Published: 1. 3. 2015   Category: Meteorological satellites

EUMETCast přes DVB-S2

Tento text je pokračováním a aktualizací článku Digitální příjem družicových snímků z roku 2006. Tehdy jsem se začal zabývat příjmem meteorologických dat z nejrůznějších družic a uživatelům distribuovaným přes klasický televizní transpondér systémem EUMETCast.

EUMETCast totiž přešel rokem 2015 do další fáze a je nutné zaměřit parabolu na transpondér Eutelsat 10A na pozici 10°E a upgrade přijímacího hardware pro DVB-S2, který podporuje modulaci 8PSK, 16PSK a VCM (Variable Coding and Modulation). Díky VCM se pak může na jedné nosné střídat víc typů modulací. Oproti první generaci DVB-S, dvojka zvýšila maximální přenosovou rychlost z 38 Mbit/s na až 49 MBit/s, místo Readova-Solomonova kódování je použito LDPC (low density parity check) a BCH (Bose-Chadhiry-Hocquenghem) na linkové vrstě je podporováno několik typů datových proudů. DVB-S2 je také náročnější, co se týká parametrů poměr nosná/šum (C/N), takže pro příjem 16APSK v pásmu Ku je doporučená offsetová parabola 120 cm, pro 8PSK stačí 85 cm (předpokládám, že v našich zeměpisné poloze bude stačit menší talíř i pro 16PSK). Stávající hardwarový klíč (EKU) pro přístup k datům zůstává původní.

Na začátku roku 2015 je ale zatím použita jen základní modulace 8PSK na které běží ty stejné základní služby, co na starém EUMETCastu a na 16PSK běží v testovacím provozu distribuce dat RETIM poskytovaných Météo-France. Předpokládám, že EUMETSAT využije kapacitu kanálu hlavně s nástupem Meteosatů třetí generace.

Asi nejméně příjemnou zprávou je, že doporučované přijímače jsou mnohem dražší než původní doporučovaná PCI karta Skystar2 od TechniSatu, kterou jsem pořizoval v roce 2005 asi za 1700 Kč. Takže jsem pozastavil svojí soukromou stanici a nechal běžet pouze stanici na Strahovských kolejích, provozovanou klubem Silicon Hill, který zafinancoval nákup přijímače Ayecka SR1 za 434 EUR. (Pro srovnání externí Novra S300E/N stojí 535 EUR, pro Newtec MDM6000 raději poskytnou cenu jen na dotaz, interní karta do PCI Pro Omicom 16/32 PSK je za cca $250 a za podobnou cenu je i TBS 6925/6983.)

Ayecka SR-1 v plné kráse: o demodulaci DVB-S2 se stará STV0900A, řídící logiku obstarává FPGA obvod Altera Cyclone IV, 88E6171R je gigabitové síťové rozhraní. Obvody dost topí, takže hliníková krabička příjemně hřeje :)


Přijímač musí být DVB-S2/MPE/VCM kompatibilní a ne všechny, kde výrobce udává podporu musí zaručeně fungovat. Požadavky jsou:

Interní vs. externí přijímače DVB-S2

Interní karty jsou většinou pro PCI-Express nebo USB 3.0, po jejich instalaci se v operačním systému mohou tvářit jako fyzické síťové rozhraní, pro které se pak pro data jednotlivých služeb definovaných PID (Packet ID), IP adresou vytvoří virtuální síťová rozhraní a ta se spojí dohromady do jednoho multicast proudu pomocí SMCRoute. EUMETSat poskytuje skripty, které usnadní konfiguraci, ty jsem ovšem nepoužíval a vytvořil si vlastní, viz. Meteosat station in GNU/Linux. Z IP adresy smcroute pak přijímací program Tellicast ukládá na disk.

U externího přijímače se přes ovládací rozhraní, to může být po síti nebo USB/seriový port provede konfigurace PID a na síťovém portu začne běžet multicast. Ext. boxy mají většinou gigabitový ethernet, přes který denně, v tuto chvíli, přichází asi 100 gigabajtů dat. Protože první pokusy zatím provádím doma v obýváku velice rychle jsem zjistil, že multicast dokáže totálně zahltit domácí router, takže jsem SR1 připojil kříženým kabelem RJ45 přímo do gigabitové ethernet karty serveru a do volného PCI slotu hodil stařičkou RTL3129, abych se měl k datům jak dostat. Protože oficiální návod, který EUMETSAT poskytuje je laděný převážně pro uživatele Windows svoje linuxové zkušenosti jsem shrnul na stránce EUMETCast with Ayecka SR1 in GNU/Linux.

Meteodata

Jak jsem zmínil na začátku jsou dostupná data z vícero družic, které vysílají své signály primárním stanicím a po jejich primárním zpracování pak putují přes Eutelsat 10A uživatelům. EUMETSAT provozuje primární stanici poblíž Usingenu, severně od Frankfurtu a pro sběr dat družic obíhajících na na nízké orbitální dráze.

Přehled dat, které EUMETSAT zpřístupňuje najdete v Product Navigaru a doporučuji také sledovat POLAR APT, DIGITAL and GEOSTATIONARY WEEKLY STATUS (stránky EUMETSATu mi nepřipadají moc přehledné a doklikat se ke statusu nějakého satelitu může být dost úmorná práce).

Pro mě osobně mají největší kouzlo snímky z geostacionárních družic, které jsou uložené pomocí digitální waveletové transformace (DWT) a je možné je dekódovat knihovnou PublicDecompWT, případně použit hotový software např. xrit2pic:

Příklad kombinací vybraných kanálů snímače SEVIRI z MSG-3, po kliknutí na obrázek se zobrazí snímek v originálním rozlišení.

Kombinace RGB IR_016, VIS008, VIS006 se blíží viditelnému spektru, ale protože červená barva je z blízkého infračervenému kanálu, pak oblačnost a sníh je více sbarven do modra.
Tady je barevná kombinace zkombinovaná s jasovou složkou z HRV kanálu, díky tomu se obarví kanál s rozlišením 1 km/pixel a protože je lidské oko méně citlivé na barvy než na jas výsledek vypadá velice dobře.

Zobrazení masy vzduchu, zeleně je vyznačena teplá fronta, modře studená fronta a tmavě červená značí tryskové proudění.
Kombinace kanálů pro zobrazení konvektivních bouří (česky pořádnej slejvák a možná i kroupy), ty jsou na snímku zbarvené žlutě.

I ostatní data by se dala rozebrat do detailu, ale ty už pro mě nejsou tak zajímavé. Obrazově laděné jsou především data ze snímačů AVHRR z družic na nízké orbitální dráze MetOp a NOAA, které normálně vysílají HRPT na 1.7 GHz a je nutné mít počítačem řízený rotátor pro natáčení antény při přelety družice (to ale primární stanice pořeší za vás a pohodlně pošlou EUMETCastem a navíc jsou i na místech mimo váš dosah). LEO data mi ovšem nepřipadají tak hezká jako snímky z geostacionárních družic, oblety nejsou tak časté, vlivem zakřivením země je pás viděný družicí po stranách deformovaný. Pro lepší vizualizaci je pak nutné snímky transformovat do mapové projekce pro to určeným software.

Se zbytkem už nemám zkušenosti vůbec žádné zkušenosti, tyhle data jsou určená profesionálům a většinou nejsou typu kouknu a vidím, ale vyžadují další post-procesing. Obsahují naměřená data s parametry atmosféry typu teplota, vlhkost, vektory pohybu vzduchu. Družice sledují i moře, např. rozptyl chlorofylu. Hodně nasbíraných dat se věnuje i detekci rozsáhlých požárů. Většina těchto dat používá nějaký vlastní otevřený formát nebo HDF.

Použité zkratky

Dokumentace okolo telekomunikačních technologií obvykle hýří spoustou hodněpísmenných zkratek a nejinak je tomu i v případě družic, jejich snímačů, zainteresovaných institucí a meteorologie. Dal jsem dohromady následující seznam pro jejich okamžité připomenutí a snadnější vygůglení.