Ringrazio Ryzerth (ON5RYZ/KE8SUI), autore di SDR++, per la sua preziosissima consulenza che mi ha reso possibile decodificare il segnale :)

Introduzione

Il NOAA-2, anche conosciuto come ITOS-D, è un vecchio satellite meteorologico della serie ITOS (Improved TIROS Observation Satellite) lanciato il 10 ottobre 1972 e dismesso il 30 gennaio 1975.

A bordo erano presenti quattro strumenti:

• VHRR (Very High Resolution Radiometer), un radiometro a scansione, antenato dell'AVHRR usato sui satelliti POES e MetOp;
• VTPR (Vertical Temperature Profile Radiometer), che misurava la temperatura atmosferica, antenato dell'HIRS usato sui POES e MetOp B;
• SR (Scanning Radiometer), la versione precedente del VHRR presente sullo stesso satellite (usato come backup);
• SPM (Solar Proton Monitor), un rilevatore di protoni e vento solare antenato del SEM montato su POES, MetOp e GOES.

©NOAA

Tutto ciò è molto interessante, ma che cosa ce ne facciamo di un satellite lanciato 50 anni fa e dismesso da 45 anni?

Il satellite è vivo!

Il 13 marzo 2021 Scott Tilley ha scoperto che il satellite trasmette ancora un segnale radio, ma non solo: il segnale contiene ancora dei dati, indice che non solo il trasmettitore funziona, ma anche il modulatore e parte dell'hardware di bordo è ancora in grado di funzionare!

Avete capito bene: un satellite di 50 anni fa non solo trasmette un segnale, ma lo stesso è modulato e contiene informazioni!

Descrizione del segnale

I satelliti ITOS trasmettono i loro dati in due modi, tramite APT (come gli odierni POES) e tramite HRPT. Tuttavia non bisogna confondere questo HRPT con quello dei moderni POES o quello del Meteor: il primo è analogico, il secondo invece è digitale.

Le caratteristiche del segnale sono:

• Frequenza 1697.5 MHz
• Polarizzazione circolare destrorsa
• 1 MHz di larghezza di banda
• 5 watt di potenza di trasmissione
• Modulazione di frequenza
• Sottoportante modulata in frequenza contenente un segnale video, con deviazione di 29 kHz, offset di 99 kHz e larghezza di banda 300 kHz
• 360 linee al minuto

Dopo 50 anni di onorato servizio è evidente che le batterie del satellite sono completamente andate, quindi lo stesso funzionerà solo di giorno quando i pannelli solari sono illuminati.

Inoltre, il segnale non è continuo: viene trasmesso per circa 30 secondi, seguito da 1 minuto di buio; ciò è probabilmente dovuto al fatto che i pannelli solari non riescono a fornire abbastanza corrente per alimentare il trasmettitore in maniera continua (o per usura, o perché il satellite non ha un'attitudine corretta).

Hardware

SDR

Data la frequenza utilizzata servirà una SDR in grado di rimanere stabile a circa 1700 MHz. Ad esempio, vanno bene le RTL-SDR di buona qualità purché sufficientemente raffreddate, l'Airspy R2, la SDRPlay RSP1A e la Analog Devices PlutoSDR.

Preamplificatore

Il segnale è molto forte, ma comunque servirà un buon preamplificatore come un Nooelec SAWBIRD GOES.

Parabola

Utilizzo una parabola da 100cm offset, ma una normale parabola Sky da 80 cm darà risultati più che buoni. Naturalmente non devono esserci ostacoli intorno alla parabola; gli alberi possono passare se sono piccoli e con poche foglie, ma alberi che bloccano molto la luce solare bloccheranno anche il segnale satellitare.

Illuminatore

Non esiste un illuminatore da 1.7 GHz in commercio, quindi dovremo costruirlo da noi. Queste sono le misure per un illuminatore elicoidale (helix feed):

• Lunghezza d'onda: 17.63 cm
• Lato riflettore: 15 cm
• Diametro spirale: 5.6 cm
• Spaziatura tra spire: 3,53 cm

Software

Occorrerà usare un qualunque software in grado di registrare una baseband della larghezza di circa 2 MHz e salvarla in un file WAV. Ad esempio, va benissimo SDR++, oppure SDR# o Gqrx.

Previsione

Si può prevedere il passaggio di un satellite utilizzando Orbitron su Windows o Linux (Wine), Gpredict su Linux, oppure Look4Sat su Android.

Puntamento

Non disponendo di un rotatore bisognerà puntare la parabola a mano, non è così difficile come sembra ma richiede comunque una discreta concentrazione e un po' di pratica. Non c'è molto da spiegare; ci si può aiutare con Look4sat per vedere più o meno dov'è il satellite, poi si aggiusterà la posizione cercando di mantenere il segnale migliore possibile.

Bisogna tenere conto che il satellite va seguito anche quando non trasmette, questo potrebbe essere difficile. Tuttavia, dato il segnale abbastanza forte, è facile correggere la «mira» appena ricomincia a trasmettere.

Questo è l'aspetto del waterfall mentre si riceve il satellite:

Decodifica ed elaborazione dati

Insieme a Ryzerth (che ringrazio ancora) ho preparato un flowchart per GNU Radio che prende in ingresso una baseband in formato WAV e restituisce a video il raster del segnale video.

Apertura del file

Dopo aver installato GNU Radio, scaricare il file ITOS_Decoder.grc dal repository GitHub oppure da qui e aprirlo con GNU Radio.

Modificare il percorso del file nel blocco Wav File Sync e puntarlo verso il proprio file WAV (per testare se tutto funziona, esiste un file NOAA2.wav nel repository GitHub).

Modificare la variabile wav_samp_rate_mhz in modo che sia identica al sample rate della propria baseband (nel mio caso 4 MHz = imposto a 4 la variabile).

Avviare GNU Radio, dovrebbe comparire una rampa di calibrazione nel raster.

Buona ricezione!