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camp2023-24-deu-Wetterdaten_aus_dem_Weltall_empfangen_opus.srt
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camp2023-24-deu-Wetterdaten_aus_dem_Weltall_empfangen_opus.srt
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Wenn wir über Weltraumtechnik nachdenken, dann klingt das so nach unglaublich
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schwierigen großen Herausforderungen. Die Menge an Satelliten, die über unseren Kopf hinwegfliegen,
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das ist Rocket Science. Das kann man nicht verstehen. Konrad wird uns das Gegenteil beweisen,
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indem er uns erklärt, wie wir mit einfachsten Mitteln Wetterdaten aus dem Weltall empfangen
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können. Viel Spaß! Ja, dann vielen Dank für die Einführung und genau, mein Name ist Konrad,
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Neeride, EIM. Und wer von euch hat gestern eigentlich während dem Sturm eine Wetter-App mit
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Regenradar gesehen? Vielleicht mal Stimmungsumfrage. Ja, also eigentlich hat von jeder jeder von euch
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schon mal Kontakt zu der Technologie gehabt und so was Ähnliches werde ich euch heute auch zeigen,
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dass man das eigentlich nicht über große Wetterinstitute machen muss, sondern eigentlich mit
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den Sachen, die hier schon vor mir aufgebaut sind. Genauer, wie ging es eigentlich damit los? Also
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wo kommt das eigentlich her? Genau, das ziemlich unscheinbare Bild war das erste Bild von unserer
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Erde, von einem Satelliten. Das hat die NASA damals in den 60er Jahren. Ende der 50er Jahre
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wurde die Technik entwickelt und 1960 wurde der erste Satellit gestartet, der mit TV-Kameras
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ausgestattet war, um erst mal zu schauen, ob die Technologie überhaupt funktioniert und ob das
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überhaupt sinnvoll sein kann, Wetterdaten von der Erde, also aus dem Weltall zu senden und das hat
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sich eben rausgestellt, dass das ziemlich gut funktioniert hat. Der Satellit hat fast 70 Tage
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durchgehalten, hat eben einfach ganz standardmäßige TV-Kameras an Bord gehabt und man konnte gut die
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Wolken sehen, wie eben auch gezeigt und er hat sich eben ständig um unsere Erde bewegt und die
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Bilder ausgesendet. Eigentlich ziemlich ähnlich zu dem Verfahren, wo ich heute noch mal genauer
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darauf eingehen werde. Genau, aber wo fliegen die Satelliten eigentlich? Es wurde eingangs schon
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erwähnt, dass die Satelliten eben ständig über uns fliegen, aber wo eigentlich? Genau, hier sind
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schon verschiedene Orbits auf der Slide angedeutet, aber zuerst einmal für Wettersatelliten ein sehr
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wichtiger Orbit, eben der Low Earth Orbit. Der ist eben bei einer Höhe unter 2000 Kilometern und da
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fliegt der Satellit eben ständig um unseren Planeten und wir können ihn dann hier von uns aus zehn
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Minuten sehen, von einem Azimut zum anderen, also der im Optimalfall sehen wir ihn dann ganz niedrig
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im Süden oder im Norden. Es kommt dann immer darauf an, in welche Richtung er fliegt und er fliegt dann
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immer über die Polkappen. Da gibt es gleich noch mal eine schöne Animation, ebenso ähnlich wie die
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ISS. Der Vorteil für Wettersatelliten ist eben, dass wir eine gute Auflösung haben. Das hängt auch mit
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der Wellenlänge von Licht zusammen, wie gut wir das eben aufnehmen können und der Low Earth Orbit
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erlaubt eben eine sehr gute Auflösung und ist vor allem überall auf der Welt verfügbar. Die
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Satelliten, die wir uns später noch mal anschauen, das ist eine Flotte aus drei Satelliten und die
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fliegen eben einmal morgens und einmal abends über jeden Punkt der Erde, also in Europa zumindest.
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Und an anderen Orten, zu anderen Uhrzeiten, aber jeder Ort der Erde wird eben zweimal von den
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Satelliten überflogen. Genau, so sehen eben die Bilder aus, die der Satellit produziert. Jetzt hier
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ein Bild aus dem sichtbaren Spektrum, also das, was wir auch sehen würden, wenn wir jetzt in 500
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Kilometer Höhe uns befinden würden und nur schwarz-weiß sehen könnten, so würde das ungefähr
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aussehen. Man sieht eben ganz Europa, da ist eben eine Karte drunter gelegt, dass man sich besser
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orientieren kann. Das ist West- und Nordeuropa, Großbritannien und da sieht man eben ziemlich
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gut die Wolken. Aber wir kommen später noch mal darauf, wie genau, welche Instrumente eigentlich
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00:04:43,760 --> 00:04:52,720
sich für was eignen. Genau, so sieht das eben aus. Die Erde oder der Satellit dreht sich und er fliegt
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eben einmal um die Erde, immer drum herum. Das ist eben noch mal eine schöne Animation.
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Ein weiterer Orbit, der für Satelliten eben interessant ist, vor allem für Wettersatelliten,
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nicht für Kommunikationssatelliten, wir sprechen immer nur über Wettersatelliten heute, ist eben
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der geostationäre Orbit. Der ist in 36.000 Kilometer über dem Äquator. Da ist auch noch
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mal eine Grafik. Der rote Teil ganz hinten ist der geostationäre Orbit und der Satellit bewegt
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00:05:23,320 --> 00:05:30,160
sich dabei eben immer genauso schnell wie die Erde. Also für uns bleibt er halt immer am gleichen
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Punkt im Himmel stehen. Das hat man ja auch bei TV-Satelliten so, dass man seine Salidenschüssel
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einmal ausrichtet und dann nie wieder irgendwie was verändern muss. Genau. Und der Nachteil dabei ist,
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dass über Europa es leider keine Satelliten gibt, die man so einfach empfangen kann. Deswegen bleiben
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wir heute erstmal bei dem Low Earth Orbit, wo man eben schauen muss, dass der Satellit gerade über
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00:05:51,280 --> 00:05:57,160
einem ist, bevor man ihn empfangen kann. Aber bei den geostationären Satelliten ist halt ein großer
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Vorteil, dass sie halt ständig einen Teil unserer Erde beobachten können. Also wenn er jetzt zum
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00:06:02,320 --> 00:06:09,960
Beispiel über über dem Äquator gibt es einige Wettersatelliten, über den afrikanischen
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00:06:09,960 --> 00:06:15,600
Äquator gibt es einige Satelliten, die sind halt sehr schwer zu empfangen, aber die decken halt
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den gesamten Planeten ab. Genau, das wie hier auch nochmal sichtbar jetzt hier über Amerika und
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Südamerika. Genau, der deckt dann halt eben, der rotiert sich halt wie die Erde und deckt dann eben
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diesen Teil ab. Und so sehen dann diese Bilder aus. Das ist jetzt vom Wettersatelliten GOES 16,
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der ist über Amerika und ist eben über dem pazifischen Ozean auf dem Äquator positioniert.
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Genau, so viel erstmal zu den Orbits. Was wird dann jetzt überhaupt oder welche Instrumente gibt
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es denn überhaupt? Ein sehr wichtiges Instrument sind eben die Radiometer und da hat sich seit dem
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ersten Satelliten sehr viel getan. Unter anderem ist es AVHRR, ein multispektrales Instrument,
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00:07:04,840 --> 00:07:11,160
das heißt, er unterteilt eben das Spektrum, was wir sehen können, in ganz viele verschiedene
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Kanäle auf. Also man kann dann, es gibt zum Beispiel die Sea-Level Surface Temperature,
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die hat eben eine ganz bestimmte Wellenlänge, wenn sie eine ganz bestimmte Temperatur hat. Also kann
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man viel genauere Vorhersagen treffen, wie zum Beispiel die Wolken charakterisiert sind, wie
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die Vegetation auf der Erde ist und das kann man alles aus den Infrarot- und sichtbaren Spektralbereichen
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ableiten. Und das können diese AVHRR, also Advanced High Resolution Radiometers, genau können das eben
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sehr gut aufzeichnen. Genau, aber die Daten werden jetzt also aufgezeichnet auf dem Satelliten, aber
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00:07:57,000 --> 00:08:02,600
wie werden die jetzt auf die Erde gesendet? Keine Angst, das ist jetzt das letzte theoretische
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00:08:02,600 --> 00:08:09,760
Segment und dann zeige ich euch, wie man das praktisch macht. Genau, zum einen mit APT, also
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00:08:09,760 --> 00:08:14,800
Automatic Picture Transmission, den Standard, der wurde ungefähr zeitgleich mit dem ersten
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00:08:14,800 --> 00:08:20,480
Satelliten entwickelt, also auch in den 60er Jahren. Das ist eben ein analogisches Übertragungsverfahren,
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00:08:20,480 --> 00:08:33,120
also wenn man dem zuhört, dann hat er so "bibibibi", so hört er sich an und da werden eben die Farbtöne in verschiedenen, also in Werten von 0 bis 100
75
00:08:33,120 --> 00:08:39,680
abgebildet und der Standard ist aber sehr verlustreich, weil die Daten eben nur schwarz-weiß
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00:08:39,680 --> 00:08:46,520
übertragen werden können, weil eben ein Wert von 0 bis 100 Prozent eben angegeben wird immer in den
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00:08:46,520 --> 00:08:57,160
Farbbereichen und die analogen Übertragungsverfahren, das Signal verschiebt sich immer weiter und dadurch
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00:08:57,160 --> 00:08:58,800
verschiebt sich auch die
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00:08:59,140 --> 00:09:03,340
von dem Signal, die eben die Informationen codiert.
80
00:09:03,340 --> 00:09:07,460
Und dadurch verschieben sich die Bilder in der Software immer, also muss man das
81
00:09:07,460 --> 00:09:12,940
auch korrigieren. Deswegen sieht man da unten immer so Korrektur-Ränder, an denen
82
00:09:12,940 --> 00:09:16,940
die Software dann festmacht, wie sie die Bilder eben korrigieren soll. Und das ist
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00:09:16,940 --> 00:09:21,100
eben dieser Doppler-Shift. Also das berühmte Beispiel ist halt Krankenwagen.
84
00:09:21,100 --> 00:09:24,980
Da hört man auch, dass wenn er vorbeifährt, wenn er vor einem ist, dass da
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00:09:24,980 --> 00:09:30,300
die Frequenz anders ist, als wenn er schon vorbeigefahren ist. Und das
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00:09:30,300 --> 00:09:34,980
gleiche passiert bei den Saliten auch, wenn die sich da mit sehr hohen
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00:09:34,980 --> 00:09:38,540
Geschwindigkeiten über uns drüber bewegen, dass sich die Signale auch da
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00:09:38,540 --> 00:09:41,860
leicht verschieben. Und das kann man in diesen analogen Übertragungsverfahren
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00:09:41,860 --> 00:09:46,420
eben nicht ausgleichen. Die Daten, die da übertragen werden, sind zum einen
90
00:09:46,420 --> 00:09:50,940
Infrarotdaten auf dem einen Kanal. Also es werden immer zwei Bilder gesendet,
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00:09:50,940 --> 00:09:57,660
ein Infrarotkanal und ein tageszeitabhängiger Kanal. Tagsüber ist es
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00:09:57,660 --> 00:10:01,380
eben das sichtbare Licht, das was wir zuerst gesehen hatten. Und nachts ist es
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00:10:01,380 --> 00:10:06,300
eben ein Nah-Infrarotbereich. Und dann kann man eben da auch die Temperatur
94
00:10:06,300 --> 00:10:11,460
zum Beispiel ableiten. Genau. Und was man eben auch mit so einer Antenne machen kann,
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00:10:11,460 --> 00:10:18,020
ist die Low-Rate Picture Transmission. Das wurde in Russland entwickelt und ist
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00:10:18,020 --> 00:10:24,860
eben ein digitales Übertragungsverfahren. Also die Daten werden da eben noch mal
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00:10:24,860 --> 00:10:29,460
verpackt in digitale Signale, die dann eben von den Saliten ausgesendet werden.
98
00:10:29,460 --> 00:10:32,860
Das kann man damit auch empfangen. Das Problem ist nur, man braucht einen
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00:10:32,860 --> 00:10:40,060
Computer, einen SR, um das eben dann zu demodulieren. Aber man hat eben als Vorteil
100
00:10:40,060 --> 00:10:44,500
die zwölffache Auflösung und eben drei Kanäle, die zeitgleich übertragen
101
00:10:44,500 --> 00:10:49,620
werden bei den Saliten, um die es jetzt geht. Man könnte das anders auch
102
00:10:49,620 --> 00:10:54,500
einteilen. Also man hat 60 Kilobit pro Sekunde, die man eben maximal senden
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00:10:54,500 --> 00:10:59,540
könnte. Und 40 Kilobit pro Sekunde werden aktuell für Bilddaten gesendet.
104
00:10:59,540 --> 00:11:05,780
Und genau, so sehen die da unten ungefähr aus. Die Aussetzer, das ist
105
00:11:05,780 --> 00:11:08,660
unbedingt von den Saliten, weil der schon ein bisschen älter ist. Der hat dann
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00:11:08,660 --> 00:11:17,460
immer technische Probleme. Ja genau, aber jetzt gibt es einen neuen, den Metor M2-3.
107
00:11:17,460 --> 00:11:21,300
Vielleicht können wir den auch noch mal im Laufe des Camps empfangen.
108
00:11:21,300 --> 00:11:25,940
Genau, aber wie geht das jetzt eigentlich? Praktisch, wie kann man das praktisch
109
00:11:25,940 --> 00:11:30,980
umsetzen? Zu allererst braucht man eben eine Antenne. Die Wetterdaten werden
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00:11:30,980 --> 00:11:39,140
ungefähr in dem Bereich von FM-Radiowellen oder noch darunter sind eben
111
00:11:39,140 --> 00:11:44,420
auch Flugfrequenzen. Also die Frequenzen, die die Tower benutzen, sind ganz in der
112
00:11:44,420 --> 00:11:52,140
Nähe. Und die sind ungefähr in dem Bereich bei zwei Meter. Und optimale
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00:11:52,140 --> 00:11:58,540
Antennen sind immer bei Lambda halbe, weil sie eben nicht zu lang sind. Und die
114
00:11:58,540 --> 00:12:06,180
Antenne, die hier jetzt ist, ist eine V-Depol-Antenne. Also die hat eben auch
115
00:12:06,180 --> 00:12:11,580
die Wellenlänge Lambda halbe, also 35 Zentimeter hat jedes Stück, also insgesamt
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00:12:11,580 --> 00:12:17,420
ein Meter, also genau die Hälfte von zwei Metern. Und die ist eben so
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00:12:17,420 --> 00:12:21,700
geformt. Die einfachste Antenne wäre natürlich einfach zwei Stäbe, die einen
118
00:12:21,700 --> 00:12:27,900
Meter lang sind. Aber die hat eben noch diese V-Form, die ist bei 120 Grad.
119
00:12:27,900 --> 00:12:31,860
Weil sich dadurch eben die Empfangskarakteristiken stärker auf
120
00:12:31,860 --> 00:12:38,100
diese orbitale Form des Satellitens einstellt. Also wenn der Satellit, der
121
00:12:38,100 --> 00:12:42,700
fliegt, also man müsste diese Antenne dann eben Richtung Norden ausrichten. Und der
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00:12:42,700 --> 00:12:48,460
Satellit fliegt immer von Norden nach Süden oder von Süden nach Norden. Und
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00:12:48,460 --> 00:12:55,260
darauf kann man eben, stellt dieser Winkel eben die sich ein und man erhält eben
124
00:12:55,260 --> 00:13:02,500
bessere Empfangsergebnisse. Genau. Und dann geht das Signal eben weiter in so ein
125
00:13:02,500 --> 00:13:08,700
STR. Das kann eigentlich jedes STR sein. Die Frequenzen sind eben so
126
00:13:08,700 --> 00:13:15,780
nah an dem Radioband dran, dass man da eigentlich relativ viel Auswahl hat.
127
00:13:15,780 --> 00:13:23,860
Der abgebildete STR ist zum Beispiel einfach in einem DVB-T-Stick, die in China oder auch
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00:13:23,860 --> 00:13:30,020
in vielen Ländern einfach für Fernsehempfang genutzt werden. Die kann man
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00:13:30,020 --> 00:13:34,060
einfach an seinen Laptop anstecken und dann kann man Fernsehen damit gucken.
130
00:13:34,060 --> 00:13:39,020
Lustig bei denen ist, dass dafür gibt es eben spezielle Treiber, die diese
131
00:13:39,020 --> 00:13:43,340
Limitationen eben umgehen, die diese Sticks mit sich bringen. Und dann kann man
132
00:13:43,340 --> 00:13:49,980
die meisten Sticks unterstützen, glaube ich, 30 Megahertz bis 1 Gigahertz.
133
00:13:49,980 --> 00:13:55,100
Der unterstützt sogar noch weniger, weil das eine spezielle Version ist. Aber die meisten
134
00:13:55,100 --> 00:14:00,660
decken halt dieses Spektrum genau ab, was man da eben empfangen will. Und das ist
135
00:14:00,660 --> 00:14:03,940
eben eine sehr günstige Alternative, um das zu empfangen.
136
00:14:03,940 --> 00:14:09,340
Genau. Aber der erste Schritt ist eben zu wissen, wo der Satellit ist. Da gibt es
137
00:14:09,340 --> 00:14:15,860
eben ganz viele Programme. Hier ist die Software G-Predict, die das macht. Und da
138
00:14:15,860 --> 00:14:19,700
gibt man eben ein, an welchen Satelliten man interessiert ist. In dem Fall
139
00:14:19,700 --> 00:14:27,060
senden die NOAA-Flotte, das sind eben die Nachfolger der TRIOS-Serie, senden eben noch
140
00:14:27,060 --> 00:14:31,980
diese APT, also diese analogen Signale aus. Und da muss man halt schauen, dass
141
00:14:31,980 --> 00:14:37,500
sie eben über einem drüber sind, während des Zeitraums. Da gibt es eben
142
00:14:37,500 --> 00:14:41,980
viele Software, auch fürs Handy, die einem da eben im Tagesverlauf zeigt, welche
143
00:14:41,980 --> 00:14:46,780
Satelliten gerade verfügbar sind. Und sobald der Satellit eben über einem drüber
144
00:14:46,780 --> 00:14:50,420
ist, riechen die Antenne am besten nach Norden aus, ungefähr einen Meter über
145
00:14:50,420 --> 00:14:54,340
dem Grund, weil da die Empfangseigenschaften am besten sind, weil
146
00:14:54,340 --> 00:15:01,420
der Boden auch als Erde fungiert teilweise. Genau. Und dann während des
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00:15:01,420 --> 00:15:06,700
Überfluges sieht dann das Signal so aus. In der Software werden also die
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00:15:06,700 --> 00:15:14,860
Radiosignale werden da eben angezeigt. Und dann kann man das halt einfach aufnehmen
149
00:15:14,860 --> 00:15:18,460
und der speichert das dann ab. Oder man kann das auch direkt an einem Programm
150
00:15:18,460 --> 00:15:23,740
weitergeben, was eben diese Daten direkt verarbeitet. Da gibt es auch viele
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00:15:23,740 --> 00:15:27,580
Software. Wir können vielleicht, wenn euch das interessiert, auch später noch mal
152
00:15:27,580 --> 00:15:34,300
darauf eingehen, wie das genau dekodiert wird und demoduliert wird. Aber genau,
153
00:15:34,300 --> 00:15:38,780
es reicht glaube ich jetzt einfach erst mal zu wissen, dass diese Signale das
154
00:15:38,780 --> 00:15:44,260
Wetterbild kodieren. Und das wird eben am Anfang, ist es ziemlich schwach, weil der
155
00:15:44,260 --> 00:15:51,300
Satellit auch weiter weg ist von einem. Und je weiter der Pass eben voranschreitet,
156
00:15:51,300 --> 00:15:57,100
desto stärker wird eben das Signal. Das ist eben ein Signal, wo der Satellit
157
00:15:57,100 --> 00:16:01,380
eben relativ hoch schon im Orbit-Stand. Genau, deswegen ist es so stark.
158
00:16:01,380 --> 00:16:06,020
Genau, ja und dann muss man eben das Signal demodulieren. Da können wir später
159
00:16:06,020 --> 00:16:09,780
vielleicht auch noch mal drauf eingehen. Und dann hat man eben am Ende ein ziemlich
160
00:16:09,780 --> 00:16:16,180
schräges Resultat, wegen dem Doppler-Shift. Also die Frequenzen verschieben sich da.
161
00:16:16,180 --> 00:16:23,020
Und das kann man eben korrigieren und erhält am Ende, vielleicht können wir noch mal
162
00:16:23,020 --> 00:16:28,060
noch mal zurück. Ich habe jetzt glaube ich keine extra Folie dafür. Und dann
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00:16:28,060 --> 00:16:36,340
erhält man eben so ein Bild raus. Genau, ja und für die Zukunft
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00:16:36,340 --> 00:16:46,380
senden die Satelliten auch noch andere Übertragungsverfahren aus, die eben
165
00:16:46,380 --> 00:16:54,740
deutlich mehr von der Auflösung der Radiometer übertragen. Das ist eben
166
00:16:54,740 --> 00:17:00,500
High Resolution Pictrotons Mission. Das hat jeder Satellit, der vor 20 Jahren
167
00:17:00,500 --> 00:17:03,660
gestartet wurde, auch schon an Bord. Aber das ist deutlich komplizierter. Die
168
00:17:03,660 --> 00:17:07,220
Signale sind teilweise so schwach, dass man Satellitenschüsseln braucht, die eben
169
00:17:07,220 --> 00:17:15,500
viel Signal bündeln und dann eben in eine Feed, die eben in dem Centerpoint
170
00:17:15,500 --> 00:17:21,660
befestigt wird, bündeln. Und dann erhält man natürlich, weil die Drähte auch
171
00:17:21,660 --> 00:17:25,940
ziemlich klein sind, die man dann im Endeffekt nutzt, auch noch ein relativ
172
00:17:25,940 --> 00:17:31,780
nutzbares Bild. Genau, das war jetzt einer meiner ersten Versuche von HRPT.
173
00:17:31,780 --> 00:17:39,300
Genau, aber so weit erstmal. Wir können dann später auch, wenn Interesse besteht,
174
00:17:39,300 --> 00:17:43,820
das mal praktisch machen. Ich habe geschaut, in 50 Minuten ist der nächste
175
00:17:43,820 --> 00:17:48,660
Überflug. Genau, vielen Dank für die Aufmerksamkeit.
176
00:17:49,140 --> 00:17:53,140
[Applaus]
177
00:17:53,620 --> 00:17:56,700
[Musik]
178
00:17:56,700 --> 00:17:59,700
SWR 2020