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Gracias al canal de Telegram de Araba Telecos ST, leyendo un día los mensajes, vi que varios integrantes del canal hablaban de los globos sonda que lanza la Agencia Estatal de Meteorología en España (AEMET) (PDF 125Aniversario) y el hobby que hay para recuperarlos cuando ya han cumplido su misión.
La web sondehub.org nos muestra un mapa interactivo donde podemos ver las sondas lanzadas en muchos países de todo el planeta.
Las sondas son unos dispositivos pequeños de muy poco peso, lanzadas en un globo con helio, que incorporan un circuito electrónico con baterías ,un receptor GPS y diversos sensores, estas emiten unas tramas de datos cada pocos segundos con la información de los sensores en tiempo real. Una vez alcanzada la altura aproximada de los 30.000 metros, el globo explota y entra en acción un paracaídas.
Esa información, dependiendo del fabricante de la sonda y del país donde se lanzan, es transmitida en una frecuencia específica (normalmente desde los 400 a los 406 Mhz) a unos 60mw de potencia dependiendo de la radiosonda.
La recepción de la señal en el caso de SondeHub, es aportada por usuarios que altruistamente apoyan el proyecto, muchos de ellos son radioaficionados o personas que les gusta interpretar la telemetría de la señal recibida.
Es aquí donde entramos en juego con su seguimiento y su posterior búsqueda, ya que con un receptor SDR y usando una Raspberry o similar, podemos montar una pequeña estación receptora y participar en el proyecto.
Recomiendo ver este vídeo donde explican en una conferencia la parte más técnica de las sondas (está en inglés pero se pueden activar los subtítulos en español)
MENU
Las Radiosondas
AEMET Huelva
Radioafición
Estadísticas en SondeHub
AUTO_RX
Comportamiento de las baterías
Trama de datos
Receptores y recepción
Pruebas de recepción
Fabricando la antena
Reutilización o reciclaje de la radiosonda
LAS RADIOSONDAS
No hay un único fabricante de sondas, existen diversas marcas y modelos. Hasta el momento solo he podido hacer las pruebas de recepción con la VAISALA RS41 similar a la de la foto (fuente), que son las que suele usar la AEMET, aunque en los lanzamientos de Cataluña o Murcia usan las DILUS METEOMODEM M10.
Para las VAISALA, dejo los enlaces a la ficha técnica en español [PDF], guía de usuario en Inglés [PDF] y otros documentos disponibles en la web de VAISALA.
La sonda lanzada desde Barcelona suele ser la [DILUS M10], la cual tiene otro factor de forma en su construcción y su lanzamiento lo realiza Meteo.cat
AEMET HUELVA
La AEMET desde 2018 tiene en Huelva una estación automática para el lanzamiento de estas sondas, de ahí que podamos observar en SondeHub como en España salen prácticamente todas las sondas al mismo tiempo, a las 00h y 12h UTC (que corresponde a 1 hora más en el horario peninsular durante los meses de invierno, y a 2 horas más durante el horario de verano) aunque tardan un cuarto de hora más en lanzarlas que en la estación de Barcelona, que suele ser mas puntual.
La AEMET tiene redes de observación de superficie y altura, desconozco como funciona la agencia a la hora de recibir la señal de las radiosondas, supongo que obtiene los datos con infraestructura propia para recibir las tramas, pero desconozco si se apoya en servicios como los de SondeHub, por mas que he buscado no he encontrado nada. Independientemente de ello, tener a mano plataformas como la de SondeHub para alguien que le guste la meteorología o estudiantes que quieran información en tiempo real es un recurso muy valioso.
Buscando información por Google, he encontrado dos ficheros PDF de la Plataforma de Contratación del Sector Público, algo antiguos pero aportan información relevante de los costes a la hora de adquirir las radiosondas. PDF y PDF
Ojeando los PDF podemos observar que hay diversos tamaños de globos, aunque desconozco si se usan para otro tipo de lanzamientos o dependiendo de la zona usan diferentes tipos de globos. Supongo que al ser del 2016 habrán cambiado algunas cosas hasta hoy día.
Los seguimientos que he podido hacer hasta día de hoy (Marzo de 2024), son de las sondas lanzadas desde la estación de la AEMET de Huelva (Vídeo de la AEMET) y aquí podemos ver como es la sonda una vez caída en tierra (Vídeo de Felipe Ortiz)
RADIOAFICION
No es necesario ser radioaficionado con licencia para participar en este proyecto, ya que en ningún momento estamos haciendo transmisiones, pero si vas a usar un walkie (ahora que los hay muy baratos) para recibir las tramas y buscar la sonda sobre el terreno, es necesario tener la licencia, ya que estamos manipulando un dispositivo que puede hacer transmisiones y sin la licencia es sancionable.
Dicho esto, como vamos a salir al campo, llevad siempre el DNI, una fotocopia de la licencia en vigor, la factura de compra del walkie y que el walkie tenga Certificación Europea (Sello CE) así, en caso de que algún cuerpo de seguridad del estado nos lo solicite, podemos mostrarles toda la documentación sin problema alguno.
La frecuencia de emisión de la sonda (402.500 Mhz) está fuera del rango de frecuencias otorgadas a los radioaficionados (430.000 a 440.000 Mhz, el rango mas cercano), no obstante, la gran mayoría de walkies modernos se fabrican para un uso multipropósito, por lo que abarcan un rango de frecuencias muy amplio, y mediante la programación que se le haga desde el ordenador se pueden configurar para un uso profesional o amateur.
Si no tienes la licencia, usa mejor un receptor (un escáner), un SDR conectado al móvil o un TTGO.
Ojo: Si reprogramas la radiosonda y la usas para transmitir sin tener licencia, si mal no tengo entendido (que alguien me corrija en los comentarios si me equivoco) tiene que ser en los 433Mhz (Banda ISM) y nunca a mas de 100mw. Recomiendo a quien lo haga que se informe antes. Esa es la frecuencia que usan los llaveros de los garajes, sensores de temperatura, presión de los neumáticos de los coches o la comunicación LORA entre otros.
Post del blog Telefónica Tech hablando de ello. ENLACE
ESTADISTICAS EN SONDEHUB
SondeHub tiene una interfaz muy intuitiva. Si no hay sonda activa en el momento de entrar en la web, podemos usar el desplegable y seleccionar las últimas 12 horas, para que salga la última sonda que estuvo por la zona. Al pulsar sobre la sonda, a la izquierda se nos despliega la información de la sonda, y aparecen 3 botones:
El primero [Share] es para compartir un enlace web de la sonda.
El segundo [SkewT] nos muestra en la derecha un diagrama termodinámico, como es algo complejo de interpretar la primera vez que se ve, he buscado en Youtube y he visto un vídeo del canal de Meteo-Windy donde explica detalladamente el diagrama paso a paso.
El tercero [Plots] nos carga una web (grafana) con todos los datos recopilados y mostrados en diversas gráficas, desde la telemetría de la sonda, como el porcentaje de recepción de cada nodo.
También hay una función algo oculta, que muestra la telemetría en la parte inferior del mapa, para ello, hay que pulsar sobre [Telemetry Graph] y se nos desplegará la gráfica con toda la telemetría de la sonda.
AUTO_RX
auto_rx (Enlace a la web oficial) es un software que funciona bajo distribuciones linux usando un entorno virtual en Python, por lo que podemos ejecutarlo tanto en un PC con linux como en una raspberry. Este software es compatible con RTL-SDR, incluída la versión 4 y funciona a las mil maravillas.
Podemos ejecutarlo como servicio para que se ejecute automáticamente cuando encendamos el equipo, permite usar varios SDR al mismo tiempo, soporta rotores para antenas y nos permite hacer múltiples ajustes para optimizar la recepción de la señal.
Tiene una interfaz web muy completa, no solo muestra en tiempo real las sondas que esté recibiendo nuestro SDR, también nos muestra un espectrograma muy básico para que veamos la intensidad de la señal que nos llega y podemos visualizar sobre el mapa todas las radiosondas que ha recibido con el paso del tiempo.
Dispone de acceso al histórico de todas las radiosondas detectadas y nos permite visualizar el radio de cobertura basándose en todas las recepciones. También genera ficheros KML para ver los trazados en 3D sobre un mapa como podrás observar mas abajo.
Para la configuración de auto_rx crearé un post específico.
COMPORTAMIENTO DE LAS BATERÍAS
Las radiosondas RS41 de Vaisala lleva dos baterías de litio AA. Como aún no he capturado ninguna, doy por hecho que son baterías no recargables (pilas), de 1.5v con la diferencia que su compuesto contiene litio y su comportamiento a bajas temperaturas es mas estable. Enlace a Energizer
Como podemos observar en la gráfica, según baja la temperatura el voltaje también disminuye, curiosamente de forma escalonada. Es de sobra conocido que la química de las baterías con cambios bruscos de temperatura hacen que cambie el comportamiento del voltaje que entregan y su capacidad, desconozco si la sonda consume mas batería según asciende para emitir con mas potencia o tiene algunos sensores que consuman mas energía durante su uso. Luego cuando ha llegado a tierra podemos ver que se recupera un poco, quizás desactiva algunos sensores para ahorrar energía. Aún así, tiene un buen comportamiento y pese a que la gráfica sea algo alarmante al ver ese descenso de voltajes, solo ha bajado de los 3v a los 2.6v. Hemos de tener en cuenta que ha de quedarle voltaje para modo BURST durante 8 horas para poder localizarla cuando llegue a tierra.
TRAMA DE DATOS
En la Vaisala RS41, la radiosonda emite una trama de datos usando FSK (modulación por desplazamiento de frecuencia). Dicha trama usa codificación XOR e incluye corrección de errores.
Su interpretación tiene cierta complejidad, ya que es necesario tener ciertos conocimientos de programación avanzada para llegar a comprender como se decodifica la trama y el motivo por el que se ha diseñado de esa manera.
Si te interesa el tema, he encontrado en GitHub un proyecto que explica como es la trama, su estructura interna y como decodificarla. (GitHub de bazjo) (enlace traducido desde google translate)
RECEPTORES Y RECEPCIÓN
Hay muchas formas de localizar las sondas, hay que tener en cuenta que una vez que la sonda ha tocado tierra, si tienen el BURST TIMER activo seguirán emitiendo las tramas durante las siguientes 8 horas (puede verse en la información de la sonda que nos aparece a la izquierda en SondeHub cuando estamos haciendo el seguimiento en el mapa).
Es por ello que podemos encontrarnos diversas situaciones, en el supuesto que no caiga en un lago, rio o pantano, la sonda está recubierta de poliestireno expandido y va a flotar pero no se hasta que punto el dispositivo queda lo suficientemente estanco para que no se moje la electrónica, obviamente va a dificultar su recuperación, al igual que si cae en una propiedad privada y su dueño no nos autoriza el acceso, o cae una torre de alta tensión o en las ramas de un árbol, debemos ser muy prudentes y no meternos por cualquier sitio, cordura ante todo.
En el caso que la sonda se quede sin baterías, su localización íntegramente va a ser visual, no queda otra, quizás con suerte se pueda localizar el color blanco del hilo, la sonda o una parte del globo que contraste sobre la vegetación, el hilo suele tener una longitud aproximada de 50 metros y por norma general el globo, la cuerda y la sonda no suelen separarse.
Por otro lado, con un walkie que permita sintonizar la frecuencia y con una antena direccional, podemos buscarla observando la intensidad de la señal recibida.
Si lo que queremos es exactitud en la búsqueda, lo que hay que hacer es leer la trama que emite la sonda, ya que esta incluye la geolocalización del GPS que incorpora. Para ello hay varias formas de hacerlo.
Usando un SDR conectado al móvil (Android) SDRangel es una de las aplicaciones que tiene soporte para leer las tramas de la radiosonda de VAISALA RS41, está disponible en la PlayStore de Google y es posiblemente una de las aplicaciones con mas soporte para decodificar muchos estándares digitales.
Solo necesitamos que nuestro móvil sea compatible con el sistema OTG y usar un adaptador.
En Youtube he encontrado un vídeo de su funcionamiento, no tiene audio pero se intuyen todas las opciones que tiene.
Usando una SDR conectado a una raspberry y un móvil
Usando un dispositivo TTGO
Existen diversas aplicaciones para recibir la señal de las radiosondas, las hay que operan bajo Windows con una licencia comercial y muchas otras apps multiplataforma con licencia de uso libre y/o gratuitas, y hemos también de tener en cuenta que no siempre se lanzan las mismas balizas, ya que hay diversos fabricantes y no todas emiten la misma trama ni emiten los mismos datos.
Existe un módulo TTGO con una pequeña pantalla que nos ayuda a localizar la sonda. Estos dispositivos están a día de hoy en pleno auge, ya que son los que se usan para proyectos que usan la tecnología inalambrica LORA. También puede usarse una APP en el movil (MySondy GO – ENLACE) para visualizar sobre el mapa los datos recibidos por el TTGO.
Como vamos a participar en el proyecto de SondeHub, tenemos que ceñirnos a las aplicaciones que indican en la web, auto_rx o rdzTTGOsonde.
PRUEBAS DE RECEPCIÓN
Mis primeras pruebas fueron con una antena Nagoya 771 de aliexpress, como la que muestro en la foto, conectada directamente al SDR, sin filtro paso banda, ni preamplificador y la verdad es que no esperaba que fuese a recibir muchas señales, no es una antena diseñada para ello y para colmo en esa frecuencia tengo un QRM muy alto y diversas interferencias, por lo que la señal cuando la recibía era muy débil, teniendo también en cuenta que está montado dentro de la vivienda cerca de la ventana.
Teniendo en cuenta que todos los lanzamientos que he captado son desde Huelva, casi siempre pillo la señal cuando ya ha explotado el globo, la distancia máxima entre la sonda y el receptor que he podido captar es de 112Km, que no está nada mal, siendo realista esperaba que solo recibiese señales en un radio mucho menor.
La antena Nagoya original (la que tengo no creo que lo sea porque me costó 4 euros) no veo que tenga diagrama de radiación, pero en la web de George Smart – M1GEO hay un artículo hablando de la Nagoya 771, muestra fotos de Rayos X y el diagrama de radiación. Para 435Mhz se aprecia que no puede hacer milagros si la señal procede de un punto muy alto y muy cercano, es normal, no está diseñada para el uso que le he dado, está pensada para un walkie y aún así deja mucho que desear.
La ciudad de Ronda se encuentra situada en una meseta a unos 750 metros de altitud desde el nivel del mar y está rodeada de montañas. Pero aquí las montañas no afectan demasiado, están lo suficientemente retiradas para que lleguen a molestar, tendría que vivir muy pegado a una ladera para que me afectase.
Como una imagen vale mas que mil palabras, he averiguado que el software auto_rx, trae un fichero en Pyhton que convierte los ficheros con extensión LOG (que son los que contiene las tramas recibidas de las sondas) a extensión KML, haciendo posible que se pueda visualizar la ruta de cada sonda en aplicaciones como Google Earth, y aquí es donde se aprecia la magnitud a escala de por donde ha pasado la sonda.
Si me asomase por la ventana mirando al noroeste (dirección Sevilla) vería a que altitud y a que distancia he podido captar las sondas, las líneas rectas son pérdidas de señal, que auto_rx ha recibido por primera vez, almacena las tramas, pierde la señal y la vuelve a recuperar al tiempo en una localización mas distante, como es la misma sonda y no una nueva, no crea un nuevo trazado, lo que hace es unir las dos rutas captadas con una línea recta.
Desde este ángulo se aprecia mejor el descenso de las sondas, solo pensar que a 8.000 metros de altitud la temperatura sea de -41ºC da mucho que pensar sobre la poca altura que tenemos habitable en comparación al tamaño del planeta.
FABRICANDO LA ANTENA
Dado los resultados anteriores, he decidido hacer una antena diseñada para la recepción de las sondas, basándome en la información que da la web m0ukd.com la cual tiene una calculadora y enseña en fotos como hacer la antena.
Si no tenéis una tienda de electrónica cerca, que por desgracia escasean, siempre nos quedará pedir los componentes por internet. En mi caso, aprovechando que en aliexpress hay unos módulos paso banda y un preamplificador a un precio interesante, he procedido a pedirlos para hacer las pruebas.
Con una base de PL SO-239, y un alambre de 35mm de grosor que he podido localizar en un supermercado de materiales de construcción, unos alicates y su posterior soldadura, podemos hacer una antena con las medidas adecuadas en un par de horas.
Es importante que el vivo esté bien aislado del plano a tierra, sobre todo si la vamos a colocar en el exterior, podemos usar alguna silicona o resina epoxy que sea resistente a las inclemencias del tiempo y que el conector del latiguillo que conectemos a la antena se proteja con goma auto-fundente. Si el material es de cobre, también es necesario al menos darle una capa de barniz.
Ya lo que queda es fabricar un soporte adaptándolo al sitio donde la instalemos y si tenemos a mano un NANO VNA pues podemos comprobar que la antena resuena en la frecuencia para la que ha sido construida. (Vídeo de CD3PFL) donde explica como usar el Nano VNA
Si queréis hacer una antena mas profesional y robusta de similares características, podéis ojear este vídeo de Manuel Rico en su canal de Youtube, donde hace un trabajo de soldadura muy fino.
REUTILIZACION O RECICLAJE DE LA RADIOSONDA
Cuando se recupera una sonda, es posible reprogramarla para darle alguna funcionalidad extra. Ya por el 2018 se estaba investigando como reprogramarlas.
A día de hoy se ha avanzado mucho y se le pueden dar varios usos, como usar el GPS y emitir tramas APRS, usar CW o RTTY, todo ello dentro de la banda de radioaficionados, en las frecuencias destinadas para el uso de señales digitales.
Hay un proyecto en GitHub llamado (RS41ng) de Mikael Nousiainen que ha desarollado una custom firmware para las radiosondas Vaisala RS41 y Graw DFM-17.
Espero que este post le sea de utilidad a quienes tuviesen algo de interés por este mundillo o a quienes lo desconocían por completo, como fue mi caso. Como siempre, si veo erratas o cosas que pueda mejorar iré actualizando el post y poniendo la fecha de actualización al inicio del artículo.
Saludos cordiales. 73.