Cómo bajar imágenes desde un satélite (Parte II)

por Mario 26 septiembre, 2009, 6:53 pm 12 Votes 48 Comments

Existen artículos que tratan sobre construcciones sencillas, simples y rápidas de materializar que pueden entretenernos por algún tiempo. También existen las que nos muestran de cara al futuro nuestra verdadera vocación y siempre quedamos con la sensación de haber querido saber un poco más sobre el tema. Detalles por sobre todo. Hoy te traemos todas esas pequeñas cosas que te hubiera gustado encontrar en la primera parte de esta serie y además te enseñaremos a construir tu propio receptor satelital con muy poco esfuerzo y dinero. Ven, aprende los secretos de las imágenes vía satélite y construye tú mismo esta verdadera “escalera al cielo”

Las generaciones pasadas miraban al cielo en busca de respuestas acerca de los comportamientos que podría tener el clima y cómo estos eventos podían favorecerlos o afectarlos en su vida cotidiana. Hoy, gracias a la tecnología y a los satélites, la información es mucho más clara, precisa y está disponible al instante. Las predicciones meteorológicas son toda una ciencia que por el hecho de no ser exacta, se torna apasionante gracias a las sorpresas y nuevas enseñanzas que puede dejarnos a cada momento.

Con muy pocos cambios sobre el circuito en el que utilizábamos un TDA7000 para escuchar la banda de radiodifusión de FM, vamos a ver en este artículo los pasos necesarios para transformarlo en un receptor idóneo para imágenes de los satélites meteorológicos de orbita baja (LEO). Pero antes de avanzar en las explicaciones es conveniente saber porqué es bueno hacer el intento de construir este proyecto por sobre la utilización de los receptores comunes de VHF. La respuesta a esta cuestión es muy sencilla pero vale la pena profundizar en la explicación para una mejor comprensión y posible expansión de la idea.

La profundidad de la modulación en FM está siempre limitada por el sistema receptor y es introducida dentro de la señal emitida por el transmisor y sus características. Es decir, que el nivel con que modularemos una portadora (Carrier) tendrá un máximo preestablecido y se regirá por normas debemos respetar por dos motivos: uno de ellos es para estar enmarcados dentro una transmisión con parámetros técnicos correctos y la otra es para que los receptores existentes en dicha banda a utilizar, puedan escucharnos en buena forma.

En frecuencia modulada, la información que se desea transmitir (Modulating Wave) provoca pequeñas desviaciones de la frecuencia central de la portadora fundamental, extendiéndose a un costado y otro de la frecuencia conocida y tomada como “central”. Por ejemplo: si tomamos en cuenta una transmisión de FM comercial (Broadcasting o Radiodifusión) que transmita en la frecuencia de 100,5Mhz tendrá desplazamientos provocados por la modulación inducida a ambos lados de la frecuencia central alcanzando valores de excursión máximos comprendidos entre 100,550Mhz y 100,450Mhz. Esto es 50Khz a cada lado de la frecuencia central de transmisión contando con un ancho de canal de 100Khz para una emisora. Esto sería una transmisión con un canal “ancho” (Wide) (WFM).

En cambio, para un receptor de comunicaciones específico como es el caso de los modelos utilizados por los radioaficionados o los empleados en las comunicaciones de servicios privados “punto a punto”, la modulación introducida no sobrepasa una desviación de la frecuenta central más allá de los 5Khz o 7Khz. (Las especificaciones de fábrica y la norma de transmisión, indican 5Khz). En este caso, el termino utilizado es que la transmisión es “angosta” (Narrow) (NFM) debido a la drástica reducción del ancho ocupado por el canal de transmisión. Los organismos internacionales establecen y generan estas normativas para optimizar el espectro radioeléctrico tratando de que ingresen en él la mayor cantidad de emisoras posibles y con la calidad de transmisión de los datos (analógicos o digitales) que el enlace requiera.

En el caso de los satélites meteorológicos, la transmisión ocupa un ancho de canal de 15Khz a 20Khz aproximadamente y por lo tanto los receptores angostos, resultarán “muy angostos” para la aplicación y lo que obtendremos es una señal donde los blancos de la imagen recibida presentarán distorsiones provocadas por la limitación del ancho del canal. Todas las variables que involucra una escala de grises se verán recortadas en su parte más intensa (el blanco), provocando allí una distorsión. Para aplicaciones experimentales y de aficionados esto no es un impedimento para obtener imágenes increíbles, pero para aquellos que puedan preguntarse: ¿Porqué me sucede este fenómeno? Allí está la respuesta.

En cambio, cuando el receptor posee un ancho pasante de canal (que en radio se llama canal de frecuencia intermedia) que le permite “moverse” siguiendo siempre a las variaciones de frecuencia sin limitaciones, la imagen resultante se vuelve sin distorsiones por saturación y muchos aspectos importantes se aprecian en su totalidad. Por supuesto que aquí no intervienen los ruidos externos de los que nunca estaremos librados en un espectro tan saturado y tan anárquico como suele ser el radioeléctrico. Lo mismo ocurre con los ruidos introducidos por una señal de baja intensidad, por lo que podemos asegurarte que los primeros intentos fallidos no deben desalentarte. Además, debes tener la plena seguridad que los elementos externos al ordenador se presentan con innumerables obstáculos que irás sorteando hasta lograr imágenes de buena calidad en toda la extensión del paso del satélite.

En la imagen superior tomada con el receptor que veremos ahora como se construye a partir de un proyecto ya publicado, se aprecian otros elementos importantes que en la imagen anterior no se distinguen. Un ejemplo claro de esto es (lamentablemente en la zona de la interferencia) el color que posee el Río de la Plata respecto al mar. El color oscuro del agua dulce contrasta perfectamente con el claro del mar, hecho que en la primera imagen no se alcanza a notar. Por otro lado, la señal de telemetría (la escala de grises al costado de la imagen) no presenta distorsiones por la intensidad del blanco, hecho que es fundamental para que el software que procesa las imágenes pueda trabajar correctamente.

¡Quiero armar mi receptor ya!
En la hoja de datos del TDA7000 pudimos observar que la sensibilidad del receptor decaía de manera considerable a medida que intentábamos recibir señales en frecuencias más elevadas a los 110Mhz. Por supuesto, nada que un simple pre-amplificador de antena no pueda solucionar. De esta forma podremos movernos de manera muy cómoda hasta los 137Mhz para poder escuchar a los satélites meteorológicos con buena señal. Este dispositivo que permite amplificar las débiles señales que llegan a la antena es de construcción sencilla y no debiera presentarte demasiados inconvenientes. Aquí puedes escucharlo en acción:

El circuito del pre-amplificador posee elementos que se consiguen fácilmente en cualquier tienda de materiales electrónicos y no significará mayor trabajo que la cantidad necesaria de prolijidad al construirlo y paciencia para calibrarlo en el punto óptimo. Nosotros antes de armar el receptor definitivo que ya pudiste ver más arriba, hicimos algunos experimentos que estamos compartiendo contigo. (El personaje que aparece sosteniendo la cámara no es Mr. Magoo, soy yo)

Si observamos la sección de entrada de antena notaremos la presencia de un conjunto LC que se construye y sintoniza fácilmente con la ayuda de un Dip Meter como el que ya aprendimos a construir en otro artículo anterior. Si aún no lo tienes entre tus instrumentos, deberás adoptar una técnica constructiva que resulte en una placa tal como te mostramos en imágenes para lograr los mismos buenos resultados nuestros y luego armarte de mucha paciencia para esperar cada paso de un satélite y aprovechar ese momento para la calibración y ajuste. Ten en cuenta que los pasajes son cortos (8 a 12 minutos) y en los primeros intentos fallidos no desesperes ni te dejes abrumar por no obtener resultados extraordinarios. Ten paciencia.

Los diodos D1 y D2 (1N4148) se colocan para proteger al transistor de las posibles descargas estáticas que pueden deteriorarlo mientras que CV1, CV2 y CV3 se deberán ajustar para una máxima recepción con la mejor relación señal/ruido (máxima señal recuperada con el mínimo ruido). Por su parte P1 deberás ajustarlo para lograr el mismo efecto y su posición puede variar entre 1/10 y 1/5 de su recorrido a partir de GND (observa la imagen). También te recomendamos utilizar una placa doble faz para hacer el circuito impreso que lo dibujarás a mano alzada si quieres, gracias a su pequeñez y simplicidad. No olvides conectar la lámina de cobre inferior que te ha quedado con el plano de tierra superior donde están montados los componentes. Puedes hacerlo por los laterales de la placa o cruzando pequeños terminales a través de ella, soldando ambos lados.

Será bueno además, que coloques una pequeña placa metálica de separación entre el pre-amplificador y la placa del receptor para minimizar la posibilidad de oscilaciones indeseadas o la captura de ruidos que entorpezcan una correcta recepción, libre de ruidos. Otro punto a destacar es la utilización de sendos capacitores de desacoplo en conjunto con pequeñas cuentas de ferrite para la alimentación. Fíjate también que la conexión desde el conector BNC de entrada de antena sea o más corta posible y que la salida de la placa del pre-amplificador conecte al receptor a través de un coaxil que puede ser cualquiera, pero coaxil al fin. Lo que ves en la imagen (a la derecha) es un RG-174.

Resumiendo, podemos decirte que mientras mantengas orden, prolijidad, amor por lo que estás haciendo y logres una construcción lo más parecida a la nuestra, tu éxito está asegurado.

Reformas en la placa del TDA7000
A la placa que ya habíamos realizado para escuchar emisoras de radio, le cambiaremos L1 y L2 para logra subir hasta la porción de los 136Mhz a 139Mhz. La forma es muy sencilla y sólo debemos reemplazar estas bobinas por otras de tan sólo dos espiras. Por otro lado, para el caso del potenciómetro de ajuste de sintonía, utilizaremos uno de 50K (lineal) y agregaremos en el extremo de alimentación un “preset” (o resistor variable) de 470K para centrar la sintonía en la banda mencionada.

Para este ajuste podremos utilizar un frecuencímetro acercándolo a L2 o por intermedio del Dip Meter generar una señal en esas frecuencias y ajustar el preset hasta escuchar la portadora en el receptor. Por supuesto que recomendamos el primer método por ser más práctico, rápido y efectivo. Por último, un par de perillas para facilitar el manejo, un jack de salida para el parlante exterior y un bastidor de aluminio o cualquier otro metal, completan los elementos necesarios para transformar nuestro receptor de radio en un efectivo “cazador de satélites”

Otros experimentos que puedes intentar vienen a través de diferentes antenas para mejorar el rendimiento de la recepción. Puedes combinar la utilización de antenas verticales (cuando el satélite esté lejos y recién asomando en el horizonte) sumadas a antenas horizontales como las que ya hemos visto (u otros modelos) siempre conectadas correctamente en fase. Naturalmente que puedes intentar emplazamientos diferentes para su instalación. Todo dependerá de cada caso en particular y el espacio que se pueda ocupar sobre la azotea, en el patio trasero o donde puedas. Recuerda que la correcta puesta en fase de dos antenas debe realizarse con cable de 75 Ohms , bajando con cable de 50 Ohms hasta el receptor y que la fórmula es: Múltiplos impares de cuartos de longitud de onda de la frecuencia utilizada, multiplicado por la constante de propagación de la señal dentro del cable. Así, todo juntito. Y por supuesto, esperamos ver pronto tus imágenes o videos.

Noticia: Un nuevo satélite activo
La Agencia Espacial Federal de Rusia finalmente ha logrado lanzar el nuevo satélite Meteor-M-1 a bordo de un cohete Soyuz-2.1b desde el cosmódromo Baikonur el pasado 17 de Septiembre de 2009. El satélite de 2.700 kilogramos de peso tiene prevista una vida útil de 5 años y fue construído por la empresa NPP VNIIEM. Esta nave permitirá a Rusia disponer de información meteorológica propia tras varios años de no tener ningún aparato de este tipo en servicio. Se trata del último ejemplar de la mítica serie de satélites meteorológicos Meteor. Estará situado en una órbita polar de 832 km de altura y 98,77º de inclinación e incluye varios instrumentos de observación, entre los que destacan el radar de apertura sintética Severyanin-M para medir el espesor de los hielos polares, el MSU-MR para estudiar la capa nubosa y el instrumento GGAK-M de física solar. Las frecuencias previstas de bajada son 137,025Mhz y 137,925Mhz. Esperamos escucharlo pronto y poder confirmar este dato.