Приймаємо та декодуємо супутники NOAA!

06.06.2025 було вимкнуто супутник NOAA 18, тому інформація в статті частково устаріла. NOAA 15 та NOAA 19 все ще функціонують.

А чи знали ви, що зараз на низькій орбіті землі знаходиться принаймні 3 супутники (upd: вже 2 D: ), які в режимі реального часу транслюють нам зображення Землі, і будь хто, навіть без дорогого обладнання та супер наукових знань, може прийняти їх сигнал, та декодувати його в повноцінне зображення?

В даній статті мова піде про погодні супутники NOAА. Це серія спеціальних супутників, які були запущені National Oceanic and Atmospheric Administration. Їх найбільш цікава нам мета - це транслювати на Землю зображення того, що вони бачать, тобто зображення Землі з низької орбіти. Поки цей супутник летить, він в режимі реального часу транслює те, що бачать його камери.

Наразі функціонує 2 таких супутники - NOAA 15, та NOAA 19. Але останнім часом, NOAA 15, найстаріший з функціонуючих NOAA супутників, почав трішки барахлити. Тому я б вам радив уникати його і починати саме з NOAA 19, хоча з точки зору процесу прийому сигналу супутники однакові.

Ці супутники літають вже дуже давно, ось в травні цього року NOAA 18 виповниться аж 20 років (upd: а в червні його взагалі вимкнули). Ця цифра здається ще більшою, коли дізнаєшся що запускали його з тривалістю місії "мінімум 2 роки". Тому якщо вас подібне цікавить, раджу поскоріше цим зайнятись, бо хто його знає скільки ці супутники будуть ще функціонувати. Тим паче як можна здогадатись з цифр, були й інші супутники NOAA, які вже на жаль не літають.

Перш ніж перейти до безпосередньо прийому, треба все ж таки трішки зануритись в теорію. Одразу скажу що я не ліцензований радіоаматор, в мене немає позивного, тому не нульова вірогідність того, що я щось кажу не так.

І так, як я вже й казав, ці супутники літають на низькій орбіті землі. Орбіту на якій вони літають ще називають Sun-synchronous orbit, тобто орбіта синхронізована з сонцем, і це не просто так.

Вона отримала таку назву, бо супутники, які знаходяться на ній, проходять над певною ділянкою Землі завжди в один і той самий сонячний час. Для нас, спостерігачів на Землі, це означає що супутник гарно буде, скажімо так, чути, приблизно двічі на день - зранку та ввечері.

Є купа ресурсів які дозволяють відстежувати супутники. Наприклад сайт n2yo.com, але я вам раджу завантажити застосунок Look4Sat.

В ньому можна задати свою геолокацію, обрати потрібні супутники, і дивитись коли вони будуть проходити поруч з Вами. Окрім часу, тут є ще один важливий параметр - Elevation Angle, або ж кут піднесення. Він показує, наскільки високо супутник знаходиться над горизонтом відносно спостерігача.

90 градусів - супутник прямо у Вас над головою, а 0 градусів - відповідно, прямо на горизонті. Чим ближче цей кут до 90 градусів - тим легше вам буде прийняти супутник. Так як супутник постійно рухається, цей кут буде постійно змінюватись, і він досягне свого максимуму приблизно на 7й хвилині проходу супутнику. Саме в цей час у вас найбільше шансів зловити гарний сигнал, адже між Вами та супутником буде мінімум перешкод - як фізичних так і радіоелектронних.

Також важливо розуміти, що супутник відносно спостерігача рухається дуже швидко. Приблизно 27000 км на годину. 7.5 км за секунду! Це капець як швидко, і через це, в гру вступає так званий ефект Доплера.

Він полягає в тому, що для спостерігача, через високу швидкість спостережуваного об'єкту, випромінювані ним хвилі починають змінювати свою частоту. В нашому випадку це радіохвилі, якими супутник і транслює зображення. Коли супутник летить на нас, частота вище базової, коли від нас - нижче. Відповідно це треба враховувати, щоб досягти найкращого результату при прийомі.

Гаразд, годі нудної теорії, давайте вже сигнал ловити!

Зробити це можна за допомогою звичайнісінької портативної рації. Головне щоб вона вміла ловити VHF діапазон. В мене ось є наприклад всім відомий Quansheng UV-K5 (8), а також Baofeng UV-5R. Якщо думаєте що брати - я б вам радив Quansheng. Тут вам і Type-C зарядка, і кастомні прошивки, і можливість навіть слухати частинку HF діапазону, і не тільки.

Отже, дивимось коли там найближчий прохід супутнику, чекаємо, і виходимо на вулицю.Переводимо рацію в режим VFO, тобто частотний режим, в якому Ви самі можете вводити частоту, і вводимо частоту супутника. Стосовно того де її взяти - якщо в програмі Look4Sat відкрити супутник, окрім низки іншої корисної інформації, ми можемо побачити частоту різних передавачів на супутнику. Нас цікавить APT Downlink:

• NOAA 19: 137.100 MHz
• NOAA 15: 137.620 MHz

До речі Look4Sat пише частоту одразу з урахуванням ефекту Доплера, але не слід йому сліпо вірити, як з частотою так і з кутом підняття - орієнтуйтесь на якісь сигналу.

Тепер чекаємо коли супутник вийде на оптимальний кут підняття. Можна одразу відключити шумодав, бо він буде лише заважати в даній ситуації. Хоч в вечерні проходи супутники NOAA теж функціонують, я б вам радив ловити його саме в світлу частину доби, бо вночі на супутнику активна лише інфрачервона камера. Як тільки супутник підніметься на достатню висоту, ви почуєте пілікання з тональною частотою 2.4 кГц. Це і є сигнал з супутника! Якщо вам вдалось його прийняти - вітаю вас, ви змогли зловити сигнал прямо з космосу! Коли я тільки починав цікавитись радіоаматорством, мені лише цього факту вже було достатньо щоб бути в захваті. Але це ж лише початок!

Давайте розбиратись, як перевести цей сигнал в зображення. Перш за все, його необхідно записати. Чим довше буде запис, тим більше буде зображення, адже супутники транслюють зображення, скажімо так, горизонтальними лініями.

Беремо телефон, і включаємо диктофон. Важливий момент - диктофон повинен вміти зберігати записи в форматі WAV. Отриманий аудіо файл можна перевести в зображення. Є купа програм які можуть це зробити, є навіть сайти, але я раджу скористатись програмою noaa-apt image decoder. Вона найбільш User Friendly, ще й має купу прикольних фіч. Відкриваємо програму, та відкриваємо в ній раніше записаний аудіо файл. Натискаємо кнопку Decode та трішки чекаємо. Тепер йдемо у вкладку Processing, та натискаємо кнопку Process. Ви повинні побачити зображення землі. Ну або щось схоже на зображення землі :D

Але! це вже непоганий результат. Он навіть десь видно хмарки. Але ж хочеться краще, вірно?

На якісь отриманого зображення впливає багато факторів. Від якості сигналу, до, навіть, того, як саме ви тримали телефон та рацію коли записували сигнал. Тим паче ще ж міг бути вітер, та інші зайві звуки, які лише заважають декодеру при обробці сигналу. Тому давайте все це виправляти.

Щодо останнього - можна спаяти дріт, щоб підключити аудіо вихід рації як мікрофон, та записувати звук напряму без всяких сторонніх звуків. Я для цього взяв гарнітуру яка йде в комплекті з баофенгом, і відпаяв навушник, а на його місце припаяв штекер 3.5мм, який і йде в роз'єм мікрофону.

Але таким чином, записуючи на телефон, ви не будете чути сигнал, і не зможете на слух визначати наскільки він якісний, і чи відсутні завади. В такому випадку вже краще використовувати ноутбук для запису, адже можна використати наприклад програму Tenacity, де є функція Software Playthrough of Input, тобто ви зможете в режимі реального часу чути те що записуєте.

А стосовно першого ж - якості прийому сигналу - можна спробувати вийти на більш відкриту місцевість, подалі від будівель та інших завад, абооо ж створити антену по-краще! Мало того що вона буде спрямована, так ще й розрахована спеціально на потрібні частоти.

Перед вами схема спрямованої антени Ягі Уда, на 137 МГц. Найпростіша версія цієї антени складається з 3 елементів:

• Рефлектор - це елемент який відбиває сигнал вперед, на наступний, другий елемент
• Напівхвильовий диполь, який і приймає електромагнітні хвилі. Серед трьох елементів, диполь це єдиний який за допомогою дроту підключається до рації, тому він називається активним, а інші два - пасивними.
• Дайректор - спрямовує сигнал за рахунок того що підсилює його в певному напрямку.

Зібрати таку антену неймовірно легко. Звісно це можна зробити якось і більш охайно, але я розкажу вам як це зробив саме я. Не маючи під рукою якихось особливих компонентів та матеріалів, я використав:

• купку клемнеків
• трішки більше ніж 3 метри алюмінієвої проволоки діаметром 3мм
• дріт RG-174

Ну і ще потрібна купка перехідників щоб підключити все це до рації. Пізнше покажу які саме використав я. А, ну і найголовніше забув - шматок паркану :D Як же без цього, треба ж все кудись кріпити. До нього я прикрутив клемники, дотримуючись між ними відстані як на схемі, і після цього нарізав проволоку на шматочки потрібної довжини. Стосовно ж дроту - RG-174 це коаксіальний кабель. Якщо просто - то в цього дроту є ізольована центральна жила, та екран навколо неї.

Диполь в антені складається з двох частинок, відповідно на одну йде центральна жила, а на іншу - екран. Для зручності я обтиснув і екран і центральну жилу гільзами НШВІ. Це зовсім не обов'язково, але набагато все спрощує.А також зробив виток дротом навколо феритового кільця, і додав резистор на 100 кОм який буде запобігати накопиченню статики. Це теж не обов'язково, і раціональність даних дій мені важко оцінити, в силу недостатньої глибини моїх знань, але, хай буде.Один кінець дроту йде на клемник диполю, а інший на перехідник який називається BNC Cobra Head.

Використати можна і й інші перехідники, або навіть обтиснути повноцінний коннектор. Головне щоб був гарний контакт, і нічого не коротило. Тепер залишилось лише прикрутити проволоку, і антена готова! Я розумію що це виглядає капець як всрато, але, зато працює. Тому не вагайтесь, і робіть щось своє, у вас обов'язково вийде! А я колись заміню цю антену на щось більш презентабельне. А може і ні :D

Тепер через перехідник BNC Female to SMA Female цю антену можна підключити до рації.

Тримати таку антену в руках - те ще задоволення, під кінець проходу супутнику руки відвалюються, тим паче що її треба не просто тримати, а ще й постійно цілитись у супутник, але, зато ця антена значно підвищила якість прийому. До речі стосовно прицілу - тут також допомагає Look4Sat. Через гіроскоп та компас програма розуміє положення телефону, і тому може відображати в якому напрямку знаходиться супутник.

Я зловив ще один прохід супутнику, використовуючи дріт для запису та новостворену антену. А також для зручності - SMA подовжувач, щоб не тримати рацію разом з антеною. Давайте подивимось що з цього вийшло.

Погодьтесь, взагалі не зрівняти з тим що було до цього! Постійно до речі помічаю, що початок такий собі, а ближче до середини запису якість зображення вже гарна, бо супутник виходить на максимальний кут підняття. Ну і під кінець проходу чомусь теж якість набагато краще ніж на початку.

На такому зображені можна вже й функції програми подивитись. Наприклад тут є так званий false color. Супутники NOAA по APT транслюють чорно біле зображення. Певними маніпуляціями йому можна придати колір. Але слід розуміти що ми грубо кажучи нафотошопили тут колір, супутник не транслює ніякої інформації про колір. Хоча виглядає прикольно.

Також, якщо запам'ятати час і дату коли ви почали або завершили запис, на зображення можна накласти оверлей - кордони та області країн. Коли все затягнуто хмарками, це непогано так допомагає орієнтуватись на зображені. Але особисто мені зображення не дуже подобається, коли видно області, якесь воно перевантажене стає. Тому я залишаю лише кордони країн.

Гарне зображення вийшло, правда? Але все таки завади присутні, хотілося б їх позбутись. На жаль тут ми вже зіштовхуємось з обмеженнями рації - справа в тому, що максимальна пропускна здатність, або ж bandwidth, подібних рацій становить 25 кГц. Для саме рації більше і не треба, цього з головою вистачає щоб транслювати голос на VHF та UHF діапазонах. Але для усіляких інших штук, включаючи APT супутників, це вже трішки малувато, й до речі саме через це треба частенкьо корегувати частоту, щоб уникнути впливу ефекту Доплера. Також, як можете побачити на зображенні, інфрачервоний канал (справа) виглядає прям супер дивно. Наскільки я розумію, це як раз таки через те, що частина інформації втрачається, бо bandwidth на ~9 кГц менше ніж потрібно.

Якщо на даному етапі вас все таки зацікавили супутники і все це радіоаматорство, то представляю вам дуже круту річ - RTL-SDR приймач.

За приблизно 45 доларів на AliExpress, цей невеличкий USB донгл робить з вашого ноутбуку або комп'ютеру повноцінний радіоприймач, який здатний приймати супутники, літаки, кораблі, потяги, далекобійників, усілякі екстрені служби, і ще купу всього іншого, включаючи інших радіоаматорів. Коротше кажучи все що попадає в частотний діапазон від 500 кГц до 1.7 ГГц. На нього в мене виходять вже ось такі круті зображення з супутників NOAA, з цією ж антеною яку я зробив в відео.

Можна виставити bandwidth поширше, десь 40-50 кГц, і взагалі забути про ефект Доплера. Але RTL-SDR це дуже крута та цікава річ, яка заслуговує на окреме статтю. До речі, якщо ви цікавитесь радіоаматорством, раджу вам телеграм спільноту UARO - Ukrainian Аmateur Radio Operators. Там дуже багато гілок для обговорення, корисних як новачкам, так і не тільки. Зможете почитати, та поспілкуватись з досвідченими радіоаматорами на різні теми.

В декого з вас в процесі читання статті точно виникло питання - а навіщо це все? Коли є гугл мапи, коли є усілякі там "радари погоди", і так далі.

Ну, якщо у вас дійсно виникає таке питання, то відповісти на нього буде складно. Особисто я цим займався як мінімум через те, що в процесі я здобув немало знань про рації, радіоаматорство, радіохвилі, антени, і оце все. Хто б що не казав, а при практичному підході знання закріплюються набагато краще. Більш того, це буквально історія людства. Не завжди ж були гугл мапи, та прогноз погоди за пару кліків. Це можливість доторкнутись до історії не лише астронавтики та радіо, а ще й метеорології.

Ну і особисто мене заворожує думка про те, що десь там далеко в космосі, на висоті приблизно 800 км, літає супутник, сигнал якого може спіймати будь хто, і особисто, хоч і в не супер великій роздільній здатності, але подивитись на землю власними очима прямо з космосу.

Post Scriptum

Це текстова версія мого відео на YouTube. Раджу Вам переглянути і оригінал! Зробити це можна за ось цим посиланням.