Прием данных с метеоспутников.
David & Cecilia Taylor's Web Pages (satsignal.eu)
https://noaa_hirs_decoder.surge.sh/
R4UAB | Радиолюбительские спутники
Удешевление и широкая доступность разных SDR сделали возможным прием в домашних условиях изображений с разных метеоспутников.

ACHTUNG!!!1
16.09.22 вышел новый релиз программы Satdump, теперь делать i\q записи, да и декодировать на лету сигналы почти всех аппаратов которые шлют картинки из космоса, от NOAA до Proba-2 можно прямо в программе. Поддерживаются все популярные SDR (SDRPlay, AIRSPY, Hackrf, RTL)



А самое интересное что программа работает на Android и может общаться с приемником через USB-OTG, и тоже умеет декодить на лету (зависит от мощности процессора).



Доступны декодеры для следующих аппаратов

AIM - спутник 2007 года. Изучает серебристые облака, частоту появления, яркость
BlueWalker3 Экспериментальный спутник связи BlueWalker 3 развернул на околоземной орбите самую крупную антенну, ее общая площадь 64 квадратных метра.
Cloudsat запущен в 2006 году для изучения облачного покрова земли
Coriolis запущен в 2003, несет радар windsat и прибор Solar Mass Ejection Imager
Cryosat спутник мониторинга толщины льда на полюсах
DMSP метеоспутники министерства обороны США
Elektro_Arktika метеоспутник схож с геостационарами "Электро-Л" но ходит по орбите Молния, для метеомониторинга арктики.
FengYun-2,3,4 китайские метеоспутники на разных
GK2A,GOES американские геостационары
Himawari - японские метеоспутники
Jason-3 космическая океанографическая лаборатория, выполняющая миссию по измерению рельефа поверхности мирового океана
JPSS последнее поколение американских метеорологических спутников на полярной орбите
MATS Шведский космический аппарат, который на орбите будет заниматься измерениями мезосферы
Meteor-M Российские низкоорбитальные метеоспутники
MetOp метеорологические спутники Европейского космического агентства
NOAA американские метеоспутники
Oceansat индийский спутник для мониторинга океана
Orbcomm м2м спутники, декодируется телеметрия
Proba серия экспериментальных спутников. Шлют фото участков земли и солнца
SpaceX декодер линка в котором передается видео со ступеней ракет spacex
Stereo пара спутников мониторинга солнца.
aqua,terra,aura  программа НАСА EOS (Earth Observing System), направленной на исследование Земли и состоящеая из трёх специализированных спутников Terra, Aqua и Aura, предназначенных для исследования суши, воды и атмосферы соответственно.
fengyun серия китайских метеорологических спутников. Китай запускает спутники этой серии на полярные и геосинхронные орбиты с 1988 года
suomi npp американский метеорологический спутник, управляемый NOAA. Запущен в 2011 году, проводит климатические измерения, продолжая наблюдения, начатые программой NASA Earth Observing System
saral совместная миссия Индийской организации космических исследований (ISRO) и CNES (Космическое агентство Франции). SARAL выполняет альтиметрические измерения, предназначенные для изучения циркуляции океана и высоты поверхности моря
angels
otb-3 gazelle небольшой спутник совмещающий эксперименты нескольких агенств
yunhai китайский спутник ДЗЗ
syracuse военные спутники связи, Италия
sci sat1
calipso  Спутники запущены в рамках программы НАСА EOS (Earth Observing System, "Система наблюдения Земли") и предназначены для изучения облачного покрова Земли.
starship,crew dradon телеметрия КК
aeolus ADM-Aeolus должен стать первым спутником, способным проводить глобальные наблюдения за ветрами от поверхности Земли до 30 км
prisma спутник дзз-демонстратор с широкополосными камерами
sentinel-6 ДЗЗ, несер радар-высотометр,измеряющий профиль поверхности океана
smap спутник измеряющий влажность почвы
cheops малоапертурный телескоп для обнаружения экзопланет затменным методом, фотометрией
timed спутник для изучения мезосферы и ионосферы
grace
cfosat совместная миссия китайского (CNSA) и французского (CNES) космических агентств, целью которой является мониторинг ветров и волн на поверхности океанов
hinode спутник для изучения солнца, несет оптический и рентгеновский телескоп,и ультрафиолетовый спектрометр
smos спутник ЕКА для измерения солености океана и влажности почвы
neossat компактный канадский спутник-телескоп предупреждения астероидной опасности
formosat серия тайваньских ДЗЗ
ops-sat кубсат-демонстратор решений электроники для микроспутников
iris высокочастотный ультрафиолетовый спектрометр для изчения солнца

Начнем с самого простого в плане автоматизации и железа. Серия NOAA  POES (низкоорбитальные полярные). Давно превысили расчетный срок эксплуатации, рабочих осталось три.
Частоты APT:
NOAA-15 - 137,62 МГц NOAA-18 - 137,9125 МГц NOAA-19 - 137,1 МГц
Для приема нужны:
SDR (RTL, клоны RSP, Airspy R2\mini, hackrf)и простая дипольная антенна, расположенная повыше. Усилители, фильтры и квадрифилярные или турникетные антенны улучшат картинку, но простого диполя достаточно.


Есть пара вариантов турникетных антенн, на 50 и 75 Ом.





Простейший вариант приема - записать вручную демодулированный сигнал и скормить программе-декодеру.
Ждем пролета спутника в зоне приема.


Во время пролета настраиваемся на частоту, ставим модуляцию WFM, ставим ширину полосы приема чуть больше сигнала, и в разделе меню record  выбираем audio и жмем record. 


После пролета отключаем запись, запускаем программу noaa-apt, выбираем сделанную нами запись (она будет в папке программы SDRSharp с расширением .waw


В поле output file выберите папку сохранения и введите название сохраняемой картинки. Жмите START и когда слева внизу высветится надпись finished - можете открывать картинку и смотреть.


Это далеко не единственный метод, можно полностью автоматизировать процесс приема только одного спутника с помощью програмы wxtoimg и коррекции допплера по gpredict, с помощью Orbitron можно автоматизировать прием всех трех.
Тестовая запись NOAA APT (звук)
Запись APT+DSB NOAA15 и 19
Програмка-декодер

HIRS (dsb)
NOAA use 137.35 MHz and 137.77 MHz for telemetry data
NOAA POES TIP Demodulation - NebarnixWiki
HIRS-decoder_how-to (surge.sh)
Со спутников NOAA также на диапазоне 137МГц идет сигнал DSB (DIRECT SOUND BROADCAST), который несет данные с нескольких приборов, в.т.ч HIRS (\спектрометр высокого разрешения).


Для декодирования изображений со спектрометра выставьте настройки как на скриншоте (модуляция RAW, полоса от 32кгц, запись в режиме AUDIO) и запишите пролет.
Затем перетащите файл записи на приложение demodPOES


Демодулятор запишет результат в файл minorframes.txt, перетащите его на приложение NOAA HIRS Decoder
(Для работы нужна Java 8.0.251)


Изображения будут сохраненвы в папку указаннцю в config.ini
Пример картинки


Вообще в этом же сигнале содержатся данные приборов:
SEM-2 датчики частиц средних и высоких энергий
DCS-2 ретранслятор сигналов на частоте 401,65МГц - морские буи, датчики льда в океане, радиомаячки для отслеживания животных, метеозонды
Подробнее здесь
NOAA POES TIP Demodulation - NebarnixWiki
Демодулятор, декодер и тестовый файл minorframes.


NOAA HRPT L-band
Передача изображений высокого разрешения на частотах 1.6-1.7 ГГц.
Для приема требуется тарелка от 1,2 метра диаметром, облучатель на нужный диапазон, с нужной поляризацией и углом раскрыва ДН, усилитель около 20 дб, желательно фильтр на полосу 1600-1700 мгц и приемник с полосой больше 3-х мгц. SDRPlay, Airspy мини или R2 или HACKRF.
Спутниковая тарелка: обычная для спутникового тв, пара тысяч рублей на авито в среднем, неважно оффсет или прямофокус (для них нужны облучатели с разным раскрывом ДН, и вся разница.

Облучатель: самый простой вариант, который не нуждается в настройке - спиральная антенна. Для оффсетной тарелки - 7 витков, для прямофокуса - 7 витков. Спираль может быть намотана например на канализационной трубе 50мм.




МШУ: пара последовательно соединенных платок на SPF5189z


Одну из них можно заменить на платку с ПАВ фильтром, измеренное мною усиление - 10 дб в полосе пропускания.


Частоты некоторых аппаратов:
NOAA-15 - 1702.5mhz - HRPT 
NOAA-18 - 1707mhz - HRPT
NOAA-19 - 1698mhz - HRPT
MetOp-A - 1707mhz - AHRPT
MetOp-B - 1701.3mhz - AHRPT
FengYun-3B - 1704.5mhz - CHRPT
FengYun-3C - 1698mhz - CHRPT

Процесс приема сигнала с низкоорбитальных спутников осложняется их движением, и необходимостью наводить тарелку.
В остальном для неавтоматизированного приема алгоритм прост: записываем I\Q файл с нужными параметрами (частота сэмплирования, тип данных, можно посмотреть в программе satdump)


Запускаем SATDUMP в графическом режиме


Выбираем категорию


Выбираем декодер


Выбираем файл baseband записи, папку для сохранения результатлв и жмем старт.


Начинается процесс демодуляции


Затем извлечения данных из демодулированных данных


После этого изображения и промежуточные результаты будут сохранены в выбранной папке


Или декодировать прямо во время приема
(Прием на тарелку 1.8м, облучатель-спираль, 40 дб усилитель и хакрф)


Пара оригинальных изображений





Файл записи Electro-L LRIT (5Gb)  Спасибо
Egor UB1QBJ за запись. Записано на тарелку 1,8 метра, МШУ 20дб, полосовой фильтр и HACKRF.

Метеор
Сейчас активны спутники Метеор-2 и Метеор 2-2. В 2022 году планируется запуск Метеор 2-3 (запущен и работает) и 2-4
Часть скиншотов взята отсюда Прием метео снимков со спутника Meteor-M2 в LRPT подручными средствами | Записки крутилкина | Дзен (dzen.ru)
Еще интересный способ автоматического приема LRPT Meteor Suite (leshamilton.co.uk)
Метеоры также могут быть декодированы Satdump (категория VHF)

Делаем запись спутника, МЕТЕОР М2 на частоте 137.1. Открываем в SDR# сделанную запись, включаем WFM модуляцию, ширину полосы от 32 кгц, выставляем в плагине meteor-demodulator модуляцию и скорость в соответствии со спутником, выбираем передачу данных по tcp или в файл (давайте запишем в файл, для этого выберем в какую папку сохранять данные), отметим галку Tracking для работы АПЧ, запускаем воспроизведение записи и жмыхаем старт.


Осмысленное декодирование начнется когда сигнал достигнет достаточного уровня, в этот момент загорится надпись Locked  в плагине демодулятора.


После пролета спутника останавливаем демодулятор, затем запускаем декодер, нажимаем на кнопку 72к, выбираем файл с демодулированными данными.


И получаем картинку.


Запись Метеор-М2 i/q
SDR# с установленным плагином Meteor Demodulator и Gpredict connector для работы с gpredict (компенсации допплера)
Декодер Метеор М2
Gpredict 

Метеосаты могут слать не только картинки в оптике, FY-3E несет прибор Windrad, радар измереяющий скорость и направление ветра.

Анимация из нескольких кадров прибора Windrad fy-3e by
Egor UB1QBJ


Или данные рефлекторметрии (почти то же самое)
прибор ASCAT metop
(данные приняты Егоро Древесниковым)
 





     
X-band
Множество аппаратов шлющих метеоизображения и не только. Например Noaa20 и Noaa21 шлют картинки там. Декодируются Satdump, но есть пара проблем: первая-на дороге (и даже в магазинах) не валяются конвертеры их X в L диапазон. Любители собирают из старого военного и научного железа купленного на Амазоне (хотя у амеров есть любительский проект конвертера выпускающийся малыми партиями)
Облучатель X-Band у Foxiks /
Egor UB1QBJ


Спутник AURA


А вторая: Noaa20 шлет данные сигналом полосой 15 мгц, и это еще принимается Hackrf, а вот Noaa21 шлет уже полосу 25 мгц. Конечно Hackrf можно разогнать до 32MSPS но уже после превышения 22MSPS он пропускает пакеты (не хватает полосы USB2). Так что помимо доргого колхозного LNB и облучателя (и точной поворотки, на 8ГГц луч от той же 1,8 метровой тарелки будет узким) понадобится еще и радио посерьезнее Hackrf.

Пример фотки с NOAA21



S-band
Satdump переваривает картинки с аппаратов в диапазоне S-band, в котором работают в основном научные и экспериментальные аппараты, например картинки со спутников Proba1,2 и V, ловятся на тарелку см 80, облуч, МШУ и хакрф.


Спутники проба делают фото земли


И солнца



Ku-band
Диапазон вещания ТВ спутников, но передаются также данные с некоторых аппаратов.
Например Геоскан-эдельвейс.
By Foxiks




DSN
Один из диапазонов метеоспутников - 8ГГц граничит с одним из каналов deep space network - системы связи обслуживающей аппараты в дальнем космосе. Далеко не всегда на оборудование которое может поймать мощные каналы околоземных метеоспутников можно поймать сигналы аппаратов у Венеры или Марса, но модуляция у аппаратов исследующих дальний космос такова что в сигнале присутствует мощная несущая, и по ее смещению из-за взаимного движения аппарата и земли можно по крайней мере установить что это несущая принадлежит Venus Express, Mars reconnasaince orbiter или Change5.

Любители приема DSN
AMATEUR-DSN | EB3FRN
M0DTS.co.uk




Decoding Interplanetary Spacecraft - YouTube
Локальная копия
Блог Daniel Esteveez, о декодировании данных с научных спутников
satellites – Daniel EstÚvez (destevez.net)


Ребята с UHF-Satcom перестроили купленный облучатель на Ku-band чтобы наблюдать аппарат Venus Express на тарелку диаметром в 1 метр
Amateur DSN - Early Days | UHF-Satcom



В качестве облучателя - LNB на Ku-band из которого удалены гетеродины DRO и УПЧ. Оставлены только ступени УВЧ, их фильтры перестроены, волновод заменен на подходящий для 8ГГц (для этого подходит стандартная медная трубка для кондиционеров, хотя конечно без приборов такое настроить почти нереально)




Сигнал Mars reconnasaince orbiter



Аппарат LRO вообще обнаруживается с помощью ртл сдр и MMDS антенныы с родным конвертером (S-band)
Receiving Signals from the Lunar Reconnaissance Orbiter with an RTL-SDR and WiFi Grid Antenna