header.gif
LabVIEW document
Система автоматизированного приема изображения земной поверхности со спутников NOAA
автор проекта - к.ф.-м.н. Есиков Д.А

1. Постановка задачи

В школе было установлено оборудование для приема передаваемых в формате APT (Automatic Picture Transmission) изображений земной поверхности (разрешение 4 км) с американских метеорологических спутников серии NOAA [2]. Находящийся на полярной орбите спутник осуществляет непрерывную передачу Ч/Б изображения земной поверхности в двух спектральных диапазонах - видимом и ИК (канал B) при ширине полосы 2400 км.

Приемник «Космос-М2», подключенный к направленный вверх обыкновенной телевизионной антенне, детектирует сигнал поднесущей и передает его на вход звуковой карты компьютера для записи и декодирования. Согласно расписанию спутников, оператор вручную переключает каналы приемника, записывает аудио-сигнал в файл, а затем обрабатывает его в той же программе APTView. Формат APT кадра и типичное изображение, получаемое после декодирования, представлены на рис.1.

Канал А           Канал В

Рис.1 Изображение земной поверхности, передаваемое в формате APT.
Канал B – передает данные о температуре видимой поверхности Земли.

Описанная процедура занимает очень много времени, и для повышения эффективности работы была разработана полностью автоматическая система, позволяющая принимать сигнал со спутников без участия оператора.

2. Используемое оборудование и программное обеспечение

Изображенный на рис.2 приемник «Космос-М2» претерпел некоторые доработки – из корпуса была выведена 4-х разрядная шина переключателя каналов приемника, по которой он управлял PIC контроллером цифрового тюнера. Эта шина позволяла переключать каналы, используя внешний цифровой сигнал, если сам переключатель находился в положении 16.

В качестве интерфейса использовались как самодельные RS-232C регистры, так и универсальные платы ввода вывода USB 6008 от National Instruments или USB FIFO-регистры на базе микросхемы FT2232 (рис.2). Управляющая программа была написана в среде LabVIEW 7.1.

Рис. 2 Приемник «Космос-М2» с интерфейсом USB-6008.

3. Описание решения

Сигнал, передаваемый спутником, представляет собой модулированную по амплитуде поднесущую частоту 2,4 кГц, передаваемую частотно модулированной несущей в радиолюбительском диапазоне 137,50-137,62 МГц.

В режиме ожидания программа с определенной периодичностью переключала каналы приемника, анализируя спектр звукового сигнала. При появлении характерного спектрального пика на частоте 2400 Гц (частота поднесущей) программа переходила в режим записи, сохраняя оцифрованный сигнал в формате WAV (см.рис.3). В настройках программы можно было задавать список использумых частотных каналов приемника (1-16), соответствующие этим каналам идентификаторы спутников, период и длительность сканированияч отдельных каналов. Задаваемое пороговое спектральное отношение сигнал/шум определяло чувствительность системы. Специальный режим симуляции, когда вместо реального аудио сигнала на вход системы поступал сигнал из ранее записанного файла, использовался для отладки программы.

Рис. 3 Спектр сигнала в режиме ожидания и при приеме информации со спутника.
Панель настройки программы.

При практическом использовании системы аппаратура в автоматическом режиме фиксировала пролет спутников до 10 раз в сутки даже в тех случаях, когда высота их орбиты не превышала 5? над уровнем горизонта. Длительность сеанса связи могла составлять 10 минут. Однако приемлемое по соотношению сигнал/шум качество сигнала и соответственно изображения можно было получить только в дневное время суток и при углах возвышения орбит более 20?

4. Внедрение и его перспективы

Описанную систему предполагается интегрировать в состав аппаратно-программного комплекса мониторинга окружающей среды, включающего в себя дополнительно автоматизированную метеостанцию [3] и модуль солнечной энергетики. Накапливаемая в базах данных комплекса информация будет доступна не только через специализированный веб-сервер, но через специальную программу-клиент с использованием клиент-серверной технологии, реализованной в LabVIEW, и может быть использована непосредственно в ходе урока. Мы рассматриваем создаваемый комплекс как экспериментальную площадку для проектной деятельности учащихся в области наук о Земле, физики, информатики и электроники, позволяющую внедрять в образовательный процесс современные космические технологии, технологии сбора и обработки данных.

5. Список литературы

  1. Космические образовательные технологии: Инвестиции в будущее (теория и практика). 2010, 775 с.
  2. NOAA KLM User's Guide. Section 4.2. APT System http://www2.ncdc.noaa.gov/docs/klm/html/c4/sec4-2.htm
  3. Д.А.Есиков, А.Д.Есиков. Автоматизированная метеостанция. Труды конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments». Москва, 2009, с.356-358.
  4. Д.А.Есиков. Система автоматизированного приема изображения земной поверхности со спутников NOAA. Труды конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments». Москва, 2010, с.34-35.


footer
Дизайн и Оформление - Copyright © ESD Multimedia, 2008-2013

79671