DE4319375C1 - Vorrichtung zum Klemmen von Bildsignalen von Wettersatelliten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Empfang von Signalen von Wettersatelliten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Wettersatelliten bilden eine wichtige Informationsquelle für Meteorologen. Mit Hilfe der Wettersatelliten werden Daten übertragen, aus denen die Geschwindigkeit von Luftströmungen, Temperaturen, Wolkenbewegungen und vieles mehr bestimmt werden können. Diese Daten werden sowohl von Forschern ausgewertet, um grundsätzliche Klimaveränderungen zu erkennen als auch von Meteorologen, die kurzfristige Wettervorhersagen aus den erhaltenen Informationen ableiten können.

Zur Aufnahme von Bildern wird beispielsweise beim Meteosat, einem geostationären europäischen Wettersatelliten, ein Radiometer mit drei verschiedenen Spektralbereichen verwendet, das die Erde zeilenweise abtastet. Der erste Bereich umfaßt die Lichtwellenlängen von 0,4 µm-1,1 µm. In diesem Bereich stehen zwei Kanäle zur Verfügung. Pro Bild werden 5000 Zeilen-und 5000 Bildpunkte in vertikaler Richtung übertragen, was zu einer Auflösung von etwa 2,5 km pro Bildpunkt führt. Im IR-Bereich mit den Lichtwellenlängen von 5,7 µm -7,1 µm hat man einen Kanal zur Verfügung, der 2500×2500 Bildpunkte auflöst. Ein zweiter IR-Bereich mit den Lichtwellenlängen von 10,5 µm bis 12,5 µm wird auf zwei Kanälen übertragen, von denen einer redundant ist. Bei den IR-Kanälen beträgt die Auflösung ca. 5 km.

Die aufgenommenen Bilder werden zur Erde gesendet und in einem Großrechner aufbereitet. Die im Großrechner bearbeiteten Bilder werden wieder an den Satelliten gesendet und von dort abgestrahlt.

Diese Bildsendungen können auf der Erde auf den Frequenzen 1694,5 MHz und 1691,0 MHz empfangen werden. Es wird mit horizontaler Polarisation bei einem Frequenzhub von ±9 kHz gesendet. Pro Zeile werden 840 Bildpunkte übertragen, wobei 800 dieser Bildpunkte Bildinformation enthalten und 40 Bildpunkte ein Zeilenstartsignal bilden. Die Übertragung einer Zeile dauert 250 ms. Bei den geostationären Satelliten erfolgt die Bildaussendung nach einem vorgegebenen Zeitplan, nach dem zu bestimmten Zeiten Bilder verschiedener Gebiete bzw. Spektralbereiche gesendet werden. Jede Übertragung eines Bildes beginnt mit einem Startsignal und einem Kennungssignal, dem der Bildinhalt und ein Stoppsignal folgt.

Das Kennungssignal beinhaltet Informationen über das Datum, die Zeit der Abstrahlung des aktuellen Bildes sowie den Sektor, dessen Bild gerade übertragen wird und eine Kennung für den abstrahlenden Satelliten.

Beim Empfang der Bilder eines Wettersatelliten ergeben sich besondere Probleme, da die abgestrahlten Bilder sehr langsam übertragen werden und somit nicht ohne weiteres mit einem normalen Satellitenempfänger empfangen bzw. auf einem normalen Monitor dargestellt werden können.

Videosignale werden nach dem Fernsehstandard mit einer Zeilendauer von 64 µs übertragen. Die Zeilendauer von Meteosatsignalen beträgt dagegen 250 ms. Durch diese lange Zeilendauer ergeben sich vor allem Probleme bei der Klemmung des Signales auf einen festen Pegel.

Mit einer Klemmschaltung sollen vor allem störende Potentialänderungen im Videosignal, die im Bereich der Übertragungsstrecke durch niederfrequente Störspannungen oder im Bereich der Eingangsschaltungen im Empfänger durch Verstärkerungenauigkeiten entstehen, ausgeglichen werden.

Zu diesem Zweck werden in der Fernsehtechnik Klemmschaltungen eingesetzt, mit der ein fester Potentialwert, beispielsweise der Schwarzwert des Videosignales, vorgegeben wird, auf den das Eingangssignal geklemmt wird. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer derartigen Klemmschaltung.

Das von der Antenne A empfangene Signal wird in einer Eingangsschaltung 1 des Empfängers in bekannter Weise aufbereitet. Das erhaltene Videosignal wird über einen Kondensator 2 und einem Widerstand 3, der mit dem Bildsignal und Masse verbunden ist, der Klemmschaltung 4, 5 zugeführt. Der Kondensator 2 erfüllt dabei zum einen die Funktion, eine Gleichspannungstrennung des von der Eingangsschaltung 1 erhaltenen Bildsignales und der Klemmschaltung durchzuführen und zum anderen dient dieser Kondensator 2 als Speicher für den Pegel, auf den das Bildsignal geklemmt wird.

Die Klemmschaltung 4, 5 besteht beispielsweise aus einem Transistor 4 und einem Potentiometer 5. Bei digitaler Bildverarbeitung wird das so erhaltene analoge Signal einem Analog/Digitalwandler 6 zugeführt.

Durch die Klemmschaltung 4, 5 wird das Videosignal auf einen vorgebbaren Pegel geklemmt, indem mit dem Potentiometer eine vorgebbare Gleichspannung an die Basis des Transistors 4 gegeben wird. Die vorgebbare Gleichspannung ist um den Betrag der Basis-Emitter-Spannung, beispielsweise 0,7 V, höher als der Grenzwert, den das Videosignal nicht unterschreiten darf. Wenn der Pegel des Videosignales, das am Emitter des Transistors 4 anliegt, unter den Grenzwert absinkt, wird der Transistor 4 leitend und zieht somit den Pegel wieder über die Grenze.

Bei normalen Videosignalen mit einer Dauer von 64 µs pro Zeile weist das RC-Glied 3, 2 eine sehr kleine Zeitkonstante auf, so daß eine Überschreitung des Grenzpotentials des Videosignales nach dem Durchschalten des Transistors 4 sich schnell wieder ausregelt.

Bei der langen Zeitkonstante, die beim Empfang von Meteosatbildern mit einer Zeilendauer von 250 ms durch das RC-Glied 3, 2 vorgegeben werden muß, dauert es sehr lange, bis das Videosignal sich wieder ausregelt. Während dieser Zeit werden die einzelnen Bildpunkte mit einem falschen Helligkeitswert dargestellt. Wenn die Abweichungen größer sind, wird für einen längeren Zeitraum auch der Eingangspegelbereich, den der Analog-Digitalwandler verarbeiten kann, verlassen, so daß Signalspitzen abgeschnitten werden.

Beim Empfang von Meteosatbildern wird das empfangene Signal in einen Speicher mit langsamer Geschwindigkeit (250 ms/Zeile) abgelegt und mit schneller Geschwindigkeit (64 µs/Zeile) ausgelesen und dargestellt. Somit bleiben die Fehler so lange im Bild, bis das nächste Bild gesendet wird. Die Auswirkungen des Abdriftens des Bildsignales bleiben also über einen längeren Zeitraum sichtbar, im Gegensatz zum normalen Fernsehsignal, wo nach 20 ms das nächste Bild dargestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung anzugeben, bei der diese Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Gemäß der Erfindung wird mit einer weiteren Klemmschaltung ein oberer Grenzwert vorgegeben, bei dessen Überschreiten das Bildsignal auf einen niedrigeren Wert geklemmt wird.

Diese zweite Klemmschaltung besteht in vorteilhafter Weise aus einem Transistor und einem Potentiometer. Mit dem Potentiometer wird ein oberes Grenzpotential vorgegeben, bei dessen Überschreiten der Transistor leitend wird und das Videosignal auf den gewünschten Pegel hält.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß bei einem Ausbruch des Videosignalpegels eine schnelle Regelung gegeben ist und ein Ausbrechen sowohl nach oben als auch nach unten verhindert wird bzw. daß ein derartiges Ausbrechen schnell korrigiert wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Fig. 1 beschrieben.

Das von der Antenne A empfangene Meteosat-Signal wird an eine Eingangsschaltung 1 gegeben, in der das Signal in bekannter Weise aufbereitet wird. Über den Kondensator 2 wird das erhaltene Bildsignal an die Klemmschaltungen 4, 5 und 7, 8 sowie an einen Analog/Digitalwandler 6 gegeben.

Der Analog-Digitalwandler weist einen vorgegebenen Eingangspegelbereich, beispielsweise 1-2 V, auf. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird verhindert, daß dieser Eingangspegelbereich des Analog/Digitalwandlers über- bzw. unterschritten wird.

Bei Unterschreiten eines ersten Grenzwertes, der durch die Basis-Emitterspannung des npn-Transistors 4 vorgegeben ist, schaltet der Transistor 4 und zieht somit den Spannungspegel nach oben. Der Kollektor des Transistors 4 liegt zu diesem Zweck an einer positiven Spannung. Bei einem Eingangspegelbereich des Analog/Digitalwandlers von 1-2 V und einer Basis-Emitterspannung von 0,7 V wird mit dem Potentiometer 5 eine Basisspannung von 1,7 V eingestellt. Ist der Potentialunterschied zwischen Basis und Emitter größer als 0,7 V, d. h. wenn der Pegel des Biidsignales unter 1 V abfällt, dann schaltet der Transistor durch und zieht den Pegel nach oben.

An die Basis des pnp-Transistors 7 wird mit dem Potentiometer 8 eine Spannung von 1,3 V angelegt. Der Kollektor des Transistors 7 ist an Masse gelegt. Bei einer Basis-Emitterspannung von 0,7 V ergibt sich somit eine Grenze von 2 V, d. h. bei Überschreiten des Bildsignalpegels über diese Grenze von 2 V wird der Transistor 7 leitend. Der leitende Transistor 7 zieht also den Bildsignalpegel nach unten.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, daß bei einem Ausbrechen des Bildsignalpegels nach unten oder oben sofort eine der beiden Klemmschaltungen reagiert und den Bildsignalpegel innerhalb der vorgegebenen Grenzen hält. Fehlerhafte Bildsignale über einen längeren Zeitraum durch die großen Zeitkonstanten des Hochpasses 2, 3 werden somit vermieden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Klemmung von Bildsignalen, die von einem Wettersatelliten abgestrahlt werden, mit einer Empfängereingangsschaltung (1), einem Hochpaß (2, 3) und einer Klemmschaltung (4, 5) zum Klemmen des Bildsignales bei Unterschreiten des Pegels des Bildsignales unter einen ersten vorgebbaren Pegelwert, gekennzeichnet durch eine zweite Klemmschaltung (7, 8) zum Klemmen des Bildsignales bei Überschreiten des Pegels des Bildsignales über einen zweiten vorgebbaren Wert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Klemmschaltung aus einem pnp-Transistor (7) und einem Potentiometer (8) besteht, wobei die Basis des Transistors (7) mit dem Potentiometer (8), der Emitter mit dem Bildsignal und der Kollektor mit Masse verbunden ist.