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RECEPTION D'IMAGES SATELLITES METEO
Quel temps fera-t-il demain ?
Une des activités ludique préférée par les SWL et les OM est la réception de satellite météorologique défilant NOAA ou METEOR à orbite polaire basse environ 900km ou encore de géostationnaire METEOSAT, GOES, GMS à environ 36000Km.
WEFAX - Le Système International de Transmission d'Images Analogiques
Image WEFAX du satellite GOES des Etats-Unis.
Images WEFAX du satellite Météosat d'EUMETSAT.
Le système international WEFAX pour la transmission d'images en format analogue est un autre succès du Groupe de Coordination pour les Satellites Météorologiques (CGMS). WEFAX est un standard de transmission de données utilisé par les opérateurs des satellites météorologiques géostationnaires pour transmettre des images satellitales et autres données sous forme analogue à des stations-utilisateur à faible coût. WEFAX a été adopté comme standard pour ces transmissions par les Etats-Unis, l'Europe, le Japon, la Chine et la Russie. Cette standardisation étendue a permis d'assurer que tous les récepteurs soient du même type sur toute la planète et donc que les frais de l'utilisateur soient réduits au minimum. Le format est dérivé de la Transmission Automatique d'Images (APT) développé à l'origine pour la transmission des images des satellites polaires des Etats-Unis. Cet héritage commun permet également de maintenir des coûts réduits.
Conçu à l'origine comme un système destiné à l'impression directe sur les télécopieurs disponibles au début des années 1970, WEFAX a énormément bénéficié de l'arrivée des ordinateurs personnels (PC) multi-usages. Les systèmes actuels sont installés sur des PC, les images étant numérisées pour l'affichage sous forme fixe, ou animées pour montrer le développement et le mouvement des nuages sur la région d'intérêt. WEFAX sera remplacé par un nouveau standard, appelé système de Transmission d'Information à Bas Débit (LRIT) décrit ailleurs.
Au cours des deux dernières décennies, les transmissions WEFAX furent partie importante des services de diffusion des satellites géostationnaires des Etats-Unis, d'EUMETSAT et du Japon. Plus récemment, la Chine et la Russie ont aussi utilisé WEFAX depuis leurs systèmes de satellites météorologiques géostationnaires.
WEFAX a été conçu comme système de transmission pouvant être utilisé par des stations utilisatrices à faible coût. Cet objectif a été plus qu'atteint. Les stations utilisatrices WEFAX ont été installées dans la plupart des pays du monde. Le système est utilisé par des météorologistes professionnels dans les petits établissements, ainsi que par des universités, des écoles, des particuliers et des clubs de voile.
Conçu à l'origine pour une utilisation avec des télécopieurs analogues, dès les années 1990, le standard WEFAX est installé sur des ordinateurs personnels équipés d'affichages sophistiqués. Sur l'écran, les images peuvent être affichées en couleur, mettant en relief les points d'intérêt pour les particuliers, ou encore animées. De cette manière, et grâce aux capacités de mémoire disponibles aujourd'hui, l'utilisateur peut facilement enregistrer de grandes quantités d'images et afficher les évolutions des phénomènes pendant des jours, des semaines, voire des mois. Un PC nécessite peu d'équipements supplémentaires pour la réception. En principe, l'utilisateur a besoin d'une petite antenne parabolique, d'un boîtier de réception et d'une carte interne d'acquisition vidéo. Les logiciels spéciaux utilisés sur un PC standard peuvent être utilisés pour programmer la réception des données, ainsi que les fonctions d'affichage.
La structure du format WEFAX standard est présentée ci-dessous, et transmise comme lignes de données analogues sur une période totale d'environ trois minutes et demie. Le format comprend des signaux de synchronisation en début et fin de message, ainsi qu'au début de chaque ligne. Quoi que les transmissions soient en format analogue, un en-tête d'information numérique est codé dans le signal analogue en début de transmission, de sorte que le logiciel de l'usager puisse déterminer quelle image est en cours de diffusion.
La fréquence internationale de diffusion WEFAX est 1691,0 MHz. Certains systèmes, comme le Météosat d'EUMETSAT transmettent également WEFAX sur 1694,5 MHz.
WEFAX a alimenté la communauté des usagers depuis plus de 20 ans et sera remplacé par un nouveau standard, la Transmission d'Information à Faible Débit (LRIT) décrite dans un autre chapitre. La LRIT a l'avantage d'être complètement numérique et sera capable de transmettre des images qui seront utilisées de manière plus quantitative que les images WEFAX analogues actuelles.
Le format WEFAX standard, composé d'une section de 800 lignes transmises avec des codes de synchronisation et un entête codé numériquement.
APT - Le Système de Transmission Automatique d'Images
Image de l'Europe reçue du système de Transmission d'Images Automatique (APT) sur les satellites NOAA des Etats-Unis.
Le système de Transmission d'Images Automatique (APT) sur les satellites NOAA des Etats-Unis fournit un flux de données de résolution réduite de l'instrument AVHRR. Il transmet les images en continu sous forme de diffusion analogue pouvant être reçue en temps réel par des stations sol relativement simples et bon marché quand le satellite est à portée radio. Il fut introduit en 1970 et pendant trois décennies a fourni des images aux stations utilisatrices situées dans la plupart des pays du monde, et permettant à de nombreux professionnels et autres utilisateurs leur premier accès à l'imagerie satellitale en temps réel. Chaque station utilisatrices partout dans le monde peut recevoir des données locales à partir des trois passages successifs des satellites deux fois par jour. Les progrès de la technologie vont permettre une transition vers un nouveau système numérique - la Transmission d'Images à Bas Débit (LRPT) - dans les premières années du siècle qui s'annonce.
Les données APT sont transmises en continu sous forme d'un signal analogue avec une porteuse de modulation d'amplitude 2400 Hz. Une ligne de données est transmise chaque demi-seconde, contenant une ligne d'image des deux canaux AVHRR ainsi que de l'information complémentaire (figure 1). A chaque réception de trame d'image, la synchronisation apparaît sous forme de lignes noires verticales à gauche de l'image tandis que les données de télémétrie se présentent sous forme de "coins" transportant la calibration et autres informations.
Chacun des deux canaux AVHRR peut être choisi de la station-sol NOAA pour la diffusion. Un canal visible est utilisé pour fournir l'imagerie APT durant le jour et un canal infrarouge est utilisé en permanence nuit et jour. Un second canal infrarouge peut être programmé pour remplacer le canal visible pendant la portion d'orbite nocturne.
Fig 1: le format de trame APT.
Le système d'échantillonnage embarqué utilise une ligne sur trois de l'instrument AVHRR et échantillonne chaque ligne comme indiqué sur la figure 2 pour fournir une linéarisation perpendiculairement à la trace. Ceci permet une résolution constante toutes directions d'environ 4 km. Les caractéristiques du signal transmis restent inchangées sur la série de satellites NOAA KLM par rapport à la série des TIROS-N (NOAA-8 à NOAA-14), tandis qu'il existe un petit changement dans le format de données pour tenir compte du canal-3 modifié de l'instrument AVHRR.
L'APT ne sera pas utilisé par les satellites Metop qui seront lancés par EUMETSAT à partir de 2003. Ces satellites utiliseront le dernier standard numérique LRPT.
Figure 2: schéma de linéarisation balayage.
LES SATELLITES METEOSAT
Le satellite Météosat. Le radiomètre se trouve derrière la large ouverture ovale dans le corps principal du satellite. Les systèmes d'antenne sont situés sur le sommet de l'appareil.
Sept satellites de la première génération du système Météosat ont été lancés, tous avec succès. Le premier l'a été en novembre 1977, le septième en septembre 1997. Cette série devrait continuer à fournir des observations au moins jusqu'à l'année 2003, complétant plus de deux décennies de données météorologiques et climatologiques. L'objectif principal du système Météosat est la fourniture de données satellitales rentables et de services annexes correspondant aux besoins des 17 Etats Membres d'EUMETSAT. Dans la mesure du possible, le système répond aux besoins exprimés par l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM). Il offre ses services à tous les pays du monde capables de recevoir les données et joue par conséquent un véritable rôle international.
Les données et services sont dédiés principalement aux besoins de la météorologie opérationnelle, en insistant sur l'assistance à la prévision quotidienne du temps. Cependant, les données sont utiles pour tous les secteurs de la météorologie, y compris la météorologie marine, l'agrométéorologie et la météorologie aéronautique, ainsi que pour beaucoup d'autres disciplines, en particulier la climatologie et la surveillance de la planète Terre.
La taille hors tout du satellite est de 2,1 mètres de diamètre et 3,195 mètres de longueur. Sa masse initiale en orbite est de 322 kg. Il convient d'ajouter à cette masse réservoirs vides, le carburant hydrazine utilisé pour les corrections d'orbite qui pèse environ 39 kg en début de vie sur orbite. Le satellite tourne à 100 tours/minute sur son axe principal, lequel est aligné pratiquement parallèlement à l'axe Nord-Sud de la Terre.
La rotation fournit une plate-forme stable pour la prise d'images du radiomètre et lui permet de balayer une ligne de l'image terrestre à chaque tour. A la fin de chaque ligne de balayage, un moteur pas à pas déplace le télescope de l'équivalent d'une ligne vers le nord, permettant à l'image de se construire à partir des balayages successifs sur une période de 25 minutes. Le télescope est alors remis en position de démarrage pour balayer une nouvelle image plein-disque. Celles-ci sont donc générées à des intervalles de 30 minutes.
Le radiomètre Météosat fonctionne dans trois bandes spectrales :
* 0,45 à 1,0 µm
la bande visible (VIS), utilisée pour l'imagerie diurne.
* 5,7 à 7,1 µm
la bande d'absorption de la vapeur d'eau (WV), utilisée pour déterminer la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère moyenne.
* 10,5 à 12,5 µm
la bande de l'infrarouge thermique (fenêtre) (IR), utilisée pour l'imagerie nuit et jour et aussi pour déterminer la température du sommet des nuages et de la surface de l'océan.
Météosat est composé d'un corps cylindrique principal, sur le sommet duquel une section en forme de tambour et deux autres cylindres sont empilés concentriquement (voir la figure ci-dessus). Le corps cylindrique principal contient la plupart des systèmes satellitaires, y compris le radiomètre. Sa surface est recouverte de plus de 8000 cellules solaires qui l'alimentent en électricité.
La surface cylindrique de la section plus petite en forme de tambour est recouverte d'une matrice d'antennes rayonnantes dipôles. L'électronique interne active un par un les éléments séquentiellement, en sens inverse de la rotation du satellite. Ce sous-système constitue une antenne en contre-rotation électronique dont la fonction est d'assurer que les transmissions principales en bande S soient toujours dirigées vers la Terre. Les deux cylindres montés sur le sommet du tambour sont des antennes toroïdales pour la bande S et l'UHF respectivement.
Pour le contrôle de l'orbite et de l'attitude, Météosat utilise un total de 6 réacteurs propulsés par le carburant hydrazine. Ces réacteurs sont utilisés pour maintenir l'orientation de Météosat dans l'espace, pour effectuer de petits ajustements sur orbite et pour déplacer le satellite vers un nouvel emplacement si nécessaire pour une raison opérationnelle. Les réservoirs d'hydrazine sont dimensionnés pour contenir le carburant nécessaire à 6 ans minimum de maintenance sur orbite dans des conditions opérationnelles normales. Quand le carburant est épuisé, l'inclinaison de l'orbite (l'angle entre l'orbite du satellite et le plan équatorial terrestre) augmente au delà des limites acceptables et le satellite arrive à la fin de sa vie.
LE SYSTEME METEOSAT
Un schéma du système complet Météosat d'EUMETSAT.
* La première mission du système Météosat est de générer des images de la Terre, montrant les systèmes nuageux aussi bien le jour que la nuit et de transmettre ces images aux usagers dans le temps le plus court possible. La gamme complète des missions est listée ci-dessous et présentée plus loin.
* Images de la terre dans trois canaux spectraux à 30 minutes d'intervalle
* Diffusion des images à deux types de stations utilisatrices, l'un numérique, l'autre analogue, quelques minutes après l'observation
* Génération et distribution de produits météorologiques, comme les vents dérivés du déplacement des nuages à partir des images Météosat
* Acquisition et diffusion d'images provenant d'autres satellites météorologiques
* Relais d'information météorologique, comme des cartes, etc., aux régions faiblement équipées en systèmes de télécommunication
* Acquisition de données environnementales in situ à partir des Plates-formes de Collecte des Données et relais aux usagers quelques minutes plus tard
Images de la Terre
Le radiomètre Météosat est la charge utile principale du satellite. Il fournit les données de base du système Météosat sous la forme de radiances dans les régions visibles et infrarouges du spectre électromagnétique, qui vont constituer des images plein-disque terrestre vues de l'orbite géostationnaire. Le radiomètre travaille dans 3 bandes spectrales :
0,4 à 1,0 µm Bande Visible (VIS)
5,7 à 7,1 µm Bande d'absorption Vapeur d'Eau (WV)
10,5 à 12,5 µm Bande Infrarouge Thermique (fenêtre) (IR)
Les images de la Terre sont générées toutes les 30 minutes. Chaque image est transmise du satellite à la Station Sol Principale en Italie et relayée vers les installations centrales d'EUMETSAT en Allemagne pour traitement, distribution et archivage. Des produits quantitatifs sont fabriqués jusqu'à l'arc de grand cercle à 60° du point sous-satellite.
Diffusion des images
Le satellite transporte deux canaux de diffusion indépendants, utilisés pour transmettre les images dans un délai minimum aux deux types de stations utilisatrices. Les données numériques sont transmises aux Stations Utilisatrices Données Primaires (PDUS), qui sont conçues pour alimenter les plus grands centres météorologiques ou de recherche, tandis que les données analogues sont transmises aux Stations Utilisatrices Données Secondaires (SDUS) plus simples, installées partout dans des centres météorologiques plus petits, dans de nombreuses écoles et chez des particuliers.
Produits météorologiques
Le Centre d'Extraction des Produits Météorologiques, au Siège d'EUMETSAT en Allemagne, fabrique des produits comme les vents dérivés du déplacement des nuages ou les températures de surface de la mer à partir des images Météosat et les distribue aux centres météorologiques.
Relais d'images
Les images des autres satellites météorologiques sont reçues au CMS de Lannion en France et relayées par Météosat dans les formats standards Météosat. De cette manière les usagers du système Météosat peuvent recevoir des images couvrant la plus grande partie du globe avec une seule antenne.
Diffusion des Données Météorologiques
Des canaux de télécommunication additionnels sont utilisés pour la transmission de données météorologiques conventionnelles comprenant des observations sous forme de codes de transmission météorologiques et des cartes météorologiques contenant à la fois des observations et des prévisions. C'est la mission de Distribution de Données Météorologiques (MDD) unique de Météosat. Les données sont transmises directement au satellite grâce à trois sites de téléchargement situés dans des centres météorologiques en France, en Italie et au Royaume Uni et reçues partout par de petits terminaux utilisateur dans le champ de réception des télécommunications du satellite.
Collecte des données et distribution
A coté des principaux canaux de distribution, Météosat possède 66 canaux de télécommunication supplémentaires, utilisés pour relayer les données environnementales à partir des Plates-formes de Collecte de Données (DCP) automatiques ou semi-automatiques, qui peuvent être fixes, ou mobiles sur des bateaux, bouées, avions ou ballons.
Le Système Polaire Conjoint Initial
Le Système Polaire Commun Initial comprendra un satellite NOAA des Etats-Unis et un satellite Metop européen sur des orbites complémentaires calculées pour assurer une couverture complète à des intervalles inférieurs à 6 heures.
Depuis deux décennies, les Etats-Unis ont fourni des données opérationnelles en continu à partir de leur série NOAA de satellites météorologiques polaires. La Russie (anciennement URSS) a également maintenu une série de satellites Meteor en orbite polaire. Les Etats-Unis maintiennent actuellement deux satellites en orbite polaire, l'un traversant l'équateur le matin, l'autre l'après-midi. En 1998 EUMETSAT a décidé de se joindre aux Etats-Unis pour assurer un système commun de satellites météorologiques opérationnels en orbite polaire. Ce Système Polaire Conjoint Initial (IJPS) sera effectif lorsqu'EUMETSAT prendra la relève de responsabilité pour ce que l'on nomme l'orbite du matin, avec sa nouvelle série de satellites Metop, tandis que les Etats-Unis continueront de maintenir une série de satellites NOAA sur l'orbite de l'après-midi.
Pendant les dernières décennies les Etats-Unis ont maintenu deux satellites NOAA en orbite polaire, l'un traversant l'équateur le matin, l'autre l'après-midi. De plus, les Etats-Unis ont maintenu les satellites de leur Programme de Satellites Météorologiques de Défense (DMSP).
Les responsabilités des opérations en orbite polaire seront partagées à partir de 2003, quand le Système Polaire EUMETSAT sera disponible. Ce sera le début du Système Polaire Conjoint Initial (IJPS), la NOAA continuant à assurer l'orbite de l'après-midi et EUMETSAT prenant la responsabilité de celle du matin.
Le Système Polaire Conjoint Initial comprendra la suite de la série de satellites actuels NOAA avec NOAA-N et -N', ainsi que la nouvelle série de satellites EUMETSAT Metop-1, -2, -3, le premier de ceux-ci devant être lancé en 2003. Les satellites seront fabriqués indépendamment par les Etats-Unis et l'Europe mais transporteront un jeu principal d'instruments pratiquement identiques pour assurer la continuité opérationnelle des données et la cohérence des observations météorologiques fondamentales. Ce jeu d'instruments sur les deux séries de satellites comprend AVHRR, HIRS et AMSU-A, fournis par les Etats-Unis, et MHS, fourni par EUMETSAT. Il est prévu qu'AVHRR et AMSU-A seront embarqués sur les deux premiers satellites. Ensuite, des versions améliorées seront envisagées pour les vols de Metop-3 et de ses successeurs.
Pour accompagner ce jeu d'instruments communs, les deux séries de satellite transporteront des instruments destinés à des objectifs spécifiques. Les satellites NOAA porteront la dernière version de l'instrument SBUV tandis que Metop embarquera IASI, GOME, GRAS et ASCAT, comme présenté dans le document ci-après.
Les Etats-Unis travaillent actuellement à faire converger leurs systèmes parallèles de satellites météorologiques civils (NOAA) et de défense (DMSP). Les deux systèmes seront confondus lorsqu'ils subiront une amélioration conséquente, aux alentours de 2008, pour devenir le Système National de Satellites Opérationnels Environnementaux (NPOESS). A partir de cette époque, il y aura trois satellites polaires dans le système commun, avec des heures de passage régulièrement espacées durant la journée pour assurer la disponibilité des données à des intervalles inférieurs à quatre heures.
Pour compléter ces plans Europe/USA, la Russie prévoit la fourniture du satellite météorologique polaire successeur de Meteor-2 et Meteor-3. La République Populaire de Chine a également lancé des satellites polaires météorologiques expérimentaux avec une capacité d'imagerie semblable à celle d'AVHRR.
Charge utile pour le Système Polaire Commun Initial
| INSTRUMENT sur Metop-1,2,3 | INSTRUMENT sur NOAA-N,N' | Nom Complet | Fonction primaire | | AVHRR/3* | AVHRR/3 | Radiomètre Avancé à Très Haute Résolution | Images des nuages et de la surface du sol | | HIRS/4 | HIRS/3 | Sondeur Rayonnement Infrarouge Haute Résolution | Température et humidité de l'atmosphère sans nuages | | AMSU-A* | AMSU-A | Unité-A de Sondage Hyperfréquence Avancée | Température de l'atmosphère par tous les temps | | MHS | MHS | Sondeur d'Humidité Hyperfréquence | Humidité de l'atmosphère | IASI | - | Interféromètre Infrarouge de Sondage de l'atmosphère | Sondages atmosphériques améliorés | GRAS | - | Récepteur de Système de Navigation par Satellites Mondial | Température de la haute troposphère et de la stratosphère avec forte résolution verticale | ASCAT | - | Diffusiomètre Avancé | Vitesse des vents proches de la surface sur les océans | - | SBUV | Sonde d'ozone Ultraviolet Solaire Rétrodiffusé | Ozone atmosphérique totale | GOME-2* | - | Expérience de Surveillance de l'Ozone Mondiale - 2 | Profils d'ozone et d'autres constituants atmosphériques |
"
."
Note: * Instrument amélioré conçu pour Metop-3
Logiciels de décodage APT :
Wxsat
http://www.hffax.de/html/hauptteil_software.htm
http://www.muenster.de/~welp/sb.htm
Jvfax
http://www.hffax.de/html/hauptteil_software.htm
Logiciels de poursuite satellites :
Wxtrack
http://www.satsignal.net
Satscape
http://www.satscape.co.uk
Eléments orbitaux :
2 Lignes http://celestrak.com/NORAD/elements/
Les coordonnées de votre QRA :
Site I.G.N http://www.ign.fr/
Les antennes :
Turn-styl http://www.chez.com/shackradio/schemas.htm
Q.F.H http://abdallah.hiof.no/~borrel/QFH/
Pour le matériel de réception :
pré-ampli, convertisseur, récepteur 134-137MHz, antennes => Voir chez COMELEC (publicité gratuite).
Fréquences :
NOAA12 137,500 MHz
NOAA14 137,620 MHz
NOAA15 137,500 MHz
Meteor3-5 137,300 MHz
Meteor2-21 137,400 MHz
Quelques snapshots ...
Poursuite de satellites avec SATSCAPE
Décodage APT avec WXSAT
Les antennes ...
Antenne Q.F.H : Quelques longueurs de tube PVC et tube cuivre 8/10 de type robinetterie...
Antenne TURN-STYLE : Fabrication industrielle
Parabole Météosat : Parabole grillage + Source dipôle + Pré-ampli et convertisseur
Recommandations
RECEPTION :
Pour une installation de base, il faut un QSJ d'environ 400€ sans compter les antennes qui peuvent être facilement réalisées par l'amateur. La réalisation des pré-amplis et convertisseurs est complexe et reste délicate du fait des grands gains mis en œuvre pour un facteur de bruit très faible.
Ex : pré-ampli 137MHz - G=32dB - Facteur de bruit=0,9dB
Pré-ampli + convertisseur 1700MHz - G=50dB - Facteur de bruit=0,6dB
Le récepteur doit être de bonne qualité : bande passante 30KHz, stabilité en fréquences et correction de l'effet Doppler.
INFORMATIQUE :
· Minimum 486 ou plus recommandé.
· Windows 95, 98, NT4, 2000, ME ou XP, mais pas windows 3.1
· Ecran 800x600 SVGA ou mieux (24-bit Couleur Minimum)
· Connexion Internet (pour la mise à jour des éléments kepleriens)
. Carte son pour speech-processor de SATSCAPE et décodage WXsat
Sources
EUMETSAT, Am Kavalleriesand 31, D-64295, Darmstadt, Allemagne.
NOAA , Publication of the National Oceanic & Atmospheric Administration. Direct Services Division, E/SP3FOB 4 / 3320 5200 Auth Road Suitland, MD 20746 USA
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