Radiossondas

por PY4ZBZ em 19-04-2012           rev. 01-04-2016

 

DX fonia FM de 950 km via balão ÍCARO 3b !

Vejam aqui a minha primeira, a segunda, a terceira e a quarta caça à radiossonda !

Radiossonda de Vitoria a quase 500 km !

Aqui o meu maior DX com mais de 502 km !

Radiossondas no aprs.fi

Configuração do SondeMonitor

Sondas no WebSDR de Pardinho

Links

 

Mostrarei aqui resultados da recepção de sinais emitidos por radiossondas do tipo RS92-SGP levadas por balões meteorológicos, no meu QTH de Sete Lagoas MG (GH70un). 

A figura acima mostra como é vista uma radiossonda no Google Earth, com dados transferidos pelo programa SondeMonitor. Esta foi lançada em Confins, e é vista no final da queda, próximo a Catas Altas.

As figuras seguintes mostram o caminho percorrido por uma sonda em 3D no Google Earth. Decolagem em Confins:

O percurso todo, sendo o ponto mais alto correspondente a explosão do balão:

O percurso visto de outro angulo pelo lado da queda:

 

 

Estou recebendo sinais de sondas lançadas na EMA SBCF no aeroporto de Confins MG, e na EMA SBVT de Vitoria ES. Vejam aqui a relação de Estações Meteorológicas de Altitude (EMA).

As sondas são lançadas duas vezes por dia as 0 e 12 horas UTC, no mundo inteiro (em alguns lugares 4 vezes ao dia, as 0, 6, 12 e 18 UTC). Para que estejam a uma certa altura (500 hPa) nestes horários, são lançadas com até 45 mn antes do horário nominal. Levam por volta de uma hora para atingir a altura máxima da ordem de 25 km, onde o balão explode. A sonda então cai com um paraquedas durante mais uma hora aproximadamente. Vejam o vídeo seguinte:

A figura seguinte é de uma radiossonda do tipo usado nos balões meteorológicos e escutados no meu QTH:

Vista interna da radiossonda. No circuito principal temos o receptor GPS e o processador central. Debaixo dele temos o transmissor UHF e o sensor de pressão:

Veja mais detalhes internos da sondas aqui.

 

Utilizo o FUNCube Dongle SDR como receptor, com uma Yagi LFA de 3 elementos para 403 MHz, em polarização vertical :

 A sintonia e demodulação FM é feita com o SDR console como mostra a figura seguinte:

A modulação digital do sinal UHF da sonda é em FM com banda de uns 12 kHz (NFM, 4,8 kHz de desvio pico a pico) em GFSK a 2400 bits por segundo. A potencia transmitida é de 60 mW numa antena de 1/4 de onda (pedaço de fio), com polarização vertical, numa frequência na banda de 403 MHz. A figura acima mostra o espectro em RF do sinal da sonda assim como o espectro do sinal de áudio demodulado, no canto inferior esquerdo.

 O áudio demodulado pode ser ouvido nessa pequena gravação aqui.

 

A decodificação do sinal de áudio é feita com o programa SondeMonitor. O sinal de audio demodulado pelo programa SDR é transferido para o SondeMonitor via mixer estereo da placa de som. Na figura seguinte vemos os instantes iniciais da sincronização, com a barra inferior ainda com segmentos em vermelho. Uma vez sincronizado, essa barra fica toda verde. A tela mostra a forma de onda do sinal de áudio, cujo nível deve ser ajustado pouco abaixo do ceifamento:

 

As figuras seguintes mostram outras telas do programa, feitas em 19-04-2012 a noite:

Na figura acima, os dados do cursor são para o ponto de maior altura, quando balão explodiu a 23271 m. A menor temperatura medida durante a subida foi de -81 graus a 17 km de altitude!

Na figura acima podemos ver os níveis de pressão (azul), temperatura (marrom) e umidade (laranja). O ponto de explosão do balão correspode a linha preta vertical.

Iniciei a recepção as 20:45 (hora local) com o balão a 1494 m de altura (lado esquerdo do gráfico) e subindo numa taxa media de 6 m/s (rate of climb). As 21:49 atingiu 23271 m de altura, quando o balão explodiu (marca do traço preto vertical), vindo a sonda a cair, controlada por um pequeno paraquedas, com taxa inicial de -15 m/s e final de -4,7 m/s, quando tocou o solo a 863 m de altura as 22:36, quando perdi o sinal (lado direito do gráfico). Interessante notar que os parâmetros da queda são praticamente os mesmos da subida, apenas num tempo menor e em sequencia inversa !

Nas figuras anteriores, eu ainda não havia acertado os parâmetros (almanac) para decodificação da telemetria GPS. Em 20-04-2012, acertei estes parâmetros, e ainda peguei o final da queda de outra radio sonda na parte da manhã, desta vez com a plotagem do seu percurso final (em verde) no mapa até a queda no solo na marca vermela:

 

Outras telas do SondeMonitor, onde podem ser vistas informações de direção e intensidade do vento, feitas em 21-04-2012 de manhã:

Na tela acima podemos ver toda a trajetória de subida em magenta, e da descida em azul, de uma sonda lançada em Confins.  A marca verde é do ponto de lançamento, a azul o ponto onde o balão estourou, a vermelha a posição atual da sonda (no caso pendurada no paraquedas e descendo) e a marca laranja o lugar provável da queda. Os círculos são marcas de distancia espaçadas de 10 em 10 km com centro no meu QTH em Sete Lagoas. 

O programa também permite abrir o Google earth, onde são mostrados o QTH (Home), o ponto de lançamento (Launch), o ponto de estouro do balão (Burst), a posição atual da sonda com diversos dados (Sonde) e o ponto provável da queda (Aim). Esse ponto é calculado baseado no vento medido na sonda:

As figuras seguintes mostram a posição do balão em 3D no Google earth e outros dados como Home e Subsonde que é o ponto na terra na vertical do balão, :

 

A imagem acima foi feita 2 segundos após a explosão de balão a 24250m de altura.

 

Na noite de 20-04-2012 fiz o primeiro DX com radiossonda, captando uma a 456,7 km do meu QTH, ao largo de Vitoria ES (marca vermelha), em 402,740 MHz. Na figura seguinte vemos o espectro RF do SDR com duas sondas recebidas no SpectraVue, praticamente na mesma direção a leste do meu QTH, a mais forte em 402,700 MHz que foi lançada em Confins e estava a 70 km, e os dados decodificados da sonda de Vitoria nas telas do SondeMonitor:

Podemos observar no espectro que o sinal da sonda de Vitoria está 16 dB abaixo da de Confins, o que corresponde exatamente a diferença de atenuação de propagação 20log(456/70) entre as distancias de 70 e 456 km !

O raio de cobertura visual de uma sonda é 113 vezes a raiz quadrada de sua altura (tudo em km). A cobertura radioelétrica em UHF é um pouco maior pelo fator K que depende do índice de refração da atmosfera e que em media vale 4/3.

A sonda de Vitoria estava a 23,45 km de altura tendo portanto um raio de cobertura de 547 km. Como estava a 456,7 km do meu QTH, estava dentro do raio.

 

Agora já virou rotina captar sondas ao largo de Vitoria, como mostram a imagens seguintes, mesmo que a elevação do balão visto do meu QTH seja apenas de 1 grau ! :

 

Calculo de propagação para o balão de Vitoria.

As figuras seguintes mostram o enlace balão-PY4ZBZ feita como Radio Mobile:

O meu horizonte visual é favorável na direção Leste. A noroeste tenho uma obstrução pela Serra Santa Helena:

Radiossonda vista em 3D, ao largo de Vitoria ES, vista no Google earth:

 

Configuração do SondeMonitor.

 

Dados fundamentais: Localização do QTH, localização do ponto de lançamento e arquivo almanac ou Rinex atualizado diariamente.

Como a sonda é equipada com um receptor GPS muito simples (custo), este só fornece as "pseudo distancias", e não latitude/longitude/altura, que devem ser calculados no solo pelo programa. Para isso, o programa precisa de dados atualizados diariamente sobre os satélites GPS, chamados "Almanac" ou "Ephemeris" que são obtidos na internet. O programa está com o endereço antigo para o "Almanac", e deve ser alterado para o seguinte (em "Options, Directories, Almanac URL") :

http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=currentAlmanac&format=sem

 

A URL para os Ephemeris (RINEX) também deve ser corrigida para o seguinte (em "Options, Directories, Ephemeris URL") ::

ftp://www.ngs.noaa.gov/cors/rinex/2015/

Obs: trocar 2015 pelo ano desejado !

Basta seguir o "Help" e ter muito cuidado com o formato das coordenadas do seu QTH (home location), que é em "W ou E e N ou S graus minutos.decimais

que é diferente da formatação para o local do lançamento (Launch) que é em "+ ou - graus.decimais", como pode ser visto nas duas figuras seguintes:

Para que a decodificação GPS funcione, é preciso clicar em "Tools, GPS arm" para abrir a janela acima. Se o ponto de lançamento não constar da lista, basta entrar com os dados de latitude e longitude, altura e QNH, e horário UTC do lançamento (0 ou 12 h). Depois clicar em 3D, OK, e clicar no arquivivo "Current.al3" previamente obtido clicando em "Tools, GPS elements, Almanac from Internet". 

Para que o local de lançamento apareça na lista da tela acima, é só editar o arquivo "launchsites.txt" que fica na pasta "logfiles" do SondeMonitor, da seguinte forma, respeitando os devidos espaços entre dados    Nome : latitude longitude altura   (lat e long em Graus.decimais !, altura em metros)

 

Os esquema de cores, em Options, Chart colours, para ponto de lançamento, home, subida, descida, etc... é  BBGGRR (em hexadecimal)(azul,verde,vermelho)

 

Obs. : No Windows 7, o programa só decodifica se estiver sendo executado como Administrador.

 

Comparação Almanac / Rinex (ephemeris)

 

Clique na figura seguinte para ver ao vivo sondas de São Paulo:

 

Em 01-09-2013 captei a sonda lançada no Galeão (SBGL) Rio de Janeiro, a mais de 400 km, como mostram as duas figuras seguintes :

 

 

As figuras anterior e seguinte mostram a posição e caminho percorrido pela sonda no aprs.fi, por meio de um software elaborado por Demilson PY2UEP, que transfere os dados decodificados pelo SondeMonitor para a rede APRS em tempo real : o SM2APRS, que pode ser obtido aqui. A linha em verde informa os dados seguintes: Clb=taxa de subida em m/s (se negativa=taxa de queda), P=pressão atmosférica em hecto Pascal, T=temperatura em graus Celsius, U=umidade, e eventualmente entre colchetes a frequência de transmissão da sonda.

 

Vejam esse vídeo interessante:

 

 

 

O plugin "Audio Processor" para o SDR# permite obter uma forma de onda correta do sinal demodulado, com sinais senoidais em 1200 e 2400 Hz, e eliminando ruídos. (ajustes: Low=150 e Hi=4000 Hz):

 

Em 13-08-2015, captamos e decodificamos em Sete Lagoas (MG) mais uma sonda de Vitoria (ES) a 433 km de distancia, com a LFA de 3 el. dentro do shack ! :


 

Teste no WebSDR de Pardinho.

 

Em 01-11-2015 o William PY2GN resolveu testar a inclusão da banda de 403 MHz (radiossondas) no seu WebSDR em Pardinho SP.

Sintonizamos ele aqui em Sete Lagoas MG, e de cara apareceram duas sondas na mesma freqüência de 402,740 MHz, como mostram as figuras seguintes:

Na ampliação do espectro aparecem nitidamente os dois picos de cada lado do lóbulo principal da modulação:

Como uma sonda interferia na outra, raras vezes era possível decodificar uma (lançada em São Paulo) ou a outra (lançada em Londrina), como mostra a figura seguinte. O webSDR de Pardinho fica aproximadamente na mesma distancia no meio das duas, portanto cada uma chegava com praticamente com a mesma intensidade de sinal:

Será preciso um pouco de sorte para não aparecer mais de uma sonda na mesma freqüência, que é escolhida aparentemente aleatoriamente em cada EMA.

Parabéns William pela idéia, que poderá ser útil para quem mora na região e não tem receptor em 403 MHz.

 

Em 02-11-2015 copiamos e decodificamos a sonda de Curitiba pelo WebSDR de Pardinho, em 402,800 MHz:

A ótima idéia do William PY2GN esbarra num serio problema: muitas vezes, varias sondas ocupam a mesma freqüência, como já mostrado anteriormente. Em 07-11-2015, tivemos 4 sondas em 402,740 MHz e outras 4 sondas em 402,800 MHz, tornando impossível a decodificação de nenhuma delas. A figura seguinte mostra o espectrograma do WebSDR de Pardinho:

A figura seguinte mostra o espectro ampliado por volta de 402,740 MHz onde podem ser vistas claramente pelo menos 4 sondas:

Na figura seguinte, ampliação do espectrograma por volta de 402,800 MHz, também podem ser vistas 4 sondas:

Será que isso não causa também interferência nas próprias estações EMA mais próximas ?

Seria interessante cada EMA usar sempre uma mesma freqüência e diferente das outras.

O espectro de uma sonda tem dois picos altos, únicos e nítidos, a 2,4 kHz de cada lado da freqüência central, como mostram as figuras seguintes.  Isso permite descobrir se há mais de uma na mesma freqüência (na verdade, quase na mesma freqüência, devido ao erro relativo do oscilador UHF de cada uma...):

 

Corrida de balões !... Pilotados por PY2GN, PY5LF e PY4ZBZ   ;-)

 

Vejam também (por PY4ZBZ):

 

Tentativa de escuta do 1° projeto ÍCARO

Teste de 12 de maio 2012   DX de mais de 530 km !

Antena Yagi OWA 6 elementos pra 403 MHz

Yagi LFA de 3 elementos para 403 MHz

Vejam aqui a minha primeira caça a radiossonda !

E aqui a segunda caça

Previsão e trajeto real, foto do balão

Comparação Almanac/Rinex

Atenuador offset para caça a radiossonda

A fantástica sonda M10

Mais um DX: projeto "Ozônio"

Pré-amplificador de baixo ruído

 

Links interessantes:

 

Vídeos dos maiores caçadores de sondas da America do sul !

Monitor de sondas

http://www.ipmet.unesp.br/icaro/

http://www.radiosonde.eu/

http://www.coaa.co.uk/sondemonitor.htm

http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=gpsAlmanacs

Caçada a radiossonda, por Fabio PY2TNA

Previsão de percurso do balão

Projeto ICARO

 

73 de Roland PY4ZBZ