Resumen

Los satélites polares de observación medio ambiental (NPOES) tienen una larga tradición, que se remonta a la década del 1960 cuando se inició la observación de la Tierra con fines meteorológicos y medioambientales. Estos satélites son más conocidos por sus grandes aportes en la meteorología desde 1979 a partir del NOAA-6 fue incorporado un instrumento denominado SEM/TED (y posteriormente SEM/MEPED) para la medición del clima espacial y el flujo de partículas energéticas (protones y electrones) en la órbita de operación de dichos satélites, comprendida sobre los 850km aproximadamente. La recepción directa, en tiempo real, de los datos obtenidos por dicho instrumento mediante estaciones de pequeño formato y de aficionados constituía un reto debido a la tecnología de la época y las características del sistema de emisión y codificación. Con el auge de las técnicas de Radio Definida por Software (SDR), la posibilidad para decodificar y procesar en condiciones mínimas ha facilitado la recepción de estas y otras señales de interés. Se presentan dos aplicaciones de software desarrolladas por el autor; la primera con el objetivo de recibir la señal de la baliza VHF de los satélites NPOES de la NOAA y la segunda encargada de extraerla información de los instrumentos SEM/MEPED para su posterior análisis. Se emplea para ello un script basado en GNU Radio con la inclusión de bloques personalizados y una variante alternativa y superior a la empleada por otros autores que han incursionado en la obtención de datos similares. Como sistema SDR front end fue empleado una tarjeta RTL-SDR lo cual permite una buena confiabilidad y rendimiento con un costo económico mínimo. Varias muestras de los datos obtenidos de dichos satélites en múltiples órbitas son presentadas a consideración, mostrando las variaciones del estado del tiempo espacial y de los niveles de radiación en órbita baja durante diversos escenarios, desde estado calmo hasta tormentas geomagnéticas acontecidas recientemente. La aplicación de este método de recepción permite la construcción y operación de estaciones receptoras de estos datos con muy pocos recursos materiales facilitando la realización de observaciones de calidad y en tiempo real sin necesidad de incurrir en gastos excesivos. Al no depender de una conexión de Internet es posible trabajar de forma autónoma e independiente en cualquier escenario, lo cual es de suma importancia para el monitoreo del tiempo espacial y sus impactos en las comunicaciones y los sistemas de posicionamiento global durante situaciones excepcionales como grandes desastres naturales, cuando las comunicaciones juegan un papel fundamental, especialmente en un país insular como es Cuba que es afectada por ciclones y huracanas con regularidad.

Direct reception of the SEM / MEPED instruments for the monitoring of the magnetosphere in low polar orbit

Abstract

Polar Environmental Observing Satellites (NPOES) have a long tradition, dating back to the 1960s when Earth observation for meteorological and environmental purposes began. These satellites are best known for their great contributions to meteorology. Since 1979, starting with NOAA-6, an instrument called SEM/TED (and later SEM/MEPED) was incorporated to measure space weather and the flow of energetic particles (protons and electrons) in the operating orbit of said satellites, comprised of approximately 850km. The direct reception, in real time, of the data obtained by said instrument through small-format and amateur stations was a challenge due to the technology of the time and the characteristics of the emission and encoding system. With the rise of Software Defined Radio (SDR) techniques, the possibility of decoding and processing in minimal conditions has facilitated the reception of these and other signals of interest. wo software applications developed by the author are presented; the first with the objective of receiving the signal from the VHF beacon of the NOAA NPOES satellites and the second in charge of extracting the information from the SEM/MEPED instruments for its subsequent analysis For this, a script based on GNU Radio is used with the inclusion of custom blocks and an alternative and superior variant to the one used by other authors who have ventured into obtaining similar data. As a front end SDR system, an RTL-SDR card was used, which allows good reliability and performance with a minimum economic cost. Several samples of the data obtained from such satellites in multiple orbits are presented for consideration, showing variations in space weather and low-orbit radiation levels during various scenarios, from calm state to recent geomagnetic storms.The application of this reception method allows the construction and operation of receiving stations for these data with very few material resources, facilitating the performance of quality observations in real time without the need to incur excessive expenses. By not depending on an Internet connection, it is possible to work autonomously and independently in any scenario, which is extremely important for monitoring space weather and its impacts on communications and global positioning systems during exceptional situations such as major disasters. natural, when communications play a fundamental role, especially in an insular country like Cuba that is regularly affected by cyclones and hurricanes.