SDR 手指活用法 — 接收天文台高空氣象觀測氣球數據

 

 

編者按: 天文台已轉用新一代探空儀系統，本文部份內容不再適用。請參考 2017 年 4 月文章: 天文台新一代探空儀 RS41-SGP 訊號接收實驗。

 

天文台網頁圖片

前言

前陣子有關接收民航機識別碼的文章反應很好。文章有幾多人睇，我係後台的管理平台可知道。但睇完唔等於喜歡，喜歡與否則靠大家有否按底下的share，like 等button去估。所以喜歡的請不要吝嗇，按一下你prefer的分享按掣。

 

監聽《風雲》

食住前文個勢，本想跟著介紹功能相若，用於船隻的AIS 識別碼的接收方法與測試，不過跟著就發生南韓大海難，真係大吉利事。那暫且hold住，講的本地少人講，又幾有趣的訊號接收。大氣電波咁多訊號，點會無野講。

今次講天文台高空氣象觀測氣球數據接收。

土生土長的朋友，不論是小學的教育電視，科學堂或天文台的參觀活動；都會被告知天文台會放氣球去量度大氣的各種物理數據，從中作為天氣預測的參考。盡管近年各國氣像衛星已很普及應用，經Internet又可互相交換資料。但這傳統的數據搜集方法還是每天進行。

要知道如何接收放波仔的數據，需以下資料：

• 接收頻率
• When
• 訊號是那種制式，有否加密，如何解碼

天文台對此的簡介，只有簡單一頁:

http://www.hko.gov.hk/wservice/tsheet/uametc.htm

當中的圖9對我的線索最重要。

 

圖9，天文台網頁圖片

 

有圖有真相，見到個探空儀放在那件類似 Programmer 的儀器中。在網上按圖索驥，終於知道是 Vaisala 的 RS92- SGP。

大圖(網上圖片)

 

各 sensor，天線圖(網上圖片)

 

You tube有詳細的解剖影片：

https://www.youtube.com/watch?v=xSxtwuTS5hw

 

而整個系統的操作方法如下:

網上圖片

簡單來說，該探空儀在上天前會在那個 programmer 設定發射頻率(範圍403 -406MHz)，並對各 sensor 作準確度的調較。有趣的是那個電池組，是用水去activate的。

那風速，風向是怎樣量度的。全靠那個GPS，我理解的是如一切靜止狀態下，氦氣球只會向上升至爆破為止。而這情況當然不會發生，風帶動氣球轉向，知道氣球的位置，那就知相關數據。請留意，探空儀傳回的是接收到的GPS衛星訊號的Raw Data，需地面站的程式處理才可得出經緯度。

而網上資料顯示，data的調制方式是GFSK，2400bps。一個氣球的旅程大約2–4小時。

那頻率範圍是403–406MHz。需知確實頻道才可接收。一個文明開放的社會，政府的透明度要高，kept的secret 要少。香港這方面尚算ok。

查一下OFCA的頻道表：

白紙黑字寫明402 -406是Radiosonde用途。而該探空儀是403 -406 操作的。這只能從403試起。

大概所需資料已掌握：

• 頻率:403MHz – 406MHz
• When : 朝8晚8 (請看下文。否則這世也不會收到…)
• 訊號可解，軟件為 SondeMonitor (21日無鎖試用)

 

實戰測試

接收所需的軟件的設定，重點參考了下文:

http://www.rtl-sdr.com/receiving-weather-balloon-data-with-rtl-sdr/

請花點時間看一下，尤其是聲音 feed 到 SondeMonitor 的設定。

另我不是做反譯的，如直譯完人家的文章就 ok，這世界就很美好了。所以還請看下文。

 

(Day 1)

地點一向是 homebase 附近的球場。Day 1 的目的主要如下:

• 配備全頻接收機，確認頻道。需先設為收NFM
• SDR，同前文的一樣。用以測試一下能否收到足夠強度的訊號。這次配的不再是前文的伸縮天線，用adaptor 轉到Ham 用的Dual band 天線。
• 預算所需時間，Notebook 電池續航能力有限。佢飛到2–4小時，我唔得。

下午約六時半到達現場，選個靚位，時間尚早；只開TH-F7 的全頻接收功能。調到403MHz，NFM。跟住用tab上下網，反正是免費WiFi。到了約7:19pm， TH-F7 傳來很強，連續的嘩嘩聲。嘩，唔係呀話，天文台個網話8pm，早咁多。馬上開Notebook，set手指。

 

留意一點，我用的SDR不是儀器級的。內裡的crystal是平價的HC-49 貨色。操作一久，手指微暖後會影響精度。所以，在403MHz附近見到個peak，整個括住就是你所需的訊號了。不要一成不變只顧輸入403,000,000 Hz。實測時，我的手指顯示是在402.8 – 402.9 中徘徊。

這晚的監聽時間記錄:

7:19pm 開始有訊號

7:51pm 訊號開始衰減

7:56pm TH-F7 訊號開始有明顯break

8:00pm TH-F7 訊號break 得好嚴重

8:08pm TH-F7 基本上不再收到訊號

8:25pm 電腦顯示訊號電平頗弱，反正都感受了個多小時，電池將盡，執野散水走人

Day 1 感覺很順利，做就了Day 2 的痛苦…

 

Day 2

下午，安裝SondeMonitor。

留意，將speaker音頻轉到成一個音頻訊號源的方法，即Windows Stereo mix，VB-cable。Windows Stereo mix 在我的Desktop 是有的，但Notebook就沒有。花了一點也沒辦法，也沒新的driver可用。唯有用VB-cable。

原文指示，VB-cable output 需設為 2 channel，16bit，48000Hz (DVD Quality) ，這個先跟指示設好。留意下文。

我不用SDR#的，所以我bypass了該設定。

裝好，設好後。要試一下音頻是否成功 route 到 SondeMonitor。時間關係，我將原文的demo音軌轉成mp3了。請到右欄SDR，Weather Balloon Signal下載。

用media player 播放該mp3。進入SondeMonitor。選Options = > Audio =>選Cable Output (VB- Audio Visual )

按開始掣，稍等約幾秒，讓軟件分析訊號，應可見到心電圖。

 

試到這裡，預備工作接近尾聲。先下載美國海岸防衛隊的星曆檔 (.al3 ) 備用。

到 Tools = > GPS arm，跟下圖輸入京士柏氣象站的坐標，後按ok (不要按apply ) 。她會彈出dialog box，問星曆檔位置，選好file位置後即可。如出現error 訊息，暫可不理。

京士柏氣象站的設定

到 Options=>Home Location，輸入你的位置座標。

如 onsite 想玩埋地圖顯示，請也預先安裝Google Earth。

 

Day 2實戰

傍晚時段到老地方開壇，直到這一刻，事件仍是很美好的。正所謂Everything is under control嘛。

7:15 pm開定電腦，約7:20pm TH-F7 開始傳來嘩嘩聲。嗯，但今晚一開始就好 break。不祥先兆。

開著 SDR 軟件，調到 NFM mode，傳來相同的聲音。接著打開 SondeMonitor。音頻 source 調到 VB-cable。但SondeMonitor 心電圖靜如深海。慘，下午的演習作用似乎不大。

時間一分一分鐘過去，沒有任何進展。唯有將先前那個 mp3再播再試。SondeMonitor 是有心電圖的。証明 Audio 條路是正常。將 SDR 內 403MHz 的覆蓋範圍擴大。SondeMonitor 終於也顯示出心電圖了。但底下的 bar 長期紅色，即不能解碼。無計可施，換了另一個 SDR 軟件，情況不變。

有些SDR軟件，spectrum顯示是不明顯的。

心想，莫非 SDR # 不可。時間己經去到 8:02pm，Notebook 電池只可捱多約半小時。失敗邊沿，使出最後一招，將 VB-cable 的 sample rate set到最大的24bits，96000Hz。

 

即時搞掂，SondeMonitor 底下的bar 開始展現綠色。

數據開始展現:

 

除了電池限制，氣球越飛越遠也是一個問題。馬上進行地圖顯示實驗。

再到 Tools = > GPS arm，ensure預裝的京土柏 data 仍在，按 ok。選星曆檔。這次應沒有錯誤訊息。到 Program F iles (x86 ) \COAA\SondeMonitor\， double click google_sonde.kml，會自動開啟 Google Earth。

飛了約一小時，還在萬宜水庫對出的天空

留意，由於個 google_sonde.kml 是不停更新，所以 google earth會不停 refresh。這個導致了我個 google earth不停閃，這可能和 notebook 的 CPU 能力不足有關。

即將彈盡糧絕，再cap幾張data圖為這次實驗劃上句號。

這些 data，找回中學的地理老師解，可能佢都要 google 完才答到你

 

總結

飛機訊號，氣球資料；表面上看和業餘無線電沒有任何關係。但在開放，自由的國度，業餘無線電總是由聆聽開始。這是我和很多人的經歷。

一些地方，青少年去參予業餘無線電活動，可能會加分，對升學有幫助。那是交易，兩者是不同的。

Again，今次接收的也是Raw Data，點樣用，如何用，還看你的創意。