Documento 390120

Universidad Nacional de Rosario
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura
Escuela de Ingeniería Electrónica
Proyecto de Ingeniería
DECODIFICADOR DE IMAGENES
RECIBIDAS DE SATELITES
NOAA /METOP/ FENG-YUN
Autor/es:
 Busto David Alejandro
 Gallegos José Luís
Director:
♦ Ing. Sergio Geninatti
Asesor:
♦ Ing. Gustavo Minucci
B-3417/7
G-1945/3
Agradecimientos



Queremos agradecer al Centro de Sensores Remotos (CSR) de la Facultad de
Ciencias Exactas Ingeniería y Agrimensura (FCEIA) por la información
brindada de referencia para nuestro trabajo.
Un especial agradecimiento al Ing. Gustavo Minucci, Ing. Sergio Geninatti, Ing.
Aldo Gentile e Ing. Ángel Oliveros por guiarnos en este proyecto.
Personalmente agradecemos al Ing. Norberto Rodich por la ayuda a lo largo de
toda nuestra carrera.
ii
ÍNDICE GENERAL
INDICE DE FIGURAS
INDICE DE CUADROS
RESUMEN
CAPÍTULO 1:
1 Introducción
1.1 Leyes de Orbitales
1.2 Leyes de Kepler
1.2.1 Primera ley de Kepler
1.2.2 Segunda ley de Kepler
1.2.3 Tercera ley de Kepler
1.3 Un poco de historia
1.4 Clasificación general
1.4.1 Tipos por misión
1.4.2 Tipos por órbita
1.4.3 Clasificación por altitud
1.4.4 Clasificación por inclinación
1.4.5 Clasificación por excentricidad
1.4.6 Clasificación por sincronía
1.5 Estructura básica de un satélite genérico
1.6 Puesta en órbita
1.7 Seguimiento del satélite
1.8 Satélites polares
1.9 Orbitas polares
1.9.1 Problema real
1.10 Comparación con satélites geoestacionarios
CAPITULO 2: Sistema MetOP y NOAA
2.1 ¿Qué procesan las estaciones terrestres?
2.2 Transmisión de datos
2.3 Difusión directa (broadcast)
CAPITULO 3: Introducción a satélites MetOP y NOAA
3.1 Características constructivas
3.1.1 Sistema MetOp y NOAA
3.1.2 Control de temperatura
3.1.3 Control de posición y órbita
3.1.4 Generación de energía
3.1.5 Comunicación con tierra
3.1.6 Almacenamiento y transmisión de datos
3.2 Módulo de carga útil
3.2.1 Descripción física
3.2.2 Descripción mod. De carga útil
3.2.2.1 AMSU
3.2.2.2 MHS
3.2.2.3 HIRS
3.2.2.4 IASI
3.2.2.5 GRAS
3.2.2.6 AVHRR
3.2.2.7 A/DCS
3.2.2.8 GOME-2
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3.2.2.9 ASCAT
3.2.2.10 SEM
3.2.2.11 SARR
3.2.2.12 SBUV/2
3.3 Características NOAA-N
3.3.1 Características físicas
3.3.2 Estructura de procesado de datos NOAA
3.4 Características generales de los FENG YUN
3.4.1 FENG YUN 1A
3.4.2 FENG YUN 1B
3.4.3 Equipo de captación de FY-1A/B
3.4.4 FENG YUN 1C
3.4.5 FENG YUN 1D
3.4.6 Equipo de captación de FY-1C/D
3.5 Especificaciones del sensor
3.6 Características de los datos de transmisión
3.7 FY-1C/D recepción de datos y procesamiento
3.7.1 Recepción de datos
3.7.2 Estructura de procesamiento de datos (CHINO)
3.8 Satélites polares de 2da generación chinos (la serie 3) lo nuevo
3.8.1 Introducción
3.8.2 Objetivos de la serie FY 3
3.8.3 Desarrollo del plan FY 3
3.8.4 Satélite FY-3A y carga útil
3.8.5 Carga útil referente a captador de imágenes
3.8.6 Sonda del FY 3ª
3.8.7 Mediciones para ozono
3.8.8 Unidad de radiación para la tierra
3.8.9 Instrumento de monitoreo para el ambiente espacial
3.8.10 Formato de datos y esquema de transmisión para la serie FY3
CAPITULO 4: Comunicación
4.1 Descripción del formato HRPT
4.2 General
4.3 características de transmisión
4.4 Formato de trama
4.4.1 Trama terciaria TIP
4.4.2 Modo específico TIP
4.4.3 Trama terciaria AIP
4.4.4 Modo especifico AIP
4.4.5 Característica de imagen del formato HRPT
4.4.6 Formato de cabecera y de producto
CAPITULO 5: Aproximación a la aplicación
5.1 Antena
5.2 Características
5.3 Plataforma
5.4 Cálculo de G/T
5.5 Módulo receptor
5.5.1 Sintetizador
5.5.2 Demodulador de fase y filtro de banda base
5.5.3 Sincronizador de bit HRPT
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5.5.4 Sincronizador de trama e interface USB
CAPITULO 6: Aplicación
6.1 Introducción
6.2 Partes de la estación terrena
6.3 El decodificador
CAPITULO 7: Hardware
7.1 La FPGA como plataforma
7.2 Composición de la plataforma
7.3 Funcionamiento de la plataforma
7.4 Interface entre la plataforma y la PC
7.5 La interface USB
7.6 La placa USB
7.7 Descripción de la placa USB
7.8 Estructura general del hardware configurado en la FPGA
7.8.1 Introducción
7.8.2 Diagrama de bloques
7.8.3Estructura interna
7.8.4 Capa 3
7.8.5 Bloque UART
7.8.6 Bloque HRPT_GEN
7.8.7 Bloque MUX
7.8.8 Bloque HRPT_DEC
7.9 Funcionamiento del hardware
CAPITULO 8: Software
8.1 Introducción
8.2 descripción de las partes del software
8.2.1 El driver USB
8.2.2 La aplicación en Delphi
8.2.2.1 Introducción
8.2.2.2 Programa
8.2.2.3 Diagrama de flujo
8.2.2.4 Estructura de archivos
CAPITULO 9: Ventajas/desventajas
9.1 Ventajas
9.2 Desventajas
9.3 Perspectiva futura
9.4 Producción masiva
CAPITULO 10: Conclusiones
CAPITULO 11: Referencias bibliográficas
APENDICE A: Satélites y lanzamientos
APENDICE B: Diagrama de bloques de la estación terrena de referencia
APENDICE C: Circuitos impresos USB y esquemáticos
APENDICE D: Circuitos esquemáticos VHDL
APENDICE E: Características sensores NOAA N y forma de comunicación
Lista de acronismos y abreviaciones
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137
Índice de Figuras
Figura 1: Segunda ley de Kepler
Figura 2: Estructura básica de una satélite
Figura 3: órbita de lanzamiento
Figura 4: Secuencia de lanzamiento
Figura 5: Tipos de órbita
Figura 6: Seguimiento
Figura 7: Perigeo y Apogeo
Figura 8: Órbita MetOp y NOAA
Figura 9: Sistema heliocéntrico
Figura 10: Espectro visual
Figura 11: MetOp
Figura 12: NOAA- N
Figura 13: Estado de los NOAA
Figura 14: Procesado de datos NOAA
Figura 15: FENG YUN 1A
Figura 16: Imagen de FY-1D
Figura 17: Procesado de datos FY-1D
Figura 18: Estructura de archivos FY
Figura 19: Hemisferio norte captado por FY-1C
Figura 20: FY-3A
Figura 21: Comparación de imágenes NOAA/FY
Figura 22: Estructura de trama HRPT
Figura 23: Trama secundaria
Figura 24: Antena
Figura 25: Diagrama de bloques estación terrena
Figura 26: Estructura FPGA
Figura 27: Plataforma FPGA
Figura 28: Circuito de la plataforma FPGA
Figura 29: Circuito interno FT232BL
Figura 30: Estructura decodificador
Figura 31: Datos USB
Figura 32: Paquete de datos USB
Figura 33: Diagrama decodificador
Figura 34: Estructura interna
Figura 35: Reconocimiento del dispositivo USB por Windows
Figura 36: Capas de comunicación entre la aplicación y el dispositivo USB
Figura 37: Diagrama de flujo del software.
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Índice de Cuadros
Cuadro 1:
Cuadro 2:
Cuadro 3:
Cuadro 4:
Cuadro 5:
Cuadro 6:
Cuadro 7:
Cuadro 8:
Cuadro 9:
Cuadro 10:
Cuadro 11:
Cuadro 12:
Cuadro 13:
Cuadro 14:
Cuadro 15:
Cuadro 16:
Cuadro 17:
Cuadro 18:
Cuadro 19:
Cuadro 20:
Cuadro 21:
Cuadro 22:
Cuadro 23.
Cuadro 24:
Cuadro 25:
Cuadro 26:
Cuadro 27:
Cuadro 28:
Cuadro 29:
Cuadro 30:
Cuadro 31:
Cuadro 32:
Cuadro 33:
Cuadro 34:
Cuadro 35:
Cuadro 36:
Cuadro 37:
Cuadro 38:
Cuadro 39:
Cuadro 40:
Hora solar
Comparación de satélites polares y geoestacionarios
Carga de satélites IJPS
Grabación y envío en diferido a las estaciones centrales
Difusión de alta resolución
Difusión de baja resolución
Frecuencias y tipos de transmisión utilizadas
Descripción física del satélite MetOp
Características del AVHRR
Características del satélite NOAA
Canales FY-1A FY-1B
Canales FY-1C FY-1D
Parámetros FY-1A-B-C
Especificaciones del MVISR
Trama CHRPT
Especificaciones principales FY-3A
Especificaciones del instrumento MODI
Especificaciones del MWRI
Especificaciones del MWTS
Tipos de datos y características de almacenaje
Comparación de carga útil de NOAA y FY
Comparación de especificaciones de NOAA y FY
Comparación de radiómetros NOAA y FY
Características de transmisión HRPT
Formato de trama HRPT
Trama minoritaria HRPT
Modo global del formato TIP
Modo específico del formato TIP
Modo global del formato AIP
Modo específico del formato AIP
Características del formato LAC/HRPT
Formato de cabecera de LAC/HRPT
Formato de datos de LAC/HRPT
Especificaciones de la antena
Especificaciones de la plataforma de la antena
Especificaciones de alimentación de antena
Especificaciones del LNA
Especificaciones del filtro pasa banda
Características del conversor de frecuencia
Familia de FPGA Spartan-II
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RESUMEN
El siguiente proyecto tiene como objetivo dar una teoría básica general acerca de los
tipos de satélites que orbitan nuestro planeta.
Dentro de los distintos tipos de satélites nos concentraremos principalmente en los
satélites polares de órbita baja. Donde conoceremos sus aplicaciones, carga útil, modo
de rastreo y modo de comunicación con las estaciones terrestres.
Los satélites a estudiar son los de la serie NOAA (National Oceanic Atmospheric and
Administration), norteamericanos. De la serie europea los MetOp y los de la serie china
Feng-Yun.
En particular dentro de todos los servicios que brindan estudiaremos a fondo el formato
de comunicación HRPT (transmisión de alta resolución de imágenes) y el formato
CHRPT, siendo la versión del satélite chino.
Se estudiará de manera profunda como se reciben los datos entre el satélite y la estación
terrena.
Como incumbencia práctica se verá desarrollada la etapa de procesamiento digital
necesaria para que la imagen escaneada por los sensores del satélite, pueda ser mostrada
en pantalla para el caso del protocolo HRPT de los satélites NOAA y Metop. Por
extensión puede aplicarse al protocolo CHRPT chino para el satélite Feng Yun.
Capítulo 1
1. Introducción
Comenzaremos preguntándonos ¿qué es un satélite?
Un satélite es cualquier objeto que orbita alrededor de otro, que se denomina principal.
Los satélites artificiales son naves espaciales fabricadas en la Tierra y enviadas en un
vehículo de lanzamiento (cohete) que envía una carga útil al espacio exterior. Los
satélites artificiales pueden orbitar alrededor de lunas, cometas, asteroides, planetas,
estrellas o incluso galaxias. Su vida útil es limitada y pueden quedar orbitando como
basura espacial.
1.1 Leyes de órbita
¿Cómo vuela un satélite? Antes que nada daremos una pequeña explicación de cómo
pueden estos aparatos sustentarse en el aire sin propulsores o con los mínimos posibles
y como es que no caen a la Tierra.
Los satélites que orbitan nuestro planeta siguen las mismas leyes motrices que
gobiernan a nuestro planeta y a todos los objetos alrededor del sol. Desde hace ya
mucho tiempo que los científicos estudian y observan este tipo de fenómenos. De estas
observaciones Johannes Kepler (1571-1630) fue capaz de encontrar tres leyes empíricas
que describen la mecánica planetaria. Luego, en 1665, Sir Isaac Newton (1642-1727)
fue capaz de obtener las leyes de Kepler de sus propios estudios de mecánica y
desarrolló la teoría de la gravitación. Las leyes de Kepler aplicadas dan una exacta y
completa descripción de la interacción gravitatoria entre dos cuerpos cualesquiera en el
espacio. Donde el cuerpo llamado primario se le dice al de mayor masa (Tierra) y
cuerpo secundario al de menor masa (satélite).
1.2 Leyes de Kepler
1.2.1 Primera ley de Kepler
La primera ley de Kepler establece que el paso seguido por el cuerpo secundario
alrededor del primario describe una elipse. Una elipse tiene dos puntos llamados focos
que por definición de elipse corresponden a los puntos en que la suma de las distancias
desde el punto hacia cada foco se mantiene constante. El centro de masa de ambos
cuerpos del sistema denominado baricentro está siempre centrado sobre uno de los
focos. En nuestro caso específico, por ser la diferencia de masa muy grande, el centro de
masa coincide con el centro de la Tierra. Por lo cual siempre es uno de los focos.
1.2.2 Segunda ley de Kepler
La segunda ley de Kepler establece que el cuerpo secundario sobre su órbita plana en
un mismo intervalo de tiempo, barre áreas iguales. Focalizado desde su baricentro.
Puede observarse en la figura 1. Asumiendo que el satélite recorre en 1 segundo los
arcos S1 y S2, entonces las áreas A1 y A2 son iguales. Esto significa que el promedio
de velocidad del arco S1 es más lento que el del arco S2. En consecuencia esto significa
que cuanto mas alejado se encuentra, mas rápido viaja y cuanto mas cerca se encuentra
viaja mas lento. Se suele usar esta propiedad para extender el tiempo de cobertura de
área visible para el satélite.
Figura 1.
1.2.3 Tercera ley de Kepler
La tercera ley de kepler establece que el cuadrado de la frecuencia de órbita es
inversamente proporcional al cubo de la distancia media entre ambos cuerpos.
a3 

n2
Donde a es el semieje mayor de la elipse con el valor de a en metros, n es la frecuencia
de una órbita en radianes por segundo y µ es la constante geocéntrica gravitacional de la
Tierra.
  3.986005 1014 m 3 sec 2
Estas ecuaciones son aplicadas para el caso ideal en que la masa sea homogénea y no
exista ninguna fuerza perturbadora en el sistema, tales como influencias atmosféricas.
Con n en radianes por segundo el período orbital es:
P
2 
n
La importancia de la tercera ley de Kepler está en la relación entre el período de
revolución y el tamaño de órbita.
1.3 Un poco de historia…
La era espacial comenzó luego de la segunda guerra mundial (1946), cuando se
empezaron a utilizar cohetes capturados V-2 alemanes para realizar mediciones de la
atmósfera. Antes de ese momento, los científicos utilizaban globos que llegaban a los 30
km de altitud y ondas de radio para estudiar la ionosfera. Desde 1946 a 1952 se
utilizaron cohetes V-2 para la investigación de la parte superior de la atmósfera, lo que
permitía realizar mediciones de la presión, densidad y temperatura hasta una altitud de
200 km.
El 31 de julio, los soviéticos anunciaron que tenían intención de lanzar un satélite en el
otoño de 1957. El 4 de octubre de 1957, se lanzó a órbita el Sputnik 1, convirtiéndose
en el primer satélite.
2
En esa época un artefacto volador con poder de comunicación era mas una amenaza
entre países que un avance científico. El lanzamiento del Sputnik ruso originó una
carrera científico–militar entre los países más desarrollados, que aún existe.
Hoy en día existen varios miles de satélites orbitando la Tierra con fines científicos,
militares, de rescate y de comunicación comercial.
Dichos dispositivos tienen una vida útil limitada, donde pueden ser bajados a tierra en
algunos casos o llevándolos a una determinada órbita y dejarlos como basura espacial.
1.4 Clasificación general:
Los satélites pueden clasificarse según su tipo de misión y órbita.
1.4.1 Tipos por misión

Armas anti-satélite, denominados también “satélites asesinos”, están diseñados
para destruir satélites enemigos, otras armas orbitales y objetivos. Algunos están
armados con proyectiles cinéticos, mientras que otros usan armas de energía o
partículas para destruir satélites, misiles balísticos o MIRV.

Satélites astronómicos, utilizados para la observación de planetas, galaxias y
otros objetos astronómicos.

Biosatélites, diseñados para llevar organismos vivos, generalmente con
propósitos de experimentos científicos.

Satélites de comunicaciones, para realizar telecomunicación. Suelen utilizar
órbitas geosíncronas, órbitas de Molniya u órbitas bajas terrestres.

Satélites miniaturizados, también denominados como minisatélites,
microsatélites, nanosatélites o picosatélites, son característicos por sus
dimensiones y pesos reducidos.

Satélites de navegación, utilizan señales para conocer la posición exacta del
receptor en la tierra (GPS).

Satélites de reconocimiento, conocidos como satélites espías, utilizados por
militares u organizaciones de inteligencia para observación y comunicación
restringida. La mayoría de los gobiernos mantienen la información de sus
satélites como secreta.

Satélites de observación terrestre, utilizados para la observación del medio
ambiente, meteorología, cartografía sin fines militares.

Satélites de energía solar, son una propuesta para satélites en órbita excéntrica
que envíen la energía solar recogida hasta antenas en la Tierra como una fuente
de alimentación.

Estaciones espaciales, son estructuras diseñadas para que los seres humanos
puedan vivir en el espacio exterior. Una estación espacial se distingue de otras
naves espaciales tripuladas en que no dispone de propulsión o capacidad de
aterrizar, utilizando otros vehículos como transporte hacia y desde la estación.
3

Satélites meteorológicos, son satélites utilizados principalmente para registrar el
tiempo atmosférico y el clima de la Tierra.
1.4.2Tipos por órbita
Clasificación por centro

Órbita galactocéntrica: una órbita con centro en una galaxia. El Sol sigue este
tipo de órbita en su movimiento alrededor de la Vía Láctea.

Órbita heliocéntrica: una órbita alrededor del Sol. En el Sistema Solar, los
planetas, cometas y asteroides siguen esa órbita, además de satélites artificiales y
basura espacial.

Órbita geocéntrica: una órbita alrededor de la Tierra. Existen aproximadamente
2.465 satélites artificiales orbitando alrededor de la Tierra.

Órbita aerocéntrica: una órbita alrededor de Marte.
1.4.3 Clasificación por altitud

Órbita baja terrestre (LEO): una órbita geocéntrica a una altitud de 0 a 2.000 km.

Órbita media terrestre (MEO): una órbita geocéntrica con una altitud entre 2.000
km y hasta el límite de la órbita geosíncrona de 35.786 km. Es decir, altura para
la cual el artefacto orbitaría con un período próximo a un día. También se la
conoce como órbita circular intermedia.

Órbita alta terrestre (HEO): una órbita geocéntrica por encima de la órbita
geosíncrona de 35.768 km. También conocida como órbita muy excéntrica u
órbita muy elíptica.
1.4.4 Clasificación por inclinación

Órbita inclinada: una órbita cuya inclinación orbital no es cero.
o
Órbita polar: una órbita que pasa por encima de los polos del planeta. Por
tanto, tiene una inclinación de 90º o aproximada.
o
Órbita polar heliosíncrona: una órbita casi polar que pasa por el ecuador
terrestre a la misma hora local en cada pasada.
1.4.5 Clasificación por excentricidad

Órbita circular: una órbita cuya excentricidad es cero y su trayectoria es un
círculo.
o

Órbita de transferencia de Hohmann: una maniobra orbital que traslada a
una nave desde una órbita circular a otra.
Órbita elíptica: una órbita cuya excentricidad es mayor que cero pero menor que
uno y su trayectoria tiene forma de elipse.
o
Órbita de transferencia geosíncrona: una órbita elíptica cuyo perigeo es
la altitud de una órbita baja terrestre y su apogeo es la de una órbita
geosíncrona.
4
o
Órbita de transferencia geoestacionaria: una órbita elíptica cuyo perigeo
es la altitud de una órbita baja terrestre y su apogeo es la de una órbita
geoestacionaria.
o
Órbita de Molniya: una órbita muy excéntrica con una inclinación de
63,4º y un período orbital igual a la mitad de un día sideral (unas doce
horas).
o
Órbita tundra: una órbita muy excéntrica con una inclinación de 63,4º y
un período orbital igual a un día sideral (unas 24 horas).

Órbita hiperbólica: una órbita cuya excentricidad es mayor que uno. En tales
órbitas, la nave escapa de la atracción gravitacional y continua su vuelo
indefinidamente.

Órbita parabólica: una órbita cuya excentricidad es igual a uno. En estar órbitas,
la velocidad es igual a la velocidad de escape.
o
Órbita de escape: una órbita parabólica de velocidad alta donde el objeto
se aleja del planeta.
o
Órbita de captura: una órbita parabólica de velocidad alta donde el objeto
se acerca del planeta.
1.4.6 Clasificación por sincronía

Órbita síncrona: una órbita donde el satélite tiene un periodo orbital igual al
periodo de rotación del objeto principal y en la misma dirección. Desde el suelo,
un satélite trazaría una analema en el cielo.

Órbita semisíncrona: una órbita a una altitud de 12.544 km aproximadamente y
un periodo orbital de unas 12 horas.

Órbita geosíncrona: una órbita a una altitud de 35.768 km. Estos satélites
trazarían una analema en el cielo.
o
Órbita geoestacionaria: una órbita geosíncrona con inclinación cero. Para
un observador en el suelo, el satélite parecería un punto fijo en el cielo.
o
Órbita cementerio: una órbita a unos cientos de kilómetros por encima de
la geosíncrona donde se trasladan los satélites cuando acaba su vida útil.

Órbita aerosíncrona: una órbita síncrona alrededor del planeta Marte con un
periodo orbital igual al día sideral de Marte, 24,6229 horas.

Órbita aeroestacionaria: una órbita aerosíncrona circular sobre el plano
ecuatorial a unos 17.000 km de altitud. Similar a la órbita geoestacionaria pero
en Marte.

Órbita heliosíncrona: una órbita heliocéntrica sobre el Sol donde el periodo
orbital del satélite es igual al periodo de rotación del Sol. Se sitúa a
aproximadamente 0,1628 UA.
5
1.5 Estructura básica interna simplificada de un satélite genérico:
Figura 2.
Como podemos observar en la figura 2. La unidad de alimentación es solar y además a
baterías. Este punto es un parámetro muy crítico para el equipo ya que debe tenerse en
cuenta que no siempre las pantallas solares apuntan al sol. Básicamente consta de un
receptor y un transmisor comunicados a través de una unidad central. La función básica
es que se pueda usar como repetidor aéreo y poder establecer comunicación entre dos
puntos que no pueden verse entre sí debido a la curvatura terrestre.
1.6 Puesta en órbita
Toda la carga útil es empaquetada en forma de cubo y ensamblada a un vehículo. Un
vehículo es el cohete propulsor encargado de poner el dispositivo en órbita. El vehículo
consta de varios sub-cohetes. La técnica de sub-cohetes optimiza de manera eficiente la
relación peso, potencia, combustible y volumen de la nave. En las figuras 3 y 4 se
grafican las distintas etapas de lanzamiento y puesta en órbita de la nave (caso NOAA
N) y como se van separando las partes a medida que van cumpliendo su ciclo útil.
Figura 3.
6
Figura 4.
Términos a tener en cuenta:
 Orbita: Trayecto por el cual circula el satélite alrededor de la Tierra
 LEO: Satélite girando en órbita baja (400km a 2000km).
 HEO: Satélite girando en órbita alta (> 20000km).
 GEO: Satélite girando en órbita geosincrónica (36850 km).
 Uplink: Frecuencia usada para transmitir al satélite.
 Downlink: Frecuencia usada para recibir del satélite.
 Apogeo: Cuando el satélite está en su altitud máxima.
 Perigeo: Cuando el satélite está en su altitud mínima.
Figura 5.
7
En la figura 5 podemos observar las distintas órbitas y el período de revolución del
satélite AO-40. Es coherente que como está encima de la órbita GEO su período sea
menor a 24hs.
1.7 Seguimiento del satélite:
No siempre podemos tener al dispositivo a la vista, para el caso de satélites fuera de la
órbita GEO. Existe un margen de horizonte fijado por la misma Tierra. Por lo tanto sólo
tenemos un determinado tiempo para establecer enlace. Visto gráficamente.
Seguimiento de satélite para órbita distinta a la GEO.
Figura 6.
Definición gráfica de Perigeo y
Apogeo.
Figura 7.
1.8 Satélites Polares
IJPS: (Intial Joint Polar-orbiting Operational Satellite System) Conjunto inicial de
satélites de órbita polar operacionales. Su objetivo es ampliar los datos de meteorología.
Algunas de esas aplicaciones son:
 Análisis, investigaciones y predicciones meteorológicas a nivel global
 Medición de la temperatura y salinidad de mares y océanos
 Medición de la temperatura y humedad de la atmósfera
 Estudio de la dinámica de los océanos
 Velocidad y dirección de los vientos
 Medición de densidad de flujo solar de protones y electrones
 Análisis y evolución de la vegetación mundial
 Estudio de la dinámica de masas nubosas
 Detección de incendios
 Detección de hielo y nieve
 Monitorización de erupciones volcánicas
 Aplicaciones de búsqueda y rescate.
Un IJPS esta formado por una constelación de satélites. Por eso es un sistema, además
se le llama conjunto ya que viene de un proyecto de cooperación entre Europa y Estados
Unidos para el control conjunto de satélites de órbita polar, sus estaciones terrenas, y los
datos obtenidos por éstos, así como la intercomunicación entre los respectivos
segmentos de tierra. Echando un vistazo al párrafo anterior, cuando hablábamos de 2
satélites y de 2 estaciones era precisamente porque cada parte (Europa y EEUU) aporta
8
al proyecto su propio satélite (MetOp en el caso europeo, y NOAA en el americano), y
su propia estación central (cada una situada en su respectivo territorio).
Figura 8
En la gráfica podemos observar las
órbitas de los satélites NOAA y MetOp.
Existen 2 tipos de satélites meteorológicos:

SATÉLITES DE INVESTIGACIÓN (research satellites): Son aquellos que
se dedican a estudiar el funcionamiento de nuevos tipos de sensores o nuevos métodos
de recogida/envío de datos. Su objetivo es conocer las posibilidades reales que dichas
innovaciones pueden ofrecer. (Son una especie de bancos de prueba).

SATÉLITES OPERACIONALES (operational satellites): En este tipo de
satélites sólo se introducen sensores y técnicas cuyas características y propiedades sean
ampliamente conocidas. El objetivo ya no es experimentar, sino explotar aquello que ya
se conoce para obtener regularmente datos fiables que la comunidad científica pueda
utilizar como base en los diversos estudios, análisis o predicciones que realice. Éste es
el caso de los satélites de IJPS.
1.9 Orbitas polares:
Una órbita polar es aquella cuyo plano orbital está inclinado 90º respecto al plano del
Ecuador, recorriendo “gajos” de norte a sur del planeta. Entonces los satélites que
describen órbitas de este tipo, pasan por los dos polos terrestres. Manteniendo fijo en el
espacio el plano orbital respecto a la Tierra rotando, un satélite que describe una órbita
polar podría barrer toda la superficie terrestre en sucesivas pasadas.
La órbita polar heliosíncrona se basa en que, el ángulo que forman el plano orbital del
satélite y el Sol debe permanecer constante a lo largo del tiempo. Visto en el sistema
Geocéntrico, lo anterior es equivalente a que la precesión de la órbita del satélite sea
igual al movimiento aparente del Sol, es decir que desde el punto de vista del satélite su
órbita mantiene una posición constante a la del sol. Visto desde la Tierra, en un día el
plano orbital haya rotado aproximadamente 1º hacia el Este.
9
Figura 9.
Haciendo las cuentas aproximadas:
2 
 0.0172024238
4 Radianes diarios => aprox. 1grado por día.
365,25
1.9.1 Problema Real:
Para que el dispositivo circunde este tipo de órbita se necesita una fuerza extra , en
primer lugar para mantenerla en órbita debido a la atracción terrestre (el dispositivo
navega a distancias en la que la fuerza de gravitación es apreciable), y en segundo lugar
para sincronizarla se aprovechan las asimetrías de la Tierra que se transforman en
asimetrías del campo gravitatorio. Por ende es necesario que la órbita esté inclinada
respecto del Ecuador 98.6° en vez de 90°.
Una propiedad interesante muestra que en cada mitad de órbita el satélite cruza cada
línea de latitud a la misma hora solar.
Hora solar: Decimos que es 0hs cuando el sol está justo encima de nosotros.
Hora civil: Decimos que transcurrieron 12hs (mediodía) de la hora solar (es decir, hora
solar+12hs).
Entonces para la semi-órbita que recorre la mitad de la Tierra en hora diurna, el ángulo
de incidencia de los rayos solares sobre la superficie observada es constante y sólo
tendrá ligeras variaciones con el transcurrir de las estaciones del año. Esta característica
permite la obtención de imágenes de todo el planeta en las mismas condiciones de
iluminación solar, lo cual proporciona enormes posibilidades en campos como la
teledetección o la monitorización del clima y superficie terrestres.
Cuadro 1: Hora solar
Satélite
Meteos 1,2,3
Hora Solar
9h 30min
Nombre de órbita
O. de media mañana
Hora civil
Hora solar+12hs
NOAA N,N’
13h 30 min
O. de media tarde
Hora solar+12hs
10
Altura del satélite:
Para fijar la altura a la que debemos colocar el satélite. Tenemos en cuenta:
 Si la altura es pequeña, la resolución de las imágenes podrá ser mayor y el
período de la órbita será más pequeño (por lo tanto la información se actualizará
con una mayor frecuencia).
 Si la altura es grande, el ancho de barrido podrá ser mayor, favoreciendo el
solape entre las regiones observadas en dos órbitas consecutivas (esto aporta
robustez y fiabilidad a la recogida de datos).
El resultado final es que un satélite de órbita polar heliosíncrona suele situarse a una
altura que ronda los 850 km, describiendo una órbita circular con un período de
aproximadamente 101 minutos. Esto permite al satélite dar algo más de 14 vueltas por
día, con lo que entre dos pasadas consecutivas la Tierra habrá girado unos 25º hacia el
Oeste, y estaremos observando una porción de terreno anexa a la anterior (25º más hacia
el Este). La consecuencia de todo esto es que para conseguir que el satélite pueda dar
cobertura a todo el globo en un día solar, el ancho de barrido debe ser, como mínimo,
igual a esos 25º que gira la Tierra entre pasada y pasada. A continuación vamos a
comprobar analíticamente los resultados anteriores para el caso concreto del satélite
MetOp, el satélite de órbita polar heliosíncrona que aporta Europa a IJPS y que estará
situado a 834,5 km de altura sobre la superficie terrestre.
En primer lugar calcularemos el período orbital (Torb) y el número de vueltas por día
que da el satélite (Nv), utilizando la ecuación correspondiente a la 3ª Ley de Kepler.
Debe tenerse en cuenta que la órbita del satélite es circular, con lo que los radios del
apogeo, del perigeo y el parámetro p son idénticos.
Para calcular el ángulo que gira la Tierra entre dos vueltas consecutivas del satélite,
necesitamos conocer previamente la velocidad de rotación de la Tierra (en promedio
diario).
Donde el ángulo de superficie visto por el satélite γ es:
11
Figura 10.
Calculando:
Este ángulo traducido en km de cobertura es:
Aunque el ángulo de barrido es amplio, la idea es captar imágenes dentro del rango
horario con la menor distorsión posible. Por eso la cobertura real de los sensores del
satélite no supera los 3000km de ancho. Esto es un ángulo de 26.95 grados. Esta
cobertura es suficiente y contiene un solape de 8.7 grados de cobertura. Esto daría una
buena solución al problema de distorsión.
Sin embargo existen sensores con menor cobertura. Esto genera que para tener
cobertura global son necesarias varias pasadas por día.
1.10 Comparación con satélites Geoestacionarios:
Damos una pequeña comparación con los tipos de satélites geoestacionarios. Según el
cuadro 1, se pueden distinguir distintas ventajas. Las más importantes de los satélites
polares son su cobertura global y alta resolución. Por otro lado los satélites
geoestacionarios poseen la ventaja de estar siempre visibles y requerir de una sola
estación terrena.
12
Cuadro 2.
13
2. Sistema MetOp y NOAA
En esta sección nos encargaremos de los satélites IJPS descriptos (MetOp, NOAA y
Feng Yun).Los satélites Metop y NOAA tienen características muy similares pero el
Feng Yun posee una carga útil diferente pero de funciones semejantes.
Comenzaremos con las cargas de cada uno de estos dispositivos.
Como primera aproximación el cuadro 2 muestra sus respectivos sensores y
dispositivos.
Cuadro 3
14
Cuadro 3(Cont.).
De todos los sensores, el que tendremos especial interés para nuestra aplicación es el
AVHRR/3 para imágenes escaneadas de la tierra.
2.1 ¿Qué procesan las estaciones terrestres?
OPERACIONES DE LOS SATÉLITES, incluye:
• ESTACIÓN DE COMANDO Y ADQUISICIÓN DE DATOS (CDA – Command
and Data Acquisition Station): Aquí es donde se recibe toda la información procedente
de los satélites, tanto en lo relativo a datos obtenidos por los sensores como al estado y
situación del propio satélite. También es desde aquí desde donde se transmiten al
satélite las instrucciones de telecomando y telecontrol.
• CENTRO DE OPERACIONES Y CONTROL DEL SATÉLITE (SOCC –
Satellite Operations Control Center): Toda la información que reciben los CDA es
transmitida inmediatamente a estos centros donde se realiza una doble labor.
 Por un lado se procesan todos los datos relativos al estado del satélite. En base a
éstos se tomarán las decisiones oportunas y se enviarán al CDA las órdenes de
telecomando y telecontrol oportunas, para que desde allí sean transmitidas al
satélite.
 Por otro lado se transfiere la información científica al sistema de procesado de
la información.
15
SISTEMA DE PROCESADO DE LA INFORMACIÓN: Este sistema está
encargado de realizar un primer tratamiento de la información obtenida, con el fin de
obtener un flujo de “datos limpios” con información auxiliar añadida.
GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS: Partiendo del entramado
generado por la unidad anterior, un banco de sistemas de procesado de alto nivel se
encarga de generar productos finales de información medioambiental (“datos
operacionales”) que serán distribuidos casi en tiempo real a los usuarios del sistema.
ALMACENAMIENTO DE DATOS: Finalmente las organizaciones responsables del
programa (EUMETSAT y NOAA) almacenan tanto los datos preprocesados como los
operacionales, para su uso en aplicaciones de largo plazo y bases de datos.
2.2 Transmisión de datos:
IJPS consta de dos segmentos de tierra diferenciados, con lo que los datos captados por
el satélite serán enviados a dichas estaciones según dos modos de transmisión
diferentes.
 Grabación y envío en diferido a las estaciones centrales
 Difusión directa (broadcast)
En las tablas siguientes veremos las formas de transmisión de los satélites americanos y
europeos y sus diferentes formas de transmisión.
Los satélites NOAA continuarán utilizando la banda S (2-4 GHz) en el enlace
ascendente y las bandas S y L (1-2 GHz) para el enlace descendente, los MetOp, debido
a la alta resolución de algunos de sus instrumentos exclusivos (como el IASI), utilizarán
la banda X (8-12.4 GHz) en el enlace descendente.
Grabación y envío en diferido a las estaciones centrales.
Cuadro 4
16
Cuadro 4.
2.3 Difusión directa (Broadcast)
Este es el servicio que usaremos en nuestro proyecto como aplicación.
La difusión directa desde el satélite, o servicio de “lectura directa”, se encarga de
distribuir los datos que está captando los sensores “en bruto” o mínimamente
preprocesados para que puedan ser recibidos en tiempo real por cualquier estación
receptora del mundo.
Por lo tanto podemos distinguir los servicios mas usados para este tipo de difusión,
claramente se distinguen dos servicios bien diferenciados como:
 DE ALTA RESOLUCIÓN (1 km): Se denomina HRPT (High
Resolution Picture Transmission), para ambos tipos de satélites donde en el caso de
MetOp incluye información de muchos más instrumentos en el flujo total (mayor
bitrate) de datos. Los sistemas para ambos satélites son digitales.
 DE BAJA RESOLUCIÓN (4 km): En este tipo de resolución es donde existe
mayor diferencia entre las tramas de estos dos tipos de satélites. Mientras en los NOAA
se continúa utilizando la transmisión APT (Automatic Picture Transmisión), en la que se
transmite en señal análoga solo una pequeña parte de la información del HRPT a muy
bajo costo, MetOp utilizará un nuevo protocolo llamado LRPT(Low Resolution Picture
Transmisión) que utilizará tecnología digital y será el sustituto a largo plazo del famoso
APT.
Además de estos flujos principales, existen otros protocolos como los AIP, TIP o TLM
de menor bitrate (tasa de bits) que se transmiten tanto directamente como con los datos
grabados.
17
En el cuadro 5 podemos observar sus respectivas características:
Cuadro 5.
Cuadro 6.
Como hemos visto en los cuadros de comparación de los instrumentos de cargas útiles,
entre los satélites MetOp y NOAA podemos observar que salvo por la existencia del
sensor SBUV del NOAA. Los satélites NOAA son un caso especial de los MetOp. Por
18
ende enfocaremos los instrumentos del MetOp agregando la caracterización del sensor
SBUV quedando así explicada la carga útil de los satélites NOAA. Según el cuadro 5
observamos que la tasa de transmisión es considerablemente más alta en el MetOp que
en el NOAA. Esta es una aclaración importante destacar porque los datos en bruto
bajados para el caso MetOp vienen encriptados agregando una capa más de
procesamiento entre la etapa de RF y el sincronizador de trama. Conteniendo además
información de 4 nuevos sensores mejorando así la prestación de información científica.
3 Introducción Sistema MetOp/NOAA:
El sistema MetOP consta de 3 plataformas MetOp 1, 2, 3 que constituirán el EPS
(Eumet Polar System). Su carga útil es idéntica a los NOAA con el agregado de 4
sensores más llamados IASI, ASCAT, GOME, GRAS.
La puesta en órbita del primer satélite MetOp se ha previsto y planeado para el año
2005, la del segundo para el 2010 y la del tercero para el 2014.
3.1 Características Constructivas:
En los satélites MetOp se pueden distinguir los paneles solares y dos módulos:
 El módulo de servicio.
 El módulo de carga útil (payload module).
3.1.1MÓDULO DE SERVICIO
El módulo de servicio del MetOp (SVM). Proporciona las funciones principales del
satélite:
1. Comando y control.
2. Comunicaciones con tierra.
3. Energía.
4. Controles de altitud, órbita y propulsión. También sirve de interfaz a la hora del
lanzamiento
El módulo de servicio (SVM) sirve de interfaz entre el vehículo de lanzamiento y el
módulo de carga útil (PLM). Proporciona los siguientes servicios:
 Control de posición, órbita y propulsión: Para mantener el apuntamiento
exacto hacia la tierra durante los distintos modos de operación. Para mantener y
ajustar la órbita. Incluye los sistemas de propulsión para realizar maniobras así
como los sistemas de almacenamiento del combustible.
 Generación de energía:
• Paneles solares
• Almacenamiento de la energía para períodos de sombra
• Acondicionamiento
• Distribución
 Distribución de las órdenes (comandos o instrucciones): Distribución de
comandos generados a bordo y desde tierra.
 Generación de telemetría, procesado de telecomandos y otras funciones
(comunicación con tierra) usando el software central de abordo para:
• Generación de telemetría
• Procesado de telecomandos
• Otras funciones como control de temperatura, vigilancia de abordo,
19
• Secuencias de comandos automáticas
3.1.2 CONTROL DE TEMPERATURA
Cuatro áreas principales del módulo de servicio necesitan un sistema de control térmico:
 El cuerpo principal, donde todas las unidades de disipación están instaladas en
los lados y en la base de los paneles solares. Las radiaciones externas se evitan
con una capa de teflón de plata (FEP - fluorinated ethylene propylene).El
recubrimiento Multi-Layer-Insulation (MLI), (aislación multicapa) cubre el resto
de las caras del cuerpo principal para minimizar el flujo de calor. Internamente
el panel y las unidades electrónicas están pintados de negro para maximizar el
intercambio de calor.
 Las baterías, directamente montadas en un plato radiador y encapsuladas en un
compartimiento, que está térmicamente aislado del sistema de propulsión y del
resto del satélite; los tanques y las tuberías están controlados térmicamente por
el uso de MLI y calentadores.
 Los paneles solares, una vez desplegados tienen su propio sistema pasivo de
control térmico usando MLI y acabados térmicos adecuados. También dispone
de sistemas activos de control como son calentadores pero que sólo se usan en el
momento de separación del satélite del vehículo de lanzamiento y durante el
proceso de despliegue de los paneles.
3.1.3 CONTROL DE POSICIÓN Y DE ÓRBITA
EL AOCS (Attitude and Orbit Control Subsystem) consta de cuatro sistemas
principales:
 Conjunto de sistemas para la medida de la posición actual:
• Sensores digitales de tierra para controlar el giro y el grado de inclinación
• Sensores de sol para controlar las diferencias solares o “bandazos”.
• Cuatro giróscopos independientes.
 Conjunto de sistemas de timón y torsión magnética
 Sistemas de propulsión y mecanismos para guiado de los paneles solares: El
sistema de propulsión trabaja en modo (blow-down) y dispone de cuatro
tanques presurizados de 300 Kg. de Hidracina.
 Modo seguro:
• Unidades electrónicas dedicadas al modo seguro (T4S).
• Sensor de adquisición solar (SAS).
3.1.4 GENERACIÓN DE ENERGÍA
La energía eléctrica está generada por ocho paneles solares en serie. Dispone de cinco
baterías que almacenan la energía, permitiendo así garantizar el suministro durante:
 El lanzamiento y la fase de orbite de mañana (LEOP)
 Eclipses o en el modo de imprevistos
 Para momentos en que la demanda de energía sea mayor que la que se puede
obtener con los paneles.
20
3.1.5 COMUNICACIÓN CON TIERRA
Enlaces Utilizados
Se utiliza un enlace de comando y control desde el espacio hacia la tierra en la banda-S,
para la recepción de telecomandos y el envío de telemetría para operaciones internas.
Los comandos pueden ser enviados y ejecutados inmediatamente durante los períodos
de visibilidad o enviados y almacenados para ser ejecutados más tarde, durante los
períodos de no visibilidad (típicamente 90 minutos).
La recepción de los datos científicos transmitidos a tierra se aseguran mediante el uso de
tres canales:
 Uno por la banda-X dirigido a la estación CDA en Svalbard para enviar los
datos almacenados en el SSR que posteriormente serán retransmitidos por
enlaces terrestres hacia la central de Eumetsat en Darmstadt.
 Los otros dos son el LRPT y el HRPT que aseguran una transmisión continuada
hacia tierra en la frecuencia de VHF y la banda-L para uso local.
3.1.6 Almacenamiento y transmisión de los datos
Los datos científicos recogidos por los instrumentos se envían empaquetados según el
estándar del CCSDS (Comitee for Space Data Systems). Las tasas binarias de los
instrumentos varía mucho, pudiendo ser de hasta 1.5 Mbps procedentes del IASI o de
160 bps procedentes del SEM. Estos datos se combinan a bordo con otros paquetes para
aprovechar mejor los datos:
 Datos de posición y tiempo.
 Una copia de la telemetría de las operaciones internas de la nave.
La manera en que se combinan estos datos dependen del comando “administration
message” que es enviado desde tierra y almacenado abordo, proporcionando la facilidad
de transmitir la información a usuarios remotos.
Todos esos datos son multiplexados y enviados por tres canales hacia el SSR (Solid
State Recorder) de a bordo, el HRPT (High Resolution Picture Transmission) y el LRPT
(Low Rate Picture Transmission), estos dos últimos de transmisión directa.
EL SSR tiene una capacidad de 24 GB, suficiente para almacenar algo más de los datos
producidos en vuelta de órbita del satélite.
En la tabla se muestra las bandas de frecuencia y tipo de transmisión utilizada.
Cuadro 7
3.2 MÓDULO DE CARGA ÚTIL
El módulo de carga útil (PLM) fue diseñado a partir de los satélites
21
medioambientales ENVISAT. En él están los instrumentos de adquisición de datos y
demás equipos de soporte de los mismos, tales como: controles de datos y
comunicación, distribución eléctrica, etc.
La fabricación en dos módulos del satélite permite conseguir que haya separación entre
el sistema SVM (módulo de servicio), la maquinaria y demás dispositivos dedicados a
los instrumentos. La posibilidad de dividir el interfaz en módulos facilita el trabajo en
paralelo y la integración con los sistemas del módulo de carga útil.
También se consigue reducir al mínimo el número de horas de comprobación de
funcionamiento de los distintos sistemas, ya que la independencia entre ellos garantiza
su funcionamiento por separado, sin que exista interacción alguna que pueda afectar a
los equipos.
3.2.1 DESCRIPCIÓN FÍSICA
MetOp corresponde a los satélites de clase de 4,5 toneladas, con una carga útil de 900
Kg. aproximadamente. Su órbita es heliosíncrona, a una altura de 835 Km. Con una
inclinación de 98,7° y una hora de cruce local del ecuador a las 09.30hs. Se comunica
con tierra en las bandas S, L y X, para instrucciones y control, difusión local
(radiodifusión directa) y adquisición global.
A los efectos de tener una idea general de cómo es este tipo de dispositivos mostramos
el cuadro 7 con las características del mismo.
Dimensiones
Configuración en lanzamiento
Configuración en Órbita
Pesos
Módulo de servicio
Paneles Solares
Carga útil
combustible
Instrumentos
Total
Potencia media Consumida(W)
Instrumentos
Carga útil
Módulo de servicio
Total
Long. 6.3m Diámetro 3.45m
17.6m x 6.7m x 5.4m
1450 Kg.
268 Kg.
1235 Kg.
316 Kg.
975 Kg.
4244 Kg.
Con luz solar
984
531
489
2004
Cuadro 8.
Eclipse
984
537
489
2010
3.2.2 DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO DE CARGA ÚTIL
La carga útil consta de un conjunto de 10 instrumentos, incluyendo: dispositivos de
imágenes en el espectro visible y en el infrarrojo (AVHRR/3), en microondas (MHS,
AMSU-A y GRAS), sondeadores IR (HIRS e IASI) y UV (GOME-2), un dispersímetro
de doble exploración en banda C (ASCAT), recopilación de datos (ARGOS) y otros
más que describimos de aquí en adelante.
22
Metop está provisto de dos dispositivos de radiodifusión directa: Transmisión de
Imágenes de Baja Resolución (LRPT) en la frecuencia de 137 MHz y Transmisión de
Imágenes de Alta Resolución (HRPT) en la frecuencia de 1.700 MHz.
Los usuarios podrán acceder a los datos generados por MetOp de dos formas:
Cuando el satélite pase por la zona donde se encuentra el usuario o a través del
segmento de tierra de EUMETSAT.
La primera de las formas permite obtener datos de la zona en tiempo real, mientras
que la segunda permite obtener datos de cualquier parte del globo con un retardo
de unas 2 horas respecto al momento de captación (debido a los posibles períodos de
eclipse y a los diversos procesados, a los que es sometida la información recogida antes
de ser entregada).
Los instrumentos que portan los satélites MetOp son:
 Unidad-A de la Sonda Avanzada por Microondas (AMSU-A), sustituida por la
Sonda de Temperatura por Microondas (NPOESS o MTS), si estuviera disponible para
el METOP-3.
 Sonda de Humedad por Microondas (MHS).
 Sonda de Alta Resolución de Infrarrojos (HIRS).
 Interferómetro de Infrarrojos para Sondeos Atmosféricos (IASI).
 Receptor de Sistemas de Satélites de Navegación Global para Sondeos
Atmosféricos (GRAS).
 Sonda Avanzada de Muy Alta Resolución (AVHRR), sustituida por el Sistema
de Generación de Imágenes Visibles y en Infrarrojos (NPOESS o VIRI), si estuviera
disponible para el METOP-3.
 Sistema de Recogida de Datos-Argos (DCS-Argos).
 Instrumento experimental para la Detección del Ozono Global (GOME-2) que se
instalará en el METOP-1 y 2 y en el ImS en estudio para el METOP-3,
siempre que la asignación económica del EPS lo permita.
 Escaterómetro Avanzado para la Medida de los Vientos (ASCAT).
 Instrumento de Observación del Medio Espacial (SEM).
 Servicio de Búsqueda y Salvamento (SARR).
Figura 11.
23
3.2.2.1 AMSU
El AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit) es uno de los instrumentos
americanos proporcionados por la NOAA para incluir en los MetOp.
El AMSU-A1 mide las radiaciones en el espectro de las microondas. Los datos de este
instrumento son usados conjuntamente con el HIRS para calcular la temperatura
global d e la atmósfera y perfiles de humedad desde la superficie de la tierra hasta la
estratósfera.
Los datos permiten realizar mediciones de precipitaciones, de zonas nevadas, de
concentraciones de hielo en el mar y zonas húmedas. La resolución es de unos 50 Km y
el ancho de la franja barrida es de unos 2000 Km.
3.2.2.2 MHS
El MHS (Microwave Humidity Sounder) es un instrumento diseñado para recoger
información de varios aspectos de la atmósfera, de la tierra y de la superficie, en
particular, humedad atmosférica y radiación del suelo (temperatura). Esencialmente se
trata de un radiómetro de microondas auto-calibrable de cinco canales.
Se barre la tierra de izquierda a derecha, en un plano vertical. Cada franja esta formada
por 90 píxeles contiguos muestreados cada 2.67 segundos. El escaneo está sincronizado
con el AMSU-A.
Entre cada barrido consecutivo de la Tierra, el MHS también toma imágenes de la zona
del espacio profundo (referencia de blanco frío) y una imagen de abordo (referencia de
imagen caliente) que servirán para el procesado en tierra de las imágenes y de
calibración.
Los datos de esos cinco canales proporcionan información de humedad a varias altitudes
en la atmósfera, también de la presencia de hielo, nubes y precipitaciones ya sean en
forma de lluvia, nieve, etc. También permite detectar la temperatura de la superficie
terrestre.
3.2.2.3 HIRS
El HIRS (High Resolution Infrared Sounder) es otro de los instrumentos
proporcionados por NOAA. Es una sonda de alta resolución de infrarrojos de 20 canales
y su funcionalidad es captar y medir el espectro de la radiación infrarroja (IR) recibida
desde la Tierra.
Los datos del HIRS son usados en conjunto con los del sensor AMSU para obtener
perfiles de la temperatura de la atmósfera en vertical y medir la presión desde la
superficie hasta 40 Km. De altitud.
Además los datos obtenidos por el HIRS se usan para determinar:
 Temperatura de la superficie del océano.
 Niveles de ozono en la atmósfera
 Precipitaciones.
 Grosor y extensión de las masas de nubes.
 Radiación de la superficie.
El HIRS irá en los MetOp-1 y 2, en los NOAA-N y N’ pero no en el MetOp-3 ya que irá
en su lugar el IASI.
3.2.2.4 IASI
El IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) es un interferómetro de
infrarrojos para sondeos atmosféricos. Su funcionamiento está basado en el
24
Interferómetro de Michelson y está diseñado para medir el espectro infrarrojo emitido
por la Tierra.
IASI proporcionará perfiles mejorados de la radiación infrarroja emitida por la
transmisión y por la baja estratósfera, perfiles de humedad en la troposfera, así como de
algunos de los componentes químicos que juegan un papel importante en el clima,
permitiendo supervisar el cambio climático y la contaminación atmosférica.
3.2.2.5 GRAS
El Receptor de Sistemas de Satélites de Navegación Global para Sondeos
Atmosféricos (GRAS) es un receptor GPS que opera como una sonda atmosférica. El
GRAS proporciona un mínimo de 500 perfiles atmosféricos por día mediante un
proceso de GPS radio ocultación.
El uso de la señal GPS procesada convenientemente proporciona información
relacionada con el medio que atraviesa, pudiendo determinar de esta forma las
propiedades de la atmósfera como grado de humedad y de temperatura o bien la altura
media del nivel del mar. Además GRAS proporcionará soluciones de navegación para el
posicionamiento del los satélites MetOp en su órbita.
En la imagen se muestra el principio de radio ocultación, usado por el sistema
GRAS. Este se produce cuando un satélite se encuentra en una órbita baja (LEO). La
señal del GPS es refractada y retardada cuando atraviesa la atmósfera. Esto provoca un
retardo de fase característico dependiendo de las características atmosféricas.
Los perfiles obtenidos por el GRAS serán incluidos los modelos NWP Numerical
Weather Prediction) y este sensor irá en los tres satélites MetOp.
3.2.2.6 AVHRR
La AVHRR es una sonda avanzada de muy alta resolución. Este radiómetro fue
diseñado para la observación meteorológica (determinación de cobertura de nubes y
temperatura de la superficie), pero posteriormente los datos que suministra han
encontrado numerosas aplicaciones en el campo de la observación de la Tierra, lo que
ha llevado a convertir al sensor AVHRR en una de las fuentes de datos de Teledetección
más utilizadas.
Su escáner tiene un barrido de banda ancha, capaz de medir radiación en diferentes
zonas del espectro electromagnético, en concreto en 6 bandas distintas entre 0.58 y 12.5
micrómetros. Al obtener una misma imagen en diferentes longitudes de onda se puede
hacer un análisis multiespectral para definir con gran precisión parámetros hidrológicos,
oceanográficos y meteorológicos.
En la tabla vemos las características principales de este tipo de radiómetro.
Cuadro 9: Características del AVHRR
25
Hay tres tipos de transmisión de datos AVHRR desde el satélite a Tierra, HRPT (High
Resolution Picture Transmisión), LAC (Local Area Coverage) y GAC (Global Area
Coverage). La transmisión de datos HRPT se realiza de forma continua y se trata de
datos de alta resolución. Los datos LAC también son de alta resolución, pero se
almacenan a bordo y se envían a tierra posteriormente. Los datos GAC se obtienen a
partir de los LAC promediando valores muestreados.
Algunas de las aplicaciones de este sensor son:






Temperatura superficial de tierra (LST) y mar (SST).
Contaminación marina por vertidos de petróleo.
Cobertura de nubes y precipitaciones.
Erupciones volcánicas.
Cobertura de hielo y nieve.
Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI).
Este sensor será sustituido por el Sistema de Generación de Imágenes Visibles y en
Infrarrojos (NPOESS o VIRI), si estuviera disponible para el METOP-3.
3.2.2.7 A/DCS
El A/DCS, también llamado ARGOS, es un sistema basado en satélites que recogen,
procesan y distribuyen datos medioambientales de plataformas fijas y móviles por todo
el planeta. Lo característico de este sistema es la habilidad de localizar geográficamente
la fuente de los datos en cualquier punto del globo. El sistema está completamente
probado y es altamente fiable.
El ARGOS funciona de la siguiente manera:
 Los emisores automáticos Argos envían mensajes a los satélites situados en la
órbita más cercana de la Tierra.
 Los satélites retransmiten a Tierra los mensajes a las estaciones receptoras.
 Estas estaciones reexpiden automáticamente los mensajes a los centros de
procesamiento de Argos.
 Los centros de procesamiento calculan la ubicación del emisor, analiza la
información de los captadores y envía la información procesada.
Argos se utiliza para recoger datos de infinidad de aplicaciones relacionadas con la
protección del medioambiente y distribuidas por todo el mundo. Las hay con fines
biológicos, como el seguimiento de animales, especialmente aves y peces, o con fines
oceanográficos y meteorológicos. También las hay con el objetivo de controlar los
niveles de contaminación y proteger la naturaleza, como el seguimiento de los barcos de
las flotas pesqueras, la monitorización de los traslados de materiales peligrosos,
monitorización de los sistemas de gasoductos para identificar escapes o fallos del
sistema de protección, y la monitorización de los vertidos de petróleo o de cualquier
otro factor de contaminación.
3.2.2.8 GOME-2
GOME-2 (Instrumento experimental para la Detección del Ozono Global 2) es un
espectrómetro UV-VIS de media resolución (240-790 nm.) que irá montado a bordo del
METOP-1 y esta diseñado para proporcionar perfiles de ozono y otros gases traza de la
26
atmósfera (por ejemplo, compuestos nitrogenados o SO2) cubriendo la superficie total
de nuestro planeta en tres días. La información obtenida por GOME-2 será vital para el
estudio del agujero de ozono y el cambio climático.
El GOME-2 observa la radiación solar transmitida o dispersada por la atmósfera de
la Tierra o por la superficie usando tres espectrómetros, de ultravioleta, visible e
infrarrojo cercano.
Este instrumento será sustituido en el MetOp-3 por el ImS aún en estudio.
3.2.2.9 ASCAT
El sensor ASCAT (Advanced SCATterometer) es un radar activo que trabaja en la
banda C (5.255 GHz), Diseñado para medir la dirección de los vientos en todo el globo.
Se basa en el análisis del coeficiente de reflexión sobre la superficie de la tierra, pero
aplicado sobre masas heladas o sobre la tierra permite obtener información sobre la
distribución de hielo y nieve.
Al contrario que otros instrumentos pasivos usados para este mismo propósito el
ASCAT se ve muy poco afectado por las capas de nubes o por la falta de iluminación
solar, por ese motivo es muy útil en las zonas polares donde existen largos periodos de
oscuridad y que frecuentemente están cubiertas por las nubes.
Éste instrumento fue desarrollado por la ESA (European Space Agency) de forma muy
similar a los ya incorporados en los satélites de la ESA ERS-1 y ERS-2. Pero a
diferencia de estos, que solo disponen de un panel receptor, el ASCAT dispone de dos,
lo que dobla la zona de cobertura al poder medir a un lado y al otro de la línea de tierra.
Esto permite enviar el doble de información y proporcionar una cobertura casi global en
24 horas.
El ASCAT tiene tres pares de antenas que barrerán franjas de 500km de grosor a cada
lado del satélite separadas unos 300 Km. De la línea de tierra del satélite. Cada franja
esta cubierta por tres antenas (seis antenas en total, tres a cada lado) separadas un
ángulo de 45º entre si y entre la línea de la trayectoria del satélite.
Con dos resoluciones, de 25 Km. (Low Resolution) y 12,5 Km. (High Resolution) que
marcan la separación entre los vectores de dirección del viento. Información de zonas
heladas, nevadas u otros parámetros pueden ser obtenidos de estas mismas mediciones
haciendo que este instrumento tenga una gran importancia en muchas aplicaciones.
En condiciones normales de funcionamiento el sensor será capaz de medir
velocidades de vientos comprendidas entre los 4 y 24 m/s con una precisión de 2 m/s o
del 10% y direcciones de los mismos en un rango de 360º con una precisión de 20º.
3.2.2.10 SEM
El SEM (Instrumento de Observación del Medio Espacial) es un espectrómetro que
realiza mediciones para determinar la intensidad de la radiación y el flujo de partículas
cargadas que existen a la altura a la que orbita el satélite. Esto proporciona información
sobre los efectos de los fenómenos solares sobre la Tierra, además de ser una gran
ayuda en la detección de vientos solares que podrían impedir las comunicaciones de
largo alcance, las operaciones a grandes altitudes, dañar los paneles solares y los
circuitos de los satélites o incluso modificar la trayectoria de los mismos.
3.2.2.11 SARR
Es el Servicio de Búsqueda y Salvamento (SARR) recibe y envía señales de emergencia
de aviones, barcos en peligro o accidentados. Además proporciona un enlace
27
descendente para los datos recibidos y procesados por el SARP-3 (Search And Rescue
Processor).
El SARR recibe las señales de socorro procedentes de balizas en tres frecuencias
separadas, moduladas en la banda L y retransmitidas hacia los LUT (Local User
Terminals) en la superficie. Estos terminales procesan las señales, determinan la
posición de las balizas y reenvían la información al servicio de rescate.
Por último describimos el sensor propio de los satélites NOAA SBUV/2 (no disponible
en los satélites MetOp).
3.2.2.12 SBUV/2
Es un radiómetro de dispersión solar (radiación ultravioleta).Es transportado en 2
módulos. Los 2 módulos son sensores, con elementos ópticos detectores junto con un
módulo electrónico. La resolución espectral es aproximadamente 1 nm. Los dos
radiómetros ópticos son el corazón del instrumento:
 Medidor monocromático.
 CCR (Radiómetro de cobertura de nubes)
El medidor monocromático mide la radiación de la tierra directamente y selectivamente
la del sol cuando se despliega. El CCR mide longitudes de onda de 379-nmy esta
coalineado con el medidor monocromático. La salida de del CCR representa la
superficie de la cobertura de la nube en una escena y es usada para remover los efectos
monocromáticos de los datos del sensor. El dispositivo mide radiación solar y radiación
terrestre cerca del espectro ultravioleta (160-400nm).
Las propiedades atmosféricas que aportan este tipo de datos son:
 Concentración del nivel de ozono con una precisión del 1%.
 Distribución vertical del ozono con una precisión del 5%. Entre otras.
3.3 Características generales del NOAA-N
A pesar de que los sistemas MetOp y NOAA son muy similares anexaremos
información más específica del satélite NOAA-N el cual es uno de los últimos
artefactos lanzados y en estado operativo. La carga útil es la misma a la del MetOP 1,
2,3 europeo.
28
Podemos observar su fisonomía física en la figura siguiente:
Figura 12
29
A continuación podemos observar el historial de esta serie de satélites y su estado
operativo a lo largo del tiempo.



Figura 13
El color amarillo indica que e tiempo de vida esperado aproximado es de 2 años.
El color rojo indica que la vida operacional extendida es de aprox. De 2 años.
El color azul indica que la vida operacional extendida gracias a sus elementos
auxiliares de replicación.
3.3.1Características físicas:
Cuadro 10: Características del NOAA
NOAA-N Características
Dimensiones físicas
Superficie pantallas
Peso
Tiempo de vida
Potencia de carga
Potencia requerida
4.19 m long. X 1.88 m de diámetro
2.73m x 6.14 m = 16.76 m²
1419.8 Kg. Incluyendo4.1 Kg de nitrógeno
gaseoso
Superior a los 2 años
833 w para ángulo 0° respecto al sol
750 w para ángulo 80° respecto al sol
Para mayor información acerca de las características técnicas de este satélite remitirse al
apéndice E.
30
3.3.2 Estructura de procesado de datos de NOAA
Figura 14
3.4 Características generales de los Feng Yun
En 1988 y de nuevo en 1990 la PRC lanzó FY-1 (Feng Yun – viento y nubes) satélites
meteorológicos a una altura aproximada de 900km, órbita de inclinación de 99 grados.
El aparato fue designado para ser compatible con el sistema de sensores remotos
existentes internacionalmente LEO incluyendo la vieja transmisión (ahora) APT en la
banda de 137MHz. El satélite tiene una estructura y soporte creado por Shanghai
Satellite Engineering and Research Center of the China Space Technology Institute,
donde la carga fue desarrollada por Shanghai Technical Physics Institute of the Chinese
Academy of Sciences.
Ambos satélites fueron experimentales para testear principalmente sistemas de
lanzamiento aunque con técnicas diferentes. Las dimensiones del cubo eran de 1.4 m
por 1.4 m de base para el Feng Yun 1A luego siendo incrementado a 1.2 m por 1.8 para
el Feng Yun 1B.De la misma manera la masa se incrementó de 750 kg. A 880 kg.
Ambas eran energizadas por dos celdas solares de aprox 3.5m cada una combinada con
baterías con autonomía de 800w de Nickel-cadmio para almacenamiento. El control
fue mantenido por combinación de gas nitrógeno frío en reacción, aunque ambos
sufrieron serios problemas por mal funcionamiento.
China decidió continuar con la serie FY-1 lanzando el FY-1C y D. Los estudios
preliminares llevaron al lanzamiento del FY-1C en los años posteriores, su diseño se
31
basó en la experiencia anterior pero extendiendo su capacidad y vida útil. Estos poseen
un radiómetro de 10 canales con resolución de 1.1km.Estos canales incluyen 4 VIS, 3
cerca de IR 1 de onda corta IR y 2 de onda larga IR.
La constelación de satélites Feng Yun (significa viento y nubes) (chinos) se compone
de:
1. Feng Yun 1-A
2. Feng Yun 1-B
3. Feng Yun 1-C
4. Feng Yun 1-D
5. Feng Yun 2-A
6. Feng Yun 2-B
7. Feng Yun 3
La serie 1 son de órbita polar, la serie 2 son geoestacionarios y la serie 3 es la nueva
generación de satélites polares.
Algunas características de los satélites chinos y sus operadores.
Figura 15: Perfil satélite. Feng-Yun-1A
3.4.1 Feng-Yun-1A : Satélite experimental, lanzado el 7 septiembre de 1988, en órbita
heliosíncrona polar, inclinación de 99°, altitud de 901 km, período de revolución
aproximado 102'86 minutos, sobrevuela el ecuador 14 veces por día en pasajes
ascendente a descendente, se pierde el control del mismo luego de 39 días fuera de
servicio.
3.4.2 Feng-Yun-1B : Satélite experimental, lanzado el 3 de septiembre de 1990 pero
por un problema del cohete propulsor, de las mismas características, se tuvo el mismo
problema de altitud, se pararon las observaciones a finales de 1992 dejándolo fuera de
servicio.
3.4.3 Equipo de captación de FY-1A y FY-1B: Sensor/Radiómetro MVISR
(Multichannel Visible and IR Scan Radiometer) es un radiómetro de 5 canales. Este
instrumento barre un espectro de alrededor de 3000 km de ancho.
Cuadro 11: Canales del FY-1A y FY-1B:
Canal
1
2
3
4
5
Bande espectral (µm)
0.58-0.68
0.725-1.1
0.48-0.53
0.53-0.58
10.5-12.5
Utilización
imágenes de nubes y de la superficie, vegetación
imágenes de nubes y de la superficie, vegetación
Colores del océano
Colores del océano
Imágenes diurnas de nubes y de la superficie, SST
32
3.4.4 Feng-Yun-1C : Satélite lanzado el 10 de mayo de 1999, período de revolución de
102 ' 30 ", altitud de 870 km, inclinación de 98°85, destruido por un misil chino el 11 de
enero de 2007(publicado por BBC). Sus objetivos fueron la prueba del misil de largo
alcance y dejar fuera de servicio dicho satélite debido a la nueva construcción de la
generación 3.
3.4.5 Feng-Yun-1D : Satélite lanzado el 15 de mayo del 2002, con mismas
características al anterior, sobrevuela en trayectoria norte-sur, cubre un ancho
equivalente a Australia en una sola pasada. Al día de hoy se mantiene plenamente
operacional.
Operador: National Satellite Meteorological Center (NSMC)
Fecha de lanzamiento: 05/2002
Tipo de órbita: heliosíncrona, es decir, los cruces del satélite en cierto punto se
producen siempre a la misma hora del día.
altitud: 860 km
Período de revolución: 102 minutos, 14 órbitas se alcanza por día en pasos
ascendentes y descendentes. El período de revolución es el tiempo tomado para el
satélite para completar una rotación llena de la Tierra.
Instrumento: MVISR
MVISR (Multichannel Visible and IR Scan Radiometer) es un radiómetro.
Este instrumento explora una andana de 3000 kilómetros de ancho.
3.4.6 Captador de FY-1C y FY-1D : El MVISR (Multichannel Visible and IR Scan
Radiometer). Se construyó un radiómetro a 10 canales. Este instrumento barre un
espectro de longitud cerca de 3000 km de ancho con una resolución de 1,1 km.
Cuadro 12: Canales de FY-1C y FY-1D:
Canal
Bande espectral
(µm)
1
0.58-0.68
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.84-0.89
3.55-3.95
103.-11.3
11.5-12.5
1.58-1.64
0.43-0.48
0.48-0.53
0.53-0.58
0.90-0.985
Utilización
Diariamente: nubes, hielo (espejo de hielo) y nieve;
vegetación
Diariamente: nubes ; vegetación
Fuente de calor, influencia de nubes
SST, nubes día y noche
SST, nubes día y noche
Humedad del suelo, la separación de hielo y nieve
Color del océano
Color del océano
Color del océano
Vapor de agua
33
Figura 16
Imagen tomada por FY-1D, el 15 de mayo de 2002 a las 3h 37 UTC en el visible.
Cuadro 13: Comparativa de los parámetros del FY-1A, 1B and 1C
Satélite
FY-1ª
FY-1B
FY-1C
Fecha de
Septiembre
Septiembre 3,
May 10, 1999
lanzamiento
7,1988
1990
Orbita
Sun-sincrónica Sun-sincrónica Sun-sincrónica
Altitud (km)
901
901
863 km
Periodo (minutes) 102.86
102.86
102.301minutos
Inclinación grados 99.0
98.9
98.79
Excentricidad
<0.005
<0.005
<0.00188
Descenso(LST)
03:30
07:50
08:34-09:00
3 ejes
3 ejes
3 ejes
Control
estabilizados
estabilizados
estabilizados
3.5 Especificaciones del sensor
La carga principal incluye a bordo 2 radiómetros de 10 canales (VIS/IR) en modo
backup. Estos pueden ser conmutados acorde al telemando.
Cuadro 14: Especificaciones del MVISR
Tasa de escaneo
6 línea/por Segundo
Canales
10
Palabra / por línea
2048 para HRPT y LDPT
escaneada
1018 for GDPT
Angulo de escaneo
±55.4°
Sub-punto resolución 1.1km
Nivel de
10bit
cuantificación
Exactitud de
VIS and Near-IR 5 - 10%
calibración
IR
±1K(300K)
3.6 Características de los datos de transmisión
La transmisión de información tiene varias mejoras a FY-1A y 1B. Hay tres modos de
transmisión de información a bordo de FY-1C/D, HRPT, GDPT O LDPT.
34
HRPT es la Transmisión de Cuadro (Imagen) de Alta resolución. El formato es muy
similar a NOAA/HRPT (se llama CHRPT en alusión a Chinese High Resolution Picture
Transmition), pero la tasa de transmisión de información es 1.3308 Mbps. La
modulación de transmisión es PSK y el formato de bit es mezclado de fase. La
frecuencia de transmisión es 1700.5Mhz. La trama es muy similar a la de los NOAA
con pequeñas variantes debido a que posee mayor cantidad de canales. En el siguiente
cuadro mostramos la trama CHRPT.
Cuadro 15
CHRPT Formato de trama (detallado)
No de Posició
Función
palabra n de
Numero de bit y significado
s
palabra
Frame Sync
6
1
1010000100 First 60 bits are a 63 bit PN generator
0101101111 started in the all ones state. The
2
1101011100 generator polynominal is X^6 + X^5 +
3
0110011101 X^2 + X + 1
4
1000001111
5
0010010101
6
ID
2
7
1-4 bit 1100 Satellite ID
5-10 bit Spare word
7
Spare word
8
Time Code
4
9
1-9 bit binary day count
9
10 bit 0
10
1-3 bit 101
10
4-10 bit part of binary millisecond of day count
11-12 |part of binary millisecond of day count
Telemetry
10
13-22 Ramp calibration of 10 channels of MVISR
(Ramp)
Telemetry
10
23
Temperature of first stage of radiant cooler A
(Temp)
24
Temperature of first stage of radiant cooler B
25
Temperature of second stage of radiant cooler A
26
Temperature of second stage of radiant cooler B
27
Temp controlling voltage of 2nd stage radiant cooler A
28
Temp controlling voltage of 2nd stage radiant cooler B
29-32 Temp of sheath of radiometer, 1 word per platinium
resistance bulb
Reference Black 60
33-92 6 sampling words for every channel
Body
Space
100
93-192 10 sampling words for every channel
Spare words
1408
1930000011101 Derived by inverting the output of a
1600
0000001100 1023 PN sequence prodived by a 10010
01010 feedback shift register generating the
polynominal X^ + X^ + X^ + X^ + 1
|..... ..... |
00100 11110
11111 11000
11000 01101
11011 00101
35
Earth Data
20480
Aux. Sync
100
160122080
2048 words for every channels from channel 1 to
channel 10.
Each frame contains the data obtained during one Earth
scan of the MVISR sensor. The data from the 10 sensor
channels of the MVIRS are time multiplexed
22081- 1111100010 Derived from the non inverting
22180 1111110011 output of a 1023 bit PN sequence
0110110101 provided by a feedback shift register
..... .....
generating the polynominal X^10 +
0111110000 X^5 + X^2 + X + 1
1111001100
GDPT y LDPT son formatos retrasados de la transmisión de cuadros. El almacenaje de
a bordo de datos es de 300 minutos. Por lo tanto, en FY-1C/D el sistema satélite-tierra
puede recibir la Cobertura de Área Global (GAC) de datos para cuatro canales
seleccionados (canales 1, 2, 4, 5) con la resolución reducida en 4 km durante
transmisiones diurnas (definido como la Transmisión Retrasada Global De Cuadros,
GDPT). Como una alternativa, el sistema de tierra también puede recibir datos de órbita
de 20 minutos para diez canales con la resolución original en cualquier región del
mundo (definido como la Transmisión Retrasada Local De cuadros, LDPT). La tasa de
transmisión de información de GDPT Y LDPT es 1.3308 Mbps. La modulación de
transmisión es PSK y el formato de bit es mezclado (split phase) de fase. La frecuencia
de transmisión es 1708Mhz.
3.7 FY-1C/D Recepción de datos y Procesamiento
3.7.1 Recepción de datos
Los datos recibidos del satélite son adquiridos por tres estaciones terrenas localizadas en
Beijing, Guangzhou y Urumqi, Dichos datos junto con los datos recibidos de los NOAA
son retransmitidos en tiempo real al centro de procesado DPC (Data Processing Center).
Y luego transmitidos vía VSAT a las otras 2 estaciones.
El siguiente diagrama muestra su conexionado
Figura 17
36
3.7.2 Estructura de procesamiento de datos (CHINO)
Los datos de los satélites son procesados en el NSMC/CMA.
Dichos datos se procesan en 4 distintos niveles, el nivel 1A, 1A5,1B, 1C y 1D.
El nivel 1A es el flujo de bits en bruto, Es decir HRPT/CHRPT GDPT y LDPT.
El nivel 1A5 y 1B son preprocesados. El 1A5 es para procesamiento en tiempo real, y
el 1B es para propósitos de archivo. Los usuarios externos requieren un reprocesado. El
nivel 1C es un término intermedio, este esta formado por dos tipos de juego de datos.
Uno incluye los datos en resolución completa con 15 tipos de datos incluyendo datos
del satélite de las 10 bandas observadas junto con los ángulos de azimuth, elevación,
tiempo de toma y NDVI. El otro son los datos en resolución de 4 km con 9 tipos de
datos que incluyen datos del satélite de 4 bandas, ángulos de zenith , elevación tiempo
de toma(momento en que se capturó la imagen)y NDVI. El nivel 1D es el producto
final.
En la figura podemos observar un esquema de la estructura de niveles de procesado de
los datos recibidos.
Figura 18: FY-1C/D flujo de datos y sistema de procesado.
Figura 19: Mosaico de imagen sobre el hemisferio norte desde el FY-1C
37
3.8 Satélites polares de segunda generación chinos
La serie FY-3 (lo Nuevo)
3.8.1Introducción:
El programa de segunda generación de satélites polares meteorológicos, la serie FY-3
comenzó primeramente con dos de ellos, el FY-3A y el FY-3B formalmente
comenzados desde 1999. Ahora el primero de ellos el FY-3ª y los instrumentos de carga
útil están bajo construcción. En el proyecto abordaremos sus características técnicas
para hacer una introducción de la nueva carga útil que se va a utilizar en el futuro.
3.8.2 Objetivos del desarrollo de la serie FY-3
 Suministrar una cobertura global de temperatura y humedad de la atmósfera,
parámetros de precipitaciones y nubes, de esta manera se aporta datos para
predicción climática.
 Suministrar una cobertura global de imágenes para pronosticar en un menor
tiempo y monitorear en tiempo real cambios climáticos y monitorear desastres
meteorológicos e hidrológicos junto con anomalías en el ambiente sobre la
superficie.
 Suministrar datos necesarios para derivar importantes parámetros geofísicos
aportando a los investigadores cualquier tipo de cambio global.

Colectar y relevar datos importantes.
3.8.3 Desarrollo del plan FY-3
Tiene dos fases. La primera I+D y la segunda la fase operacional. La fase I+D (del 2004
al 2008) Mucha de la carga útil es desarrollada por nuevos instrumentos de capacidad de
sonda limitada. Hoy en día el FY-3A está bajo construcción. Se prevé la fase
operacional para después del 2008.Cinco satélites más están planeados con sondas
mucho mas potentes que los FY-3A/B.
3.8.4 Satélite FY-3A y su carga útil
Este equipo tendrá una órbita sincrónica con el sol. Y es en general un hexaedro de
4.4m x 2.0m x 2.0m.
El peso total estimativo es de 2200 kg. Tiene un único panel solar montado sobre uno de
sus lados del cuerpo principal el cual genera un despliegue de longitud de 10 metros en
vuelo. El control de posición del satélite es estabilizado en los 3 ejes con una precisión
de 50 metros con la ayuda de un sensor de estrellas abordo.
Table 1 depicts the major orbital parameters of the satellite.
3.8.5 Carga útil referente a imágenes
Hay 3 captadores para el satélite FY-3A,estos son:
1. Radiómetro de onda visible e infrarroja (VIRR) (Visible and InfraRed
Radiometer)
Este es el instrumento análogo al MVISR de 10 canales de los satélites anteriores.
Por cuestiones de compatibilidad de mantendrá en el FY-3A.
2. Captador de sonda visible e infrarroja de resolución moderada (MODI)
(Moderate Resolution Visible and Infrared Imager)
38
Refiere a la carga útil de otros satélites de mayor resolución, en la cual esta serie
tendrá un instrumento capaz de tener 20 canales. Los canales MODI serán
principalmente sondas de las frecuencias visibles y no infrarrojas y el instrumentos
VIRR tendrá varios canales en las frecuencias infrarrojas. Estos dos instrumentos se
complementan uno con otro. La característica principal de MODI es que habrá 5
canales (4 onda visible y 1 térmico infrarrojo) con resolución de 250 m,lo cual
habilita imágenes con mejor resolución y obtiene un color verdadero durante el
día(canales visibles) y durante la noche(infrarrojos).
Figura 20: Configuración del satélite FY-3A
Cuadro 16: FY-3A Especificaciones principales y parámetros orbitales
Órbita
Altitud (km)
Consumo
Peso
Dimensión
Período orbital (minutos)
Inclinación (grados)
Excentricidad
Hora de cruce del ecuador
Mantenimento orbital
Capacidad de almacenaje de datos
Control de posición
Vehiculo de lanzamiento
Plan de lanzamiento
Sol-sincrónica
836.4
1100 Watts
2200 Kg
4400*2000*2000 mm (en almacenaje)
4460*10000*3790 (en vuelo)
102.86
98.728
>0.005
10:10 (a.m.)
10 minutos en dos años
160 GB
Estabilizado en los 3 ejes
LM-4B
Septiembre, 2005
39
Cuadro 17: Especificaciones del instrumento MODI
Canales Longitud de onda (m) Ancho de banda (m) Resolución (metros)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0.470
0.550
0.650
0.865
1.640
2.130
0.412
0.443
0.490
0.520
0.565
0.650
0.685
0.765
0.865
0.905
0.940
0.980
1.030
11.50
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
0.02
2.0
1000
250
250
250
250
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
250
Precisión
NEDT(300K)
0.1
0.2
0.3
0.3
0.1
0.15
0.1
0.1
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.10
0.3K
Rango dinámico
100
100
100
100
90
90
80
80
80
80
80
80
80
80
80
90
90
90
90
330K
3. Captador de radiación de microonda
Microwave Radiation Imager (MWRI)
Este captador tiene la característica de escanear la tierra de manera cónica en 6 tipos
de frecuenciascon polarización dual,generando así 12 canales. El sensor mide ondas
termales desde la superficie de la tierra y el océano, puede también medir de varias
maneras agua presente en la atmósfera, nubes y superficies. Para este tipo de
longitudes de onda es mucho mayor el espectro electromagnético comparado con las
ondas visible e infrarroja, y en algunos canales la longitud de onda puede ser tan
grande como un milímetro, esto permite que se pueda ver a través de nubes, y
suministrar pronósticos con todas las capacidades de medición. En frecuencias como
89 y 50 GHz la dispersión de nubes y precipitaciones pueden ser también buenos
indicadores para la detección de “aguaceras”, es decir, lluvias de grandes volúmenes
de agua sobre el océano o la tierra.La resolución espacial es aproximadamente de 15
a 80 km dependiendo de la longitud de onda.
Cuadro 18: Principales especificaciones del MWRI
Frecuencia (GHz)
Polarización
Ancho de banda (MHz)
Tiempo de integración (ms)
Rango dinâmico (k)
10.65
H,V
180
12
3-350
18.7
H,V
200
6
3-350
40
23.8
H,V
400
6
3-350
36.5
H,V
1000
4
3-350
89
H,V
2000
2
3-350
150
H,V
2000
2
3-350
3.8.6 Sonda del FY-3A
Carga útil
El equipamiento de sonda cargado se compone de:
1. Una sonda infrarroja atmosférica (Infrared Atmospheric Sounder-IRAS)
2. Una sonda de microonda de temperatura atmosférica (MicroWave atmospheric
Temperature Sounder (MWTS).
La sonda 1 es similar a la que se usa en los satélites NOAA.Sería la análoga al
instrumento HIRS/3. Sin embargo, tiene un total de 26 canales en el mismo. Los
primeros 20 canales son casi los mismos que el HIRS/3, mientras que los 6 restantes
extras permiten tomar medidas de gases, temperatura de estratósfera, CO2 contenido y
cirro. El instrumento óptico tiene un FOV ( campo de visión de 0.97 grados, lo cual
representa una amplitud terrestre de 14 km respecto del nadir (teniendo en cuenta
altitud nominal de 900km).
La sonda 2 se compone de 8 canales pasivos que escanean con el propósitode tomar
temperaturas en las regiones nubosas. Hay 4 canales alredeor de 50 GHz y otros 4
canales en 19.35, 23.9, 31.0 y 89.0 GHz.
Cuadro 19: Principales especificaciones del MWTS
Ch.
Frecuencia
(GHz)
Absorción
Ancho de banda
(MHz)
NEDT
(K)
1
2
3
4
5
6
7
8
19.35
23.90
31.00
50.31
53.74
54.96
57.95
89.00
Window
H2O
Window
Window
O2
O2
O2
Window
220
250
600
220
220
220
220
6000
0.3
0.3
0.25
0.3
0.3
0.3
0.3
0.8
Precisión de
calibración
(K)
1.5
1.5
1.5
1.0
1.0
1.0
1.0
1.5
Resolución (Nadir,
km)
50
50
50
50
50
50
50
50
Está planeado que el MWTS esté mejorado para el FY-3B y extender los niveles que el
instrumento AMSU-A alcanza.
3.8.7 Mediciones para el Ozono:
Hay dos intrumentos que serán desarrollados para mediciones de ozono en el FY-3 El
instrumento Total Ozone Mapper y el Ozone Profiler (TOM/OP).El instrumento TOM
es mapeado por un espectrómetro de 6 canales con longitudes de onda desde 308nm a
360 nm, con resolución de 50 km del nadir. El espectrómetro OP es de 12 canales con
una cobertura extendida de 252nm a 380 nm. La resolución es de alrededor de 200 km
del Nadir.
3.8.8 Unidad de radiación para la tierra
Este equipo denominado Earth Radiation Budget Unit (ERBU) es muy similar al ERBE
a bordo de los satélites NOAA. Tienen un espectro de visión ancho y angosto de manera
separada, con dos canales en cada unidad. La cobertura de estos canales tiene un rango
de 0.2 a 50 micrómetros para el espectro de visión ancho. Para el espectro de visión
angosto de 0.2 a 3.5 micrómetros. Además se agrega un instrumento de monitoreo
constante de luz solar. Consistiendo así el paquete ERBU.
41
3.8.9 Instrumento de monitoreo del ambiente especial
Es el paquete SEMU del satélite FY-1 pero modificado, con la mejora de precisión y
capacidad para medición de energía de partículas cargadas.
3.8.10 Formato de datos y esquema de transmisión para la serie FY-3
La comunicación de estos satélites será en la banda S y banda X. Los comandos serán
vía banda S solamente. Los comandos y telemetría estarán activados simultáneamente.
La banda S será para las estaciones de control del satélite. En la banda X se suministrará
el enlace de bajada de datos para otras estaciones. Suministrará 3 tipos operaciones:
1. Para el formato de transmisión retardada de datos (DPT),la cual es directamente
el modo reproducción (DP), todos los datos de ciencia e ingeniería se transmiten
en una tasa alta de alrededor de 110 Mbps a 3 de las estaciones NSMC
((Beijing, Guangzhou and Urumuqi) Cuando el satélite sobrevuela territorio
chino el enlace será entre 8025-8215 o 8215-8140 MHz, con un ancho de banda
de 140 MHz. La modulación es QPSK.
2. Para la transmisión de datos diarios en la banda X (DB) modo de radiodifusión,
la tasa de transmisión será de 20 Mbps. Cualquier estacón receptora podrá
recibir en tiempo real los datos exceptuando los datos MODI que son los de 250
m de resolución. Las frecuencias de enlace son entre 7750-7850 MHz, con
ancho de banda de 25 MHz.
3. Para el formato AHRPT (advance high resolution Picture transmission) la banda
de frecuencia será de 1698-1710 MHz, con un ancho de banda de 5.4 MHz. En
modulación QPSK a una tasa de transmisión de 4.2 Mbps. Los datos serán
codificados en CONV(7,3/4) con cobertura global. Este formato de datos se
llamará WMO AHRPT
Cuadro 20: Tipos de datos para el FY-3 características de almacenaje
MISSION
IMAGING MISSION
SOUNDING MISSION
OZONE MISSION
RADIATION MISSION
TELEMETRY
INSTRUMENTS
VIRR
MWRI
MODI
IRAS
MWTS
MWHS
TOM/OP
ERBU
SEMU
TELEMETRY DATA
AHRPT MPT ONBOARD STORAGE
810min
810min
20min
810min
810min
810min
810min
810min
810min
810min
42
DPT
Cuadro 21: Comparación de carga útil entre satélites NOAA y FY
Satélite
NOAA-15 (K)
NOAA-16 (L)
NOAA-17 (M)
NOAA-18
FY-1C
FY-1D
lanzamiento
13 May 1998
21 September 2000
24 June 2002
20 May 2005
10 May 1999
15 May 2002
Frecuencias de transmisión (MHz)
HRPT-1702.5
HRPT-1702.5
HRPT-1707.0
HRPT-1698.0
CHRPT-1700.5
CHRPT-1700.5
Cuadro 22: Especificaciones comparativas entre satélites NOAA y FY.
43
Figura 21: Comparación visual de imagines entre NOAA-AVHRR y FY-MVISR.
Cuadro 23: Comparación de los radiómetros NOAA-AVHRR y FY-MVISR
4 Comunicación:
Como hemos mencionado anteriormente los tipos de comunicación de estos dispositivos
se basan en 2 protocolos principales a nivel usuario. Estos son el sistema HRPT (High
Resolution Picture Transmisión) y el protocolo APT (Automatic Picture Transmisión).
El primer protocolo de comunicación es el más completo, es decir, envía la mayor
cantidad de información recabada por toda la carga útil del equipo, en tiempo real. En
cambio el protocolo APT solo envía una parte de información total sensada. Para la
aplicación de nuestro proyecto estudiaremos a fondo el protocolo HRPT a nivel de bits
recibidos. Solo mencionaremos las características principales del APT.
4.1 Descripción genérica del formato HRPT
44
En esta sección describiremos a nivel de bits el protocolo HRPT. Así como
sincronismos de trama y formatos, detalles de la transmisión, ingesta de datos recibidos
y metodología de detección.
4.2 General
El sistema de transmisión de alta resolución de imágenes (HRPT) suministra todos los
datos desde el espacio suministrados por los instrumentos internos del satélite a una tasa
de 665400bps. La transmisión en tiempo real bajada en banda S consiste de la salida de
datos sin procesar de 5 canales del radiómetro AVHHR/3 más una información llamada
TIP(información de procesador de TIROS(Observación infrarroja de satélite))que
consta de datos de los distintos sensores mostrados anteriormente (HIRS/3, SBUV/2,
SEM, DCS/2)junto con información AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit).
Toda la información necesaria para calibrar estas salidas están contenidas en la trama de
datos de bajada.
4.3 Característica de transmisión
La transmisión es en Banda S multiplexada en el tiempo, Los datos digitales son
transmitidos en “split” fase. Algo así como hendido de fase.
El formato split phase define un “0” como:
 Durante la primera mitad del bit time con una fase de +68 grados y durante la
segunda mitad del bit time una fase de -68 grados.
De la misma manera un “1” se define como:
 Durante la primera mitad del bit time con una fase de -68 grados y durante la
segunda mitad del bit time una fase de +68 grados.
La polarización de la antena es circular.
Como podemos observar en la tabla el refresco de lineas es de 360 por minuto.
Cuadro 24: Características de transmisión
45
4.4 Formato de trama
La tasa manipulada por el procesador de abordo(MIRP) lanza el formato HRPT
simultáneamente con los formatos APT(transmisión automática de imágenes),GAC
(cobertura de área global) y LAC(cobertura de área local).Pero estos formatos no son
considerados en tiempo real, debido a que estos son grabados para las estaciones
CDA(las de comando y adquisición de datos).
El formato HRPT consiste en una trama principal la cual es dividida en 3 tramas
secundarias. Para los satélites NOAA KLM la información se actualiza cada 3 tramas
secundarias. Esto es, en la 1er trama secundaria se contendrá la información TIP, en la
2da trama se envían datos y relleno y por último en la 3er trama se envía datos AMSU y
AIP. El Radiómetro posee en realidad 6 canales pero el 3er canal se clasifica en 2 tipos
a y b. que no envían simultáneamente datos sino que son conmutados. dependiendo de
la información de trama. Como podemos observar en las tablas siguientes. Una palabra
contiene 10 bits y una trama secundaria consta de 11090 palabras.
Cuadro 25: Formato de trama
En la figura siguiente observamos como se forman las tramas principal y secundaria.
Junto con los distintos campos de cada una. El campo DW (data Word) es el único que
difiere de las 3 tramas secundarias. La cabecera es el sincronismo de trama principal
existente en odas las tramas secundarias. El segundo campo ID es de identifcación de
trama. En el mismo podemos clasificar El tipo de trama HRPT o GAC, si se usa el canal
46
3a o 3b, sincronismo interno y el numero de trama entrante, si es la primera segunda o
tercera y si se reprodujo un re-sincronismo interno. En el campo TC(time code) está
todo lo relacionado con el tiempo de toma. Día hora minutos y segundos etc. En el
campo de telemetría están los datos de calibración del radiómetro y lecturas de
resistencias de platino (para medir temperaturas internas de los instrumentos) y así
poder calibrarlos.
En el campo de CTV (calibration target view) vienen las palabras que harán la
corrección de geométrica de las muestras tomadas en el campo imagen. En el campo SD
(space data) se toman datos de 10 palabras por cada canal del radiómetro juntando así
50 palabras.Luego viene una sola palabra que se usa como sincronismo interno. En el
campo DW que es donde difieren las 3 tramas secundarias se toman los datos de los
distintos sensores que tiene el satélite además del radiómetro. Esta información se
recibe de la siguiente manera:



En la primer trama secundaria en este campo se recibe 520 palabras.Estas
palabras contienen exactamente 5 tramas terciarias llamadas TIP, es decir cada
trama terciaria TIP contiene 104 palabras.Ahí es donde está la información de
los sensores HIRS/3, SBUV/2, SEM, DCS/2.
Las 520 palabras de la segunda trama de este campo (DW) se escriben con bit de
relleno (igual al campo SW:spare word).
Por último las 520 palabras de la tercer trama secundaria consisten en 5 tramas
terciarias similares a las TIP pero con información del AIP( sensores AMSU A y
B)
Las siguientes 127 palabras son de relleno que se escriben según un polinomio
generador predeterminado.
Y en la palabra 751 comienza el campo imagen donde comienzan a llegar los datos de
imagen multiplexados. Siendo 10240 palabras se acomodan como:
Píxel 1,canal 1;píxel 1, canal 2;pixel1, canal 3,pixel1, canal4, pixel1,canal 5,pixel2
canal1, pixel2, canal 2 ; etc. Hasta juntar 2048 muestras por canal. Esto sería la
formulación en pantalla de una línea de imagen para cualquier canal.
Por último el campo auxiliar que termina las últimas 10 palabras con un polinomio
predeterminado.
Figura 22
47
Figura 23
Tabulando el formato original se muestra en la siguiente tabla
Cuadro 26: Trama minoritaria HRPT
48
49
Notas generales de trama:
1. Los primeros 60 bits de los 63 bit del generador de seudos ruido son todos
unos: el polinomio generador es x6+x5+x2+x+1.
2. El dato de temperatura del AVHRR.Las 3 lecturas del PRT son muestradas pro
cada escaneo,cada 50 lecturas se pondrá una referencia a cero en el lugar de la
lectura.
3. La palabra 104 de cada dato de trama AMSU del MIRP contiene 1110110100
50
4. Las palabras de relleno derivan de una secuencia seudos aleatoria de 1023 bits
suministradas por un polinomio generador de x10+x5+x2+x+1.El generador
comienza de nuevo poniendo todos unos por cada trama secundaria.
5. Cada trama secundaria contiene datos obtenidos del sensor AVHRR. Los datos
está multiplexados como están mostrados.
6. Idem 4 pero comienza en la palabra 10991
4.4.1Trama terciaria TIP
En esta sección describiremos el formato TIP. Es una trama terciaria dentro de la trama
secundaria HRPT. Describe la llegada de datos de los demás sensores (excepto el
AVHRR/3) en el campo DW de la primer trama secundaria.
El formato a modo global y modo específico se da a continuación.
Cuadro 27: Modo Global del formato TIP
51
4.4.2 Modo específico del formato TIP
En el modo específico nos queda aclarar que el formato de palabra de 10 bit cambia a 8
en este campo ya que el bit nro 9 chequea paridad y el bit 10 es el bit 1 invertido.
Cuadro 28: Modo específico del formato TIP
52
53
4.4.3 Trama terciaria AIP
En la tercer trama del formato HRPT (refiriéndonos al 3er frame de la trama secundaria
del formato HRPT) En el campo que cambia los datos (DW), las 520 palabras de 10 bits
consisten de 5 tramas de 104 palabras cada una.Este formato de 104 palabras se llama
AIP. Esta trama se le llama terciaria por que está al mismo nivel que TIP.El formato
cambia de 10 bit por palabra a 8 bit por palabra. Los bit 9 son de paridad de palabra y el
bit 10 es el bit 1 invertido.(control de errores).
El formato AIP de modo Global y Específico son los siguientes:
54
Cuadro 29: Modo global del formato AIP
Notas generales:
1. /// indica que los bits de relleno son leídos como 010101,etc.
2. las palabras de 5 a 106: Bit 1 Comando de verificación de estado, Bit 2 & 3
Estado TIP, Bit 4, 5 & 6 es el contador de la trama principal(AIP).
3. palabra 102:bit 1 & 2 relleno, seguido por 6 bits de la paridad de AMSU.
4. las palabras 106 y 107: dirección de residencia.
5. palabras 107 y 108: contador de subconmutación.
6. Subconmutación Digital-B (32 segundos).
7. Subconmutación analógica.
8. palabra 206: 2 bits de datos de estado de CPU seguidos por 6 bit de la paridad
de TIP; palabra 207 2 bits de relleno seguidos por 6 bits de paridad calculados
por AIP.
4.4.4 Modo específico del formato AIP
55
Cuadro 30: Modo específico del formato AIP
56
Podemos observar que dentro del formato de AIP hay un campo llamado TIP. Esto
indica que por más que se este transmitiendo una trama AIP dentro de la misma se envía
solo una trama TIP con el formato idéntico al visto. Siendo el último campo de chequeo
de paridad.
Estas son las tramas y campos principales del formato HRPT. Dentro de estos campos
hay tramas que clasifican los datos y calibran las medidas tomadas de los sensores
hasta su procesado final. En la cual se requiere información específica de los sensores y
tablas de calibración. El nivel de procesado en el proyecto es el llamado nivel cero ”0”
Los niveles de procesamiento 1 y posteriores ajustan los campos para poder extraer la
información con algoritmos de cálculo para lograr los productos finales (información de
temperatura, vegetación, hidrología, etc).
Una ves “bajado” los datos en nivel “0” ¿cómo guardar? ¿Cómo interpretar los datos?.
Los datos recibidos requieren 2 niveles de procesado extra con información adicional
para llegar a un producto final como hemos visto anteriormente.
Según la sección 8.3.1.3 del manual KLM user podemos guardar la información de la
siguiente forma.
4.4.5 Características de imagen del formato HRPT
57
Cuadro 31
En los centros CDA se le agrega una cabecera y luego los datos formando así un archivo
final. Esta cabecera contiene calidad, navegación, calibración y coeficientes de
conversión que se aplican a los datos recibidos del satélite para presentar un producto
final.
58
4.4.6 Formato de cabecera
Cuadro 32: Formato de la cabecera
59
60
61
62
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64
65
66
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69
70
Luego de esta cabecea se guardan los datos propiamente dichos en un empaquetado de
manera de reducir los requerimientos de espacio de almacenamiento. Las muestras de
los sensores son grabadas como 3 palabras de 10 bits en palabras de 32 bits, los dos bits
sobrantes se dejan en cero. El método de guardado de imagen se llama BIP (Band
interleaved by píxel).
Cuadro 33: Formato de datos LAC/HRPT
71
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76
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79
80
81
5 Aproximación a la aplicación práctica.
Muchos de los sistemas que están en el mercado se remiten a dos partes bien
diferenciadas. La etapa de software de procesamiento de señal con las estructuras de
archivos y otros con la etapa de radiofrecuencia a nivel de hardware. Estos dos tipos de
trabajos no están aislados sino que están estrechamente vinculados. El objetivo de esta
aplicación como proyecto es vincular en un nivel intermedio ambas etapas, para que
puedan relacionarse directamente sin necesidad de complicaciones elevadas de software
y tampoco abstracción total del hardware de radiofrecuencia.
Por eso nos basamos en un equipo de RF comercial para recepción de datos como base.
Un equipo de aplicación de este tipo de protocolos para “bajada de datos” es uno de los
productos de la empresa Dartcom. Equipo del cual tomamos de referencia para diseñar
nuestra parte de hardware. El diagrama de bloques general es el mostrado en apéndice
A:
Este equipo consta de varias partes:
1. Antena de 1.2 metros parabólica.
2. Amplificador de bajo ruido (LNA y conversor de frecuencia)
3. Motores de rotación de antena
4. Equipo electrónico de control de antena junto con alimentación.
5. Antena GPS.
6. Equipo de recepción propiamente dicho.
7. Un Terminal PC.
Mostraremos el hardware en dos partes:
 Lo que respecta a la antena.
 Lo que respecta al equipo receptor.
5.1 Antena
La antena consiste de un disco parabólico de 1.2 metros de diámetro montada sobre un
rotor en la cual contiene también el LNA (amplificador de bajo ruido), el filtro
pasabanda y el conversor de corrimiento de espectro.
82
5.2 Características
La antena es un disco parabólico de 1.2 metros de diámetro con una relación focodiámetro (F/D) de 0.38 y una ganancia de 24.6 dBi. Permitiendo así una G/T mejor que
3.0 dBK a 5º. La antena y el rotor juntos siguen el continuo movimiento de la posición
del satélite sin perdida de datos ni interrupciones. Y una tasa de BER mejor que 1.106
desde 3.5º de elevación para datos HRPT y desde 7.5º para datos CHRPT.
Figura 24.
Cuadro 34: Especificaciones de la antena
Relación F/D
Ganancia
Banda de operación
Rango de temperatura
Viento máximo permitido
Viento de operación
0.38
24.6 dBi
1.7GHz.
-35ºC a +63ºC
145Km/h.
85Km/h.
83
5.3 Plataforma
La plataforma contiene dos motores para mover el equipo de posición en elevación y
azimuth. Ambos son controlados mediante un vínculo RS422 que opera a
9600bps.Tomando las lecturas de posición y enviándolas al Terminal PC.
Cuadro 35: Especificaciones de la plataforma de antena
Control elevación/azimuth
Interface
VER
Rango de movimiento
Velocidad
Tolerancia mecánica
Precisión de resolución
Precisión de seguimiento
Rango de temperatura
Vientos permitido máximo
Velocidad de operación
Controlado por la PC via el módulo
sintonizador
RS422
HRPT: 1:106 desde una elevación de 3.5º
CHRPT: 1:106 desde una elevación de 7.5º
0º a 360º az/ 0º a 180º elev.
Azimuth: 12.0º/seg. ±10%
Elevación:12.0º/seg ±10%
< ±0.2º az. y elev.
0.0055º
< ±0.5º
-20ºC a +60ºC
145 km/h.
85km/h.
Conversor de frecuencia (LNA/BPF/corrimiento de espectro)
El sistema integra un amplificador de bajo ruido (LNA) un filtro pasabanda (BFP) y un
conversor de frecuencia diseñado para correr el espectro e frecuencia con un ancho de
banda total de 20MHz. Con una polarización circular en sentido horario. Los
requerimientos de alimentación tienen un rango de 12 a 16 v dc a 600mA al comienzo
estabilizándose a 300mA en régimen continuo.
Cuadro 36: Especificaciones de alimentación de antena
Tipo de Antena
Ancho de haz
Micro tira (Microstrip Match)
3dB a 80º
10dB a 150º
+4.5dBi
Circular –horaria
Ganancia
Polarización
Cuadro 37: Especificaciones del Filtro preselector/LNA
Tipo de filtro
Pérdida de inserción
Ancho de banda del filtro
Tipo de LNA
Figura de ruido
Ganancia mínima
Ancho de banda LNA
3 polos, juntos
0.4dB (máximo)
200MHz (máximo)
Amplificador balanceado a FET de (GaAs)
0.8dB máx
35dB.
100MHz min.
84
Cuadro 38: Filtro pasabanda especificaciones
Tipo de filtro
Pérdida de inserción
Ancho de banda
4 polos, Combline
1.5 dB max.
De 1690MHz a 1710MHz
Cuadro 39: Conversor de frecuencia
Tipo de conversor
Sintonía ajustad, estabilidad a cristal con
multiplicador de OL,mezclador pasivocon
ancho de banda en frecuencia
intermedia(IF)
40db nominal
±2ppm, -10ºC a 45ºC
1690MHz a 1710 MHz
125MHz a 145MHz (proporcional)
RF-IF ganancia
Estabilidad de O.L.
Rango de entrada
IF salida
5.4 Cálculo de G/T
Definición de parámetros:
Eficiencia de antena: E=0.62
Frecuencia de trabajo: 1710MHz
Longitud de onda: W =300/F => W =0.2 aprox.
Elevación de antena: 5º
Figura de ruido LNA =0.8dB
Pérdida del filtro AFL=0.1dB
Pérdida total: N =AFL+LNA=0.9dB
Ganancia de antena
Diámetro disco =1.2m
K=72 (temp) grados Kelvin
  D 2 
Ga= 10.log  E.   => Ga =24.6dBi
  W  
 30   180
Temperatura de ruido de antena : Ta=15+    
 =76 grados Kelvin
 D   EL 
K
 10.5grados
Ancho de haz (a -3dB) BW=
D
 
W 
Cálculo de G/T basado en los parámetros:
N
Figura numérica de ruido NFN=10 10 =1.2
Termperatura de ruido para el equipo Te=290.(NFN-1) = 66.8ºK
Temperatura de ruido del sistema: Tsys=Ta+Te=142.8ºK
Siendo equivalente en dB TdB=21.5dB
G/T del sistema a 5 grados de elevación. : Gt=Ga-TdB=3 dB/K
85
5.5 Modulo receptor
El módulo receptor consta de los siguientes submódulos:
1. Sintetizador HRPT/CHRPT
2. Demodulador de fase y filtropasabanda
3. Sincronizador de bit HRPT
4. Sincronizador de bit CHRPT
5. Receptor GPS
6. Alimentación
7. Sincronizador de trama e interface USB.
5.5.1 Sintetizador
Este módulo recibe la señal del conversor de frecuencia externo em el rango de
125MHz a 145MHz correspondiente a los 1690MHz a 1710MHz respectivamente. La
señal es amplificada, filtrada y mezclada por medio de un oscilador local que lleva las
frecuencias a la frecuencia intermedia (IF) de 10.7MHz.Para luego ser manipuladas por
el demodulador de fase.
El receptor usa un doble superheterodinaje por medio de un oscilador local que es
programable acorde a los datos suministrados por el puerto I2C, cuyas frecuencias son
del rango de 285MHz a 305 MHz. Llevando así las señales a 160 MHz en su primer
heterodinaje. Luego es amplificada usando un MMIC y así suministrar en 3 secciones
un alto “Q” con un filtro pasabanda helicoidal de ancho de banda de 5 MHz. La salida
del filtro es inyectada al segundo mezclador doblemente balanceado de IF 10.7MHz.
donde aquí el oscilador local de 170.7MHz de frecuencia fija es obtenida a través de
oscilador a cristal, construido a FET, de bajo ruido.
La señal obtenida es amplificada antes de pasar por el filtro pasabanda final, esto
suministra un excelente rechazo a las frecuencias no deseadas con una muy buena
característica de retardo de grupo.
La señal de salida del filtro es amplificada a 60 dB por medio de un AGC IC. Y así
poder alimentar a -20dBm al demodulador de fase.
5.5.2Demodulador de fase y filtro de banda base
La salida de 10.7Mhz 50Ω entra al demodulador de fase y luego de amplificada ingresa
al puerto de entrada del detector de fase de alta eficiencia. El puerto de entrada del
oscilador es alimentado desde el demodulador de fase (VCO)
El VCO motorota (MC1648) tiene barrido de ±100KHz de la frecuencia central, usando
el control de voltaje de un generado de onda triangular cuando el demodulador de de
fase esta en el modo búsqueda. Estos circuitos usando amplificadores operacionales
(AO) conectados como integrador junto a un AO en bucle de retroalimentación proveen
un comparador con histéresis para controlar el umbral de la llave de conmutación.
Una característica importante de este módulo es la conmutación de la llave que indica si
el equipo está en modo búsqueda o en fase. Debido a los problemas de estabilidad,
temperatura y sincronismo de frecuencia es posible que el equipo no esté bien
sintonizado y más aún teniendo en cuenta la movilidad de la antena receptora. Por eso el
modo búsqueda es controlado por el circuito de cerrojo de portadora (carrier lock)
,entonces tan pronto como la fase se detecte se establece la señal, el circuito de barrido
se desconecta y el control de voltaje del VCO se mantiene en la fase seteada. El
integrador es entonces conectado vía el amplificador de ajuste (amplifier matching) a la
86
salida del AO el cual amplifica en cc la salida desde el detector de fase y suministra el
seto correspondiente al AFC (control automático de fase) siguiendo así el corrimiento
sobre la señal HRPT, CHRPT.
Cuando el cerrojo de portadora se pierde, el demodulador revierte su situación y vuelve
al modo de búsqueda para habilitar la re-adquisición de datos.
El cerrojo de portadora usa un segundo detector de fase cuya salida se cuadra a través de
un comparador. El umbral de este comparador puede ser ajustado usando un preset en el
panel central. Este comparador es el que controla el modo búsqueda/en línea del equipo.
Los controles de conmutación de norma son modificados vía software desde la pc por
medio de un puerto I2C.
5.5.3 Sincronizador de bit HRPT
Este módulo recibe el flujo de datos en codificación Manchester (SPL) desde el
demodulador de fase. La función principal de este módulo es recobrar el reloj de
665,4KHz y decodificar el flujo de datos SPL a lógica de datos NRZ (non return to
zero). La codificación Manchester siempre incluye un nivel de transición en el medio de
un bit de datos. Un nivel de señal adicional podría estar presente al comienzo o al final
de un período de bit. Esta transición es usada para recobrar bit de reloj. Los datos
entrantes primero son convertidos a niveles lógicos TTL de 5v. El oscilador a cristal
variable es usado en conjunto con el PLL para acerrojar el VCXO (oscilador a cristal
variable) a una frecuencia que sea 16 veces la tasa de bits, es decir 10.6464MHz. El
PLL tiene dos detectores de fase, se usa el consistente de una compuerta XOR. La
entrada del detector de fase es usada para suministrar la indicación de cerrojo de bit por
medio del led verde en el panel central. El detector de cuadratura alimenta un
amplificador para suministrar una señal filtrada de control al VCXO. La polaridad del
reloj es todavía ambigua.
La decodificación Manchester se logra usando una compuerta XOR entre los datos
codificados y el reloj recuperado. Hay dos posibles fases de reloj, por lo tanto dos bits
condicionadores idénticos son requeridos. Dos contadores sincrónicos trabajan como
integradores, ambos cuentan por 15 de los 16 períodos de clock y el resultado contado
es llevado a cero en la cuenta 16. Luego el resultado del primer integrador es retardado
por medio período con un buffer adicional, entonces el resultado está disponible al
mismo tiempo que el resultado del segundo integrador. La decisión es simple, una
cuenta entre 0 y 7 indica un “0” y una cuenta entre 8 y 15 indica un “1”. Podemos
asumir que una cuenta entre 0 y 3 y entre 12 y 15 indica un bit bueno mientras que una
cuenta entre 4 y 11 indica un bit corrupto. Un bit corrupto podría estar generado por
ruido, pero también podría ser un bit que tiene una fase fuera de sincronismo. Los bits
corruptos son integrados por medio de una red RC y recuadrados por medio de un
LM339 usado para decidir el bit final. La decisión de este circuito es guardada en un
Flip-Flop RS cuya salida maneja un selector el cual es usado para seleccionar el bit
correcto siendo este manejado por el reloj de fase correcto. El bloque CHRPT es
idéntico al HRPT con la sola modificación de las frecuencias de entrada.
5.5.4 Sincronizador de trama e interfase USB
El sincronizador de trama e interfase USB recibe el reloj correcto y los datos NRZ del
módulo sincronizador de bit. Este reformatea los datos de manera que formen palabras
de 10 bits, detecta el patrón de sincronización de trama, y envía los datos al PC
Terminal vía conexión USB.
87
Los datos obtenidos se escriben en una memoria FIFO por dos circuitos integrados
PLDs. Dichos PLDs continuamente están chequeando el patrón de trama de 60 bits de
los datos entrantes, virtualmente eliminando el falso sincronismo causado por ruido..
Este también controla el led que muestra si la trama esta sincronizada o no.
Las dos memorias FIFO son usadas en paralelo para suministrar una pila de 4KB de 16
bits de ancho, de los cuales los datos están en el los bits de 0 a 9, el bit 15 es seteado
para indicar la última palabra de una trama válida, y los demás son bits reservados.
Un microcontrolador PIC lee datos desde la memoria y los envía al controlador USB
para poder ser transmitidos al bus. El PIC también controla la operación del USB,
responde a los comandos enviados desde la PC, y a través del bus I2C controla las
operaciones que realiza el equipo.
6 Aplicación.
6.1 Introducción:
Ya conociendo de manera global los componentes de un enlace satelital, como son el
dispositivo aéreo que envía la señal y la estación terrena en su totalidad, podemos
explicar nuestra aplicación como parte de una estación terrena.
Una vez recibida la señal, demodulada y sincronizada (etapa de radiofrecuencia)
alimenta nuestro dispositivo por medio de dos líneas llamadas CLOCK y DATA.
El decodificador recibe esta señal serie y la transforma en datos de 8 bits, los cuales son
enviados al terminal PC a través del puerto USB para su posterior procesamiento
(análisis de imagen y datos). Y de esta manera poder visualizar por medio de un
programa toda la información recibida desde el dispositivo aéreo.
6.2 Partes de la estación terrena:
La estación terrena como proyecto total consta de 4 partes bien diferenciadas:
1. La antena junto con la etapa de radiofrecuencia.
2. El procesamiento digital de ingesta de datos y posterior envió de manera digital
al Terminal PC
3. Programa software en la PC capaz de mostrar, calcular y reprocesar los datos
recibidos ya sean de imagen, telemetría, orbitales, etc.
4. Control de motores para seguimiento del dispositivo aéreo, los datos de control
son provenientes desde Internet. Al no venir en la trama de bajada, esta etapa es
procesada de manera separada al procesamiento de la señal entrante. Ya que son
procesos independientes.
2da Etapa
Etapa
de RF
Procesamiento
e ingesta de
datos
Enlace
digital
(USB)
Terminal PC
Antena
Control de
tracking
Internet
88
Figura 25
Nuestra aplicación está centrada en la segunda etapa con las principales características
de la 3er parte para poder visualizar la imagen en PC. La segunda etapa es un núcleo
central de la estación terrena ya que es el enlace entre la primera y la tercera, lo cual
genera la ventaja de que una ves terminada dicha etapa, puede acoplarse de manera
amena con un equipo de RF por un lado y profundizarse el estudio de datos recibidos en
la tercer etapa por otro.
6.3 El decodificador
El decodificador está desarrollado con una plataforma hardware de tecnología FPGA
(Field Programmable Gate Array). Esto es una plaqueta que contiene un chip especial
entre otros en la que puede programarse hardware por medio de un software de PC.
Junto a esta plataforma se le anexa el enlace digital. Es una placa externa a dicha
plataforma que consta esencialmente de un chip que transforma los datos entrantes a
protocolo serial universal (USB).De manera que el Terminal PC pueda obtener los datos
de manera estandarizada, de fácil reconocimiento y uso en cualquier máquina. Por otro
lado se desarrolló una aplicación software en plataforma Borland Delphi 5 para poder
visualizar e interpretar la imagen junto con los datos recibidos desde el puerto USB
proveniente del decodificador.
7 Hardware
7.1 La FPGA como plataforma.
Una FPGA es chip que físicamente puede ser totalmente reconfigurable de manera
física teniendo como límite principal la cantidad de compuertas y otros dispositivos que
esta dispone, construidos internamente desde fábrica. La estructura interna como puede
verse en la figura, está compuesta de CLBs (bloques lógicos programables) en conjunto
con bloques de memoria RAM, bloques DLL de manera que compensen los retardos en
la distribución del reloj, y celdas de entrada salida reconfigurables. En otras palabras
una FPGA consta de:
1. Bloques lógicos con función programable externamente (CLBs).
2. Conexiones internas programables (Conexiones).
3. Celdas de entrada/salida configurables (IOBs).
La interconexión entre CLBs se produce por medio de las conexiones internas que
pueden tener una configuración totalmente programable.
La especial característica de esta tecnología es combinar la velocidad del hardware con
la flexibilidad del software
89
Figura 26
La FPGA usada en el proyecto es de los productos de Xilinx, Dentro de la familia
Spartan 2 usamos el modelo XC2S50.
La misma se compone de los siguientes dispositivos internos:
Cuadro 40: Familia de FPGA Spartan-II
Este tipo de circuito integrado no puede trabajar de manera aislada de modo que se
interconecta con otros dispositivos para su configuración y conexiones externas. Esto en
su conjunto es lo que formaría la plataforma de trabajo.
La forma externa de la plataforma puede observarse físicamente como se muestra en la
figura.
90
Figura 27
7.2 Composición de la plataforma
Podemos observar que la plataforma se compone de:
1. Un oscilador
2. La FPGA
3. Una memoria FLASH RAM
4. Una memoria SDRAM.
5. Un CPLD
6. Puertos:
 Un puerto paralelo
 Un puerto PS/2
 Un puerto VGA
 Un puerto de alimentación.
 Pines de entrada salida específica.
7. Dispositivos entrada salida:
 Un display BCD
 4 llaves
 Un pulsador.
91
7.3 Funcionamiento de la plataforma:
La plataforma consta de un software en la que se diseña el circuito primeramente en PC.
Una vez terminado dicho programa se “baja” a la placa por medio de la conexión de
puerto paralelo. El programa diseñado que configuraría el hardware interno de la FPGA
montada en la placa, es cargado mediante un archivo de cadena de bits o bitstream. Es
decir, a partir del código VHDL, el software genera un archivo *.bit por medio del
sintetizador (programa compilador). Éste se descarga a la FPGA por medio de un
programa cargador, configurando sus dispositivos internos. La pregunta es: ¿Qué
función cumplirían las memorias en la placa?. Muy simple. La FPGA es configurada
teniendo una falencia, la alimentación. Al no existir energía cuando la placa no se use el
programa se perdería. Las posibilidades de memorias no volátil disponibles habilita la
forma de cargar un archivo en la memoria flash de modo que no sea removido cuando la
alimentación desaparece y una memoria volátil mejoraría la capacidad de cualquier
aplicación. La interacción entre la FPGA y el puerto paralelo dependen de la
configuración del CPLD que existe entre ellas. El CPLD es un bloque que se compone
de muchos dispositivos de lógica programable. Un dispositivo básico de lógica
programable se compone de una combinación física de compuertas y registros. El
CPLD es la interfase entre el puerto paralelo y la FPGA.
La estructura general de la plataforma es la siguiente:
Figura 28
7.4 Interfase entre la plataforma de la FPGA y la PC
Hasta el momento hemos mostrado la placa que dispone de los componentes principales
que generarán el procesamiento de la señal. Pero una ves descargado el archivo *.bit a
92
la FPGA y desconectar el puerto paralelo de la misma. Dicha placa trabajaría aislada si
no se llevan los datos o la información procesada a algún tipo de destino. Como los
datos procesados simulan la trama de un satélite optamos por un puerto de alta
velocidad como lo es el USB. De manera que se optó por interaccionar con la FPGA
directamente por las líneas del puerto PS/2 que funcionarían dichos pines de manera
directa con la FPGA y el medio externo.
7.5 La interfase USB
En realidad el puerto PS/2 no es usado como tal sino que solo se aprovechan las 2 líneas
para poder ingresar y sacar datos al medio externo.
Ese medio externo es la placa USB.
7.6 La placa USB
La placa USB consta principalmente de un circuito integrado llamado “controlador
USB” que estandariza la comunicación de los datos entre la FPGA y el Terminal PC.
El protocolo de comunicación es universal bus serial (USB).
7.7 Descripción de la placa USB:
La placa USB consta de los bloques según la figura
Figura 29
La figura debe ser leída de derecha a izquierda. Los datos provenientes de la FPGA a
través del puerto PS/2 se comunican a la PC por medio de un vínculo USB, recibiendo
los datos por el Terminal RxD. Y la PC envía datos por el USB para controlar el
decodificador a través de la placa transmitiendo datos a la FPGA por el terminal TxD.
La estructura según la figura mostraría la conexión PC  decodificador.
93
Decodificador
Plataforma
FPGA
TXD
FT232BL
RXD
USB
Figura 30
Como podemos ver la conexión entre la placa USB y la FPGA es serie pero de niveles
lógicos de 3,3 voltios y de una proximidad lo más corta posible para evitar pérdidas por
capacidades parásitas. Hemos elegido un controlador USB serie aunque pudo usarse
también uno paralelo. La ventaja fue la menor cantidad de líneas necesarias entre
dispositivos y la operación bidireccional obtenida (full duplex). Con un USB paralelo
sería necesario conectar más de 8 conductores a la FPGA, aunque podría dar la
posibilidad de trabajar con menores exigencias de velocidad a la FPGA.
En la placa USB, según podemos observar, los datos son recibidos y transmitidos por
medio de una UART y luego el circuito integrado FT23BL se encarga de enviar y
recibir los datos a través del USB a alta velocidad a la PC.
El nivel físico del protocolo USB consta de 4 líneas y un blindaje puesto a masa. En
cada línea se conectan:
 En una, la alimentación proporcionada por la PC de 5v estabilizados.
 En las dos internas llamadas D+ y D- se transportan las ráfagas de datos. En un
sentido u otro y teniendo el mismo dato tanto en D+ como en D- serializados
pero de manera complementaria instantánea.
 El último pin es masa.
La comunicación de datos a la PC por medio del USB serie tiene una velocidad tope de
3Mbps. Este límite se debe a la UART interna del chip utilizado. Como nuestra
transmisión es de aproximadamente 665.400bps o 1336800bps es suficiente. Para el
caso del protocolo de transmisión HRPT la velocidad serie a emplear es un poco
superior debido a los bits de tara y stop dejando una velocidad de aproximadamente
1Mbps:
665400bps
x 4 Byte x (8  2) bit  887200bps
3 pal x 10 bit
En la figura podemos observar como son las ráfagas de datos en el vínculo USB.
94
Figura 31
El protocolo USB se comunica esencialmente bajo la modalidad de entrega de paquetes
de datos a alta velocidad. Por lo cual tiene una estructura especial, que no trataremos en
el proyecto pero que solo nos remitimos a mostrar un paquete ejemplo. Según la figura
podemos observar que contiene una cabecera de sincronismo, una sección de datos de
información denominada PID y la última cadena de bytes que pueden existir o no
dependiendo del tipo de paquete enviado. Esta parte responde a chequeos de paridad,
chequeos de suma, etc.
Figura 32
El circuito utilizado como Hardware para el protocolo USB puede observarse del
apéndice C.
7.8 Estructura general del Hardware configurado dentro de la FPGA
7.8.1 Introducción
En esta sección describiremos el funcionamiento interno del hardware implementado en
la FPGA inferido por el programa compilador de la plataforma. El programa usado para
desarrollar los circuitos internos se encuentra dentro del paquete Webpack 7.1, Project
Navigator.
95
7.8.2 Diagrama de bloques
Los diagramas de bloques tienen una estructura de conexión de 3 capas de
encapsulamiento. En la primera capa está el bloque general llamado entidad. La segunda
capa consta de 4 entidades y la tercera capa consta de 8 entidades en total.
La llamada primer capa contiene todo el hardware interno y las conexiones de entrada
/salida externas de la FPGA propiamente dicha. Estas líneas son las que se conectan
posteriormente a las salidas tanto de la plataforma FPGA como a dispositivos
periféricos alrededor del chip.
Entradas/ Salidas del bloque de general de capa 1
La entidad general consta de 5 líneas de entrada y 43 líneas de salida entre ellas buses
inclusive.
Entradas:
1. 2 líneas que suministran ingreso de datos externos al decodificador. Suponiendo
que se reciben los datos por medio de un equipo externo o auxiliar, esta sería
una posibilidad de poder procesarlos.
2. 1 línea de reloj general. Es por donde ingresaría el reloj generado por el
oscilador interno de la plataforma para el correcto funcionamiento de los
bloques internos.
3. 1 línea Rx. Esta línea es la que se conecta desde la placa USB a la plataforma
para recibir instrucciones de control provenientes de la PC. Ya que todo el uso
es por software sin necesidad de llaves o pulsadores analógicos.
4. 1 línea que se conecta desde el reloj externo de la memoria SDRAM. Ésta se
utiliza para proveer una señal de clock a circuitos internos de la FPGA que
funcionan en forma sincrónica con la memoria. En nuestra aplicación no la
utilizamos.
Salidas:
1. 1 línea Tx. Esta línea es la que se conecta desde el chip FPGA a la placa
USB, por esta línea es donde se envía toda la información útil de
procesamiento a la PC.
2. 3buses: De 2 líneas,12 líneas y 16 líneas que forman el bus de estado, el bus
de dirección y el bus de datos respectivamente entre la memoria SDRAM de
la plataforma y el chip FPGA dentro de la plataforma.
8 líneas que controlan la memoria SDRAM para refrescos y habilitaciones.
3. 2 líneas que brindan una salida alterna de los datos que genera el generador
de patrón de barras. Esta utilidad es para usar el decodificador como
generador de barras de un equipo externo auxiliar que también procese este
tipo de señales.
4. 2 líneas que indican el estado del decodificador si está en funcionamiento y
si está sincronizado con la trama entrante. Muestra que la cabecera de datos
se está encontrando por cada trama recibida.
El diagrama de bloques esquemático muestra de manera amplia la interconexión de los
bloques para tener una buena comprensión del mismo.
96
Plataforma FPGA
RX
DATA_GEN
FPGA (CHIP)
TX
CLK_GEN
DATA_EXT
SDRAM
CLK_EXT
Líneas
Memoria
BUSES
sclkfb
OSCILADOR
Led Sync
Osc_sync
Display BCD
Figura 33
Como podemos observar las líneas Rx, Tx son las que se conectan a la placa USB. Y se
deja a disposición los pines en la plataforma Data_ext , CLK_ext ,Data_gen y Clk_gen
para aplicaciones externas. El estado del decodificador se conoce si está sincronizado en
trama y si esta enviando datos por medio de dos led encendidos del display BCD.
Los datos recibidos por la línea RX son datos de control de la FPGA únicamente.
Los datos enviados desde la FPGA son los datos de trama provenientes desde el
generador patrón que simula la trama del satélite de manera interna o de los datos
cargados (archivos compatibles) previamente en la SDRAM que se van leyendo o de un
equipo externo que envía los datos sin procesar en tiempo real.
7.8.3 Estructura interna
UART
GEN_HRPT
MUX
Figura 34
97
HRPT_DEC
Esta es la segunda capa de estructura. Podemos observar que a partir de aquí la
estructura se empieza a complicar. Describiremos las funciones de cada uno.
1. Bloque UART: Este bloque tiene a su cargo la recepción de instrucciones desde
la PC y la transmisión de información a la misma por medio de 2 UART una
para transmisión y otra para recepción. Además controla los demás bloques
según la instrucción recibida.
2. Bloque GEN_HRPT: Este bloque es el encargado de simular la trama del satélite
generando un patrón de barras en la imagen visualizada. Esta es una manera de
probar el decodificador en forma offline .Su función es saber si se están
reconociendo de manera correcta los campos y si las tramas vienen
sincronizadas. Dicho generador está preparado para que envíe datos a la pc en la
tasa de bits correspondientes a la recepción en forma directa. También este
bloque está a cargo de interaccionar con la memoria SDRAM para la recepción
de los datos de la misma. En el caso de que un supuesto archivo de satélite ya
obtenido se carga a la memoria y este mismo lee dicha información para mostrar
su contenido. Este es un punto importante ya que tendría compatibilidad formal
con otros sistemas receptores de datos satelitales. Por último en el mismo se
encuentra el controlador de la memoria SDRAM ya que al ser dinámica debe
refrescarse.
3. Bloque MUX:Este bloque es el encargado de conmutar las líneas de DATA y
CLK dependiendo si son externas o internas provenientes de un equipo auxiliar
o de la memoria /generador. El control de si se usa memoria o generador
depende de la instrucción recibida por PC.
4. Bloque HRPT_DEC: Este bloque se encarga de recibir el dato interno bruto y
reconocer la cabecera para poder sincronizar la trama de datos y así de esta
manera tener sincronizada la pc con el decodificador y que los contadores
internos de la pc que reconozcan los datos lean realmente el dato
correspondiente a cada campo. Este es uno de los bloques mas importantes del
equipo. Además genera las señales de estado que se muestran en el display.
7.8.4 Capa 3
Este es el nivel más bajo de entidades de manera que la comprensión sea apreciable. Por
debajo de este nivel el sintetizador infiere las compuertas de manera complicada para su
graficación. Aunque los diagramas completos, códigos VHDL (lenguaje del
compilador)y circuitos inferidos pueden verse en los apéndices.
7.8.5 Bloque UART:
Consta de 3 bloques:
1. Una macro UART de transmisión compuesta por la UART de transmisión
propiamente dicha en conjunto con una memoria FIFO, cuya función es
amortiguar irregularidades de velocidad de transmisión.
Este bloque se encarga de transmitir datos provenientes de la señal HRPT
recibida o generada por la FPGA, hacia la PC, a través de la interfase USB.
2. Una macro UART de Recepción compuesta de manera similar a la anterior pero
en lugar de la memoria FIFO hemos colocado un registro de 8 bits. El dato
recibido de la PC es almacenado en el registro y se utiliza como control de las
líneas de la FPGA (cumple la función de un microcontrolador, pero de manera
más sencilla). Este sub-bloque controla a los multiplexores que seleccionan el
origen de las señales y la habilitación del generador HRPT.
3. Un bloque que genera los cambios de reloj necesarios para compatibilización de
enlace.
98
7.8.6 Bloque HRPT_GEN:
Consta de 2 bloques:
1. Un bloque genera el reloj de trama de recepción real a 665400 bps.
Suministrando así la tasa real al generador de barras.
2. El segundo bloque es el generador de la trama propiamente dicha incluyendo en
este el controlador de la SDRAM y sus circuitos correspondientes para además
leer desde la memoria.
7.8.7 Bloque MUX:
Consta de 2 bloques:
Ambos bloques son llaves digitales implementadas con compuertas. Así se puede
conmutar los datos y reloj externos con los datos y reloj generados de manera interna.
7.8.8 Bloque HRPT_DEC:
Este bloque puede verse de manera única y genera las señales de estado que manejan el
display BCD y seguimiento de control de trama para su sincronización. Transformando
los datos de 10bits a 8bits y pudiendo así llevarlo a la UART de transmisión.
7.9 Funcionamiento general del hardware
Una vez inicializado el sistema. Dependiendo de la instrucción enviada por la PC a
través de la placa USB y luego a la línea Rx. El bloque interno de control configura las
posiciones de los multiplexores, de manera que pongan en funcionamiento el generador
de patrón. La señal se transmite de manera serie, por el bloque HRPT_dec detectando
las cabeceras de trama y cada 3 palabras de 10 bits se cargan en 4 datos de 8 bits
dejando dos bits para operaciones futuras de corrección de paridad y chequeo de suma
por ejemplo. Los datos transformados de 8 bits son cargados a la UART de transmisión
y pasan a la PC por medio de la placa USB, para su posterior visualización en pantalla.
Los datos pueden estar cargados en la memoria SDRAM en un formato conocido como
el *.noa. Según el dato recibido de instrucción de la PC se puede conmutar el estado de
los multiplexores internos de la FPGA de manera que se anula el generador de patrón y
se activa la lectura desde la memoria RAM llevando dichos datos a la UART de
transmisión siguiendo el camino anterior, transmitiendo así la imagen guardada en la
memoria. Con un límite de 300 líneas aproximadamente. Esto está acorde a la capacidad
de memoria disponible en la plataforma (8MB).
Por último dependiendo del dato Rx recibido desde la PC se pueden procesar datos de
equipos auxiliares o simplemente obtener los datos del generador patrón de manera
aislada sin procesar.
8 Software
8.1 Introducción
La etapa de software desarrollada usa como programa plataforma, Borland Delphi v5.
Y además para la interfase entre bajo y alto nivel de programación (placa USB) los
driver gratuitos de la empresa FTDI que suministran el software para comunicar desde
la FPGA y la aplicación Delphi por medio de la interfase USB.
99
8.2 Descripción de las partes de software
El software consta de:
1. El driver del USB.
2. La aplicación en Delphi.
8.2.1 El driver USB
El driver que controla la placa USB es uno de los suministrados por la empresa FTDI de
distribución libre. Se instalan en la PC dependiendo del tipo de sistema operativo
cuando se inserta por primera ves el dispositivo USB, es decir, la máquina solicita la
ruta de acceso al driver, al darle la locación, se instala automáticamente. La carpeta se
llama “CDM 2.02.04 WHQL Certified”.
Como verificación de que los driver están instalados. En el menú INICIO=>panel de
control=>Rendimiento y mantenimiento=> SISTEMA=> Hardware=>Administrador de
Dispositivos debe verse en la parte controladores USB como muestra la imagen.
Así la máquina puede reconocer un nuevo dispositivo hardware y poder comunicarse
con él.
Figura 35
Una manera de explicar la forma de comunicación interna desde la placa USB y la
aplicación la podemos ver en la figura X donde pueden observarse las capas de
comunicación interna entre desde bajo nivel a alto nivel.
Figura 36
100
El driver cumple una función fundamental entre las clases específicas de las capas de
software y el controlador de la placa USB.
8.2.2 La aplicación en Delphi
8.2.2.1 Introducción
En esta parte mostraremos la manera en que se procesan al nivel de software los datos
entrantes desde el puerto USB.
8.2.2.2 Programa
El punto de entrada de nuestra aplicación son los datos recibidos desde el puerto USB.
Para acceder a los mismos empleamos un archivo de librería provisto por FTDI
(fabricantes del chip FT232BL), llamado FTD2XX.DLL.
Para utilizar las funciones contenidas en el mismo desde Delphi, el fabricante también
provee una unidad de Delphi llamada D2XXUnit.pas.
Este último se agrega a nuestro proyecto y se declara en la unidad principal con la
sentencia: uses D2XXUnit;
De esta forma ya pueden utilizarse las funciones declaradas en él, que nos permiten leer
y escribir datos al puerto USB.
Para comprender mejor la forma de utilizar estas funciones el fabricante provee un
archivo de ayuda llamado D2XXPG34.PDF.
Al encender nuestra aplicación, la misma inicialmente busca dispositivos conversores
USB-serie conectados. Si encuentra alguno lo informa en la barra de título de la
ventana, y habilita los botones de uso.
El botón Tx permite enviar comandos a la FPGA. Para esto envía los datos ingresados
en el cuadro de texto adyacente. En la sección de hardware están explicadas las líneas
de control existentes y los comandos que permiten setearlas o resetarlas.
Los botones Comenzar_Rx y Terminar_Rx permiten comenzar y terminar la recepción
de señal enviada por el puerto USB. La recepción también termina en forma automática
si se dejan de enviar datos desde la FPGA.
Mientras se reciben los datos, los mismos son guardados en el disco rígido sin ningún
tratamiento previo, como datos.txt.
Luego de terminada la recepción, el botón Guardar, permite guardar los datos obtenidos
en formato RAW, el cual consiste en datos de 16 bits, con los 6 bits más significativos
en cero y los 10 bits menos significativos conteniendo los datos recibidos.
El botón Ver_Imagen inicia un escaneo de los datos guardados en disco, extrae los datos
correspondientes a la imagen de cada uno de los canales, y visualiza la imagen del canal
seleccionado.
Otras operaciones realizadas por la aplicación consisten en verificar periódicamente la
existencia o no del conversor USB-serie, ya que el mismo puede ser desconectado en
cualquier momento de la PC por tratarse de un dispositivo USB. En caso de no
encontrarse lo informa en la barra de título y deshabilita los botones de operación. Para
realizar esto se utiliza uno de los Timers del sistema seteado en 100ms.
A continuación observamos imágenes obtenidas del generador de HRPT a partir del
generador de barras de grises y de una imagen guardada en la SDRAM. Observamos
que para el funcionamiento del generador de barras debemos enviar el comando 3 a la
FPGA, mientras que para el funcionamiento de la memoria SDRAM debemos enviar el
comando 7. Las imágenes observadas corresponden al sector superior izquierdo de la
101
imagen recibida, debido a que la resolución de pantalla en una PC no nos permite
observar los 2048 puntos.
102
8.2.2.3 Diagramas de flujo
103
104
105
Figura 37
106
8.2.2.4 Estructura de archivos
Una vez construido el programa ejecutable podemos recibir datos desde el exterior,
desde la memoria o desde el generador patrón dentro de la FPGA. Suponiendo que
primeramente usamos el generador de patrón. Recibimos una cierta cantidad de Bytes
libres, lo ideal es dejar correr el generador un tiempo superior al equivalente a 300 o
400 líneas, para poder ver una imagen completa. Aunque esto no tiene límites. Al
guardar estos datos en el disco rígido ya están disponibles de manera limpia para
acomodarse en cualquier tipo de extensión (*.raw,*.noa*.avhrr,etc). La manera en que
han sido guardados por defecto responde al formato *.raw.
Una característica de esta forma de guardado es que si usamos el archivo como
extensión *.noa, dicho archivo puede ser abierto por un programa comercial libre como
lo es el Freeview 10.1 de la empresa Geomatica. Compatibilizando la visualización con
lo existente en el mercado.
Otra manera de recibir los datos puede brindarse a través de un archivo *.raw procesado
con otro equipo y guardado previamente en la memoria SDRAM de la FPGA. Y así
poder procesar datos de otras aplicaciones. En este mecanismo el formato *.raw se
transforma a formato *.EXO24 para que pueda ser grabada en la memoria y luego que
pueda ser leída. Esta es otra manera de compatibilidad para procesar la señal a nivel 0 y
generar nuevos formatos. La única dificultad es la limitación de memoria de 8Mbytes
de la SDRAM de capacidad.
Por último pueden procesarse los datos en formato *.raw por medio de conexiones
externas al equipo(suministradas por la misma etapa de RF que lleva los datos a banda
base) y guardarse posteriormente en disco rígido. Esto trae la ventaja de guardar todos
los datos en tiempo real desde el exterior. Y reprocesarlos por soft en PC luego.
Respecto de equipos comerciales trae la ventaja de que no se quitan datos que
generalmente se descartan de la trama y podrían traer información útil para procesado.
Los equipos comerciales descartan información útil de otros sensores internos para
reducir la complejidad de procesado. De esta forma podemos observar toda la trama sin
pérdidas o simplificaciones.
Todos los archivos generados se guardan como datos.raw.
9 Ventajas/ Desventajas
Comenzando a hacer un balance general del proyecto citamos las siguientes ventajas y
desventajas.
9.1 Ventajas:





Compatibilidad con equipos y programas comerciales de procesamiento de
imágenes.
Estructura de datos de manera amena para interpretación. Pueden verse la cabeceras
de trama, y orden de campos internos.
Nivel de procesamiento de ingesta. O sea se puede construir estructuras por encima
de este nivel con cualquier software a partir de los archivos recibidos.
La tecnología FPGA es una herramienta fundamental para la escalabilidad del
equipo favoreciendo desarrollos futuros, y alta velocidad para tramas de ingesta mas
complejas, teniendo así una electrónica totalmente reconfigurable.
Al ser un diseño de nivel intermedio vincula de una forma entendible el hardware de
de ingesta y el programa de procesamiento.
107
9.2 Desventajas:


Obtención de la FPGA para el desarrollo. Esto vincula manejo de chips de alto nivel
produciendo dificultad de producción.
Las altas velocidades de procesamiento complican la puesta a punto y los testeo de
tramas.
9.3 Perspectiva futura
El proyecto desarrollado al haber sido la parte central de una estación terrena pueden
extenderse los desarrollos en la parte digital-procesamiento por software una ves
obtenido los archivos de ingesta. O extenderse hacia el lado de la antena completando
las etapas previas de radiofrecuencia, que tienen como finalidad recibir la señal de RF
de los distintos satélites y obtener las señales en banda base, que ingresarían al
decodificador. Otra de los desarrollos posibles es extender la aplicación de HRPT a
CHRPT con solo unas pequeñas modificaciones en el lenguaje VHDL construido y
aumentando la velocidad de la comunicación, que para el caso de la transmisión del
protocolo chino no sería inconveniente ya que es menor a 3 Mbps para nuestro
desarrollo.
Otro tipo de extensión es aumentar el tipo de servicio recibido por el satélite. Ya que
este tiene varios servicios y solo nos ocupamos del servicio de “radiodifusión”.
Por último una interesante extensión del proyecto vinculada a la parte de seguimiento
del satélite es la interpretación de los datos NORAD 2 (keplerianos).Estos datos son las
predicciones de órbita requeridos para el control de motores de azimut y altura. Aunque
matemáticamente hablando dicho estudio da la posibilidad de encontrar cualquier tipo
de dispositivo aéreo dentro de la bóveda celeste.
9.4 Producción masiva
La posibilidad de producción a gran escala está limitada prácticamente por la plataforma
estándar. Se debería diseñar una FPGA que contenga mínimamente además de la
pastilla propiamente dicha, el oscilador, la memoria SDRAM y el controlador USB
junto con una memoria Flash que tenga guardado el programa de configuración de
hardware de manera que no sea necesario programarlo a través del CPLD, haciendo uso
de las Xstools como en nuestro caso, sino que lea la configuración desde la flash. De
esta manera no habría dificultad ya que solo requiere un pequeño circuito sencillo con
compuertas que realice esta tarea. Debe tenerse en cuenta que por considerarse
dispositivos de muy alta escala de integración complejidad el diseño de PCBs debe ser
muy cuidadoso.
108
10 Conclusiones:
La posibilidad de trabajar con tecnología FPGA garantiza la reprogramabilidad de
circuitos sin perder dinero o poner a punto hardware de ensayo o pruebas constructivas,
ya que dispone de herramientas de simulación. La velocidad de programación es un
hecho a comparación de otros lenguajes.
Respecto de la programación para las aplicaciones de software hemos trabajado con las
plataformas Visual Basic y Delphi por tener una herramienta gráfica muy práctica.
Comprobamos en comparación que el procesamiento de Delphi es más rápido que
Visual Basic.
11 Referencias bibliográficas
Referencias bibliográficas y accesos web






Manual De los Satélites NOAA. NOAA_KLM_user_guide
Manual del satélite NOAA N: 111742main_noaa_n_booklet.pdf
Curso de comunicación vía satélite IJPS; de Iago Landesa Vazquez y Santiago
Pan Carneiro.Universidad de Vigo, España.
An introduction to amateur satellite de Emily Clarke
Mc Graw Hill Satellite Communications 3rd Edition
Publicación del satellite TIROS
Links visitados:
http://www.sat.dundee.ac.uk/formats.html
Dundee Satellite Receiving Station
http://www.pcigeomatics.com/products/freeview.html
PCI Geomatica
http://www.nsof.class.noaa.gov/release/index.htm Link de información y servicios de
NOAA
http://toolbox.xilinx.com/docsan/xilinx6/books/data/docs/cgn/cgn0001_1.html Guia de
generadores de núcleos para plataformas XILINX
http://myweb.tiscali.co.uk/wxsatellite/index.htm Página de Les Hamilton
http://www.ea1uro.com/meteosats.html satélites meteorológicos.
http://www.ncdc.noaa.gov/oa/rsad/ssmi/ssmi.html Centro de datos de NOAA
http://www2.ncdc.noaa.gov/docs/intro.htm NESDIS y NCDC
http://www2.ncdc.noaa.gov/docs/podug/index.htm NOAA Polar Orbiter User´s Guide
http://www.nsof.class.noaa.gov/saa/products/welcome NOAA CLASS
http://rsd.gsfc.nasa.gov/goes/text/goes.databook.html GOES IM databook
http://rsd.gsfc.nasa.gov/goes/text/goes.databookn.html GOES N databook
http://www.oso.noaa.gov/poesstatus/ estado de los satelites .
http://science.nasa.gov/temp/NOAA12Loc.html página de la NASA .
http://www.gisdevelopment.net/aars/acrs/1999/ps6/ps6211pf.htm abstract de NSMC y
CMA (CHINA)
http://www.gisdevelopment.net/index.htm GIS desarrollos espaciales
http://www.jma.go.jp/jma/jma-eng/satellite/mtsat1r/Basic_information_on_MTSAT1R_and_2.html agencia meteorológica de Japón
http://www.ftdichip.com/Documents/AppNotes.htm FTDI notas de aplicación.
109
http://www.eumetsat.int/Home/Main/Publications/Technical_and_Scientific_Document
ation/Reception_Station_Design_Documentation/SP_1124282726393?l=en
EUMETSAT
http://lettres-histoire.ac-rouen.fr/histgeo/fengyun.htm Link de NSMC para Feng yun
em francês.
http://www.fas.org/spp/guide/china/agency/nsmc.htm NSMC CHINA
http://www.david-taylor.myby.co.uk/ Página de David Taylor de U.K.
www.xilinx.com XILINX
www.xess.com XESS
www.usb.org Organización para desarrollos USB.
110
Apéndice A
Satélites y lanzamientos
111
Estado Actual:
Satélites militares-meteorológicos
112
Satélites GOES:
Europeos
113
Satélites dentro del IJPS
114
Apéndice B Diagrama de bloque de la estación terrena
115
Circuito Conversor/LNA/filtro pasabanda
116
Módulo Sintetizador
117
Sincronizador HRPT
118
Sincronizador CHRPT
119
Sincronizador de trama, Control e Interface USB
120
Diagrama interno general del receptor
121
APENDICE C: Circuitos impresos USB y esquemáticos
BUTTOM
TOP
122
Circuito Esquemático
123
APENDICE D : Circuito esquemático VHDL
Entidad General
124
125
126
127
128
129
130
APENDICE E: CARACTERISTICAS SENSORES NOAA N Y COMUNICACIÓN
131
132
133
134
Diagrama de bloque electrónico del AVHRR/3
135
AVHRR/3 Despiece
136
LISTA DE ACRONISMOS Y ABREVIACIONES
A/D
Analog/Digital
AC
Alternating Current
ACF
Albedo Correction Factor
ADACS
Attitude Determination and Control Subsystem
ADE
Array Drive Electronics
AELDS
Advanced Earth Location Data System
AFGWC
Air Force Global Weather Central
AFSCN
Air Force Satellite Control Network
AFTN
Aeronautical Fixed Telecommunications Network
AGC
Automatic Gain Control
AGS
Ascent Guidance Software
AIP
AMSU Information Processor
AKM
Apogee Kick Motor
AM
Amplitude Modulation
AMSAT
Radio Amateur Satellite Corporation
AMSU
Advanced Microwave Sounding Unit
AMSU-A
Advanced Microwave Sounding Unit-A
AMSU-B
Advanced Microwave Sounding Unit-B
APT
Automatic Picture Transmission
ARIA
Advanced Range Instrumented Aircraft
ARS
Archive Retrieval System
asc
ascending
ASCII
American Standard Coded Information Interchange
ASE
Available Solar Energy
ASR
Available Solar Radiation
ATN
Advanced TIROS-N
ATOVS
Advanced TIROS Operational Vertical Sounder
AVHRR/3
Advanced Very High Resolution Radiometer Version 3
BCA
Battery Charge Assembly
BIP
Band Interleaved by Pixel
BM
Brouwer Mean
bps
bits per second
137
BRDF
Bidirectional Reflectance Distribution Function
BRU
Battery Reconditioning Unit
BT
Brightness Temperature
BTX
Beacon Transmitter
C
Celsius
CAC
Climate Analysis Center
CCR
Cloud Cover Radiometer
CCS
Command and Control Subsystems
CCR
Contractor Change Request
CCT
Computer Compatible Tape
CCW
counter clockwise
CD
Coefficient of Drag
CDA
Command and Data Acquisition
CDEM
Continuous Dynode Electron Multiplier
CEMES
Centre d'Etudes de la Meteorologie Spatiale (France)
CEMSCS
Central EnvironMental Satellite Computer System
CGMS
Coordination Group for Meteorological Satellites
Ch
Channel
CIU
Control Interface Unit
cm
centimeter
CMMD VER
Command Verification
CNES
Centre National D'Etudes Spatiales (France)
CODATA
Committee on Data for Science and Technology (International Council for
Science)
CPC
Controls Power Converter
CPIDS
Calibration Parameters Input Data Sets
CSP
Calibration Start Pulse
CU
Control Unit
CW
Clockwise
D/A
Digital/Analog
DACS
Data Acquisition And Control Subsystems
DAU
Decryption Authentication Unit
dB
decibel
dBm
decibels per milliwatt
138
dBW
decibels referenced to a watt
DC
Direct Current
DCS/2
Data Collection System/2
desc
descending
DHS
Data Handling Subsystem
DIGB
Digital “B”
DMSP
Defense Meteorological Satellite Program
DOD
Department of Defense
DPD
DCS/SAR Processor Diplexer
DPSS
Data Processing and Services Subsystem
DPU
Data Processing Unit
DR
Data Record
DRU
Data Recovery Unit
DSB
Direct Sounder Broadcast
DSN
Digital Signal (level) N
DTR
Data Transfer Rate
EAA
Equal Areas/Equal Aspect
EBCDIC
Extended Binary Coded Decimal Interchange Code
ECAL
Electronic Calibration
ECF
Earth Centered Fixed [coordinate system]
EDR
Environmental Data Record
ELM
Electronics Module
ELT
Emergency Locator Transmitters
EMI
ElectroMagnetic Interference
EOF
End of File
EPIRB
Emergency Position Indicating Radio Beacon (located by SARSAT)
ERBE
Earth Radiation Budget Experiment
ESA
Earth Sensor Assembly
ElectroStatic Analyzers
ESM
Equipment Support Module
ETSR
extraterrestrial solar spectral irradiance
EU
Electronic Unit
Engineering Units
EUMETSAT
European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites
139
eV
electron volts
FGGE
First GARP Global Experiment
FIFO
First In First Out
FM
Frequency Modulation
FNMOC
Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Center (NAVY)
FOV
Field of View
FTP
File Transfer Protocol
FW
Filter Wheel
FWHM
Full Width at Half Maximum
GAC
Global Area Coverage
GARP
Global Atmospheric Research Program
GCMD
Global Change Master Directory
GDO
Gunn Diode Oscillator
GHA
Greenwich Hour Angle
GHz
GigaHertz
GMS
Geostationary Meteorological Satellite (Japan)
GOES
Geostationary Operational Environmental Satellite
GTS
Global Telecommunications Service
GUI
Graphical User Interface
HIF
Historical Instrument File
HIRS/3
High Resolution Infrared Radiation Sounder Version 3
HRPT
High Resolution Picture Transmission
HTML
Hyper Text Markup Language
HV
High Voltage
HVPS
High Voltage Power Supply
Hz
Hertz
I/O
Input/Output
ICE
Inductosyn Control Electronics
ICT
Internal Cold Target
IF
Intermediate Frequency
IFC
In-Flight Calibration
IFOV
Instantaneous Field of View
IMP
Instrument Mounting Platform
IMS
Ice Mapping System
140
IMU
Inertial Measurement Unit
in
inch
IPD
Information Processing Division
IR
InfraRed
IRR
InterRange Ratio
ITT-A/CD
International Telephone and Telegraph - Aerospace/Communications
Division
IWT
Internal Warm Target
JIC
Joint Ice Center
K
Kelvin
Ka
kilo amperes
kbps
kilobits per second
keV
kilo electron volts
kg
kilograms
kHz
kilo Hertz
km
kilometer
kpps
kilo pulses per second
KWBC
National Weather Service Telecommunications Gateway
LAC
Local Area Coverage
lbs
pounds
LED
Light Emitting Diode
LIFO
Last In First Out
LOS
Line of Sight
Loss of Signal
LRC
Longitude Rotation Convention
LS
level sensor
LSB
Least Significant Bit
LSP
Least Significant Portion
LST
Local Solar Time
LUT
Local User Terminals
LVPS
Low Voltage Power Supply
LW
LongWave
MASS
Microwave and Antenna Subsystem
max
maximum
141
mb
millibars
Mbps
Megabits per second
MDD
Meteorological Data Distribution
MDE
Motor Drive Electronics
MEPED
Medium Energy Proton and Electron Detector
MeV
Mega electron volt
MFP
Major Frame Pulse
MHz
Mega Hertz
mi
mile
MIRP
Manipulated Information Rate Processor
mm
millimeter
mps
meters per second
mr
milliradian
MSB
Most Significant Bit
µsec
microsecond
MSP
Most Significant Portion
MSU
Microwave Sounding Unit
MTF
Modulation Transfer Function
mux
multiplexer
MW
microwave
N/A
Not Available
NASA
National Aeronautics and Space Administration
NCDC
National Climatic Data Center
NCEP
National Center for Environmental Prediction
NE∆N
Noise Equivalent Radiance
NE∆T
Noise Equivalent Delta Temperature
NESDIS
National Environmental Satellite, Data and Information Services
NH
Northern Hemisphere
NIC
National Ice Center
NIST
National Institute of Standards and Technology
nm
nanometers
NMC
National Meteorological Center
NOAA
National Oceanic and Atmospheric Administration
142
NOAASIS
NOAA Satellite Information System
NODC
National Oceanographic Data Center
NOHRSC
National Operational Hydrologic Remote Sensing Center
NORAD
North American Air Defense Command (currently USSC)
NRZ-L
Non-return to zero level
NRZ
Non-return to zero
NWS
National Weather Service
OIG
Orbital Interest Group
OLR
Outgoing Longwave Radiation
OOPS
Operational Ozone Product System
ORA
Office of Research and Applications (NOAA/NESDIS)
OSDPD
Office of Satellite Data Processing and Distribution (NOAA/NESDIS)
OT
Optical Thickness
PACS
Polar Acquisition and Control Subsystem
PC37DF
Primary Component 37 Day File
PCB
Printed Circuit Board
PDPS
Polar Data Processing System
PEU
Processing Electronics Unit
PH37DF
Primary Histogram 37 Day File
PHD
Pulse Height Discriminators
PLLO
phase locked loop oscillators
PM
Phase Modulated
PMF
Product Master File
PMT
Photo Multiplier Tube
PMW
Position Mode Wavelength
PN
pseudo noise
POES
Polar-orbiting Operational Environmental Satellites
Pps
pulses per second
PROM
Programmable Read-Only Memory
PRT
Platinum Resistance Thermometers
PSB
Product Systems Branch
PSE
Power Supply Electronics
PSG
Polar Stereographic
PSU
Power Supply Unit
143
PWR
Power
QC
Quality Control
RAM
Random Access Memory
RAOB
radiosonde observation
RBPGS
Radiation Budget Product Generation System
RCE
Reaction Control Equipment
RCS
Reaction Control System
REF
Reference
RF
Radio Frequency
RFI
Radio Frequency Interference
rms, RMS
root mean square
ROM
Read Only Memory
rpm
revolutions per minute
RPU
Receiving and Power Unit
RSS
Reaction Support Structure
RTOVS
Revised TIROS Operational Vertical Sounder
RTTY
Radio-Teletype
RWA
Reaction Wheel Assemblies
RWM
Read Write Memory
s/c
spacecraft
S/N
Signal to noise ratio
SA
Solar Array
SAA
Satellite Active Archive
Solar
Azimuth Angle
SAD
Solar Array Drive
SAR
Search And Rescue
SARP-2
Search and Rescue Processor
SARR
Search and Rescue Repeater
SARSAT
Search And Rescue Satellite Aided Tracking
SATCU
Solar Array Telemetry Commutator Unit
SBA
Spin Bearing Assembly
SBUV/2
Solar Backscatter Ultraviolet Version 2
SCF
Satellite Control Facility (USAF)
SDEV
Standard deviation
144
SDR
Sensor Data Record
SEA
Solar Elevation Angle
sec
second
SEC
Space Environment Center
SEM-2
Space Environment Monitor Version 2
SGP4
Simplified General Perturbation
SH
Southern Hemisphere
SLA
Search and Rescue L-Band Antenna
SM
Sensor Module
SMSO
Sweep Mode Solar Observations
SOA
S-Band Omni Antenna
SOCC
Satellite Operations Control Center
SPN
Shared Processing Network
SPU
Signal Processing Unit
Sr
steradian
SRA SAR
Receiver Antenna
SSB
Satellite Services Branch (NCDC)
SSBUV
Space Shuttle SBUV
SSD
Satellite Services Division
Solid State Detector
SSM/T2
Special Sensor Microwave/Water Vapor Profiler
SSM/T
Special Sensor Microwave/Temperature
SSM/I
Special Sensor Microwave/Imager
SSP
Sub-Satellite Point
SST
Sea Surface Temperature
SSU
Stratospheric Sounding Unit
STU
Scan Timing Unit
Standard Time Unit
STX
Station Transmission Assembly
SUBCOM
subcommutator
SW
Short Wave
SZA
Solar Zenith Angle
T/V
Thermal/Vacuum
TBD
To Be Determined
145
TBUS
TIROS Bulletin United States
TCE
Thermal Control Electronics
TCS
Thermal Control Systems
TDR
Temperature Data Record
TED
Total Energy Detector
TIP
TIROS Information Processor
TIROS
Television Infrared Observation Satellite
TLE
Two-line Elements
TLM
Telemetry
TOVS
TIROS Operational Vertical Sounder
TU
Transport Units
UDA
UHF Data collection system Antenna
UEF
User Ephemeris File
UHF
Ultra High Frequency
URL
Uniform Resource Locator
USAF
United States Air Force
USO
Ultra Stable Oscillator
USSC
U.S. Space Command (formerly NORAD)
UTC
Coordinated Universal Time (same as GMT)
UV
UltraViolet
V/C
Vector Control
V
volt
VAFB/WR
Vandenberg Air Force Base / Western Range
VCO
Voltage Controlled Oscillator
VDC
volts DC
VHF
Very High Frequency
VHRR
Very High Resolution Radiometer
VIS
visible
VPD
Vacuum Photo Diode
VRA
VHF real-time antenna
VS
Variable block Span (IBM)
VTF
Vacuum Test Fixture
VTX
VHF real-time transmitter
W
watts
146
WEFAX
Weather Facsimile (from meteorological satellites)
WLC
Wavelength Calibration
WMO
World Meteorological Organization
WR
Western Range
147