Erik Yuri Dutzig 1. Famlia de satlites NOAA Os satlites de rbita polar heliossncrona da srie NOAA, controlados conjuntamente pelos rgos do Governo dos Estados Unidos da Amrica, NASA (National Aeronautics and Space Administration) e NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), esto em funcionamento desde o incio da dcada de 70, havendo sempre, pelo menos, duas unidades em atividade, cuja substituio por modelos tecnologicamente mais avanados ocorre a cada dois anos, aproximadamente. Iniciada em 1960 com os satlites da srie TIROS (Television and Infrared Observation Satellite) na tentativa de desenvolver um sistema de satlites meteorolgicos e realizou o lanamento de mais de uma dezena de satlites e diversos instrumentos operacionais (sondas e imageadores). Entre 1960 e 1965 foram lanados 10 satlites TIROS. Entre 1966 e 1969, foram lanados 9 novos satlites, denominados TOS (TIROS Operational Satellites), operados pela ESSA Environmental ScienceServices Administration), pertencente NOAA. Em 1970, o TIROS-M recebeu a designao de ITOS (Improved TOS), iniciando-se assim uma nova gerao de satlites, que incluam sensores de infra-vermelhos. Foram lanados at agora 14 satlites NOAA, sendo que 3 deles esto em operao, NOAA 17, 18 e 19. Em 6 de fevereiro de 2009 foi lanado o satlite NOAA 19, a figura 1 mostra o momento de seu lanamento e uma ilustrao do mesmo pode ser vista na figura 2.

Figura 1 - Lanamento do NOAA 19

Figura 2 - ilustrao do NOAA 19

1.1 Sensores de bordo NOAA

Os satlites NOAA carregam vrios sensores. Um importante sensor a bordo do satlite NOAA o AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Este sensor possui 6 bandas espectrais que vo do visvel ao infravermelho termal. As imagens geradas nessas bandas sao utilizadas para diversos fins. A banda 1 do sensor AVHRR (0,580-0,680m, luz visvel) usada para mapeamento de superfcie e nuvens durante o dia. A banda 2 (0,725-1,00 m, infravermelho prximo) para definir limites entre a terra e a gua. A banda 3A (1,580-1,640 m, infravermelho prximo) usada para deteco de neve e gelo. As bandas 3B (3,550-3,930 m, infravermelho termal) e 4 (10,300-11,300 m, infravermelho termal) para clculo da temperatura da superfcie do mar e mapeamento das nuvens noite. E a banda 5 (11,500-12,500 m, infravermelho termal) usada para calcular a temperatura da superfcie do mar. O sensor AVHRR dos satlites possui uma resoluo de superfcie terrestre com resoluo de aproximadamente 1 Km x 1Km.

2. Construo da antena

Para a construo da antena foi utilizado como base o artigo MARTES , G. Double Cross A NOAA Satellite Downlink Antenna. A antena construda do tipo Double Cross de 4 dipolos de

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meia onda, sendo que a sua configurao de cruz dupla apropriada tanto para polarizaes verticais (FM) como para horizontais (SSB e CW). Um benfico da configurao de cruz dupla que este bastante tolerante variaes de construo. Ou seja, uma antena nessa configurao quase sempre funciona bem mesmo quando suas dimenses no esto em exata conformidade com o projeto calculado.

Para o clculo do tamanho dos dipolos foi considerada a frequncia de trabalho em 137,9125 MHz. Foram utilizados tubos de cobre para os dipolos, fio blindado de impedncia igual 50 , e para a estrutura de sustentao foram utilizados canos de PVC . O clculo para determinao do tamanho dos dipolos foi realizado atravs da anlise da tabela 1, proveniente do artigo base citado acima. Analisando a tabela verificou-se que a relao entre as frequencias e as dimenses apresentadas para os dipolos era preticamente linear.

Tabela 1 patrmetros de antenas Frequencia de operao (MHz) Comprimento do dipolo Dimetro do dipolo Espaamento entre os dipolos 137 89,53 cm 0,952 cm 54,61 cm 145 94,30 cm 0,952 cm 52,07 cm 435 30,80 cm 0,635 cm 17,14 cm

Realizada a analise citada acima, foram determinadas as dimenses dos dipolos para a frequncia especfica para a captao do sinal proveniente do NOAA 19, 137,9125 MHz. As dimenses calculadas seguem na tabela 2.

Tabela 2 parmetros da antena para 137,9125 MHz (NOAA 19) Frequncia de Operao = 137,9125 MHz Comprimento do dipolo Dimetro do dipolo Espaamento entre os dipolos 1,07 m 1 cm 55,0 cm

Conforme o artigo base citado, a polarizao em cruz bastante tolerante quanto s variaes na construo da antena, o que neste caso importante devido que a antena implementada no presente trabalho artesanal.

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O esquema de ligaes dos fios dos dipolos para se obter uma impedncia de sada igual a 50 segue a seguir, na figura 3. Na figura 4 pode-se ver a antena implementada.

Dipolo 1

Dipolo 2

Dipolo 3

Dipolo 4

Receptor

Figura 3 - esquema de ligao dos fios nos dipolos

Figura 4 - antena implementada

2.1 Recepo e decodificao do sinal APT

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APT a sigla em ingls para Automatic Picture Transmission, que um protocolo para transmisso automtica imagens utilizada por satlites, no somente da srie NOAA, mas tambm os da srie GOES e LandSat. A estrutura do envio de dados em APT segue na figura 5, que foi retirada do site oficial da Agncia NOAA (http://www.noaa.gov). Os dados so enviados atravs de um sinal sonoro, o qual decodificado por um siftware especfico.

Figura 5 - estrutura de sinal am APT

Para sabermos o momento em que o satlite ensontra-se em um a regio orbital onde haja visada direta entre ele e a antena foi utilizado o software gratuto Orbitron 3.71. Na figura 6 podemos visualizar a tela do referido software. Pode-se notar, na imagem, o crculo verde ao redor no NOAA 19, este crculo indica a rea em que possvel a recepo do sinal. A linha senoidal amarela mostra a sua trajetria orbital. Foi verificado que o satlite NOAA 19 tem uma frequencia de passagem sobre o mesmo local de aproximadamente 2 horas pela manh e 2 horas pela tarde. O referido software realiza os clculos atravs de dados atualizados pela internet atrevs de arquivos TLE (Two-Line Element), os quais possuem os parmetros orbitais do satlite

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Figura 6 - tela do software Orbitron v. 3.71

Aps ter conhecido o momento certo para a captao do sinal, foi utilizado o rdio da marca Icom, modelo IC-PCR1500, o qual ligado pela porta USB do computador por onde controlado. O software especfio para controle do rdio mostrado na figura x, onde o mesmo encontra-se sintonizado na frequencia de 137,9125 MHz, para o NOAA19.

Figura 7 - software de controle do rdio IC-PCR1500

Para a decodificao do sinal sonoro recebido foi utilizado o siftware gratuto Wxtoimg v. 2.10.10. Este software capaz de gerar mapas separados de todos os sensores do satlite, como

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temperatura, vegetao, temperatura do oceano e at mesmo aplicao de cores, como tambm realizar ajustes de imagens. A figura 8 abaixo mostra o referido software com uma imagem recebida atravs do presente trabalho.

Figura 8 - software WXtoimg com imagem captada (NOAA 19)

3 Resultados

Foi possvel receber o sinal do satlite NOAA 19 e 18, este operando na freqncia de 137,100 MHz. As imagens recebidas mostraram-se de qualidade intermediaria. Deduzimos que isto se deve ao posicionamento da antena no momento da captao. A antena no se encontrava numa regio aberta, ao seu redor tinham arvores que impediam que o sinal chegasse diretamente na antena, sendo que as elevaes mximas dos satlites em questo no passaram de 40. Notamos que a imagem ficava mais ntida no momento em que o satlite encontrava-se elevado. A primeira imagem captada foi do NOAA 19 s 15h15min. de 27/11/2010, que pode ser vista na figura 9. No foi possvel aplicar filtros referentes aos sensores de temperatura e vegetao devido m qualidade do sinal recebido, somente foi possvel visualizar a imagem bruta.

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Figura 9 - imagem bruta captada em 27/11/2010 NOAA 19

Posteriormente foi recebido o sinal do NOAA 18, em 137,100 MHz. Este o sinal estava fraco, mas foi possvel aplicar o filtro HVCT (figura 10), o qual cria uma imagem de falsa cor com base na temperatura usando o modelo de cor HVC. Tambm foi possvel aplicar o MSA (Multi spectral Analysis) (figura 11), que usa os canais 2 e determina quais regies so de nuvens, terra e mar. Produz uma falsa imagem de cor viva, como resultado. O MCIR (figura 12), que usa as cores captadas pelo sensor de imagem IR 4 usando um mapa com a cor azul para mar, verde para terra e mar e nuvens altas. Nuvens inferiores aparecem em branco, nuvens cinza ou terra aparecem geralmente mais leves, mas a distino entre terra e nuvens pode ser difcil. Cores escuras indicam regies mais quentes.

Figura 10 - imagem captada, em HVCT/ NOAA18

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Figura 11 - imagem captada, MSA/NOAA18

Figura 12 - imagem captada, MCIR/NOAA18

Figura 13 - imagem bruta captada do NOAA 18

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Em comparao com imagens encontradas na internet, podemos concluir que a qualidades das imagens captadas aqui esto boas, sendo possvel analisar dados meteorolgicos satisfatoriamente.

Algumas aplicaes para as imagens so:

Estimativas de fitomassa; Anlise da cobertura vegetal; Monitoramento de queimadas; Meteorologia e agrometeorologia. Acompanhamento da atividade fotossinttica; Estudos de comportamento trmico de paisagens; Mapeamento previso meteorolgica detalhada; Zoneamentos agroclimticos; Mapeamento de secas e inundaes, etc.

A seguir seguem imagens obtidas de satlites NOAA encontradas na internet para comparao com as imagens captadas atravs deste trabalho.

Figura 14 - imagem HRPT do satlite NOAA-14

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Figura 15 - imagem para anlise de indice de vegetao

RefernciasMARTES, G. Double Cross. A NOAA Satellite Downlink Antenna. L. Carvalheiro, Y. Yamasaki, L. Caramelo, M. D. Manso. RECEPO DE IMAGENS DE SATLITE NO DEPARTAMENTO DE FSICA DA UNIVERSIDADE DE AVEIRO: PASSADO, PRESENTE E FUTURO, Departamento de Fsica da Universidade de Aveiro e Departamento de Fsica da Universidade de Trs-os-Montes e Alto Douro. . Acesso em: 19 de novembro de 2010

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