Depois do post sobre Recepção caseira de sinal de satélite, Evandro Batista novamente nos traz seus conhecimentos em antenas e recepção de sinal para mostrar como fazer uma recepção caseira do sinal de uma radiossondagem.
Conhecer o estado atual da atmosfera em diferentes níveis de altitude é fundamental para atividades aéreas, previsão de tempo, etc. No nível da superfície e próximo a ela, os dados são coletados através de estações meteorológicas. Já para níveis superiores, o que é basicamente feito envolve pendurar uma estação meteorológica automática miniaturizada em um balão, para que colete os dados conforme sobe na atmosfera.
Esse tipo de equipamento meteorológico é conhecido como radiossonda, já que faz a transmissão dos dados obtidos através de ondas de rádio. Ele é utilizado para medir a temperatura, umidade, pressão, direção e velocidade do vento em altitude. Esses dados alimentam os modelos de previsão numérica do tempo e fornecem um diagnóstico das condições sobre as várias camadas atmosféricas, permitindo uma previsão de curto e curtíssimo prazos.
De modo geral, as radiossondas são lançadas duas vezes ao dia a partir de Estações Meteorológicas de Superfície – principalmente as localizadas em aeródromos. Enquanto o balão é inflado, o operador deve programar a radiossonda (DigiCORA no caso de sondas Vaisala), o que é finalizado com o término da calibragem. Então ela é presa no balão para ser lançada.
Um balão de látex é preenchido com a quantidade necessária de hidrogênio que gera uma ascensão do balão de aproximadamente 5 m/s. Como a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude, a diferença entre a pressão interna e externa do balão faz com que o mesmo aumente de tamanho a medida que sua altitude evolui. Na altitude equivalente a cerca de 26 mil metros, a diferença de pressão faz com que o balão estoure e a rádio sonda passa a cair em queda livre até que seus paraquedas entrem em operação.
A bordo, é carregada a radiossonda, formada basicamente de:
- Sensor de temperatura
- Sensor de umidade
- Antena GPS
- Compartimento eletrônico e sensor de pressão
- Antena de transmissão UHF
O processo todo de subida e queda da radiossonda dura aproximadamente 2 horas, nas quais são gerados valores em intervalos regulares. Durante o voo, a radiossonda envia os dados, via rádio, para a estação em terra. Como a transmissão é de livre acesso, é possível fazer a recepção e decodificação dos dados utilizando recursos de fácil aquisição.
O sinal é captado por uma antena direcional e reproduzido por um receptor de rádio especial, associado a um PC; os dados são processados e armazenados no PC via softwares dedicados. Um dos programas que recebe o sinal de rádio é o SDR-Rádio, enquanto que o programa SondeMonitor decodifica os dados da radiossonda. Para isso, conecta-se a saída de áudio da placa de som na entrada de gravação.
O SondeMonitor oferece uma integração com o software Google Earth, assim podemos observar em tempo real, via localização GPS, onde está a radiossonda no mapa gerado pelo software. Como a radiossonda é equipada com um receptor GPS simples, este só fornece as “pseudo distâncias”, e não latitude, longitude e altitude, que devem ser calculados no solo pelo software. Para isso, o programa precisa de dados atualizados diariamente sobre os satélites GPS, chamados “Almanac” ou “Ephemeris” que são obtidos na internet.
Na figura acima, pode-se observar os níveis de pressão (azul), temperatura (marrom) e umidade (laranja) em função do tempo. O ponto de explosão do balão correspode a linha preta vertical. Nesse caso, a recepção começou às 08h45 (hora local) com o balão a 1494 metros de altura (lado esquerdo do gráfico) e subindo numa taxa media de 6 m/s. Às 09h49 atingiu 23271 m de altura e o balão explodiu (marca do traço preto vertical). A sonda a caiu com taxa inicial de -15 m/s e final de -4,7 m/s, quando tocou o solo a 863 m de altura às 10h36 e perdeu o sinal (lado direito do gráfico). Note que os parâmetros da queda são praticamente os mesmos da subida, apenas num tempo menor e em sequência inversa.
Nessa outra figura, estão os dados obtidos de outra radiossondagem, mas dispostos em um diagrama termodinâmico. Os dados do cursor (caixa sobre o gráfico) são para o ponto de maior altura, quando balão explodiu a 23271 metros. A menor temperatura medida durante a subida foi de -81°C a 17 km de altitude.
No vídeo a seguir, é exibida a recepção de uma radiossondagem no computador:
Evandro descobriu esse mundo das radiossondagens observando o lançamento de balão meteorológico diariamente. Como ele já tinha um rádio amador e antena (para aquisição do sinal de satélite), escaneou toda a faixa de frequências mas não achou nada. Somente com o SDR (responsável por receber o sinal de rádio e demodular) que encontrou a frequência de 405,703 MHz e obteve um som, que era da radiossonda. Como ela já estava muito longe, tinha muita falha no sinal. No dia seguinte, ele se programou para acompanhar sonda, lançada às 8h30. Como cada radiossonda é lançada com uma frequencia diferente, sempre precisa escanear novamente. Posteriormente, descobriu um software que calibra e decodifica o áudio para informações númericas das variáveis coletadas e convertidas em gráfico na tela do computador.
Fontes
- Oliveira, F. P., Amorim, H. S., Dereczynski, C. P., Manual para recepção e decodificação da radiossonda RS92-SGP, 2018, UFRJ.
- Unipampa – Rastreamento de Rádio Sondas
- Terra Incognita by Christian S. Perone – Recebendo dados de baloes meteorologicos da Aeronautica
- pu2vlw Vinicius Lenci – categoria Radiossondagem
- PY4ZBZ Roland – Radiossondas
