Dopo aver esaminato le questioni generali, diamo ora le informazioni essenziali per iniziare proficuamente la ricezione delle immagini meteo.
Prima di buttarci nella mischia, sarà utile definire un po' di terminologia e di concetti fondamentali, che renderanno sigle come APT e IOC (spero) un meno misteriose...
Passeremo poi ad occuparci dell'hardware (antenna, radio, preamplificatori), ed infine al software. Dal momento che il demodulatore dipende strettamente dal software prescelto, lo esamineremo nella parte dedicata a quest'ultimo.
Ma prima di iniziare è doveroso osservare che la ricezione dei servizi commerciali non è gratuita, e per il suo utilizzo occorre sottoscrivere un contratto; comunque la ricezione di quasi tutte le mappe meteo e dei satelliti polari (NOAA, Meteor) è libera.
IL FORMATO DI QUADRO
Come è facilmente intuibile, la prima operazione da effettuare per trasmettere un'immagine (ovvero un'oggetto bidimensionale) con un segnale radio (che si sviluppa solo in una dimensione, quella del tempo) è la scansione, ovvero la suddivisione dell'immagine (detta quadro) in righe che poi vengono inviate in sequenza una alla volta. In ogni istante, quindi, quella che viene inviata è la luminosità di un singolo punto.
Normalmente siamo abituati a vedere una scansione a righe orizzontali inviate a partire dalla più alta; ma non sempre è così, e questo essenzialmente per motivi di sincronizzazione con il movimento orbitale, ovvero della direzione del passaggio del satellite sulla terra. Ad esempio se esso transita da sud a nord, la prima riga trasmessa sarà la più meridionale. È quindi possibile avere quattro tipi di scansione, ed occorrerà tenerne conto al momento della ricezione altrimenti l'immagine che otterrete potrà essere rovesciata. In realtà questo non è un grosso problema, in quanto in genere i software dispongono di una funzione di mirroring che permette di rimettere tutto a posto una volta ultimata la ricezione.
Come per una qualsiasi schermata grafica il formato del quadro potrebbe essere espresso in dimensioni X,Y, più una velocità di trasmissione in pixel/secondo; tuttavia per motivi storici e di convenienza si preferisce usare dei parametri a prima vista un po' più strani. Essi sono nati quando le macchine di ricezione erano puramente meccaniche, ovvero un rullo ruotante su cui scorreva un pennino; il ruotare del rullo generava le righe, mentre il movimento del pennino parallelo all'asse del rullo scandiva tutte le righe in successione. Si noti poi che il numero di pixel per riga non è, per le trasmissioni analogiche, definito esattamente, ma dipende anche dalla banda passante del sistema. La velocità in senso verticale (lungo l'asse del rullo) si indica in LPM, o linee al minuto; valori comuni sono 120 LPM per il Wefax e 240 LPM per i satelliti, ma sono standard anche 90, 60 e 48 LPM.
Altro parametro essenziale è il cosiddetto "indice di cooperazione" (anche detto IOC, Index Of Cooperation), ovvero il rapporto tra velocità di tracciamento orizzontale e quella verticale. Per calcolare il numero di pixel geometrici su una singola riga è sufficiente moltiplicare l'IOC per pi greco; se ci pensate un attimo, questo deriva direttamente dalla geometria del cilindro.
Per una mappa Wefax è comune un IOC di 576, che corrisponde a circa 1810 pixel per riga; per il meteosat (IOC=255) si hanno invece 800 pixel per riga.
Subito prima della trasmissione dell'immagine vera e propria di solito vengono inviati alcuni segnali (barre bianche e nere, segnali di start) che servono a sintonizzarsi perfettamente; una volta iniziata la trasmissione però essi non vengono più inviati per tutta la sua durata.
Alcuni satelliti polari trasmettono senza interruzione l'immagine man mano che si muovono lungo la loro orbita, e quindi non possono fornire un segnale di inizio; in questo caso solo tra una riga e l'altra viene inviato un tono di sincronizzazione.
DUE STANDARD PER DUE SISTEMI
Avevamo già accennato nella puntata introduttiva che è possibile ricevere le trasmissioni FAX sia in VHF (intorno a 137 MHz) che in HF (onde corte).
È il momento di precisare meglio la situazione; anche ciò che sto per dire a qualcuno sembrerà dapprincipio arabo, vedrete che pian piano le cose diventeranno più chiare.
I metodi utilizzati per la trasmissione delle immagini meteo sono vari, specialmente per quanto riguarda il link tra satelliti ed utilizzatori a terra; alcuni sono propriamente digitali, altri sono essenzialmente analogici. Gli utilizzatori principali possono disporre delle immagini già digitalizzate con estrema precisione a bordo del satellite (sistema HRPT, High Resolution Picture Transmission, cioè trasmissione immagine ad alta risoluzione), e trasmesse con un flusso di dati ad alta velocità, in cui ogni pixel ha una profondità di 10 bit (cioè 1024 toni di grigio); l'attrezzatura richiesta è però molto complessa, soprattutto per quanto riguarda antenna e ricevitore (si parla di parabole di 4/5 metri almeno di diametro), anche se qualche hobbista molto esperto è già in grado di riceverle.
Gli standard di interesse pratico per gli utenti secondari e i dilettanti sono in realtà due: l'APT ed il Wefax.
Il Wefax (contrazione di Weather Fax, ovvero Fax Meteo) utilizzato in onde corte (ed anche in onde lunghe) utilizza una modulazione di tipo "FSK" (il motivo delle virgolette lo vedremo tra poco), di cui dovreste già ricordarvi: ne abbiamo parlato a proposito delle agenzie di stampa. Come dice la sigla (Frequency Shift Keying, ovvero manipolazione dello spostamento di frequenza) essa consiste nel far muovere la frequenza di trasmissione attorno ad un valore centrale, in base alla luminosità del punto considerato. Lo spostamento può andare, secondo lo standard, fino a 300 o 400 Hz (150 Hz per le onde lunghe) in alto o in basso; normalmente alla frequenza più elevata corrisponde un valore più chiaro. Si noti come per una trasmissione di una cartina meteo, che ha solo bianco o nero, sono permessi solo i valori estremi, mentre per le immagini a toni di grigio tutti valori intermedi sono permessi; questa compatibilità a livello di demodulatore tra i due sistemi ci fa, come vedremo, molto comodo.
Come possiamo ricevere il Wefax? In teoria (e sottolineo teoria) sarebbe possibile demodulare direttamente la FSK tramite un ricevitore FM (ovvero a modulazione di frequenza); al variare della frequenza ricevuta il segnale in uscita dalla radio è esattamente proporzionale (in tensione) alla luminosità dei punti.
Sebbene questo potrebbe sembrare il sistema più semplice, esso presenta due controindicazioni: la prima è che non è possibile con l'hardware di base far acquisire al computer dei valori analogici (occorre un convertitore analogico/digitale, ovvero una scheda a parte); la seconda è che occorre un ricevitore talmente ad alta fedeltà da poter riprodurre frequenze fino alla corrente continua...
Per questo in pratica si usa un ricevitore SSB, che, opportunamente sintonizzato, fornisca in uscita un segnale audio tra (ad esempio se la deviazione è di 400 Hertz) 1300 e 2100 Hertz, che, con un semplice squadratore, può essere facilmente misurata da una porta seriale del computer.
Occorre ora riparare una piccola imprecisione terminologica: la denominazione FSK si riferisce al caso digitale, ovvero in cui solo i valori di (sempre per esempio) 1300 e 2100 Hertz possono essere assunti, ed è quindi stata usata fin qui in modo improprio; normalmente, in virtù dell'equivalenza appena descritta, si parla più propriamente di modulazione "FM"; non la si confonda dunque con il tipo di ricevitore richiesto, che invece è, come già detto, in SSB.
Passiamo ora ad esaminare l'altro standard: l'APT (Automatic Picture Transmission, trasmissione automatica di immagini). Si tratta di un sistema utilizzato nei satelliti dalle VHF in su, sempre destinato ad utenti secondari, cioè quelli a cui fa comodo l'elaborazione effettuata a terra in cui vengono aggiunti riferimenti visivi e viene parzialmente corretta la distorsione dovuta alla curvatura terrestre. Il sistema prevede un certo numero di segnali che identificano l'inizio e la fine trasmissione, nonché il tipo e le caratteristiche di ogni immagine (visibile, infrarosso, vapor acqueo); lo scopo è di permettere una totale automazione della ricezione.
La modulazione prevista è forse un po' più macchinosa, in quanto fa uso anche della cosiddetta "sottoportante". In questo caso l'informazione relativa alla luminosità va a modulare in ampiezza un segnale audio a frequenza fissa (2400 Hz), appunto la sottoportante; ll segnale risultante viene poi trasmesso in FM sulla frequenza (VHF o SHF) prescelta. Per riceverlo, dunque occorre un ricevitore FM seguito da un filtro alla frequenza di appunto 2400 Hertz ed un "raddrizzatore", cioè un circuito che estragga dal segnale la sua ampiezza. E qui ci ritroviamo di nuovo con una informazione in tensione analogica, che come abbiamo già detto crea delle difficoltà al nostro computer. Una soluzione semplice e comoda utilizza un convertitore tensione/frequenza che trasforma il segnale analogico in una frequenza variabile, guarda caso con le stesse caratteristiche di un segnale (indovinate un po'...) Wefax. Lo so, sembra quasi il gioco delle tre carte, ma queste continue trasformazioni sono molto comuni in ogni settore delle telecomunicazioni. Ed oltretutto... voilà, in questo modo si può usare senza modifiche lo stesso programma per la ricezione di tutte queste modulazioni!
Purtroppo i convertitori tensione/frequenza in genere non sono precisissimi, per cui la qualità dell'immagine non è a livello scientifico, ma è ugualmente assai spettacolare.
Un sistema semiprofessionale invece utilizza un raddrizzatore di precisione ed un convertitore analogico/digitale ad almeno 32 livelli di grigio (spesso anche 256), fornendo immagini di qualità impeccabile.
Non avete ancora le idee totalmente confuse? Bene, provvediamo subito con una nota finale: la modulazione APT viene comunemente indicata come una modulazione AM (ovvero di ampiezza; tale infatti è il tipo di modulazione della sottoportante), pur necessitando di un ricevitore FM (!).
Ricapitolando, il concetto fondamentale è che esistono due diversi standard, il Wefax per le LF/HF, per cui occorre un ricevitore SSB, e l'APT per le VHF/SHF, per cui il ricevitore è in FM; non fatevi quindi confondere dalla nomenclatura di queste modulazioni.
IL COLORE
Abbiamo finora parlato di trasmissione a toni di grigio, ma è possibile inviare anche foto a colori? Certamente, e non occorre inventare nulla di nuovo. È infatti sufficiente scomporre l'immagine nei suoi tre colori fondamentali (di solito CMY, ovvero Ciano, Magenta e Giallo) per ottenere tre immagini in grigio che possono essere inviate di seguito e ricomposte dal ricevitore. Questo è possibile con entrambi i due sistemi; e per inciso (e questo può dare un'idea della qualità finale), questo è il sistema utilizzato anche per la trasmissione delle ormai obsolete "telefoto", che venivano inviate in onde lunghe a colori ad uso di giornali e riviste, esattamente con la stessa modulazione FM di cui sopra.
Anche con il Meteosat comunque è possibile ricevere delle splendide immagini a colori.
Per questa puntata ci fermiamo qui; nella prossima continueremo le nostre considerazioni sull'attrezzatura e le tecniche operative per la ricezione pratica sia in HF che in VHF; quindi... rimanete sintonizzati!