[Presentación]
[Primeros ingenios espaciales] [Tipos de satélites] [Recepción de imágenes] [Meteosat] [Antenas para satélites polares] [Antenas para satélites geoestacionarios] [Receptor] [Hardware] [Formato APT] [Interface APT] [Frecuencias] [AVHRR] [Interpretar los datos] [Determinación de la temperatura terrestre] [Ejemplos de imágenes] [Sonidos] [Experimentar con sonidos] [Software] [Bibliografía y recursos] Agradecimientos: a Salvador EB3NC, y a Magí EA3UM, por facilitarme documentación sobre estos satélites. |
La configuración básica de un satélite meteorológico, consiste en un cámara tomavistas con la función de fotografiar electrónicamente los sistemas nubosos. La información recibida es enviada rápidamente a la Tierra, debido a que las condiciones meteorológicas pueden variar en muy poco tiempo. La transmisión de estas imágenes televisivas, aunque ofrecen menor definición que la película fotográfica, permiten la suficiente resolución para el trabajo meteorológico.
En la actualidad todos los meteorólogos europeos pueden observar con precisión las depresiones y la evolución de los frentes que generalmente se forman en el Atlántico y se van desplazando hacia el Este, en dirección a Europa. El esfuerzo económico que efectúan los gobiernos en el mantenimiento y actualización de los sistemas de teledetección, es compensado por la mayor rapidez y exactitud de los datos, que en las anteriores observaciones convencionales se obtenían a partir de barcos científicos.
Los primeros satélites iban equipados con un registrador magnético que almacenaba toda la información recogida durante la órbita de reconocimiento. Al pasar por la vertical de una estación de adquisición de telemetría, el satélite transmitía, a alta velocidad, todas las imágenes almacenadas. A partir de 1963 la NASA, con el lanzamiento del TIROS-8, puso en servicio un nuevo sistema de transmisión: el sistema APT (Automatic Picture Transmission). Este sistema, perfeccionado con el NIMBUS-1 (1964) y el ESSA-2 (1966), permite a cualquier estación de tierra recibir la comunicación del satélite meteorológico mientras la sobrevuela o bien recorre alguna órbita adyacente. Las imágenes recibidas corresponden a la zona (nadir) que está sobrevolando. De esta forma se consigue un acceso a estos satélites, sin depender de las estaciones de seguimiento de la NASA. El equipo necesario es mucho más simple y económico, permitiendo que los organismos meteorológicos e instituciones educativas de muchos países hayan montado servicios de seguimiento de satélites con excelentes resultados.
Primeros
ingenios espaciales
Los E.U.A. desarrollaron
dos programas de satélites meteorológicos: las series TIROS
y NIMBUS. Superada la fase experimental en 1966, los satélites de
la serie TIROS (Televisión and Infrared Observation Satellite) cambiaron
su denominación por ESSA (Environmental Science Services Administration),
siendo substituidos más tarde por una versión mucho más
mejorada: ITOS (Improved Tiros Operational Satellite).
Los satélites NIMBUS fueron una serie más avanzada. En 1972 aparece una nueva serie de vehículos meteorológicos: los satélites ERTS (Earth Resources Technology Satellite) con la finalidad de localizar recursos naturales: yacimientos minerales, campos petrolíferos, bancos de pesca...
Hasta la era Gorbachev
poco se ha podido saber del desarrollo de estos satélites de la
Unión Soviética. Como gran potencia mundial ha mantenido
un programa de soporte a estos satélites. Especialmente han permitido
además el acortar el tiempo de navegación, al poder visualizar
y elegir zonas marítimas libres de hielo. Han contribuido también
en la mejora de la irrigación de los valles de Tian Shan y del Himalaya,
al facilitar datos precisos sobre la distribución de la nieve de
la montaña.
El servicio de fotografía meteorológica con fines civiles recibe el nombre de METEOR. También utiliza satélites Molniya (de órbita extremadamente elíptica) y algunos de la serie COSMOS. Éstos últimos disponían de cámaras convencionales con una resolución algo inferior a la que utilizaban los TIROS. Posteriormente la calidad de la imagen ha mejorado, entrando últimamente en servicio satélites con sensores infrarrojos y con el sistema APT. |
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Para completar la observación, se dispone de satélites que orbitan en órbitas circumpolares en dirección norte a sur y a la inversa. Estos satélites polares permiten observar los fenómenos atmosféricos en latitudes altas. Las zonas geográficas situadas por encima de los 60º de latitud no pueden ser monitorizadas por los satélites geoestacionarios debido a la esfericidad de la Tierra.
Aunque el formato de las imágenes enviadas por estos satélites sea parecido, la tecnología y las herramientas necesarias son muy distintas según sean para la recepción de los satélites meteorológicos geoestacionarios o la de los satélites polares. |
En ambos casos para recibir las señales de APT (Automatic Picture Transmision) se requiere el siguiente equipo: antena, previo de recepción, cable de antena, receptor, interface, ordenador, software, paciencia, amigos o disponer de una empresa especializada.
Antena
para satélites polares
Constituye
siempre un elemento destacadísimo en toda comunicación. Si
es posible disponer de un sistema de rotación en azimut y elevación,
que pueda además controlarlo un ordenador con su correspondiente
interface, la antena más indicada es una "Yagi". Las antenas direccionales
ofrecen la posibilidad de obtener las mejores señales, a cambio
de la necesidad de seguir la fuente emisora. Una antena Yagui de la banda
de 144 MHz puede servirnos. Claro está que lo ideal seria que cada
antena, sin depender del modelo, estuviera "cortada" a su medida.
El extremo opuesto
a la direccional es una antena omnidireccional. Una antena vertical puede
servir en principio, aunque cuando el satélite orbite encima de
nuestras cabezas apenas lo vamos a "oir" ya que el satélite vería
nuestra antena de punta. Personalmente no la recomiendo. Otras posibilidades
de antena pueden ser una antena discono, o una antena "ground plane" ajustada
para 137 MHz, ladeando la varilla de la antena unos 25 a 30º.
La
antena ideal por su simplificación, gran rendimiento y bajo coste
es una antena de dipolos plegados o de "doble molinete". Esta antena es
omnidireccional con polarización circular, evitando tener que estar
pendiente del recorrido del satélite y reduciendo por consiguiente
los costes en gran medida. Su construcción es muy fácil y
cómoda. Es importante no equivocarse en el enfasamiento de los dipolos.
Cirkit fabrica esta antena |
Otra
variante de esta antena es la "quadrifilar helix"
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Quorum Communications APT/Wefax Products | http://www.qcom.com |
Astro Radio, Pintor Vancells 203A-1, 08225 Terrassa | http://astro-radio.com |
PHQFH Paul Heyes | http://www.hayes06.freeserve.co.uk/qfh_diy_guide.htm |
QFH | http://abdallah.hiof.no/~borrel/QFH |
Antena
para geoestacionarios
El satélite
Meteosat al ser geoestacionario se simplifica enormemente la mecánica
para la construcción de la antena, pero cabe preocuparse el conseguir
cerca de 21 dBi de ganancia, y cuidar en extremo la calidad del cable coaxial
que alimentará el receptor. Por debajo de esta señal debe
instalarse un preamplificador.
Una antena parabólica estándar de "TVSAT" de alrededor de 1m de diámetro con la correspondiente modificación del foco para adaptarlo a la banda, puede ser suficiente. Otras posibilidades puede ser una antena direccional Yagui con la suficiente ganancia o también una CORNER formada por un diedro de 45º con un preamplificador de bajo ruido. |
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El color de la imagen y los contornos de la Tierra se generan informáticamente. |
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Para el modo analógico
APT, en la banda de 137 MHz, se seleccionan dos de
estos cinco canales, se reducen en resolución y se transmiten multiplexados
en el tiempo en los canales A y B.
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Los satelites NOAA (NOAA-12, NOAA-14, NOAA-15, NOAA-16) transmiten simultáneamente dos imágenes: una del espectro visible y otra del espectro infrarrojo. La serie rusa METEOR (MET 3-5, Resusrs) sólo transmite una del espectro visible. En ambos casos lo hacen con una resolución de 120 líneas por minuto y con sus respectivos "burst" donde se visualiza la correspondiente escala de grises y el tiempo empleado en la transmisión. |
Esquemas de ellos se encuentran en las principales revistas de radiocomunicaciones. (CQ Radioamateur, Radioaficionados...) Obtenido el circuito impreso, su construcción puede efectuarse en toda una tarde, sin apenas ajustes y con un coste de unas 3.000 ptas.
En un nivel más sencillo y para quienes dispongan de un interface "HamComm", existen adaptadores de modulación de amplitud (AM) a modulación de frecuencia (FM), que colocados a la entrada de uno de estos operacionales, funcionan relativamente bien.
Un interface muy
aconsejable es el EASYFAX. Fabricado en Alemania, pero de gran difusión
para todos los aficionados al FAX y SSTV (Slow Scan Television). Tiene
una tecnología muy moderna con varios conversores analógicos-digitales.
La resolución mejorada se aprecia a simple vista, aunque cuando
realmente se nota, es al efectuar un zoom de alguna parte de una fotografía.
El "HARIFAX"
es otro excelente interface de características parecidas, desarrollado
en España.
Actualmente las tarjetas de sonido de los ordenadores, a modo de DSP, pueden desarrollar las mismas prestaciones con una calidad igual o superior. La mayor parte de las aplicaciones para la codificación y descodificación de imágenes sobre Windows 95/98 se desarrollan sobre estas interfaces simplificando el proceso. |
Canal 1 | de 0.58 - 0.68 µm | luz visible - nubes diurnas - cartografía de la superficie |
Canal 2 | de 0.725 - 1.10 µm | rojo final de la luz visible e infrarrojo cercano
delimitación de la superficie de las aguas superficiales, hielos y fusión de nieve |
Canal 3A | 1.58 - 1.64 µm | nieve/discriminación del hielo (AVHRR a partir del NOAA 15, NOAA K, L y M) |
Canal 3 | de 3.55 - 3.93 µm | infrarrojo medio - temperatura de la superficie
del mar
cartografía de las nubes por la noche |
Canal 4 | de 10.3 - 11.3 µm | infrarrojo medio - temperatura de la superficie
del mar
cartografía de las nubes por la noche |
Canal 5 | de 11.5 - 12.5 µm | infrarrojo medio - temperatura de la superficie
del mar
cartografía de las nubes por la noche |
El canal 3 se encuentra entre el espacio espectral de la luz solar reflejada y la radiación de la Tierra. Es sensible a fuentes de calor extremas como el fuego.
Los canales 4 y 5
miden la radiación de la Tierra. Permiten evaluar la temperatura
terrestre y la observación de las nubes durante la noche.
Los canales 2(VIS) y 4(IR) son los canales que transmiten en las pasadas durante el día y los canales 3(mIR) y 4(IR) en las pasadas nocturnas. |
Interpretar
los datos
Las imágenes
más utilizadas de los canales del Meteosat son las VIS,
IR, WV. Las "VIS", o de espectro visible, nos muestran los continentes
y mares tal como los veríamos a bordo del satélite, a excepción
de verlo en blanco y negro (256 tonos). Permite ver muy bien la posición
y estructura de las masas nubosas, que ofrecen una buena reflectividad
a la luz solar y, en consecuencia aparecen muy blancas, mientras que el
mar aparece obscuro por la poca reflectividad de su superficie. Estas imágenes
son tomadas cada media hora.
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Líneas por imagen | 5.000 | 2.500 | 2.500 |
Pixel por línea | 5.000 | 2.500 | 2.500 |
Resolución (punto sub-satélite) * | 2.5 Km | 5 Km | 5 Km |
Interpretación | Imágenes VIS | Imágenes WV | Imágenes IR |
Reflectividades del suelo | Detecta la radiación emitida por el vapor de agua | Las imágenes recibidas en este canal constituyen un mapa térmico de la Tierra y de las cimas de ls nubes. | |
El agua del mar tiene poca reflectividad. Se distingue por los colores oscuros | No se perciben los contornos del suelo | Los cuerpos más fríos tienen escasos valores de radiación. Y los cálidos al revés. nubes blancas (fríos) colores blancos. El suelo cálido (Sáhara), oscuro. | |
Nubes, gran reflectividad. Colores claros. Los suelos desnudos y arenosos más claros que los vegetales | Gris oscuro o negro:
seco en todos los niveles o húmedo solamente en los niveles más
bajos.
Gris medio: humedad media en la media y alta troposfera. Blanco brillante: humedad alta a todos los niveles y/o presencia de nubes densas |
Se pueden identificar capas de nubes a diferentes alturas, debido a las diferentes tonalidades correspondientes a las temperaturas de sus cimas |
La imagen infrarroja (IR) corresponde a la radiación térmica emitida, que es proporcional a la temperatura de la zona observada. Normalmente se presenta invertida. Los tonos oscuros se corresponden a temperaturas elevadas, mientras que los claros corresponden las temperaturas más bajas. Es necesario saber relacionar los tonos de la imagen con la temperatura. África aparecerá en verano prácticamente negra. Las nubes de hielo más o menos blancos, y sombreada su parte superior.
Debido a que en la atmósfera la temperatura decrece con la altura, las nubes se perfilan con tonos más claros que la tierra. Las fotos tomadas en infrarrojo ofrecen la temperatura de la parte superior de las nubes. En su ausencia, de la capa terrestre, aportando datos sobre las diferentes alturas de las nubes. Las nubes frías situadas en capas muy altas se verán blancas como la parte superior de un cumulonimbus a unos 10.000 m, o algo grisáceos si se trata de cirroestratos. Las nubes bajas, más calientes, serán de tonalidad gris oscura, como los estratos y estratocúmulos, mientras que las de desarrollo vertical aparecerán con un color gris blanquecino: cúmulos y cumulonimbos.
En la modalidad de
vapor de agua (WV), las radiaciones de la capa terrestre quedan absorbidas
por los vapores del agua atmosférico. Las zonas negras o gris oscuras
corresponden a masas de aire seco ligeramente humedecido. Por lo contrario
las zonas blancas o gris claro constatan aire muy húmedo.
La emisividad de la cubierta Terrestre relaciona la temperatura radiante con la temperatura que realmente mediaríamos en un experimento en Tierra. Esta dependencia provoca dificultades de determinación de la temperatura en espacios no homogéneos. En la actualidad se puede determinar de forma simple y con una precisión de +/-0'6º, pero no es igual en las superficies sólidas, dependiendo la emisividad del tipo de suelo, vegetación... Las temperaturas medias han de ser corregidas de forma adecuada para eliminar los efectos perturbadores de la atmósfera.
El principal responsable de la atenuación de la radiación infrarroja es el vapor de agua, lo que hace imprescindible disponer de un sondeo atmosférico a diferentes alturas de la humedad y de la temperatura.
Los satélites meteorológicos NOAA han desarrollado una técnica que permite efectuar la corrección a partir de las medidas obtenidas en sus canales 4 y 5. La absorción por parte del vapor de agua es distinta en cada canal. Esta diferencia se utiliza para obtener una corrección.
SatSignal (versión registrada) es uno de los programas descritos en "SOFTWARE" que nos permite saber la temperatura aparente de cada pixel , o sea de una específica zona de la superficie terrestre.
METEOSAT |
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NOAA 15 | 08.99 seg | |
RESURS | 08.99 seg |
Para la correcta
descodificación de las imágenes se requiere el ajuste y corrección
del "slant". Es necesario la sincronización de la frecuencia
interna de cada ordenador, con el software. Estos sonidos te permitirán
su ajuste.
Importante | La
transmisión de los datos que toman los sensores de los satélites
de observación de la Tierra, se realiza en el modo de alta resolución
(HRPT-High Resolution Picture Transmission). Su finalidad es la de aprovechar
al máximo toda la información de los diferentes canales que
este sistema permite.
Por lo general todos estos "datos primarios" están codificados, recibiéndolos las estaciones autorizadas (PDUS-Primary Data Users Station). Simultáneamente también envian "datos secundarios" en modo de baja resolución, en el formato APT, con la única finalidad de que su recepción sea más sencilla y facilite el desarrollo de estaciones meteorológicas terrestres que puedan predecir situaciones de peligro con la mayor antelación posible. La recepción
de señales radioeléctricas de satélites, u otros servicios
no dirigidos al público en general, está sujeta a las leyes
y normativas de telecomunicación de cada país, por lo que
para recibirlas, es preciso solicitar la correspondiente autorización
de los Servicios de Telecomunicaciones.
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