSA*- oder MCIR*-Bild (hier MSA):

03251534

noaa-15-03251534-msa

Dazu noch ein NO*-Bild Und eine zusammengesetzte Projektion

noaa-15-03251534-no

noaa-20080325-n-msa

* MSA (Multispectral analysis): Multispektral-Analyse. Benutzt ein NOAA Kanal-2-4 Bild und ermittelt aufgrund einer Analyse der beiden Bilder, welche Regionen am wahrscheinlichsten Wolken, Land oder Meer sind. Produziert wird ein klares eingefärbtes Bild als Ergebnis. Diese Konvertierung verwendet keine Farbpalette und ist nicht temperaturnormalisiert.

* MCIR (map colour IR): Färbt das NOAA-Sensor-4-IR-Bild mittels einer Karte, so dass das Meer blau und das Land grün werden. Hohe Wolken erscheinen weiß, niedrige grau oder in den Farben des Meeres/Landes, wobei die Wolken etwas heller aussehen, jedoch die Unterscheidung zwischen Meer/Land und niedrigen Wolken zuweilen schwierig ist. Dunklere Farben zeigen wärmere Regionen an.

* NO: Farb-IR-Kontrast-Konvertierung. Erhöht den Kontrast in den dunkleren Regionen des Landes/Meeres und färbt die kalten Wolkengipfel. Zeigt genaue Details an Land und auf dem Meer und liefert klare Aussagen zu den Wolkengipfel-Temperaturen. Diese Konvertierung ist temperaturnormalisiert.

Streifen in den Bildern

In manchen Bildern sind mehr oder weniger hohe verrauschte Streifen zu sehen. Das passiert vor allem bei Satelliten-Überflügen, die weit im Westen oder Osten stattfinden und daher nicht hoch über dem Horizont stehen. Es sind Abschattungen der Antenne durch Gebäude in der Nachbarschaft.

Findet der Überflug weit im Osten statt, steht das hohe Haus am Eulenplatz „im Weg“. Durch eine Optimierung der Antennenstandorte könnte ich diesen Effekt mit zwei Antennen möglicherweise verhindern. Dazu sind aber noch einige Experimente nötig. Das Rauschen am unteren Bildrand wird bei aufgehendem Satelliten übrigens teilweise durch die hohen Häuser in der Alten Salzstraße verursacht. Auf jeden Fall sehe ich den Receiver bei Empfang eine Satelliten die Antennen schalten, und die Bilder sind besser als mit nur einer Antenne.

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