Введение

Система автоматической передачи изображений (APT) — это аналоговая система передачи изображений, разработанная для использования на метеорологических спутниках. Она была внедрена в 1960-х годах и на протяжении более четырех десятилетий предоставляла данные изображений относительно недорогим пользовательским станциям, расположенным в большинстве стран мира. Любая пользовательская станция в мире может принимать данные, по крайней мере, два раза в день от каждого спутника, когда он проходит почти над головой.

Структура

Трансляция состоит из двух каналов изображения, телеметрической информации и данных синхронизации, при этом каналы изображения обычно называются Видео А и Видео В. Все эти данные передаются в виде горизонтальной строки сканирования. Полная строка содержит 2080 пикселей, из которых каждое изображение использует 909 пикселей, а остальные отводятся под телеметрию и синхронизацию. Строки передаются со скоростью 2 в секунду, что соответствует 4160 элементам данных в секунду, или 4160 бодам.

Изображения

На спутниках системы NOAA POES два изображения представляют собой сглаженные 8-битные изображения с разрешением 4 км/пиксель, полученные из двух каналов датчика передового радиометра с очень высоким разрешением (AVHRR). Изображения корректируются для обеспечения почти постоянного геометрического разрешения перед передачей; таким образом, они не содержат искажений, вызванных кривизной Земли. Одно из двух изображений обычно представляет собой длинноволновую инфракрасную съемку (10,8 микрометра), а второе переключается между ближней видимой (0,86 микрометра) и средневолновой инфракрасной (3,75 микрометра) в зависимости от освещенности земной поверхности солнечным светом. Однако NOAA может настроить спутник для передачи любых двух каналов изображений AVHRR.

Синхронизация и телеметрия

В передачу входят серия синхронизирующих импульсов, минутные маркеры и телеметрическая информация. Информация о синхронизации, передаваемая в начале каждого видеоканала, позволяет принимающему программному обеспечению синхронизировать свою выборку с бодовой скоростью сигнала, которая может незначительно изменяться со временем. Минутные маркеры состоят из четырех строк, чередующихся черными и белыми линиями, которые повторяются каждые 60 секунд (120 линий). Телеметрический раздел состоит из шестнадцати блоков, каждый длиной в 8 строк, которые используются в качестве опорных значений для декодирования каналов изображения. Первые восемь блоков, называемых "клиньями", начинаются с 1/8 максимальной интенсивности и последовательно увеличиваются на 1/8 до полной интенсивности в восьмом клине, а девятый имеет нулевую интенсивность. Блоки с десятого по пятнадцатый кодируют значение калибровки датчика. Шестнадцатый блок определяет, какой канал датчика был использован для предыдущего канала изображения, сопоставляя интенсивность одного из клиньев от первого до шестого. Видеоканал А обычно соответствует клину два или три, канал В – клину четыре. Первые четырнадцать блоков должны быть идентичными для обоих каналов. Шестнадцать телеметрических блоков повторяются каждые 128 строк, и эти 128 строк называются кадром.

Сигнал передачи

Сам сигнал представляет собой поднесущую частотой 2400 Гц с амплитудной модуляцией, имеющую 256 уровней, которая затем частотно модулируется на радиочастотный носитель в полосе 137 МГц. Максимальная амплитудная модуляция поднесущей составляет 87% (±5%), а общая полоса пропускания радиочастотного сигнала – 34 кГц. На спутниках NOAA POES сигнал передается с эффективной излучаемой мощностью около 37 дБм (5 Вт).

Прием изображений

Сигнал APT передается непрерывно, а прием начинается в начале следующей строки, когда приемник находится в зоне радиовидимости. Изображения могут приниматься в реальном времени относительно простыми и недорогими приемниками на протяжении времени, пока спутник находится в зоне радиовидимости, что обычно составляет от 8 до 15 минут. По состоянию на 2004 год в Всемирной метеорологической организации (ВМО) было зарегистрировано почти 5000 станций приема APT. Неизвестно, какую долю от общего числа пользователей это представляет, поскольку регистрация не является обязательной и стала возможной только после 1996 года.

Радиоприемник

Ширина полосы пропускания, необходимая для приема передач APT, составляет примерно 34 кГц. Большинство старых сканеров (приемники для прослушивания полиции и пожарных служб) имеют стандартную полосу пропускания 15 кГц, разработанную для поддержки голосовой связи. Новые широкодиапазонные VHF-приемники оснащены несколькими полосами пропускания промежуточной частоты (IF); некоторые из них: 6 кГц, 15 кГц, 50 кГц и 230 кГц (включая FM-вещание). Использование приемника с полосой пропускания, слишком узкой для сигнала APT, приведет к перенасыщению цветов на изображении (черного и белого), а также к возможной инверсии. Слишком широкая полоса пропускания приведет к высокому уровню шумов, что затруднит получение четкого изображения. Для радиолюбителей оптимальным вариантом является приемник с компьютерным управлением, позволяющий программному обеспечению автоматически настраиваться и выбирать необходимые режимы для корректного приема. Существуют также специализированные приемники APT, разработанные специально для компьютерного управления и приема сигналов APT. В частности, модели ICOM PCR1000, PCR1500 и PCR2500 обеспечивают отличные результаты. Поиск в интернете по запросу "NOAA APT (RECEPTION или RECEIVER)" предоставит множество информации о приемниках, программном обеспечении и антеннах.

Антенна

Изображения APT с метеорологических спутников можно принимать с помощью антенны с правой круговой поляризацией, работающей на частоте 137 МГц. Обычно нет необходимости следить за спутником, и антенна, установленная в фиксированном положении, обеспечит хорошие результаты. Двумя наиболее часто рекомендуемыми антеннами являются крестообразный диполь и квадрифилярная спиральная антенна (QHA или QFH).

Показать изображения

Много лет назад для приема изображений APT, помимо приемника, требовался специализированный декодер для их отображения или печати, подобно HF WEFAX (используемому морским сообществом). Зачастую приемник и декодер объединялись в одно устройство. Сегодня, с появлением персональных компьютеров, для этого достаточно специального программного обеспечения, такого как WXtoIMG (многие из которых предлагают "бесплатные" версии), и звуковой карты. Звуковая карта принимает и оцифровывает медленнопросматриваемое видео (в слышимом диапазоне), поступающее от динамика, наушников или линейного выхода приемника, после чего программное обеспечение обрабатывает различные видимые и инфракрасные каналы датчика AVHRR. Большинство программ автоматически сохраняют каждое изображение и публикуют обработанное изображение на выбранном веб-сайте, размещая новое изображение при каждом пролете спутника APT.

Улучшенные изображения

Поскольку каждый канал датчика AVHRR чувствителен только к одной длине волны света, каждое из двух изображений является изображением в оттенках серого, также известным как шкала серого. Однако различные материалы, как правило, излучают или отражают свет с постоянной относительной интенсивностью. Это позволило разработать программное обеспечение, которое может применять цветовую палитру к изображениям, имитирующую естественную цветовую гамму. Если программное обеспечение декодирования точно знает местоположение спутника, оно также может накладывать контуры и границы для облегчения работы с полученными изображениями.

Будущее

С улучшением электроники аналоговые системы передачи уступили место цифровым системам передачи. NOAA 19, ранее известный как NOAA N' до запуска 6 февраля 2009 года, является последним спутником, оснащенным системой APT. Программа MetOp, разработанная в сотрудничестве NOAA и EUMETSAT, перешла на передачу изображений с низкой скоростью (LRPT) для своих новых спутников на полярной орбите.