在無線電天文學(xué)領(lǐng)域一試身手。

美國(guó)政府建議每個(gè)人都準(zhǔn)備一個(gè)災(zāi)難應(yīng)急包，其中就包括一個(gè)天氣無線電。這類無線電可調(diào)頻到美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局及聯(lián)邦通信委員會(huì)運(yùn)營(yíng)的全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)，從而接收有關(guān)危險(xiǎn)天氣和其他重大緊急情況的警報(bào)。其他通信系統(tǒng)失靈時(shí)，這種廣播就可能會(huì)帶來生機(jī)。但如果能更進(jìn)一步，不僅可接收音頻信息，還能收到圖像、圖表和書面報(bào)告，哪怕在完全斷電的情況下也能做到這一點(diǎn)呢？

事實(shí)證明，在現(xiàn)代地球同步氣象衛(wèi)星的加持下，我們確實(shí)可以做到這一點(diǎn)。借助KrakenRF新研發(fā)的“探索碟”（Discovery Dish）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)更是前所未有地簡(jiǎn)單。使用該系統(tǒng)需要花115美元購買一個(gè)直徑為70厘米的碟形天線，然后花109美元購買一款可覆蓋不同頻段的可交換饋源。為了測(cè)試這個(gè)系統(tǒng)，我買了一款適合接收L波段衛(wèi)星傳輸信號(hào)的饋源，又買了一款饋源專門用于探測(cè)銀河氫云輻射的無線電。

碟形天線由3塊花瓣?duì)罱饘倨鸵恍┹o助零部件組成，這些零部件用于固定饋源和將碟形天線安裝在支架上。所有組件都是用螺母和螺栓固定在一起的，所以都可以拆卸和重新組裝。花瓣?duì)罱饘倨茌p，而且可以緊密地疊在一起。因此，如需外出在其他地方使用這套系統(tǒng)，完全可以把它們裝在手提箱里。

除了KrakenRF的碟形天線和饋源，還需要一個(gè)軟件定義無線電（SDR）接收器和一臺(tái)裝有解碼軟件的電腦，以便解碼來自饋源的信號(hào)。可以使用的軟件定義無線電有很多，但我需要的是內(nèi)置了偏置器的軟件定義無線電，否則就需要自行添加一個(gè)偏置器。偏置器用于為KrakenRF饋源中使用的低噪聲放大器供電。我使用了推薦的價(jià)值34美元的RTL-SDR Blog V3（USB接收器形式）來搭配MacBook，你也可以將個(gè)人電腦或樹莓派作為主機(jī)。

將L波段饋源插入碟形天線后，就該尋找衛(wèi)星了。按照KrakenRF的指南，我使用了卡爾·萊曼（Carl Reinemann）的Web應(yīng)用程序，根據(jù)我的位置打印出了地球同步氣象衛(wèi)星的方位角和仰角清單。然后，我?guī)е銛y式業(yè)余無線電天線的支架爬上了我在紐約的公寓屋頂，打算將它用作支架。但我發(fā)現(xiàn)這個(gè)臨時(shí)支架可能禁不住屋頂?shù)拇箫L(fēng)，所以又從屋頂下來了。為了減少空氣阻力，天線上設(shè)計(jì)了很多孔，但風(fēng)還是有可能會(huì)吹倒便攜式支架，把它卷到大樓的另一側(cè)。

幾天后，天氣條件更平靜了，我將iPhone作為指南針和傾角儀，把天線指向了GOES-East氣象衛(wèi)星的坐標(biāo)。這顆衛(wèi)星運(yùn)行在西經(jīng)75度的赤道上空，與紐約市的經(jīng)度很接近；另一顆衛(wèi)星GOES-West則位于西經(jīng)135度的太平洋上空。

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局與美國(guó)國(guó)家氣象局50年來運(yùn)營(yíng)過一代代堪稱無價(jià)的氣象衛(wèi)星，這兩顆GOES衛(wèi)星都屬于第四代航天器。最新一代的首個(gè)衛(wèi)星名為GOES-R，于2016年發(fā)射，相比前一代在很多方面都有升級(jí)。對(duì)于無線電愛好者來說，最重要的升級(jí)就是它的下行廣播功能。

前幾代衛(wèi)星的最大傳輸速度只有128千兆比特/秒，而GOES-R衛(wèi)星則能以400千兆比特/秒的速度傳輸數(shù)據(jù)，因此可以包含更多信息，例如來自全球其他氣象衛(wèi)星的圖像。這些衛(wèi)星還能將衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)、緊急情況和天氣信息合并到一個(gè)鏈路中，由一個(gè)接收器同時(shí)接收，而不是像以前那樣需要兩個(gè)接收器。

為了精確調(diào)整碟形天線的指向，我通過SatDump內(nèi)置的頻譜分析儀觀察了信號(hào)。SatDump是一個(gè)開放軟件包，專門用于解碼軟件定義無線電接收器接收到的衛(wèi)星傳輸信號(hào)。無論我怎么調(diào)整天線，都幾乎無法接收到強(qiáng)度高于噪聲的信號(hào)，我不由得發(fā)起了牢騷。但讓令人驚訝的是，我竟然看到顯示器上慢慢形成了一幅地球的圖像。

最初的GOES-R設(shè)計(jì)規(guī)定，接收信號(hào)的地面碟形天線的直徑必須至少達(dá)到1米，但KrakenRF團(tuán)隊(duì)的成員圍繞一個(gè)新型的超低噪聲放大器構(gòu)建了饋源，讓更小的碟形天線收集到的較弱信號(hào)也能使用。很快，我就收到了多種不同波長(zhǎng)的地球照片，有的是未經(jīng)處理的原始照片，有的是偽色圖像，有的疊加了州和國(guó)家/地區(qū)的輪廓線，有的則沒有疊加。此外，我還獲得了顯示不同地區(qū)降雨情況和風(fēng)速的各種其他圖表。

接下來我要做一些無線電天文學(xué)測(cè)試，把L波段的饋源換成銀河氫發(fā)射饋源。獲得結(jié)果所需的過程要漫長(zhǎng)得多：首先，我必須將碟形天線對(duì)準(zhǔn)銀河系之外的一小片天空以獲得基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（我在Stellarium天文學(xué)網(wǎng)站的幫助下完成了這項(xiàng)工作）。然后，我把碟形天線對(duì)準(zhǔn)正上方，等待地球自轉(zhuǎn)使銀河系進(jìn)入視野。從噪聲中提取信號(hào)的過程很慢，因?yàn)楸仨氄贤ㄟ^接收器獲得的5分鐘數(shù)據(jù)。但最終它形成了一條漂亮的曲線，表明我仍然安全地處于銀河系旋臂的懷抱中。我還可以完成遠(yuǎn)比這更復(fù)雜的無線電天文學(xué)測(cè)試，特別是在將碟形天線安裝在掃描平臺(tái)上來生成二維地圖的時(shí)候。不過，我還是換回了L波段的饋源，就是為了從3.6萬公里之外領(lǐng)略我們星球的驚艷景象！

文章來源于悅智網(wǎng)，作者Stephen Cass

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