NOAA-Serie (NOAA-12, -14, -15, -16, -17, -18)

Die Empfangsanlage für APT Aussendungen der Wettersatelliten
APT- und HRPT Aussendung der NOAA Satelliten
NOAA APT Bildverarbeitung

NOAA Series

NOAA-12 wurde am 14.05.1991 von Vandenberg Californien gestartet. NOAA-13 startete am 09.08.1993, aber 2 Wochen später verlor man den Kontakt zum Satelitten. Am 30.12.1994 wurde dann NOAA-14 gestartet. NOAA-15 wurde im 13.05.1998 gestartet. Auch er läuft sonnensynchron um die Erde.

Am 21.09.2000 wurde NOAA-16 von Vandenberg Californien gestartet. Am 13.11.2000 trat ein Defekt des APT Systems auf, so dass es abgeschaltet wurde.

NOAA-17 wurde am 24.06.2002 ebenfalls von der Vandenberg Airbase Californien gestartet und ist derzeit der Primary PM Satellit.
Schon die ersten Aussendungen nach dem Start von NOAA-17 waren vielversprechend. Hier ein Bild vom Orbit #15 (25.06.2002, 2100 UTC), die Feldstärke ist sehr hoch, so dass auch ohne Vorverstärker rauschfreie Aufnahmen mit hoher ZF-Bandbreite (hier 150 kHz) gemacht werden können.


NOAA-17 APT
Hier ein IR/VIS Bild vom 14.07.2002. Es zeigt die Nordküste Frankreichs bis Mittelengland. (Aufnahme mit einer ZF-Bandbreite von 150 kHz).

NOAA-17 2 Falschfarben & Borders NOAA-17 2 Channels
img so klingt das APT-Signal eines NOAA-Satelliten (137 MHz)

Status

Satellit  NASA Catalog Start Orbit APT / HRPT Frequenz Status
NOAA-12 (D) 21263 14.05.1991 833 km / morgens 137.50 MHz  / 1698.0 MHz AM Standby
NOAA-14 (J) 23455 30.12.1994 870 km / nachmittags 137.62 MHz  / 1701.0 MHz AM STandby
NOAA-15 (K) 25338 13.05.1998 833 km / morgens 137.50 MHz  / 1702.5 MHz AM Backup
NOAA-16 (L) 26536 21.09.2000 870 km / nachmittags 137.62 MHz  / 1701.0 MHz PM Primary
NOAA-17 (M) 27453 24.06.2002 870 km / morgens 137.62 MHz  / 1701.0 MHz AM Primary
NOAA-18 (N) 28654 20.05.2005 870 km / nachmittags 137.9125 MHz  / 1701.0 Testphase

POES Status http://www.oso.noaa.gov/poesstatus/


Instrumente

Überblick
NOAA Instrumente
AVHRR - ADVANCED VERY HIGH RESOLUTION RADIOMETER
ADVANCED VERY HIGH RESOLUTION RADIOMETER

Das Radiometer misst die reflektiert Energie im sichtbaren und near-IR Bereich des elektromagnetischen Spektrums um so die Vegetation, Wolken, Seen, Küstenstreifen, Schnee, Aerosol und Eis zu untersuchen. Das Instrument bestimmt ebenso über die abgestrahlte Energie, die Temperatur der Landoberfläche, des Wassers und der Meeresoberfläche, ebenso der Wolken darüber. Es nimmt über 4 (AVHRR/1 bei NOAA 10) bzw. 5 Spektralkanäle (AVHRR/2 bei NOAA 9/11/12) in einer Breite von 1440 km und mit einer Abtastrate von 360 Zeilen/Minute auf.

Das Instrument hat einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich (field-of-view) von 1.3 milliradians. Bei digitaler Datenübertragung (HRPT, 2048 Punkte/Linie) beträgt somit die Auflösung im Subsatellitenpunkt jeweils 1,1 km. Für den Direktempfang mit einfachen APT-Stationen werden 2 Kanäle (tagsüber 2/Vis und 4/IR, nachts 3/IR und 4/IR) bei reduzierter Auflösung (4 km) bei einer Abtastrate von 120 Zeilen/Minute und gleichzeitiger Entzerrung an den Rändern analog übertragen (ATP, 1024 Punkte/Linie).
Ein ständig rotierender elliptischer Spiegel scannt die Erde in einem Winkelbereich von +/- 55.4° (vom SSP). Der Spiegel scannt mit 6 Umdrehung pro Sekunde um so eine kontinuirliche Abdeckung zu erhalten.

Die IR-Kanäle (3-5) sind thermisch kalibriert, so dass ihre Daten in Temperaturen umgerechnet werden können. Aus den Daten der VIS-Kanäle (1-2) kann das Verhältnis zwischen dem von der Erde reflektierten und dem dort einfallenden Licht (Albedo) herausgerechnet werden.

Das neue AVHRR/3 (ab NOAA-14) ist ein 6-Kanal Imaging Radiometer; es besitzt einige Verbesserungen im sichtbaren Bereich (Spektrum, Gewinn) um gerade im low-light-Bereich bessere Ergebnisse zu erzielen. Im Gegensatz zu den Vorgängertypen wurde ein 6. Kanal im Bereich 1,6 µm hinzugefügt (Channel 3A). Damit ist eine Qualitätssteigerung für die Beurteilung von Schnee, Eis und Wolken möglich. Channel 3A wird nun zeitlich geteilt mit dem vorhandenen 3.7 µm Channel (nun 3B), um weiterhin nur 5 Kanäle zur kontinuirlichen Datenübertragung zu haben. Ein externes Sonnenschild und eine interne Ablenkplatte wurden hinzugefügt, um die Beeinträchtigungen der Instrumente durch das Sonnenlicht zu reduzieren.

Kanal Spektralbereich Farbe Charakteristik S/N max. Auflösung
im SSP		 Albedo
Range
1 0.58 - 0.68 µm Gelb bis orange,
sichtbar rot		 Wolken und Erdoberfläche (Tag)
optische Dichte von Aerosolen in der Atmosphäre über Wasser		 9:1 @ 0.5% Albedo 1.09 km 0 - 25%,
26 - 100%
2 0.725 - 1.00 µm nahes Infrarot im Maximum der Chlorophyllreflexion,
für Vitalitätsuntersuchungen		 9:1 @ 0.5% Albedo 1.09 km 0 - 25%,
26 - 100%
3A 1.58 - 1.64 µm mittleres Infrarot Trockenindikator
für Böden und Vegetation		 20:1 @ 0.5% Albedo 1.09 km 0 - 12.5%,
12.6 - 100%
NE Δ T Max Scene
Temp
3B 3.55 - 3.93 µm thermisches Infrarot Oberflächentemperatur der Meere
Wolken (Nacht)		 0.12 @ 300°K Scene 1.09 km 335 °K
4 10.30-11.30 µm thermisches Infrarot Oberflächentemperatur der Meere 0.12 @ 300°K Scene 1.09 km 335 °K
5 11.50-12.50 µm thermisches Infrarot
Wasserdampf		 Oberflächentemperatur der Meere 0.12 @ 300°K Scene 1.09 km 335 °K
SSP = Sub-Satellite Point
NE Δ T= Noise Equivalent Temperature Difference
S/N = Signal to Noise Ratio
Albedo: Quotient aus reflektiertem Licht zu einfallendem Licht; typ. Werte für z.B.: Neuschnee 0.95, Wasser 0.10-1.00, Laubwald 0.15-0.20, Nadelwald 0.05-0.15 Gras 0.16-0.26, Wüste 0.20-0.45, Boden von dunkel (nass) bis hell (trocken) 0.05-0.40


NOAA-17 Ch1+Ch2 am 28.07.2002, 1035 UTC NOAA-14 IR+VIS
NOAA-17 VIS (Ch1) + nIR (Ch2) und NOAA-14 IR und VIS NOAA-12 VIS/NIR + IR
NOAA-12 Umschaltung VIS/nIR + IR

DCS - DATA COLLECTION SUBSYSTEM

Stationen, die allgemeine Daten sammeln (Bojen, freifliegende Ballons und ferngesteuerte Wetterstationen), senden ihre Daten im 401.65 MHz Uplink zum NOAA-Satelliten. Diese Systeme messen in der Regel Umweltfaktoren wie atmospherische Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung usw.
Das DCS sammelt diese Daten, bereitet sie auf und speichert sie ab. Für frei schwimmende Telemetriesysteme (Bojen) bestimmt das System den Standort in einem Bereich von 5-8 km , für fliegende Systeme sogar mit einer Genauigkeit von 1 m/s. Die abgespeicherten Daten werden einmal pro Orbit zur Bodenstation gesendet. Im französischen Centre National D’ Etudes Spatiales (CNES) in Toulouse und dem Service Argos Facility in Lanham, Maryland werden sie aufbereitet und archiviert. Von hier erfolgt auch die Verteilung der Daten an die Kunden.


SOLID STATE RECORDER (SSR), DIGITAL TAPE RECORDER (DTR)
DIGITAL TAPE RECORDER

Der Solid State Recorder und der Digital Tape Recorders sind komplette Datenaufzeichnungs/speicher-Systeme. Sie speichern die gesamten Daten der einzelnen Sensoren für den kompletten Umlauf. Die Recorder sind Teil des Command and Data Handling Subsystems des Satelliten.
Eine redundante Konfiguration aus vier DTRs und einem SSR sind z.B. bei NOAA-17 vorhanden, um die verschiedenen Datenströme auf verschiedene Speicherkapazitäen zu verteilen.

Der DTR ist eine elektronischen Einheit, bestehend aus Datenverarbeitungseinheit, Command und Telemetrie Subsysteme, Stromversorgung, Taktreferenzen und diversen Schnittstellen zum Satellitensystem. In jeweils zwei Druckbehälter befindet sich die komplette Aufzeichnungstechnik (koaxiale magnetische Spulenbänder, getriebe- und motorlose Federsysteme, Capstan, Aufzeichnungs/Wiedergabe und Löschköpfe). Jede DTR hat eine Speicherkapazität von 1 Gbit und je nach selektierter Wiedergabegeschwindigkeit eine Datenrate eine Geschwindigkeit bis zu 2.66 Mbit/s. Der SSR hat identische Funktionen wie der DTR, nutzt aber zur Archivierung digitale DRAM-Speicherbausteine. Er besitzt eine größere Speicherkapazität von 2.8 Gbit. Durch ein spezielles custom Error Detection and Correction System (EDAC) wird eine hervorragend niedrige Bitfehlerrate erzielt.


SSU - STRATOSPHERIC SOUNDING UNIT

Temperaturmessungen in der oberen Stratosphäre werden von Strahlungsmessungen aus drei Kanälen abgeleitet, die mit Hilfe von druck-moduliertem Gas (CO) durchgeführt werden. Dadurch wird eine selektive Stahlungsmessung (eine Art Bandpass) erreicht. Das Gas ist mit einem bestimmten Druck versehen, womit eine Wichtungsfunktion erzielt wird. Das Maximum liegt hier im Höhenbereich 25-50km, in diesem Bereich beträgt der atmosphärische Druck 15.5 bis 1.5 mBar. Für jeden Kanal existiert also eine solche gasgefüllte Druckzelle, die sich im optischen Weg des jeweiligen Sensors befindet.


MSU - MICROWAVE SOUNDING UNIT

Diese Einheit untersucht und misst die Energie der Troposphäre, um so ein vertikales Temperaturprofil mit einer Höhe von etwa 20km zu erzeugen. Diese Messungen werden durch radiometrische Erkennung von Mikrowellen, bezogen auf 4 verschiedene Frequenzkanäle durchgeführt. Jede Messung ist also ein Vergleich des gemessenen Signals (Energie im Spektrum) der Troposhäre mit einer referenzierten Umgebungstemperatur. Da diese Messmethode nicht gravierend durch Wolken beeinflusst wird, wird sie zusammen mit dem HIRW21 Instrument eingesetzt, um Messfehler zu beseitigen, wenn Wolken vorhanden sind.


HIRS - HIGH RESOLUTION INFRARED SOUNDER
HIGH RESOLUTION INFRARED SOUNDER

Das HIRS/3 ist ein 20-Kanal-Instrument, welches einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich von 1.3° mit einer nominalen Auflösung von 18.9 km (im SSP) besitzt. Der Sensor besitzt einen Cross-track-stepped-Scaner und er scannt damit schrittweise ± 49.5° im SSP mit insgesamt 56 Feldern pro Scan. Das Instrument benötigt für eine gesamte Scanlinie somit 6.4 Sekunden.
Das HIRS/3 Scanprofil wurde gegenüber dem Vorgängermodell dahingehend geändert, dass die für die interne Kalibration notwendige kalte (im IR also schwarze) Referenzlinie des Gehäuses von der automatischen Kalibrierungssequenz auszuschlossen wurde. Diese zusätzlich gewonnene Zeit wird genutzt, um einen weiteren Scann (38 Scans pro Kalibrierung)von der Erde zu machen.
Das Instrument misst das Strahlungsbild im infrarotem Spektrum (IR). Die Daten dieses Instrumentes werden in Zusammenarbeit mit dem AMSU Instrument genutzt, um vertikale Temperaturprofile der Atmosphäre über der Erdoberfläche bis in eine Höhe von 40km, zu berechnen.
Diese Daten werden auch für die Bestimmung der Meeresoberflächentemperatur, zur Bestimmung des Ozongehaltes, Dunst, Wolkenbedeckung und Wolkendichte und Oberflächenstrahlung genutzt.


AMSU-A1 - ADVANCED MICROWAVE SOUNDING UNIT-A
ADVANCED MICROWAVE SOUNDING UNIT

Die AMSU-A misst den Strahlungsbereich im Mikrowellenspektrum. Die Daten dieses Instrumentes werden in Zusammenhang mit den HIRS Daten dazu benutzt, die globale atmosphärische Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt, von der Erdoberfläche ab bis in die obere Stratosphäre hin, zu berechnen (ca. 2 mBar bzw. 48km Höhe).
Die Daten werden auch für die Bestimmung von Niederschlägen und Oberflächenmessungen, einschliesslich Schneebedeckung, Meereseisdicke und Industrienebel verwendet. Die AMSU-A ist auch ein cross-tracked Instrument, das schrittweise die Strahlungsleistung scannt. Die AMSU-A ist in zwei physikalisch getrennte Einheiten geteilt, wobei jede Unit unabhängig von der anderen arbeitet. Das Module A-1 arbeitet mit 13 Kanälen und Module A-2 mit 2 Kanälen. Das Instrument hat einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich von 3.3° und eine Auflösung von 48 km. Der Sensor besitzt einen Cross-track-stepped-Scaner und er scannt damit schrittweise ± 48.3° im SSP mit insgesamt 30 Feldern pro Scan. Das Instrument benötigt für eine gesamte Scanlinie 8 Sekunden.

AMSU-B - ADVANCED MICROWAVE SOUNDING UNIT-B

Die AMSU-B wurde entwickelt, um eine Berechnung des vertikalen Wasserdampfprofiles von der Erdoberfläche an bis zu einem atmosphärischem Druck von 200 mBar (12 km Höhe) zu berechnen. Die AMSU-B ist auch ein cross-tracked Instrument, das schrittweise die Strahlungsleistung über 5 Kanäle hinweg scannt.
Das Instrument hat einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich von 1.1° und eine Auflösung von 16 km. Der Sensor besitzt einen Cross-track-stepped-Scaner und er scannt damit schrittweise ± 48.95° im SSP mit insgesamt 90 Feldern pro Scan. Das Instrument benötigt für eine gesamte Scanlinie 2.66 Sekunden.


SAR - SEARCH & RESCUE INSTRUMENTS (REPEATER/PROCESSOR)

Die Such- und Rettungs-Instrumente sind Teil des internationalen COSPAS-SARSAT Systems, welches zur Erkennung und Lokalisierung von sogenannten Emergency Locator Transmitters (ELTs), Emergency Position-Indicating Radio Beacons (EPIRBs) und Personal Locator Beacons (PLBs), entwickelt wurde. Diese Systeme arbeiten auf den Frequenzen 121.5, 243 und 406 MHz. Die NOAA Satelliten beitzen zwei verschiedene Instrumente um diese Notfall-Baken zu entdecken. Das eine (Search and Rescue Repeater (SARR)) hergestellt in Kanada - das andere (Search and Rescue Processor (SARP-2)) wurde in Frankreich produziert.
Ähnliche Instrumente befinden sich auf den russischen polar umlaufenden Satelliten.

Die SARR setzen die empfangen die Signale der Notfallbaken auf den Frequenzen 121.5, 243 und 406 MHz um. Diese Bakensignale werden natürlich nur am Boden empfangen, wenn der Satellit im Sichtbarkeitsbereich (Empfangsbereich) der Bodenstation, des Local User Terminal (LUT) liegt.
Die SARP empfängt nur das Signal der 406 MHz Baken, aber speichert die Informationen für einen anschliessenden Downlink zur Bodenstation (LUT). Dadurch ist eine globale Erkennung der 406 MHz Nottfall-Baken gewährleistet. Nach dem Empfang einer solchen Information durch den Satelliten, wird durch die SARP oder SARR der Standort der Bodenstation (LUT) über Dopplerverschiebung usw. berechnet. Die 121.5 und 243 MHz Baken können in einem Bereich von etwa 20 km lokalisiert werden, wobei die Baken im 406 MHz Bereich mit einer Genauigkeit von etwa 4 km geortet werden können. Die LUT leitet die lokalisierten Informationen an das nächste Mission Control Zentrum weiter. Nach weiterer Bearbeitung erfolgt die Weiterleitung an die zuständigen Rettungs-Koordinationszentren, die dann die Suche bzw. Rettung einleiten. Die U.S. Fischereiflotte ist beauftragt wurden, diese 406 MHz Baken zu nutzen. Weiterhin werden sie auf den meisten großen internationalen Schiffen, einigen Flugzeugen oder Reiseschiffen - aber auch von terrestrischen Trägern eingesetzt.
Die 121.5 und 243 MHz Baken werden zum Teil auf vielen Flugzeugen und auf einer geringen Zahl von Schiffen eingesetzt.


SOLAR BACKSCATTER ULTRAVIOLET SPECTRAL RADIOMETER
SOLAR BACKSCATTER ULTRAVIOLET SPECTRAL RADIOMETER

Das SBUW2 Instrument ist ein Radiometer, das speziell den ultravioletten Bereich scannt. Gleiche Instrumente sind schon auf NOAA-F, NOAA-H und NOAA-I geflogen. Das SBUW2 isi in der Lage, die solare Strahlungsstärke und die Strahlungsdichte (reflektierte Solarenergie) über einen Spektralbereich von 160 bis 400 nm zu messen. Die Hauptaufgaben sind:
- Bestimmung der totlane Ozonkonzentration mit einer Genauigkeit bis zu einem Prozent
- Bestimmung der vertikalen Verteilung des Ozons in der Atmosphäre mit einer Genauigkeit bis zu 5 Prozent
- spektrale Messung der solaren Strahlungsintensität im Bereich von 160 bis 400 nm.


SEM - SPACE ENVIRONMENT MONITOR
SPACE ENVIRONMENT MONITOR

Der SEM/2 dient zur Messung und bestimmung der Intensität des Strahlungsgürtels der Erde und des Flux (Fluß) der geladenen Teilchen in Höhe des Satelliten. Es dient zur Erkundung der solar terrestrischen Phänomene und weiterhin zur Erkennung und Warnung von Solarwinden. Diese Solarwinde (Teilchenströme) können die Weitbereichskommunikation (besonders auf KW und UKW) stark beinträchtigen und sogar Schäden an Satelliten (magnetische Orientierung, Solarpanels usw.) hervorrufen.
Der SEM/2 besteht aus zwei seperaten Sonsoreinheiten und einer allgemeinen Datenverarbeitungseinheit (Data Processing Unit - DPU). Die Sensoren sind zum einen der Total Energy Detector (TED) und der Medium Energy Proton and Electron Detector (MEPED).

Der TED fühlt und qunatifiziert die Intensität nacheinander in ausgewählten Energiebereichen. Die interessierenden Partikel haben einen Energiebereich von 0.05 keV bis zu 20 keV. Der MEPED erkennt Protonen, Elektronen und Ionen mit einer Energie von 30 keV bis zu einem Level, der über 6.9 MeV liegt.

Informationsquellen

NOAA-Homepage : http://www.noaa.gov/
NOAA User Guide : http://www2.ncdc.noaa.gov/docs/podug/index.htm