Imagens digitais LRPT
por PY4ZBZ em 12-09-2014 rev. 14-02-2016
Recepção de: 13-09-2014 18-09-2014 20-09-2014 22-09-2014 12-10-214 19-10-2014 20-10-2014
21-10-2014 Mais imagens Minas Gerais São Paulo
Evolução do processo de recepção
Plugin "QPSK decoder" para o SDR#
Mostrarei a seguir o meu primeiro teste de recepção de imagens digitais LRPT do satélite meteorológico METEOR-M-2, de 12-09-2014.
Esse novo satélite foi lançado em 8 de Julho 2014, e tem as transmissões principais nas bandas X e L. Durante o comissionamento, transmite em LRPT aberto em VHF, com resolução de 1 km/pixel. O satélite fica a uma altura de 820 km e forma a imagem LRPT varrendo 6 linhas horizontais por segundo, sendo a varredura vertical feita pelo próprio movimento do satélite (que anda a 7,4 km/s ! numa orbita polar circular). A resolução LRPT é 12 vezes maior que em APT.
Para esse primeiro teste, gravamos apenas 75 segundos da transmissão da imagem, que na verdade dura de 10 a 15 minutos da passagem do satélite.
Recepção feita com o RTL-SDR e SDR#, antena DCA e preamp. caseiros, gravada num arquivo I/Q a 250 k-amostras/s:
O sinal QPSK a 72 kbps ocupa quase 144 kHz de banda !
Depois de convertida a taxa de amostragem da gravação I/Q no formato WAV, de 250 para 130 k com o Audacity, demodulamos o sinal QPSK com o DeWAVulator (LrptRx.exe do Paul), que gera um arquivo com dados no formato RAW:
Podemos observar a constelação QPSK, na figura acima, que está com relativamente boa S/N.
Depois os dados RAW são transformados numa imagem RGB com o LRPT Analizer (LRPTOfflineDecoder do Oleg). O programa decodifica os dados de até 6 canais (as faixas verticais na figura seguinte) com comprimentos de onda da faixa visível (0,5 a 0,7 micrometros) e infravermelho (de 0,7 a 12,5 micrometros em 5 canais):
Três destes canais podem ser combinados atribuindo-lhes as cores R, G e B (vermelho, verde, azul) para formar numa imagem colorida (cores falsas):
A imagem (no caso apenas 1/10 dela) pode ser vista aqui, onde aparecem os rios Tietê, Paraná e Paranapanema:
Como os dois lados (direito e esquerdo) da imagem são distorcidos pela curvatura da terra (o satélite Meteor 2 fica a uma altura de 820 km e varre 6 linhas horizontais por segundo, sendo a varredura vertical feita pelo próprio movimento do satélite, e por isso não sofre distorção na vertical), usamos mais um programa, o SmoothMeteor do Les Hamilton, para corrigir esta distorção. A imagem original tem 1568 pixels de largura (resolução no meio da imagem de 1 km/pixel), e a imagem corrigida tem largura de 2695 km:
Em 13-09-2014 recebemos esta imagem com o Meteor a apenas 13 graus de elevação. É possível ver a direita os rios do triangulo mineiro e São Paulo, e embaixo a esquerda um pouco do oceano pacifico. (Sem correção de distorção):
Recepção de 18-09-2014. A figura seguinte é apenas a quarta parte da imagem completa de 1568x3616 pixels, com 10 minutos de duração. As cores não são naturais porque o satélite estava transmitindo apenas dois canais, sendo um deles usado para outra coisa. Estão bem visíveis o lago de Sobradinho e a Baia de todos os Santos (Sem correção de distorção):
Recepção de 20-09-2014. Novamente o Meteor estava usando um dos canais para outro tipo de sinal, como mostra o LRPT analyzer:
Portanto as cores não são naturais, mas de uma incrível definição com resolução de 1 km por pixel !. A passagem Norte-Sul do Meteor é mostrada na figura seguinte:
A imagem de 8 minutos de gravação está aqui em duas partes. Na primeira aparece o rio Amazonas, o lago de Sobradinho e outros detalhes. A segunda mostra a região do paralelo 30 e o lago de Yacyretá na Argentina (Sem correção de distorção).
Recepção de 22-09-2014. O Meteor M2 estava com apenas um canal com dados de imagem, como mostra o analizer:
A passagem foi a seguinte, gravei 10 minutos:
A imagem original é muito grande : 1568x3880 pixels. Reduzi para 70% (Sem correção de distorção):
A figura seguinte é a imagem anterior retificada para compensar a curvatura da terra:
Em 12-10-2014 o M2 estava transmitindo os 3 canais infravermelhos de maior comprimento de onda:
Gerei a imagem apenas usando o canal de 3,5-4,1 micrometros. O canal IR não tem a mesma resolução do visível... Fiz um negativo para parecer com imagens IR do NOAA-19.
A passagem foi a seguinte :
A figura seguinte é um detalhe (ampliado 2x) da original, focando estranhas bolinhas claras, todas com o mesmo formato... Seriam focos de queimada ?
Imagem do canal visível de 19-10-2014:
Imagem do canal visível de 20-10-2014. Liguei o receptor quase no final da passagem (sul) e perdi boa parte da imagem...
Recepção de 21-10-2014, canal visível 1 e infravermelhos próximos 2 e 3. Imagem reduzida em 50%:
Mais imagens. Click para ver em tamanho normal.
Belo reflexo do sol captado em 13-01-2015 as 11:00 UTC:
Em 16-01-2015 fizemos um recorte da imagem do M2 focando os estados de Minas Gerais e parte de São Paulo. Bem no meio na parte inferior, é possível ver perfeitamente a cidade de São Paulo, em tom de cinza (no circulo vermelho maior)! E quase no meio e um pouco a direita vemos a cidade de Belo Horizonte (circulo vermelho médio). E a 1/4 da distancia entre Belo Horizonte e a barragem da represa de Três Marias podemos ver a minha cidade de Sete Lagoas (circulo vermelho menor) ! Lembramos que a resolução é de 1 km/pixel.
Na imagem seguinte de 25-01-2015, recortei a região na qual aparece muito bem a cidade de São Paulo:
Evolução do processo de recepção LRPT
Até o início de 2015, a recepção amador das imagens digitais LRPT era um processo bem complexo, e consistia de 5 operações mostradas anteriormente:
1 - Sintonizar o sinal do satélite durante os 10 minutos da sua passagem, e gravando simultaneamente o sinal de banda base em um arquivo IQ, com a menor taxa possível no SDR#.
2 - Depois de gravado, abaixar a taxa de amostragem do arquivo IQ para algo em torno de 120 a 130 k amostras por segundo para facilitar a operação seguinte, com o Audacity.
3 - Demodular o sinal QPSK do arquivo IQ e gravar os dados assim obtidos num arquivo *.RAW com o DeWAVulator (LrptRx.exe)..
4 - Decodificar esses dados *.raw para obter 3 dos 6 canais da imagem correspondente com o LRPT Analizer (LRPTOfflineDecoder.exe)
5 - Eliminar a distorção lateral da imagem causada pela forma esférica da terra com o Smoothmet.exe.
Eliminação da operação 2 :
Com a criação do controlador para o R820T com DECIMAÇÃO, foi possível eliminar a etapa 2, pois a gravação IQ já podia ser feita diretamente em 128 k amostras por segundo, usando por exemplo amostragem de 1024 ka/s e decimação = 8.
ou:
Com o surgimento em abril 2015 do plugin IF Recorder, foi possível gravar a banda de FI do SDR#, ou seja, a banda cinza da largura de demodulação do SDR#, gerando assim um arquivo IQ menor e correspondente apenas ao sinal útil de 120 kHz do Meteor 2, evitando assim a etapa 2 acima, e sem usar decimação. A taxa de amostragem será algo entre 250 e 380 ka/s e indicada no plugin. O SDR# deverá estar no modo WFM com banda de demodulação ajustada em 120 kHz aproximadamente como mostra a figura abaixo. Mais detalhes aqui e aqui.
Obs.: Usando o FunCubeDongle Pro, também dispensa a operação 2, pois a maior taxa de amostragem que ele permite é 96 kam/s, tanto que o sinal de quase 120 kHz do Meteor não cabe todo na banda do FCD, mas permite decodificar dados mesmo assim ! Com o FCDpro+ cabe a banda toda.
Eliminação das operações 2 e 3 com o QPSK Decoder
Em abril 2015, foi lançado um novo plugin para o SDR# : o QPSK decoder. Com ele, o sinal QPSK do Meteor 2 pode ser demodulado durante a recepção pelo SDR# e os dados gravados em um arquivo *.S, que pode ser transformado posteriormente em imagem com o LrptOfflinedecoder. Assim, não são mais necessárias duas operações demoradas como o ressampling do arquivo IQ de banda base (operação 2) e o demodulador offline ou DeWAVulator (operação 3).
A imagem seguinte mostra o SDR# recebendo e ao mesmo tempo demodulando o sinal digital QPSK do Meteor 2, onde o plugin mostra a constelação QPSK do sinal do satélite. O SDR# deve estar no modo WFM e com a banda de FI (demodulação) ajustada para cobrir a banda ocupada pelo sinal do Meteor 2, da ordem de 120 kHz:
LRPT Image processor
A operação 5 (eliminação da distorção lateral) agora pode ser feita junto com outros processamentos da imagem, graças ao excelente programa LRPT Processor do David Taylor. A imagem deve ser feita com o LRPToffline decoder usando os canais ou bandas 1, 2 e 5 da tabela aqui para R, G e B respectivamente. Assim, é possível processar a imagem e obter imagens do tipo Vegetation, InfraRed, Thermal e False-colour . É claro que nem sempre o Meteor 2 transmite esses 3 canais !... O canal 5 é necessário para a imagem thermal.
As imagens seguintes mostram a recepção de uma imagem com os canais 1-2-5 feita em 25-04-2015, com a antena DCA e pré. caseiro, RTL-SDR E4000 e SDR# com plugin QPSK decoder e processamento com o LRPT Processor. A elevação máxima desta passagem foi de 45 graus:
A recepção acima durou 9 minutos e gerou um arquivo *.S com 76 MB, que foi decodificado em seguida com o LRPTofflinedecoder visto em operação na imagem seguinte:
Apos a decodificação dos dados *.S geramos a imagem RGB com os canais 1,2 e 5:
Essa imagem foi em seguida processada com o LRPT Processor, e resultou nas imagens seguintes (em tamanho muito reduzido para não ocupar espaço...);
Essa última imagem em tamanho real de 2940 por 3624 pixels (1 km/pixel):
Recepção online da imagem
Em 26-04-2015 foi criado um novo plugin QPSK Demodulator que permite transferir os dados a 72 kbps demodulados por ele via TCP ao novo LRPofflineDecoder e assim obter a imagem ao vivo durante a recepção ! Portanto, as operações de 1 até 4 descritas anteriormente agora são simultâneas.
Para tal, rodar na ordem, logo antes do inicio da passagem do satélite:
- o SDR# sintonizando o satélite,
- o QPSK demodulator plugin ativando TCP socket e o demodulator, que deve indicar Locked quando corretamente sintonizado no sinal do satélite,
- o LRPTonLineDEcoderStart.bat (conteúdo logo abaixo, com o TCP.ini)
A figura seguinte mostra a recepção com demodulação de dados e decodificação da imagem online com dois programas rodando simultaneamente. Na realidade, a bat chama o LRPTofflinedecoder, mas como este recebe os dados demodulados ao vivo via TCP, gera a imagem online durante a passagem do satélite!:
A figura seguinte mostra o conteúdo dos arquivos bat e ini. Nesse ultimo, em [OUT] path, pode ser especificada a pasta de destino das imagens:
Uma vez recebida toda a imagem, só falta processar a imagem como mostrado mais acima.
Diagrama e blocos do HARDWARE e SOFTWARE do nosso setup para recepção online:
Vejam aqui um vídeo (baixa resolução...) da recepção em tempo real de 28-04-2015:
Vejam aqui o primeiro teste do novo plugin QPSK Demodulator com correção Doppler pelo Orbitron:
Vejam aqui a recepção em tempo real sem correção Doppler e que funciona perfeitamente:
A imagem recebida no vídeo acima (02-05-2015) é esta (click nela para ver em tamanho real):
Imagem online de 14-05-2015 onde podem ser vistos os oceanos Atlântico e Pacifico, o triangulo mineiro e a cordilheira dos Andes (click para ver em tamanho real):
Recepção online do Meteor M1, quase no final da passagem:
Recepção do M1 em 14-02-2016
O Meteor M1 agora está muito estranho. Além do sinal dele só aparecer
próximo ao TCA, está com uma modulação estranha.
A constelação agora parece com 8QAM de 4 fases e 2 níveis, com 4 novos pontos de meia
amplitude dentro da constelação original QPSK, e que sempre tem muito ruído de
fase como pode ser visto na figura anterior, (inexistente no M2), mas demodula em QPSK...
E apareceram vários lóbulos laterais no seu espectro, com uns 92 kHz de separação.
O nível do lóbulo principal, que era único, caiu muito, causando problemas de demodulação.
Links:
Todos os detalhes para a recepção LRPT estão aqui
Detalhes sobre o satelite Meteor 2 no site do Mike DK3WN
Galeria de imagens do Meteor 2
Galeria do Alex Happysat From the Netherlands.
LRPT Processor do David Taylor
Plugins do RTL-SDR.ru para recepção online
Meteor demodulador (substitui o QPSK demodulator)
73 de Roland.