Radio sonde III parte

Mi ero riproposto di realizzare un'antenna specifica per la banda delle radio sonde, 400-405 MHz, ma nella scorsa edizione della Ham Messe di Friedrichshafen ho portato a casa per qualche decina di Euro una splendida Kathrein 510 192 e l'idea di realizzare una turnstile è abortita ancora prima di partire.

Ma la Kathrein è rimasta triste e sconsolata in un angolo dello shack...

L'altro giorno mi sono deciso: scollegata la Diamond A430S15R2 (una direttiva da 15 elementi montata in polarizzazione verticale) è entrata in esercizio al suo posto la Kathrein; queste le sue caratteristiche:

L'installazione non è stata davvero difficile... è bastato trovare il punto giusto sulla ringhiera ed appoggiare il potente magnete, collegare il cavo coassiale e voilà!

 

Come va l'antenna? Beh, direi decisamente bene, al di sopra di ogni aspettativa. Per quanto riguarda la ricezione della sonda di Cameri, questa arriva sufficientemente bene da essere decodificata anche se coperta dalla collina di Torino:

Lancio del 1° Marzo 2023 ore 12:00 loc - QRG 404.900 MHz

Non male anche la ricezione notturna della sonda di Levaldigi:

Lancio del 2 marzo 2023 ore 24:00 loc - QRG 403.700 MHz

Certo, la direttiva va meglio, ma pensando di fare attività veicolare credo che un'antenna magnetica da centro tetto, opportunamente amplificata, sia decisamente più comoda. Funziona, funziona bene; e questo è buono.

Come si evince dalle foto, ho usato la versione ormai stabile di RS41 Tracker di IW1GIS Diego Villabruna, scaricabile dal sito http://escursioni.altervista.org/Radiosonde/; ricevitore RSP1A; cavo coassiae RG-213; preamplificatore di antenna cinese, economico e decisamente funzionale:

https://www.amazon.it/dp/B0874RY5RS?ref_=pe_24968671_487309461_302_E_DDE_dt_1

Occhio ai connettori SMA, non sono molto robusti. Uno si è dissaldato, portandosi via anche un po' di pista ramata dal circuito stampato e ha dovuto essere sostituito con un più solido BNC...

L'amplificazione, misurata a spanne, è almeno di 15 dB, il consumo a 9 Volt è di 50 mA, il preamplificatore può quindi essere alimentato con una comune batteria da 9 Volt.

Radiosonda Levaldigi

 

Di ritorno da una visita ai parenti, mi sono ritrovato a pochi Km dall'aeroporto di Cuneo Levaldigi e mancando giusto 1/4 d'ora alle 12 ho deciso di effettuare una deviazione per assistere al rilascio della radiosonda dalla stazione che si trova al fondo della pista dell'aeroporto di Cunevo-Levaldigi (che di Cuneo non ha assolutamente nulla, trovandosi nel territorio del comune di Levaldigi, quasi al confine con il comune di Fossano).

Il sistema è gestito interamente dall'ARPA Piemonte, si veda https://www.arpa.piemonte.it/rischinaturali/tematismi/meteo/osservazioni/radiosondaggio/radiosondaggio.html

 

Per quanto ho potuto appurare dalle mie osservazioni effettuate proprio dietro alla rete di recinzione dell'aeroporto a non più di 200 metri dal piccolo fabbricato che contiene tutti i dispositivi atti alla rotazione del tamburo dove sono serrati i palloni sgonfi, le sonde e tutto il resto, poco prima di 1/4 d'ora del rilascio del pallone-sonda, viene emesso un segnale acustico che avvisa chi si trovasse nei paraggi che si sta provvedendo alle operazioni di rilascio, ovvero dal sistema di bombole di elio che si vede in foto, si procede al gonfiaggio del pallone prescelto; allo scoccare delle ore 12, in pochissimo tempo in verità, si aprono le due valve del tetto della camera di lancio ed il pallone, largo quanto l'apertura della cupola, prende immediatamente il volo, ad una notevole velocità.

 

Tale velocità non mi ha permesso di effettuare più scatti con la fotocamera dello smartphone, con la quale ho immortalato proprio il momento di uscita del pallone.

Dopo qualche secondo dal rilascio del pallone sonda, le due valve del tetto del fabbricato si richiudono e cessa l'allarme, come si può evincere dal video, sempre girato con lo smartphone.

 

A 5' dal rilascio del pallone, questo è ancora visibile ad occhio nudo come un piccolo punto bianco nel cielo azzurro; poco dopo ad occhio nudo non risulta più visibile.

Il cambio dall’ora legale a quella solare non ha cambiato l'orario di rilascio delle sonde, che ho verificato avviene sempre alle ore 12:00, per la quale cosa suppongo non sia cambiato il rilascio delle ore 24:00.

E' cambiata invece la frequenza di emissione radio dei segnali della radiosonda, che si ascolta e decodifica a 403.700 MHz.

Alcuni link utili:

http://www.ariroma.it/wp/wp-content/uploads/2018/02/Le-Radiosonde-meteo_ARI_Roma.pdf

https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/White%20paper%20RS41%20Performance%20B211356EN-A.pdf

https://www.aeronautica.difesa.it/comunicazione/editoria/rivmeteorologia/orainedicola/Documents/01_2021/8.%20STAZ_RDS_MI_BR_AFF.pdf

http://www.radioamatoripeligni.it/i6ibe/radiosonde/radiosonde.htm

Per chi volesse cimentarsi nella decodifica dei segnali lanciati dalle radio sonde Vaisala RS41-SG (sono quelle utilizzate attualmente dai vari siti di lancio italiani), vediamo di che radiosegnale si tratta. La radiosonda trasmette segnali digitali del tipo a pacchetto (packet-radio) in formato proprietario. L'immagine più in basso mostra lo spettro del segnale di una radiosonda lanciata da Levaldigi catturato con un ricevitore SDRPlay modello RSP1A e visualizzato dal programma SDR Console 3.0 (come antenna ho utilizzato una direttiva UHF per radioamatori in polarizzazione verticale e preamplificatore, il segnale irradiato è infatti di circa 50 mW e va amplificaato e, possibilmente, puntato). La trasmissione digitale a pacchetto è a 4800 baud con modulazione GFSK e vengono inviate le informazioni visibili qui sotto:

La modulazione GFSK è un tipo di modulazione FSK (Frequency Shift Keying) che utilizza un filtro gaussiano per smussare l'onda quadra di ingresso ad ogni sua variazione. Viene utilizzata soprattutto nei bluetooth e nei wireless USB. In sostanza il modulatore GFSK è uguale al modulatore FSK eccetto che nel primo il segnale passa attraverso un filtro gaussiano, determinando una minore occupazione di banda. Il filtro gaussiano è preferito ad altri filtri perché permette di ottimizzare la potenza, ovvero con minor potenza si riesce a mantenere la stessa efficacia di trasmissione. 

Per una corretta decodifica (ad esempio con il programma RS41 Tracker) occorre settare il modo di ricezione in W-FM anche se siamo in presenza di una occupazione di canale non superiore ai 6/7 kHz; questa modalità infatti - a differenza del modo BC-FM che introduce una deenfasi di 50 o 74 microsecondi, o del modo N-FM che introduce una deenfasi di 530 microsecondi e un filtro passa banda BF da 300 a 3000 Hz -  non introduce alcuna deenfasi e non fa uso di alcuno filtro passa banda.

Dimenticavo... Siccome il segnale emesso dalla radiosonda ha una potenza di circa 50 mW, per avere qualche garanzia di successo nella decodifica del segnale occorre dotarsi di un amplificatore RF. In un precedente post avevo scritto di un amplificatore TV usato con soddisfazione. Un altro bel prodotto che uso da tanto e va proprio bene è questo che si trova per pochi soldi su Amazon:

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Con gli opportuni adattatori può essere posizionato direttamente attaccato all'antenna; nel mio caso, avendo installato l'antenna ricevente sul balcone, ed essendoci solo una decina di metri di cavo RG-213 tra antenna e ricevitore, ho posizionato l'amplificatore appena prima del ricevitore RSP1A. Non necessità di essere riposto in contenitore metallico (è ampiamente schermato), non scalda, può essere alimentato con pila a 9V (nel qual caso consuma solo 40mA).

I connettori SMA sono delicati, quello di sinistra è già stato sostituito da un più robusto BNC da pannello...

Radio sonde II parte

 

Nella pausa natalizia (periodo che va comunemente tra Natale l'Epifania) con mio nipote Stefano abbiamo avuto modo di effettuare delle prove di ascolto della sonda lanciata da Levaldigi. Un giorno di cielo terzo e temperatura quasi primaverile ci siamo recati in località San Bernardino (44.17184°N, 8.35129°E, ca. 250 mslm) sopra Finale Ligure (dove lui abita) per una sessione di caccia, con un'attrezzatura invero abbastanza scarsa, anche perché non era stato programmato questo tipo di attività: computer portatile, ricevitore SDR RSP1A, antenna bibanda magnetica (ca 50 cm) in centro tetto sull'auto.

Diciamo che, al di là del fatto che è stata una bellissima esperienza, con un tempo splendido anche se piuttosto fresco, i risultati non sono stati esaltanti... L'unica sonda che abbiamo ricevuto è stata quella lanciata da Levaldigi ed ascoltabile su 402.800 MHz, non l'abbiamo decodificata se non dopo tre quarti d'ora circa dal lancio, e l'abbiamo persa sul mare ad una sessantina di Km davanti a noi, a circa 10000 metri di quota, pur non avendo nulla davanti a noi; infatti all'orizzonte avevamo le alte cime della Corsica, come si vede dall'app Peak Finder.

Evidentemente 50 cm di antenna, con una radio sonda che nell'ultima telemetria ricevuta dichiarava un notevole abbassamento di tensione di batteria (e quindi anche di potenza emessa), senza amplificatore d'antenna, non sono stati mezzi sufficienti alla bisogna.

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Molto meglio sono andate le ultime recenti prove casalinghe: una direttiva da 15 elementi piazzata sul balcone (abito all'ultimo piano), con campo libero da 40° a 220°, mi ha infatti permesso di ricevere il segnale della radio sonda lanciata da Thun, in Svizzera, a 401.800 MHz,

da Ferrara, a 404.600 MHz,

da Udine-Rivolto a 404.000 MHz,

nonché Cameri, a 402.000 MHz,

qui sopra in una immagine ripresa una decina di minuti dopo il lancio, e qui sotto con tutti i dati telemetrici correttamente restituiti dal programma RS41 Tracker

Sono due giorni che da Levaldigi non si alza nulla ma sono certo che con l'artiglieria pesante che ho messo in funzione dovrei seguire la radio sonda fino in mare aperto per almeno un centinaio di Km, se segue il suo percorso abituale. E non è detto che non riesca anche ad ascoltare la radiosonda lanciata da Pratica di Mare. 

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Qualche giorno dopo il rientro dalle vacanze e volendo capire il perché della debacle a San Bernardino (che figura con mio nipote!), ho passato al setaccio tutto quello che poteva non aver funzionato. Valutato che il ricevitore funzionava, che il programma funzionava e che la sonda di Levaldigi funzionava, ho passato ai raggi X l'antenna bibanda (il classico quarto d'onda messo su magnete, con ricciolo, che funzionando sui 2m e sui 70cm avrebbe dovuto fare il suo dovere). Ed ecco trovato l'arcano: tolta la guarnizione al di sotto del magnete e messo a nudo il collegamento tra coassiale ed antenna - orribile visu - ho scoperto che il centrale del coassiale si era dissaldato dallo stilo! Quindi si riceveva la sonda con la punta del coassiale non ricoperta dalla calza-schermo, circa 1/2 cm. Beh... non male!

 

Radio Sonde

Erano gli inizi del mese di dicembre dello scorso 2021. Mio cognato IU1HGK mi avvertiva che tramite il suo progetto open source Hack RF (HackRF One con Portapack H2) https://greatscottgadgets.com/hackrf/ osservava e decodificava buona parte della telemetria di una Radio Sonda lanciata dall'aeroporto di Levaldigi. Sapevo che Ivan Guerini con alcuni suoi amici si erano messi in passato a caccia delle sonde meteorologiche che, appese a palloni gonfiati ad elio, vengono rilasciate regolarmente da alcuni aeroporti italiani... me ne ha fatte anche vedere alcune che, come trofei, erano messi in bella vista nel suo shack. Ma questa attività di radioascolto non mi aveva coinvolto e la cosa era morta lì.

Questa novità segnalatami da Paolo IU1HGK, che persino da Finale Ligure si potesse ascoltare e decodificare la sonda meteorologica lanciata da Levaldigi, molto più vicino a me che a lui, mi ha fatto scattare la voglia di provarci. E così, per quel giorno e per i giorni a venire, ho acceso l'unico mio apparecchio in grado di ricevere i 402.800 MHz, un Icom IC-2725, e - incredibile auditu - un segnale di tipo digitale arrivava non forte ma molto chiaro. 

 

Aiutandomi con quanto i colleghi della mia sezione CISAR di Genova avevano già implementato e reso di pubblico dominio (un lavoro davvero fantastico!) su https://www.cisargenova.it/radiosonde.html ho potuto presto realizzare che ero in grado di ascoltare il segnale della Radio Sonda lanciata da Levaldigi fino in mare aperto. Ma con che potenza veniva emesso il segnale? Che tipo di codifica veniva utilizzato? Come potevo vedere anche io i dati trasmessi e decodificarli? 

 

L'apparecchio attaccato al pallone è una Radiosonda Vaisala RS41-SG e dalle specifiche tecniche si vede che trasmette con pochissima potenza, circa 60 mW; la quantità di dati trasmessa è notevole... impossibile resistere! Ho contattato i colleghi della mia sezione CISAR di Genova, IK1NET, IW1PPB e IK1NAF, che mi hanno suggerito con cosa ascoltare, in che modalità operativa e quale programma di decodifica utilizzare, invitandomi comunque - se interessato - a fare parte del pool di osservatori che concorrono all'attività mondiale di radiosondaggio che viene resa di pubblico dominio sul fantastico sito https://radiosondy.info/, attrezzandomi con Raspberry PI e poco altro... Ma sono appena all'inizio, e per ora cerco di fare con quello che ho. Poi si vedrà... 

 

Agli insuccessi si sono inseguiti gli insuccessi... mentre Paolo IU1HGK da Finale decodificava i dati della Radio Sonda lanciata tutti i giorni alle ore 12 locali da Levaldigi, acquisendola dopo mezz'ora o quaranta minuti, io non decodificavo nulla, né prendendo l'audio dall'IC-2725 né utilizzando un clone di RTL-SDR acquistato in Rete per quattro soldi. Con il portatile Baofeng in casa il segnale era basso ma assolutamente ricevibile, mentre il clone RTL-SDR non ascoltava nulla... quello che si dice una vera ciofeca! Ho anche provato a prelevare l'audio dal Baofeng, ma nulla. Maurizio IK1NAF mi ha anche spiegato perché l'audio di un RTX è inservibile e perché è necessario un ricevitore SDR con modalità di ascolto WFM, e così ho deciso di acquistare un buon ricevitore SDR; non che non ne abbia in casa, ma nessuno arrivava ai 400 MHz. Dimenticavo... ho anche provato a far espandere in ricezione il Kenwood TS-2000 (che non scende di fabbrica sotto i 420 MHz) visto che ha come modo di ricezione, oltre che NFW, anche FM: niente da fare, ovviamente.

E così, approfittando di un'offerta natalizia di un noto negoziante on-line, ho ordinato un RSP1A arrivato in un paio di giorni. Ma nel frattempo è arrivato il tempo delle festività natalizie, che mi ha visto fuori casa fino a Capodanno. Una volta rientrato in Pinerolo non ho avuto più nulla in testa se non la decodifica delle radio sonde! E anche qui sono arrivati insuccessi su insuccessi. Cosa sbagliavo? Il programma RS41 Tracker era correttamente scaricato e settato; il ricevitore RSP1A con SDR Console V3 riceveva alla grande, anche perché nel frattempo ho provvisto il sistema di un amplificatore

VHF/UHF Metronic 440112 (47-790 MHz, 20 dB di guadagno nominali, un realtà per i casi miei solo 15 dB) il segnale sul waterfall era robusto e ben visibile. Dove stava l'errore? Probabilmente nel settaggio di default della sensibilità RF; l'impostazione sul valore 5 ha probabilmente risolto tutto (dico probabilmente perché nel frattempo il sistema operativo si è aggiornato, Windows si è chiuso inaspettatamente, il PC è ripartito di default con Linux, ho fatto degli aggiornamenti di Ubuntu e quindi ho fatto ripartire il PC sotto Windows). 

 

E' ormai una settimana che seguo costantemente le sonde rilasciate dall'aeroporto di Cameri (che trasmette a 402.000 MHz) e di Levaldigi (che trasmette a 402.800 MHz) con piena soddisfazione, vedendone lo spostamento nello spazio con il programma RS41 Tracker, osservandone i segnali con SDR Console V3, con il mio fantastico RSP1A (che nel frattempo uso con SDRUno per le Onde Lunghe, Medie e Corte, per la FM e per il DAB+), un'antenna bibanda per 144/430 MHz sul tetto di casa e l'amplificatore di cui sopra, confrontando i miei dati con quelli osservati dai colleghi della mia sezione CISAR su https://www.cisargenova.it/radiosonde.html ed i dati osservabili su https://radiosondy.info/. Con l'amico Beppe IZ1ESH, che ha costantemente seguito i miei sforzi, i miei insuccessi e - finalmente - i miei successi, ci siamo scambiati informazioni, dati, consigli, dettagli tecnici; abbiamo anche tentato assieme il recupero di una sonda caduta dalle mie parti, mentre da solo è arrivato tardi a raccogliere il solo paracadute di una sonda lanciata da Cameri ed atterrata a Sud di Carmagnola.

Nel frattempo ho scoperto che tanti sono quelli che si dedicano all'ascolto e alla decodifica delle Radio Sonde, molti di più di quanto credessi, radioamatori e non, e che quindi la caccia alle sonde atterrate è una lotta aperta e serrata: sulle sonde italiane è scritto che non è necessario riportarle al sito di lancio e possono rimanere nelle mani di chi le trova, come una sorta di trofeo, magari iscrivendosi come cacciatori su Radiosondy ed aggiornando il database con il luogo del recupero e lo stato di conservazione della sonda.