NOAA Bildübertragung (APT, HRPT)

Polar Satelliten Orbit

Die Flugbahn verläuft meistens über die Pole und hat bei jedem Umlauf einen Versatz gegüber der Erdoberfläche. Somit werden im Laufe der Zeit die gesamte Erde (Streifen für Streifen) erfaßt. Die Bilder werden im Gegensatz zum METEOSAT unbearbeitet ausgesendet, es gibt also keinen Anfang und kein Ende.

Ein APT Bild besteht aus zwei Kanälen - einem IR und einem VIS (nachts aus IR und mIR).
Zur Erzeugung von Farbbildern ist ein IR-Kanal und der VIS Kanal notwendig.

detaillierte Beschreibungen

Übersicht / Grundlagen der NOAA-Serie (NOAA Instrumente)
Die Empfangsanlage für APT Aussendungen der Wettersatelliten
NOAA APT Bildverarbeitung

Automated Picture Transmission (APT)

Downlink: 137.50 und 137.62 MHz (FM, 2400Hz AM analog)
img so klingt das APT-Signal eines NOAA-Satelliten (137 MHz)

APT ist eine Übertragung von 2 Kanälen des AVHRR-Instrumentes bei reduzierter Auflösung.
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, AVHRR/3 ab NOAA-14) in einer Breite von 1440 km und mit einer Abtastrate von 360 Zeilen/Minute. Es hat einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich (field-of-view) von 1.3 milliradians.
Für die APT-Aussendung 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.


img

Die NOAA-Satelliten senden im APT-Mode die A/D-gewandelte Information folgender Daten:

Datenworte (Pixel)  Content
---------------------------------
39        Datenworte (Pixel) Sync A (1040 Hz)
47        Weltraumstrahlung/Minutenmarken
909       Videodaten Kanal A
45        Telemetriedaten
39        Sync B (832 Hz)
47        Weltraumstrahlung/Minutenmarken
909       Videodaten Kanal B
45        Telemetriedaten
2080        Total (Pixel/Vollzeile)

Die Bodenstation (Satellite Operations Control Center SOCC) kann jeweils 2 aus den sechs zur Verfügung stehenden AVHRR-Kanäle auswählen. Diese beiden Kanäle werden als VIDEO A und VIDEO B gesendet. Zur Bildung einer APT Zeile wird nun jeder vierte Zeile von 2 entsprechenden Kanälen des AVHRR Scans genommen.
Eine APT Zeile besteht also aus einer Zeile von VIDEO A und einer Zeile von VIDEO B.
Zusätzliche Daten zur Kalibration oder Telemetrie der Sensoren werden nun an den Rändern der Zeile eingeblendet. Mit einer Periode von 64 Sekunden entsteht so ein APT Rahmen.

img

Am anderen Bildrand wird ein Balken mit Feldern von je 8 Zeilen Höhe mit unterschiedlichen Helligkeiten aufgebaut. Dies sind Telemetriedaten, wobei die Felder folgende Bedeutung haben:

1 Modulationsindex 10.6 %
2 Modulationsindex  21.5 %
3 Modulationsindex  32.4 %
4 Modulationsindex  43.4 %
5 Modulationsindex  54.2 %
6 Modulationsindex  65.2 %
7 Modulationsindex  78.0 %
8 Modulationsindex 87.0 % (höchste Amplitude)
9 Modulationsindex  0% (Nullreferenz, niedrigste Amplitude)
10  housing blackbody temperature sensor 1 (Referenzsensor 1)
11  housing blackbody temperature sensor 2
12  housing blackbody temperature sensor 3
13  housing blackbody temperature sensor 4
14  patch temperature
15  back scan
16  channel identification wedge (Kanalidentifikation)

Die Helligkeit von Feld 16 repräsentiert die Spektralkanalnummer für diesen Zeitkanal; Maßstab sind die Felder 1 - 5. Befindet sich dieser Rahmen auf der rechten Bildseite, so zählen die Felder von unten nach oben (Satellit fliegt von Süd nach Nord) und entsprechend umgekehrt. Die acht Graustufenfelder helfen bei der Identifizierung.

Pro Sekunde werden 2 Zeilen gesendet. Auf einen FM Träger von 2400 Hz wird das analoge Signal (APT-Zeile) mittel Amlitudenmodulation aufmoduliert. Die NF-Bandbreite beträgt 4,8 kHz (bei AM = 2 * f mod). Wegen des FM-Hubs von ca. 8kHz ergibt sich eine Bandbreite von fast 30 kHz. Die kontinuirliche Aussendung derfolgt über den entsprechenden VHF Link (137.50 MHz oder 137.62 MHz).


img

Die Sendefrequenz ist wegen der relativ hohen Geschwindigkeit der Satelliten ( 8km/s) mit einer Dopplerverschiebung behaftet. Geht der Satellit auf, ist die Frequenz ungefähr 2 KHz höher, beim Untergang etwa 2 KHz tiefer.

High Resolution Picture Transmission (HRPT)

Downlink: 1698.0 und 1707.0 MHz (PM, ± 67°, 665.4 kbit/s Split Phase)

HRPT sendet mit der vollen Auflösung der Instrumente die Daten digital zur Erde.
Der HRPT Service wurde ursprünglich entwickelt, um verschiedene Kunden ständig (Tag- und Nacht) mit Informationen über Oberflächentemperatur der Meere, Eis, Schnee, Wolkenbedeckung usw. zu versorgen. Mittlerweile haben sich jedoch durch die gesunkenen Preise des Equipments und der Software sehr viel mehr Anwendungsgebiete erschlossen. Die HRPT Übertragung enthält Daten von allen Instrumenten an Bord der NOAA Satelliten.

HRPT Bild

Der Datenstrom beinhaltet Informationen vom TIROS Information Processor (TIP), des AMSU Instrument Processor (AIP) und vom AVHRR Instrument. Die Daten von allen 6 Kanälen werden mit einer Auflösung von 1.1km übertragen. Über den TIP werden wichtige Informationen, wie z.B. Höhendaten, Zeiten, Housekeeping-Daten und niedrigbitratige Daten von den Indtrumenten HIRS/3, SEM/2, DCS/2 und SBUV abgewickelt. Über den AIP laufen Daten der Instrumente AMSU-A und AMSU-B.

Weitere Informationen zum Thema HRPT findet man hier:
http://www.david-taylor.pwp.blueyonder.co.uk/software/hrpt.htm
http://www.fvalk.com/Earth-hrpt.htm

Real Time - Bake

Downlink : 137.77 und 137.35 MHz (PM, ± 67°, 8.32 kbit/s Split Phase)

Die Bake dient zur Übertragung von TIROS Information Processor (TIP)- Daten an die Bodenstation (Houskeeping Telemetrie und Payload Daten aller meteorologischen Instrumente ausser AVHRR und AMSU)