La réception des satellites Avis aux passionnés des ondes-courtes

La réception des satellites
Avis aux passionnés des ondes-courtes (I)
Plutôt que de se contenter d'observer les satellites, voyons quels sont les moyens mis à notre disposition pour recevoir les transmissions des satellites radioamateurs et autres laboratoires orbitaux (RS, ISS, METEOSAT, NOAA, INMARSAT, etc).
A l'image du matériel de radioastronomie, un système de réception satellitaire nécessite du matériel spécifique qui fait souvent partie de la panoplie des accessoires du radioamateur ou de tout passionné des ondes-courtes. 
Equipement d'une station de réception
Voyons tout d'abord de quoi se compose une installation type avant d'envisager d'autres solutions, plus compactes ou intégrées.
Pour être fonctionnelle, de manière générale une station d'écoute satellite élémentaire nécessite du matériel élémentaire : une simple antenne VHF et un récepteur accordé sur la même fréquence.
Antennes à faible gain
L'antenne doit être accordée sur 137 MHz pour recevoir les satellites défilant en orbite polaire (également appelés "Polar Orbiting Environmental Satellites" ou POES). L'antenne la plus simple mais efficace est la turnstile ou dipôle croisé (70-80 € chez Thiecom ou Timestep), la même que celle utilisée sur d'autres fréquences par les stations de radiodiffusion AM, mais à une échelle plus petite. 
Une solution plus efficace consiste à utiliser une antenne hélicoïdale quadrifilaire (QHA). Elle offre l'avantage d'être fixe, elle ne requiert donc pas de moteur d'antenne, et change automatiquement d'élévation et d'azimut en fonction de la direction du satellite sans interrompre la réception. Elle présente une polarisation circulaire droite et une bande passante relativement étroite. Si vous êtes bricoleur vous pouvez facilement construire ces antennes vous-même à très faible coût. Malheureusement, les plans ne sont pas faciles à trouver et je n'en possède aucun.
Tout d'abord deux antennes adaptées à la réception des satellites défilants dans la bande des 136-138 MHz. A gauche, un dipôle croisé en polarisation circulaire droite offrant un gain de 6.0 dBi. Au centre, une antenne hélicoïdale quadrifilaire (QHA) en acier trempé et plastique derelin. Ses performances sont légèrement supérieures à celle du dipôle croisé mais son prix est beaucoup plus élevé. A droite, une antenne discone AOR DS3000A. C'est une antenne à large bande capable de recevoir entre 75 MHz et 3 GHz et de transmettre sur les bandes amateurs de 144, 430, 904 et 1200 MHz. Elle supporte 50 W maximum. Elle est plus adaptée aux communications terrestres mais on peut l'utiliser pour capter d'autres signaux, y compris ceux des satellites lorsqu'ils passent assez bas sur l'horizon. Cette antenne est livrée avec un cable RG-58A/U et des connecteurs N. Documents Timestep et AOR USA.
Comme toute antenne fonctionnant sur les bandes VHF, ces aériens travaillent sans préamplificateur mais requièrent un cable coaxial de qualité pour éviter les pertes qui sont beaucoup plus importantes en VHF qu'en HF. Dans cette configuration, la longueur du coax ne devrait pas dépasser 15 mètres. Si votre coax mesure 15 mètres ou plus, vous devrez utiliser un préamplificateur 137 MHz qui sera monté directement sous l'antenne. De telles antennes fonctionnent également très bien pour recevoir les signaux de la Station Spatiale International ISS sur 145.800 MHz dans la bande amateur des 2 mètres.
Un préamplificateur à placer juste sous l'antenne de réception. Son niveau de bruit est de 0.5 dB et son système de filtrage permet de rejeter les pagers émettant sur 153 MHz au-delà de 50 dB. Document Timestep.
En complément vous pouvez ajouter les accessoires suivants :
- Un préamplificateur d'antenne pour améliorer la réception des signaux dont la puissance est limitée à 5 W (37 dBm)
- Un ou plusieurs récepteurs SSB et FM couvrant les fréquences de 30 MHz, 135-145 MHz (la plus utilisée), 430-440 MHz et 1.691-1.694 GHz (pour METEOSAT), équipé optionnellement de convertisseurs
- Le récepteur VHF doit accepter des filtres FM présentant une bande passante de 30 à 50 kHz (ni trop étroite ni trop large) afin de capter les signaux APT sur 137 MHz
- En option, un modem DSP (V.92 digital) permettant de capter les signaux fax transmis par ces satellites et les autres transmissions digitales par ondes-courtes (par exemple la télémétrie en PSK à 400 bps des satellites OSCAR).
En général la réception des satellites en orbite polaire ne pose jamais de problème. Orbitant entre 200 km (ISS) et plus de 1000 km d'altitude, même avec 5 W de puissance, vous capterez assez facilement les signaux transmis en VHF. Toutefois, vu leur distance, les satellites géostationnaires requièrent une antenne à haut gain.
Antennes à haut gain
Sachant que les satellites météo travaillent à différentes fréquences, nous avons besoin de plusieurs types d'antennes. Pour recevoir les satellites météo en VHF vous pouvez utiliser votre dipôle croisé ou la quadrifilaire. Ce type d'antenne est suffisant mais présente un faible gain. Pour recevoir les METEOSAT vous avez besoin de quelque chose de plus grand et à bande étroite, accordé sur les micro-ondes (bande L). Cela nous conduit à choisir une antenne présentant un gain élevé parmi l'un des modèles suivants :
Une parabole Timestep de 90 cm de diamètre pour recevoir les satellites géostationnaires. Elle offre un gain de 22.5 dBic.
- Une antenne Yagi VHF à polarisation circulaire croisée (en forme de X) ou une une antenne hélicoïdale (en forme de tire-bouchon) à polarisation circulaire à droite accordée sur 137 MHz, et offrant un gain d'au moins 14 dBic si vous désirez capter les signaux des satellites défilants en orbite polaire (NOAA, METEOR, etc)
- Une antenne parabolique de 1m à 2m de diamètre (90 cm est le minimum) accordée sur 1.69 GHz et offrant un gain d'au moins 22 dBic pour capter les satellites géostationnaires (METEOSAT, etc).
Cette parabole est faite soit d'une surface métallique pleine soit constituée d'un treillis métallique. Elles sont proposées avec ou sans trépied. Les modèles tactiques haut de gamme sont très chers mais il existe des produits amateurs plus accessibles. 
Beaucoup d'amateurs se reportent également sur les antennes de TV par satellite[1]. Ces deux types d'antennes à gain élevé doivent être équipées d'un moteur du fait que leur angle d'ouverture est très étroit (10-20°).
Enfin, si vous désirez utiliser un logiciel de poursuite de satellites pour diriger votre antenne et suivre les satellites en temps réel, David H. Lamont, ZL2AMD, propose une carte UNI-TRAC, une interface de poursuite et tuner pour PC qui, connectée à un moteur, assure un suivi automatique et en temp réel de n'importe quel satellite. Cette interface remplace la carte Kansas City Tracker/Tuner qui n'est plus disponible.
Tous ces accessoires sont disponibles chez tout bon revendeur de matériel électronique ou radioamateur tel ICOM, Kenwood, Yaesu, AOR et autre UKW-Berichte. La plupart d'entre eux vendent également des antennes Yagi en polarisation croisée et des antennes paraboliques.
Petites antennes
Je me doute bien que ce matériel risque de vous faire peur si vous lisez ceci pour la première fois. Ca vous change de l'antenne télescopique de votre radio portative ! 
Antenne log périodique compacte AX-31B de WinRADIO pour la réception de toutes les fréquences comprises entre 230 MHz et 1600 MHz.
Mais on peut se passer de ce matériel. Si vous disposez de vraiment peu d'espace pour installer plusieurs antennes ou même pour ériger une verticale, une parabole ou une discone, il existe une solution "compacte" qui plaira sans doute à tous les écouteurs et aux amateurs vivant en appartement.
Pour capter les signaux au-dessus de 230 MHz, vous pouvez acheter chez WinRADIO une antenne log périodique de réception compacte et multibande AX-31B. C'est une beam pas plus grande qu'une feuille A4 livrée avec un amplificateur d'antenne de 20 dB incorporé et 2 mètres de cable coaxial. C'est un bon compromis et elle fonctionne également à l'intérieur.
La société italienne PKW vend également des antennes log périodiques de réception ou d'émission fonctionnant dans différentes bandes dont la LP-22eV couvrant de 130 MHz à 1.3 GHz (124 €).
Réception d'ISS
Pour capter les émissions de la station ISS (indicatif NA1SS), en Région 1 (Europe, Russie, Afrique) vous devez écouter la fréquence VHF de 145.800 MHz en FM (downlink), les radioamateurs au sol émettant sur 145.200 MHz (uplink).
Une simple antenne dite fouet peut déjà convenir mais pour l'émission (145.200 MHz) il est conseillé d'utiliser une Yagi orientable bien qu'une verticale permette déjà d'établir des contacts (mais ils dureront moins longtemps).
Vous pouvez également utiliser une antenne ground plane verticale ou une discone. Ce type d'antenne étant polarisé verticalement, vous pouvez seulement capter les transmissions d'ISS lorsqu'elle évolue très bas sur l'horizon et durant une période plus courte que si vous utilisiez une antenne Yagi orientable.
Les périodes d'interruption des liaisons amateur sont connues d'avance et correspondent en général aux EVA et aux changements d'équipage d'ISS.
Réception des fax HF
Pour la réception des fax et autres messages météo dans les bandes HF (80-10m), vous pouvez tendre à l'extérieur un long fil d'au moins 20m à  plus de 5 mètres de hauteur ou ériger une petite antenne HF verticale d'au moins 5 mètres de hauteur. Une solution plus onéreuse mais plus compacte consiste à acquérir une antenne magnétique active de réception telle la Wellbrook ALA-1530 qui fonctionne également à l'intérieur. 
(Prédictions en ligne valables pour tous les satellites radioamateurs)
Actvités radioamateurs
A gauche une antenne radioamateur reconnaissable à sa grande Yagi décamétrique sur laquelle ont été ajouté des éléments directionnels pour le traffic V/UHF. Photographie prise le 27 janvier 1998 lors de la conjonction de la Lune avec Vénus et Mercure. A droite l'astronaute et radioamateur KC50ZX à bord de la navette spatiale américaine en conversion avec des radioamateurs du Goddard Amateur Radio Club sur 145.200/145.800 MHz. L'équipage d'ISS travaille également en packet radio sur 2m. Documents Astroarts et NASA.
De la même manière, si vous êtes radioamateur et désirez travailler par satellite (avec les satellites OSCAR ou ISS) sur les fréquences adéquates, vos antennes devront être à la hauteur de vos espérances. Les composants électroniques réagissant dans ces hautes fréquences différemment qu'en HF, rien ne vaut une antenne Yagi comprenant de 5 à 30 éléments en VHF avec préampli d'antenne, équipée d'au moins deux cables coaxiaux par antenne, l'un de très bonne qualité pour l'émission, le second de qualité éventuellement moindre pour la réception, les cables coaxiaux étant aussi courts que possible. Il existe encore des différences selon que vous travaillez en SSB ou en FM. A ma connaissance la seule petite beam d'émission couvrant de manière continue les fréquences comprises entre 1.5 et 200 MHz et supportant jusqu'à 1 kW PEP (pour la HF) est la D2T. Mais ceci est un autre débat.
Réception d'Inmarsat
Pour les passionnés de mer et d'aventures, rappelons qu'aujourd'hui plus aucune expédition, qu'elle soit maritime, terrestre ou se déroulant dans les airs, ne trafique par les ondes-courtes, excepté les contacts locaux en VHF. A l'ère des satellites toutes les communications entre les membres d'équipage et leur base ou le QG sont établies à travers le réseau mondial des satellites Inmarsat et autre Orbcomm (sauf dans les régions polaires). 
Créé en 1979, Inmarsat comprend aujourd'hui 13 satellites. Ils assurent toutes les communications mobiles à travers le monde. Les satellites Inmarsat sont situés sur quatre "slots" orbitaux appelés IOR, AORE, AORW et POR. Une liaison Inmarsat peut s'établir avec des moyens très modestes mais très onéreux, comprenant un PC portable, un téléphone Inmarsat Mini-M (genre GSM) et une antenne portative. A titre d'information une installation Inmarsat portable d'émission (terminal Inmarsat M4, console Nera avec antenne portefeuille pliable et liaison ISDN) revient à 5000 €, mais c'est autre chose qu'un GSM !
A consulter : France Satellite
Les satellites Inmarsat sont classés en 4 catégories selon les fonctions ou les modes supportés : A (analogique), B (numérique), C (fonction télex) et D (télécopie et téléphonie).
Le premier satellite de cette catégorie est Inmarsat-A qui est opérationnel depuis 1982. Il transmet des communications en clair, y compris des fax, des données et du courrier électronique. Son successeur Inmarsat-B est opérationnel depuis 1993 et a sensiblement réduit le coût des communications. Inmarsat-E transmet les positions des balises à des fins de sécurité et relaye l'information aux stations Inmarsat côtières, etc. 
Connecté sur les satellites Inmarsat, vous y entendrez tous les équipages des courses au grand large, les grands paquebots transatlantiques, certains hommes d'affaires et quantité d'expéditions scientifiques. Inmarsat est également utilisé dans les contrées reculées pour servir de relais entre les étudiants et leur professeur. Enfin, à travers le réseau ISDN (RNIS) et des terminaux Inmarsat GAN, il est également possible de se connecter à Inmarsat par Internet.
Pour écouter ces transmissions, tout ce qu'il vous faut c'est un récepteur (scanner) et une antenne accordés sur la bande L de 1525-1559 MHz (émissions sur 1626.6-1660.5 MHz). Les signaux étant émis à faible puissance, ici également un préamplificateur d'antenne de 20 dB à faible bruit (0.5 dB) est recommandé. L'antenne peut-être soit une parabole offrant un gain d'au moins 20 dBic (ou 10 dBic pour les Mini-M) soit une antenne hélicoïdale à polarisation circulaire à droite. Si vous souhaitez capter ces satellites lorsqu'ils sont près de l'horizon uniquement (comme le font certain bateaux) une antenne omnidirectionnelle accordée sur la bande L peut également convenir. 
Notons enfin que la plupart des antennes Inmarsat peuvent être utilisées pour capter les satellites météo en orbite polaire (GOES, etc).
Quelques solutions parmi d'autres pour capter les satellites de télécommunication. Entourant un portable Motorola pour la bande Ka (Iridium) muni de son antenne micro-onde, à gauche une parabole Inmarsat bande L (1.5 et 1.6 GHz) repliable de 1.44m de diamètre offrant un gain de 23 dBic et à droite, une parabole pour la bande Ka (Iridium, 20-30 GHz) de 1.8m de diamètre offrant un gain de 49.3 dBic. Documents Seavey Antenna et Motorola.
Réception d'Iridium
Citons pour mémoire la constellation des 66 satellites Iridium (Low-Earth Orbit) orbitant à environ 780 km d'altitude. Ils utilisent la bande Ka (19.4-19.6 GHz pour les transmissions vers le sol - downlink - et 29.1-29.3 GHz pour les liaisons montantes - uplink). Ils utilisent également la bande L (1616-1626.5 MHz) pour les services téléphoniques ainsi que la bande Ka (23.18-23.38 GHz) pour les liaisons entre satellites. Ce réseau est essentiellement utilisé pour les communications en zone rurales et maritimes où les liaisons terrestres sont inexistentes. Le réseau Iridium transmet également des données et peut être relié à tout ordinateur et à Internet. Enfin, Iridium offre un service de Pager qui permet de consulter des messages, des emails et des SMS n'importe où dans le monde.
A l'exception de la bande L, le réseau Iridium n'est donc pas accessible sur un récepteur scanner ordinaire. Il nécessite des downconverters et des paraboles à haut gain, réservant ce genre d'écoute aux bricoleurs les plus habiles capables de fabriquer leur propre installation de réception.
Réception de la NASA TV
Le Centre Spatial Johnson de la NASA diffuse en continu des émissions par satellite, essentiellement sur le satellite géostationnaire AMC-6 situé à 72° ouest. Il s'agit d'un satellite de TV ordinaire transmettant deux signaux : un signal vidéo à polarisation verticale au format NTSC émit en bande C sur 3880 MHz et un signal audio FM monaural sur une sous-porteuse de 6.8 MHz.
Sachant que le signal atteint 40 dBW à New York, mais est 1000 fois plus faible au milieu de l'océan Atlantique Nord, sa réception en Europe requiert une parabole à haut gain (>4m de diamètre) équipée d'un préampli d'antenne et un décodeur NTSC/PAL ou SECAM.
Aussi, si votre signal n'est que de 0 dBW en Europe, vous êtes 40 dB en-dessous et il est vain de vouloir capter quoi que ce soit.
Si le gain d'une parabole n'augmente que de 6 dB quand on double son diamètre, vous avez besoin d'une parabole 64 fois plus grande que celle captant le signal de 40 dBW (soit 64x 2m ou 128m de diamètre !) pour obtenir un signal de même qualité...
Rappelons toutefois que ces émissions sont également accessibles moyennant beaucoup moins de ressources sur Internet tandis que des extraits sont téléchargeables à partir de divers sites d'actualité (Spacelink, CNN, etc).
Réception des images d'ISS
Concernant la réception directe des images vidéos transmises depuis ISS ou la navette spatiale au centre de contrôle, il est vain de vouloir essayer. En effet, les signaux transitent par un relai satellite dénommé TDRS (Tracking & Data Relay Satellite) dont les informations sont encryptées pour des raisons de sécurité. La transmission est établie dans la bande microondes vers 15 GHz. A ces fréquences vous avez besoin de matériel très exotique et de beaucoup de savoir-faire pour mettre au point une installation de réception. Si vous n'êtes pas un ingénieur télécom talentueux, mieux vaut abandonnée l'idée... Mais si vous désirez plus d'information, consultez le site web UHF-Satcom ou inscrivez-vous à l'Amateur DSN Group sur Yahoo!
La réception des satellites
Antenne METEOSAT.
La réception des images météo (II)
Reprenons le cas où vous disposez d'une antenne directionnelle VHF fixée sur un petit moteur. Une fois la partie hardware installée vous devez disposer d'un logiciel de poursuite satellitaire tel WXTrack, il est gratuit et supporte la carte UNI-TRAC ou l'ancienne carte Kansas City Tracker et bien d'autres interfaces. Parmi les logiciels sous licence citons en particulier Nova for Windows. Tous tiennent compte des éléments Kepleriens ou TLE décrivant les paramètres orbitaux des satellites. 
Lorsque les différents composants de votre système sont reliés, alimentés et leur bon état vérifié, vous pouvez prendre en chasse le satellite de votre choix.
Mais même si votre antenne n'est pas directionnelle vous aurez besoin d'un logiciel de poursuite satellitaire ne fut-ce que pour pouvoir localiser le satellite en temps réel. Dans ce cas évidemment votre ordinateur ne doit pas être relié à votre antenne, il s'agit d'une simple simulation en temps réel.
Les signaux que vous pouvez capter sont multiples, allant des données télémétriques (température du satellite, orientation, courant disponible, etc) transmises en mode AX.25 (packet), à des images digitales encryptées ou des signaux analogiques transmis en clair en mode SSB, SSTV, AM, FM ou dans des modes dédiés tels que l'APT ou WEFAX dans le cas des satellites météo. 
La durée de passage d'un satellite en orbite basse durant environ 10 à 15 minutes je vous conseille de préparer vos manips à l'avance car si vous ratez un passage, vous devrez à nouveau patienter au moins une heure pour faire une nouvelle tentative. Heureusement, aujourd'hui les logiciels de poursuite et de décodage facilitent grandement le travail et il suffit souvent de presser sur un bouton pour lancer la séquence d'acquisition, la sauvegarde des images s'effectant automatiquement dans certains logiciels.
A gauche réception d'images fixes transmises par METEOSAT 6 le 15 avril 1997 sur 1691 MHz avec une parabole de 90 cm de diamètre équipée d'un convertisseur 137 MHz placée juste à la sortie d'antenne. Au centre une image transmise le 18 mai 1998 sur 137.620 MHz par le satellite défilant NOAA 14 en orbite polaire. L'image de gauche a été décodée avec JVFAX, celle du centre avec WXSAT. A droite la réception de signaux WEFAX transmis par NOAA 14 sur 137.620 MHz via la carte WinRADIO WR-1550i équipée du module FAX. Toutes ces images ont été transmises et N/B et traitées ultérieurement en fausses couleurs. Documents F1DTU, Les Hamilton et WinRADIO.
Réception des satellites météo
Les satellites météos débitent leurs données de façon continue sur plusieurs fréquences, dans des modes de transmission et des résolutions variées. Il existe 4 principaux modes de transmission : APT utilisé par les satellites en orbite polaire, WEFAX et HRI (PDUS) utilisés par les satellites en orbite géostationnaire et MSG, utilisé par les METEOSAT de la seconde génération. Il faut y ajouter des modes plus difficiles à décoder comme HRPT ou CHRPT qui requièrent du matériel plus spécialisé.
Les deux principaux modes sont APT and WEFAX. Leurs différences résident dans le mode de modulation, respectivement FM et AM, la vitesse de transmission de 120 lignes/minute (lpm) contre 240 lpm et l'Indice de Co-operation (IOC) de 576 contre 267.
- Mode APT : APT signifie Automatic Picture Transmission. C'est le mode de transmission FAX par satellite le plus vieux et le plus simple. Il permet une réception automatique et non programmée des images météo qui se déclenchent grâce à des tonalités de mise en marche et d'arrêt particulières que reconnaît le décodeur.
Les signaux APT sont émis directement par les satellites météo défilant en orbite polaire (NOAA 12 et 15 sur 136.50 MHz, NOAA 14 sur 137.62 MHz, NOAA 15 sur 137.5 MHz, METEOR 3 sur 137.85 MHz, etc) sans traitement intermédiaire par les stations au sol. Ces dernières upload des corrections logicielles, modifie l'état du satellite mais ne modifient pas le contenu des images.
Les signaux APT sont transmis sur 137 MHz. Cette bande est facilement accessible sur des récepteurs bon marché à condition qu'ils disposent d'un filtre FM de F.I. offrant une bande passante de 30 à 50 kHz. En effet, beaucoup de récepteurs toutes bandes et de scanners sont proposés avec des filtres FM soit trop étroits (15 kHz) soit trop larges (230 kHz).
Beaucoup de logiciels supportent ce mode de transmission. Ces satellites passent deux fois au-dessus d'une même région en 24 heures et presque toujours à la même heure, une fois dans le sens Nord-Sud puis dans le sens inverse.
Le signal APT est facilement reconnaissable à l'audition par sa fréquence modulée (FM) et la tonalité de sa porteuse comprise entre 1500-2500 Hz. Les nouveaux satellites ont une porteuse de 2400 Hz comme ce signal APT de NOAA 14.
Photograpie de l'Europe transmise en mode APT par un satellite NOAA. L'image originale N/B a été traitée en fausses couleurs.
En mode APT, les satellites transmettent leurs images à la vitesse de 120 lpm en alternance sur deux canaux, l'un pour l'image visible, l'autre pour l'image infrarouge. C'est à travers le logiciel d'acquistion d'image que vous sélectionnez l'un ou l'autre canal. La résolution est de 4 km/pixel. Les images sont enregistrées en échelle de gris mais un logiciel comme WXSAT ou SIAMIV peut les traiter en fausses couleurs. Le signal APT comprend des signaux de synchronisation pour chaque ligne de la trame (c'est la télémétrie), information qui est analysée par les stations au sol. C'est cette information qui est affichée à gauche et à droite de chaque image.
Les satellites météo russes transmettent uniquement des images infrarouges à la vitesse de 120 lpm. Le son de leur transmission est donc légèrement différent de celui des autres satellites météo tel celui du satellite RESURS 01-N4 avec un IOC de 382. De son côté le satellite METEOR 3-05 utilise une porteuse proche de 2500 Hz avec un IOC de 382 également.
- Mode WEFAX et HRI : WEFAX signifie Weather Facsimilé. Comme l'APT, les images commencent et se terminent par des tonalités comme les transmissions fax par onde-courte (fax HF ou HFFAX). WEFAX est aujourd'hui supporté par la plupart des satellites défilants et géostationnaires.
L'Europe et le Maghreb photographiés par METEOSAT 7 le 3 juin 2004 à 18h TU.
Les transmissions s'effectuent en utilisant un canal vocal ordinaire sur une porteuse AM de 2400 Hz modulée avec un signal vidéo de 1.6 kHz. 
Les cartes fax HF sont généralement transmises en N/B, raison pour laquelle un décodage sur 2 bits est suffisant. METEOSAT au contraire transmet ses images en échelle de gris à la vitesse de 240 lpm alternant image visible et infrarouge. Chaque tonalité correspond à un gris particulier encodé pendant que le satellite observe la Terre. Le signal de départ des METEOSAT est modulé à 300 Hz (le même que les fax HF) et comprend également des données sur l'image (par ex. la télémétrie). 
La tonalité de fin est à 450 Hz, la même que celle des fax HF. Il y a enfin des tonalités de synchronisation horizontale pour chaque trame. Ces derniers sont aisément identifiables à leur "tic-toc". Ces signaux de synchronisation commencent par un signal de 1040 Hz ("tic") pour le scan visible, suivi par un signal de 832 Hz ("toc") pour le scan infrarouge.
En raison de cette modulation périodique particulière, le signal audio composite présente une fréquence modulée FM très reconnaissable sur les fréquences de 1691.0 MHz (canal A1) et 1694.5 MHz (canal A2).
Un satellite tel que METEOSAT transmet ses images toutes les demi-heures aux stations de poursuites au sol. Ces données brutes sont reformatées en temps réel, les ingénieurs ajoutant les limites des états et identifiant chaque image. Elles sont ensuite retransmises au satellite qui les rediffuse vers la Terre à 1.691 GHz à l'intention de tous les utilisateurs.
A la réception, les images WEFAX sont coupées en sections de 800x800 pixels et annotées. Une ligne de 800 pixels étant transmises en 250 ms, une image complète est élaborée en 3m33s.
Les signaux WEFAX sont transmis par les satellites géostationnaires METEOSAT, GOES, INSAT et GOMS, chacun couvrant un secteur bien particulier du monde (METEOSAT 8 par exemple couvre l'Europe et l'Afrique, METEOSAT 5 et INSAT couvrent l'océan indien, GOMS couvre la Russie, GMS couvre l'Extrême Orient et GOES l'Amérique).
A l'image des satellites EUMETSAT, tous ces satellites transmettent deux types d'images : HRI ou PDUS (images digitales en haute résolution et encryptées) et WEFAX (mode analogique). Les images WEFAX sont les plus faciles à capter. Si vous ne disposez pas d'antenne satellite accordée sur 1.69 GHz  (genre parabole TV d'au moins 1m de diamètre), vous pouvez utiliser une antenne Yagi SHF, une hélicoidale quadrifilaire ou même une antenne GPS dite "micropatch flat antenna" de 22.5 cm de longueur. Dans tous les cas votre antenne doit être reliée à un convertisseur 1690/137 MHz (voir plus bas) ou directement à un décodeur WEFAX comme nous l'avons expliqué précédemment.
Entourant le satellite MSG-1, alias METEOSAT 8, deux images WEFAX captées sur 137 MHz et transmises l'une en mode analogique, la seconde en mode ADTPEC par le satellite NOAA 14.
- Mode MSG : le satellite géostationnaire MSG-1, alias METEOSAT 8 est opérationnel depuis fin 2002 et remplace METEOSAT 7 à la longitude de 0°. Il transmet des images en basse et haute résolution (LRIT et HRIT) en bande C entre 3.7 et 4.2 GHz.
- Modes HRPT et CHRPT : il s'agit de deux modes de transmission en haute résolution utilisés par des satellites en orbite polaire émettant sur la fréquence de 1.69 GHz. Travaillant en mode multispectral nécessitant entre 5 et 10 canaux, la résolution des images atteint 1.1 km/pixel. La taille des image peut atteindre 120 MB sur disque. A réserver aux spécialistes !
Certains fabricants comme Timestep fournissent le matériel digital nécessaire pour décoder les modes LRIT, HRIT, HRPT et CHRPT.
Le récepteur
Si vous débutez dans cette activité comme écouteur et êtes passionné de radioamateurisme, pour capter les signaux APT des satellites météo vous pouvez commencer par acheter d'occasion un récepteur couvrant les bandes VHF et UHF avec le filtre approprié pour obtenir une bande passante de 30 à 50 kHz. Vous pouvez trouver ce matériel pour quelques centaines d'euros dans une brocante spécialisée. Si vous utilisez une antenne directionnelle, compte-tenue de la précision demandée et du poids de l'antenne, le moteur sera souvent la partie la plus onéreux de votre installation (300-1500 €). Mais vous pouvez déjà commencer avec une antenne fixe comme l'hélicoïdale quadrifilaire qui fonctionne très bien, même lorsque le satellite est seulement à 20° au desssus de l'horizon.
Un radioamateur, donc licencié et autorisé d'émettre, verra le problème sous un autre angle, c'est le cas de le dire, Hi ! Si cela vous concerne, vous pouvez acheter un émetteur-récepteur toutes bandes couvrant tout le spectre des bandes HF aux UHF. Mais souvent les radioamateurs préfèrent utiliser des systèmes non intégrés - surtout en cas de panne et pour éviter les interférences - et achètent un émetteur-récepteur spécifique couvrant séparément les bandes VHF et UHF.
Pour recevoir les signaux WEFAX sur 1.69 GHz, vous pouvez utiliser votre récepteur APT et lui ajouter un downconverter 1690/137 MHz, mais souvent les images reçues présentent une moindre qualité et une plus faible résolution qu'un système dédié. Pour améliorer vos images vous pouvez acheter un récepteur WEFAX tel le modèle proposé par Timestep.
Le récepteur ou transceiver idéal, toutes bandes et tous modes, que vous placeriez sur votre bureau n'existe pas (encore) car il devrait couvrir toutes les fréquences entre 150 kHz et 4 GHz  - il en existe - mais il devrait également disposer des modes CW, SSB, FM, AM), et être capable de décoder les modes digitaux en USB moyennant des filtres spéciaux (RTTY, FSK, PSK31 ou SSTV).
Interface graphique de la carte WinRADIO WR-3000i installée dans un PC et accordée sur la bande aviation VHF.
Mais je suis heureux de vous apprendre que le marché évolue. Il existe des scanners (récepteurs toutes bandes et tous modes) et des transceivers portables auxquels vous pouvez adjoindre des interfaces qui vous permettront de réaliser cette prouesse. Les scanners sont probalement la solution la plus économique à condition de trouver un modèle offrant une bande passante adaptée aux signaux APT (environ 40 kHz). Très peu de modèles présentent cette caractéristique. Citons le modèle AOR 5000 (10 kHz - 3 GHz, 1900 €).
Le récepteur toutes bandes G303i de WinRadio pour PC.
Une interface WinRADIO accordée sur les bandes VHF. Doc VK5ZAI.
Mieux encore, avec l'évolution de la Digital Radio Mondiale (DRM) il existe aujourd'hui des cartes récepteur pour PC, telle la petite boîte noire et bon marché ICOM PCR-1000 (100 kHz - 1.3 GHz, $629 chez Universal Radio) ou la beaucoup plus onéreuse carte WinRADIO WR-3500i DSP (150 kHz à 2.6 GHz , $2495 chez WinRADIO) ou WR-3700i DSP (150 kHz à 4 GHz, $2995 chez WinRADIO) qui couvre la plupart des modes (AM, FM, SSB CW, FSK). Couplée à une bonne antenne et éventuellement un moteur, vous avez tout ce qu'il vous faut pour capter les signaux des satellites et tous les services civils ou militaires émettant en ondes-courtes et micro-ondes. Consulter le site web des principaux fabricants (certains vous permettent également de vous inscrire à une maillist comme WinRADIO pour citer l'un d'entre eux) ainsi que les magazines spécialisés pour plus de renseignements.
Rappelons toutefois que si la détention d'un récepteur toute bande est autorisée, l'écoute de certaines bandes réservées (militaires entre autres) est interdite aux amateurs sauf si vous pouvez apportez la preuve que vous travaillez à titre professionnel avec ce genre d'appareil ou dans le cadre de vos activités annexes (service de secours, etc).
Pour capter Inmarsat, la solution la plus efficace est d'utiliser un récepteur dédié tel l'Inmarsat Pilot de Miteq ou un modèle concurrent. Cela vous évite d'acheter ou de fabriquer un downconverter et le signal sera de très bonne qualité.
Ce récepteur utilise des techniques digitales (DSP) ainsi qu'un synthétiseur de fréquence. Il est compatible avec la plupart des applications maritime et aéronautique.
Convertisseur et démodulateur
Seuls les satellites géostationnaires tels les METEOSAT émettent à haute fréquence et en mode digital. Pour vous éviter d'acquérir un récepteur spécifique pour la bande des 1.69 GHz et si vous ne voulez pas investir dans une carte WinRADIO avec son module FAX qui reste onéreuse (au moins $600), vous pouvez utiliser votre récepteur 136-138 MHz, celui-là même qui vous sert à capter les émissions des satellites polaires défilants (NOAA, METEOR, RESUR, SICH, OKEAN). Noter toutefois que la plupart des satellites METEOR et tous les RESUR, SICH et OKEAN ne sont pas actifs en mode APT.
Il suffit d'équiper votre récepteur VHF d'un convertisseur 1690/137 MHz tel le TV970 présenté ci-dessous ayant une bande passante de 30 kHz. Ce "downconverter" doit être placé directement à la sortie d'antenne (si la parabole est assez grande on peut le placer dans le feedhorn également) car à si haute fréquence les pertes de signaux sont importantes. Votre installation doit être complétée par un convertisseur Analogique/Digital (A/D) pour démoduler les signaux reçus que vous relierez à la sortie série de votre ordinateur. Cet adaptateur A/D est souvent remplacé par la carte son qui équipe aujourd'hui tous les ordinateurs (même principe que la SSTV). Vous pouvez également le construire ou éventuellement acheter l'adaptateur MFJ-1213 ou ceux proposés par Bonito Communication Technologies.
Ci-dessus, le matériel de réception vendu par Comelec, constitué d'un récepteur météo analogique, d'un convertisseur 1690-137 MHz et d'une parabole en grille offrant un gain de 24 dBi (450 €. Ceci dit il existe des configurations dix fois plus chères, fonction du récepteur et des antennes utilisées. Ci-dessous, si vous désirez uniquement capter les messages météorologiques, Bonito Communication Technologies vend une interface "BoardTerminal '98" et un logiciel baptisé "ProMétéo". Il permet, en autres choses, à partir d'un ordinateur et d'un récepteur ondes-courtes de sélectionner les fréquences radio des centres météos diffusant les messages SYNOP, télex et autres fax et d'afficher ces données en clair.
Dans une installation classique (toutes sauf WinRADIO) pour décoder les images météo vous devez enfin installer un bon logiciel de décodage capable de traiter les formats APT, WEFAX et assimilés. Parmi les programmes gratuits citons WXSAT et JVComm32/JVFax. Un très bon décodeur multi-modes mais commercial est Skysweeper Pro, dont j'ai effectué la revue en anglais. Le site d'AMSAT, HF-FAX ainsi que celui de Dave Ransom proposent également une longue liste de produits.
Pour être complet, rappelons que si seules les données météorologiques vous intéressent, il est possible de les recevoir en direct via le réseau APRS, qui sont quelquefois relayées par les stations relais amateurs (répéteurs).
L'avenir
METEOSAT effectua ses dernières transmissions analogiques fin 2005, lorsque tous les satellites MSG (METEOSAT Second Generation) furent en place. La même chose se produira avec les satellites GOES. Dans tous ces satellites, des récepteurs digitaux sont déjà utilisés pour démoduler les signaux PSK, BPSK et QPSK. Certains récepteurs comprennent un formateur interne capable de supporter les formats standards tels que MSG HRIT, MSG LRIT, MTSAT LRIT, NOAA HRPT, GOES GVAR, M-22 AMB, GMS S-VISSR, DOD DMSP, Fengyun 1 CHRPT et Fengyung 2 S-VISSR.
Les systèmes LRIT/HRIT recoivent, archivent, affichent et traitent les données numériques LRIT et HRIT transmises par les installations EUMETCast, MSG direct broadcast, GOES et MTSAT. 
Notons que pour recevoir EUMETCast et MSG direct broadcast, EUMETSAT recommande l'utilisation d'un récepteur DVB TechniSat SkyStar vers un récepteur DVB. Ce convertisseur est vendu sous forme de carte PCI ou de périphérique USB externe. Il est fourni avec les logiciels nécessaires (drivers et programme T-Systems Business TV-IP).
Certains récepteurs LRIT accepteront soit une entrée sur 137.5 MHz ou sur 70 MHz, mais vous aurez toujours la possibilité d'utiliser un downconvertor 1690/137 MHz comme actuellement.
MetOp en orbite basse au-dessus de la Terre. Document T.Lombry
Les formats LRIT et HRIT sont utilisés dans de plus en plus de domaines : nowcasting, prédictions météos numériques, surveillance du climat, recherche... Actuellement, l'imagerie MSG HRIT est disponible toutes les15 minutes – deux fois plus rapidement que les systèmes WEFAX et HRI. Couplée à une grande qualité d'image et la compilation de très nombreuses données, cette technologie améliore grandement la qualité des prévisions en cas de très mauvais temps.
Les orbiters polaires numériques de la NOAA seront mis en service dans les prochaines années. La première convergence vers les satellites NPOESS fut réalisée 2008 et dépend de l'état d'avancement des programmes POES et DMSP (militaire) américains. NPOESS améliore assez sensiblement les capacités opérationnelles des senseurs orbitaux dont bénéficent à la fois les sociétés civiles et la sécurité nationale des Etats-Unis.
Les MetOp représenteront les premiers satelllites européens défilants (en orbite polaire) dédiés à la météorologie opérationnelle. Il s'agit d'une coopération entre l'ESA et la NASA dont le but est de surveiller l'évolution du climat de la Terre et améliorer les prévisions numériques. MetOp consiste en une série de trois satellites qui seront lancés à partir de 2005 sur une période de 14 ans. Ils forment le segment polaire des systèmes spatiaux d'EUMETSAT (EPS). Ils seront placés sur une orbite située vers 830 km d'altitude. J'ignore actuellement si MetOp transmettra en mode analogique mais il semble programmé pour fonctionner également en mode digital.
Prix de l'installation
Le coût d'investissement minimum d'une installation de réception satellite est difficile à évaluer car beaucoup de facteurs peuvent intervenir : votre goût pour les constructions manuelles, vos compétences en électronique, le matériel dont vous disposez déjà (par exemple probablement d'un ordinateur) et du type d'émission que vous souhaitez capter. 
Le récepteur et l'antenne appropriée représentent certainement les deux dépenses les plus importantes de votre installation. Si un récepteur VHF d'occasion se trouve facilement dans les petites annonces entre quelques dizaines et quelques centaines d'euros, dans le meilleur des cas l'antenne satellite vous est offerte ou revient au même prix que le récepteur, mais elle est souvent plus onéreuse, d'autant plus si vous l'équipez d'un moteur et l'installer sur un mat. L'un dans l'autre, disons que pour commencer vous devez compter sur un investissement d'environ 450 € minimum, l'ordinateur en sus (voir ci-dessus le matériel vendu par Comelec). Bien sûr il n'y a pas de prix maximum. Timestep fournit tout le matériel de réception dans une gamme de prix oscillant entre 1000-3000 €.
Muni de ce type d'installation vous ne pouvez plus manquer le prochain passage du satellite Nimbus et consorts.
Bonne chasse et ... bonne réception !
Pour plus d'information
Microondes : UHF-Satcom, Amateur DSN Group (Yahoo!)
Matériel (hardware) météo : MScan, Qurom, Comelec, Bonito, Seavey Antenna, Timestep
Traitement d'image météo : WXSAT, SIAMIV
Logiciels de poursuite satellite (gratuit et shareware) : AMSAT shareware, Stoff, KF2BD, N1VTN, Pocketsatplus, ZL3AD, SatScape, WXSAT, WXTrack, OrbitronGoogleSat Trak
Logiciels de poursuite satellite (license) : Satellite related Software (AMSAT), Nova for Windows
Simulateurs spatiaux et d'ISS : VRML Simulator, ORBITER
An Introduction to Amateur Satellites, W0ECC (PDF sur le site d'AMSAT)
Monitoring NASA communications (liste de fréquences)
Klingenfuss' Super Frequency List (CD-ROM reprenant la liste des stations commerciales et services utilitaires)
L'auteur est radioamateur, titulaire des licences d'émission ON4SKY et LX4SKY.

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