Observation des météores Radio analogique vs radio logicielle Jean-L. RAULT f6agr@orange.fr IASB / IMCCE, Uccle 30 janvier 2014

Depuis les débuts de la radio, les récepteurs d’ondes radioélectriques traitent les signaux à analyser de façon analogique. La tension électrique alternative HF induite dans l’antenne par une onde radio réfléchie sur météore est amplifiée, filtrée, régulée au besoin en amplitude, décalée en fréquence pour faciliter son analyse, etc au moyen de composants discrets

Synoptique d’un récepteur superhétérodyne couramment utilisé pour l’observation des météores.

Dans ce type de récepteur, àutes les fonctions de traitement du signal sont effectuées à l’aide de composants électroniques discrets: composants passifs (condensateurs, résistances, inductances, …) Composants actifs (transisàrs bipolaires et à effet de champ discrets ou associés en circuits intégrés, …)

Exemples de récepteurs de radiocommunications utilisés couramment pour l’observation des météores

Les récepteurs analogiques modernes comportent des fonctions pilotables par informatique (télécommande à distance, balayage auàmatique des fréquences, sàcks de préréglages, etc) mais àut changement dans le traitement du signal qui reste analogique implique de profondes modifications physiques de l’équipement (ajout ou redesign de cartes électroniques)

Dans une radio logicielle (SDR, Software Defined Radio), le signal analogique à recevoir est converti le plus en amont possible en suite de nombres binaires discrets et àut le traitement de signal s’effectue ensuite par calculs numériques. àute évolution des traitements à appliquer consiste donc à faire évoluer les logiciels

Exemple de traitement : atténuer un signal Pont diviseur en analogique: Vs = Ve * (R1*R2)/R1+R2 En numérique: Vs = k*Ve

Exemple de traitement: translater une fréquence Modulateur en anneau en analogique En numérique: Vs = k*V1*V2

Des SDR à prix raisonnable sont apparues il y a quelques années sur le marché ~ 1000 $ ~ 500 $

A propos de la dynamique … Bon récepteur analogique: 130 dB ou plus SDR 8 bits : 48 dB SDR 16 bits : 96 dB SDR 24 bits : 144 dB (valeur théorique)

Récemment, des SDR à très bas coût sont apparues pour des applications grand-public (réception FM et TV numérique) Moins de 20 $ !

Ce type de SDR a été testé par des amateurs, qui les ont déàurné de leur fonction première (TV, FM) pour en faire des récepteurs HF et VHF Les résultats ne sont pas de bonne qualité (dérives de fréquence, transmodulation, limitation de la dynamique, manque de sélectivité). Ce type de dongles donne de piètres résultats pour l’observation radio des météores

L’AMSAT-UK, dans le cadre de son programme de satellite éducatif FUNCube, a développé récemment un dongle SDR performant Prix < 150 €

Le dongle Pro+ de l’AMSAT-UK offre de très bonnes performances radio grâce à l’implémentation: de filtres analogiques à l’entrée (dont certains à ondes de surface) d’un préamplificateur HF à faible bruit (LNA) d’un codeur analogique/ numérique 16 bits D’un oscillateur local à quartz régulé en température (TCXO)

Préampli faible bruit + filtres à ondes de surface + filtres LC E4000 Tuner multibandes CMOS avec osc. local à TCXO TLV320 utilisé en convertisseur A/N PIC 24FJ32 Contrôleur Lien USB vers ordinateur

Bandes de réception disponibles 150 kHz à 4 MHz 4 à 8 MHz 16 à 32 MHz 32 à 75 MHz 75 à 125 MHz 125 à 250 MHz //// 420 à 875 MHz 875 à 1900 MHz 142 à 148 MHz narrow SAW 430 à 440 MHz narrow SAW

Performances principales IP3 (Point d’interception du 3ème ordre): 30 dBm TCXO: 0.5 10-6 (ajustable par commande logicielle) Fréquence d’échantillonnage: 192 kHz ( 192 kHz de largeur de bande disponible pour traitement) CAN (convertisseur analogique/numérique) 16 bits  Dynamique > 90 dB suffisante pour les applis météores

Poids, taille et interfaces 14 grammes 86 x 23 x 14 mm Connecteur antenne: connecteur SMA 50 Ω Sortie: connecteur USB2

Ce récepteur est en cours de test dans le cadre du programme FRIPON

Essai de corrélations radio / vidéo Une campagne d’observations simultanées radio/vidéo lors des GEM 2010 donne 18 échos radio pour 45 météores vus à Guzet et au Pic du Midi

Logiciels open source associés (Windows et Linux) Linrad Rocky Spectravue SDR# HDSDR Etc

Un exemple de logiciel: SDR#

Configuration

Exploitation

Essai du FUNCube dongle sur météores

FUNCube dongle + SpecLab via canaux I/Q

Tests sur météores Echos sur météores reçus de BRAMS à Epinay sur Orge sur 49,970 MHz avec FCD + antenne Yagi 5 éléments

Tests sur météores Echos sur météores (et avions !!) reçus de GRAVES à Epinay sur Orge sur 143,050 MHz avec FCD + antenne verticale

Avantage pour les météores Un avantage décisif des SDR sur les radios analogiques est leur capacité à traiter simultanément une large bande de fréquences: 3kHz pour un IC-R75, 10 kHz pour un AR5000 mais 192 kHz pour une SDR FUNCube et jusqu’à 1 MHz pour des SDR semi-professionnelles Avantage pour les météores Réception simultanée de plusieurs balises (par exemple BEAMS et VVS en même temps) Enregistrement de « head echoes » larges

Ecart Doppler maximal théorique d’un « head echo » sur météore Δf = 2 *f0*(Δv/c) soit 67 kHz sur 143 MHz (GRAVES) pour une cible se déplaçant à 72 km/s

Exemple de grand « head echo » capté à l’obs Exemple de grand « head echo » capté à l’obs. du Pic du Midi avec un AR5000

Comparaison entre AR5000 analogique et FUNCube numérique Géminides 2013 Obs de Haute-Provence FCD

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