Réception d'images satellites

En fabriquant une antenne plus grande que celle pour les avions mais tout aussi simple, il est possible de recevoir des images de satellites de météo de type NOAA.

Coté logiciel, je me suis inspiré très fortement de ce tutoriel et j'ai modifié quelques scripts afin de les fiabiliser et de les rendre lisible.

Je les ai installés sur mon Raspberry Pi qui retourne dans le jardin dans une nouvelle boite. Celle ci est moins discrète que la caméra sur la mangeoire d'oiseau mais plus fonctionnelle et facile en terme de maintenance.

Image NOAA 18

Pour commencer, il faut avoir un Raspberry Pi toujours à l'heure. Une alternative à l'installation d'une horloge matérielle est d'utiliser un client de synchronisation de l'heure via internet :

sudo apt install -y ntp

Vérifier l'heure du pi :

date

Sur le mien, le fuseau horaire était celui de Londres :

date
Sun 31 May 2020 09:16:29 AM BST

Reconfigurer le paquet tzdata pour le changer :

sudo dpkg-reconfigure tzdata

Pour la suite, il faut suivre le tutoriel sur le site "instructables" mais en ajustant plusieurs éléments que voici :

  • installer les paquets suivants en plus de ceux listés :
    sudo apt install -y git predict-gsat libusb-1.0-0-dev libxft2 cmake sox at 
  • l'url de téléchargement de wxtoimg a changé :
    wget https://www.wxtoimgrestored.xyz/beta/wxtoimg-armhf-2.11.2-beta.deb
    sudo dpkg -i wxtoimg-armhf-2.11.2-beta.deb

Le résultat d'une passe se trouvera dans ~/weather dans un dossier de la forme : AAAA-MM-JJ_HH-MM_satellite_elevation. (Exemple : 2020-11-01_08-57_NOAA19_30) contenant :

  • l'enregistrement audio
  • le ficher des heures de passages des satellites de la journée
  • les images infrarouge, des précipitations, thermiques etc… issues de l'enregistrement

Pour fabriquer l'antenne, j'ai opté pour l'achat d'un kit RTL-SDR Blog V3 contenant une clé USB à base de RTL2832 survitaminée (boitier en aluminium pour le refroidissement, quartz compensé etc…) ainsi qu'un ensemble d'antennes rétractables accompagnés de supports pour les fixer sur différents surfaces.

Kit RTL-SDR Blog V3

Cet article décrit une mise en oeuvre simple, c'est ce qui m'a donné l'envie d'essayer. L'antenne est composée de 2 brins ouverts de 120° mesurant 53.4 cm environ chacun orientée plein sud. Elle doit être installée le plus haut possible en zone habitée afin que la réception soit le moins perturbée possible.

Schéma de l'antenne

J'ai imprimé en 3d un premier modèle (supprimé de thingiverse aujourd'hui) utilisant les antennes rétractables, j'ai monté l'ensemble au bout de tube PVC de 80 mm de diamètre à 3 mètres du sol pour être le plus haut possible afin d'être moins gêné par les murs des maisons. J'ai utilisé un support de parasol rempli d'eau pour maintenir l'ensemble à la verticale. Le Raspberry Pi est posé dans l'herbe. Voici une photo du prototype de l'antenne :

Prototype installé dans le jardin

La première caputre m'a épatée !

Première réception de NOAA 19

L'image est correcte mais un peu courte. La 2e, sans rien changer, est bien meilleure 8-).

Réception NOAA 19

Plusieurs lignes noirs horizontales apparaissent au milieu de l'image illustrant une gêne de réception sans doute liées à la présence des arbres et toits de maison aux alentours.

Comme le prototype est très encourageant, je suis allé plus loin en installant le Raspberry Pi dans une boîte installée dans le jardin. Pour stocker le matériel informatique, j'ai utilisé un vieux boîtier d'installation électrique. J'ai également remis en service mon alimentation en POE du projet de webcam à oiseaux.

LM2596

Le connecteur à gauche de la carte électronique est relié à l'adaptateur POE passif et les connecteurs dupont femelle sont branchés sur les ports GPIO du Raspberry Pi.

La boîte électrique que j'utilise est assez grande pour contenir le Raspberry Pi, la clé USB et le régulateur de tension.

Taille des connecteurs

Il faut noter que les connecteurs prennent beaucoup de place : les connecteurs USB mâle / femelle du câble et de la clé tuner occupent un quart de la longueur du boîtier, j'oublie souvent ce “petit” détail lorsque je prévois la taille des boîtes. Ici, cela ne pose aucun soucis.
Raspberry Pi, dongle USB RTL2832 et LM2596 pour le POE

L'ensemble est installé dans le jardin et fixé assez proche du pied de l'antenne. Les 2 câbles qui en sortent sont l'antenne et l'ethernet.

Boitier électrique

J'ai refait l'antenne : celle utilisée pour le prototype est en métal et donc elle rouillera. Mon ambition est de laisser l'installation dehors pour plusieurs mois. A la place, j'ai utilisé des tiges en aluminium pour éviter ce problème.

J'ai trouvé des tubes de 1 m de long et d'un diamètre de 10 mm dans une grande surface de bricolage.

Mais, une autre difficulté apparait : le câble coaxial connecté à la clé USB doit être fixé aux brins de l'antenne. La solution la plus traditionnelle est de souder l'âme et la tresse du câble aux différents élements de l'antenne. Mais souder sur de l'aluminium est pratiquement impossible. J'ai alors utilisé des connecteurs en cuivre que j'ai percé et fixé avec une vis à l'extremité du tube. Cela assure un bon contact électrique tout en permettant de souder le câble dessus.

J'ai coupé 2 tubes à un peu moins de 53 cm afin de prendre en compte la taille des connecteurs en cuivre.

Connecteur en cuivre

 

Connecteur fixé au bout du tube d'aluminium

J'ai modifié et publié un modèle 3D de support d'antenne fixant l'angle d'ouverture à 120° et s'insérant dans un tube PVC de ø 32 mm. Un trou perpendiculaire au cylindre s'insérant dans le tube PVC permet de passer une vis pour le maintenir en place et éviter que l'antenne s'envole.

Support 3D d'antenne

J'ai installé l'ensemble au bout d'un tuyaux de 3 m de haut planté dans le sol. Voici quelques photos de l'ensemble monté :

Antenne placée dans le jardin

L'orientation de l'antenne permet une réception optimale des images et est donc importante. Il est difficile de l'orienter avec une boussole du haut d'une échelle et il se pourrait que l'orientation initiale que je fasse ne soit pas correcte. Pour faciliter cette tâche, j'ai percé un trou dans le tube PVC assez proche du sol afin d'y glisser un axe

Dans le tube PVC supportant l'antenne, j'ai percé un trou dans lequel j'ai glissé un axe afin d'avoir une référence pour le faire pivoter en suivant la boussole. Cet axe doit être aligné avec le l'aiguille de la boussole pour être orienté plein Sud :

Orientation avec la boussole