ITU-R RAPPORT RS 2068 FRENCH-2006 Current and future use of the band near 13 5 GHz by spaceborne active sensors《当前和未来使用的频段在13 5 GHz的星载有源传感器》.pdf

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1、 Rap. UIT-R RS.2068 1 RAPPORT UIT-R RS.2068 Utilisation de la bande au voisinage de 13,5 GHz par les capteurs actifs (2006) TABLE DES MATIRES Page 1 Introduction et considrations gnrales 2 1.1 Introduction. 2 1.2 Considrations gnrales 2 2 Diffusiomtres 2 2.1 Utilisation de la bande au voisinage de 1

2、3,5 GHz 2 2.2 Largeur de bande ncessaire. 3 2.3 Possibilits dutilisation dautres bandes . 3 2.4 Disponibilit long terme pour lexploitation des diffusiomtres au voisinage de 13,5 GHz 4 3 Altimtres . 4 3.1 Utilisation de la bande au voisinage de 13,5 GHz par les altimtres 4 3.2 Largeur de bande ncessa

3、ire. 5 3.3 Possibilits dutilisation dautres bandes . 6 3.4 Ncessit pour les altimtres davoir accs en permanence des frquences au voisinage de 13,5 GHz 7 4 Radars de mesure des prcipitations. 7 4.1 Utilisation de la bande au voisinage de 13,5 GHz 7 4.2 Largeurs de bande ncessaires 7 4.3 Possibilit du

4、tilisation dautres bandes. 8 4.3.1 Plage de mesure dynamique. 8 4.3.2 Champ dobservation instantane (IFOV, instantaneous field of view) . 8 4.3.3 Rapport signal/fouillis (S/C) 9 4.3.4 Frquences adaptes aux radars bibandes 9 4.4 Maintien des besoins de frquence au voisinage de 13,5 GHz. 9 5 Rsum et c

5、onclusions . 10 2 Rap. UIT-R RS.2068 1 Introduction et considrations gnrales 1.1 Introduction Il sagit dans le prsent Rapport dexaminer les points suivants: la ncessit pour le service dexploration de la Terre par satellite (SETS) (active) davoir accs en permanence aux frquences voisines de 13,5 GHz;

6、 la largeur de bande ncessaire; la possibilit dun point de vue scientifique deffectuer les mmes mesures dans des bandes autres que celle situe au voisinage de 13,5 GHz. Cet examen sera effectu en tenant compte des besoins des trois principaux instruments utilisant cette bande, savoir les diffusiomtr

7、es, les altimtres et les radars de mesure des prcipitations. 1.2 Considrations gnrales La Confrence mondiale des radiocommunications de 2003 (CMR-03) a apport de nombreuses modifications aux attributions dans la bande 13,75-14 GHz. Avant la CMR-97, plusieurs bandes, parmi lesquelles figurait la band

8、e 13,4-14 GHz taient attribues titre secondaire aux services SETS et de recherche spatiale, en vue dtre utilises par les stations de radiolocalisation (cest-dire les capteurs actifs spatioports) places bord dun engin spatial. La CMR-97 a dcid dattribuer la bande 13,25-13,75 GHz au service SETS (acti

9、ve) et au service de recherche spatiale (active) titre primaire, par suite des diffrentes dcisions prises par la Confrence en matire dattributions aux capteurs actifs. Toutefois, la CMR-97 a galement jug ncessaire de maintenir la partie de la bande 13,75-14 GHz attribue prcdemment titre secondaire,

10、en vue de son utilisation par plusieurs instruments de tldtection active qui taient lpoque sur orbite ou qui taient en projet et en cours de ralisation, car leurs caractristiques ne pouvaient pas tre modifies. Ces dispositions ont t nonces dans le Rglement des radiocommunications, avec comme dates d

11、expiration le 1er janvier 2000 et le 1er janvier 2001 pour plusieurs instruments de tldtection. 2 Diffusiomtres 2.1 Utilisation de la bande au voisinage de 13,5 GHz Les diffusiomtres sont une classe de radars qui mesurent les vecteurs vent proximit de la surface au-dessus des ocans. Les donnes relat

12、ives aux vents sont essentielles dans la dtermination des rgimes mtorologiques rgionaux et du climat mondial. Aucun autre instrument ne peut fournir toutes les mesures mtorologiques des vecteurs vent lchelle de la plante. A lheure actuelle, lacquisition de donnes mtorologiques sur les terres se fait

13、 dans de bonnes conditions alors que pour les ocans, les seules connaissances dont on dispose au sujet des vents de surface proviennent de quelques rapports, parfois imprcis, de navires. Etant donn que les ocans couvrent prs des deux tiers du globe terrestre, les donnes fournies par les diffusiomtre

14、s joueront un rle capital dans la comprhension et la prvision de rgimes mtorologiques complexes, des courants marins et des systmes climatiques dans le monde. Deux diffusiomtres ont t mis au point aux Etats-Unis dAmrique. Le premier, le diffusiomtre NSCAT (diffusiomtre de la NASA, NASA scatterometer

15、) a t lanc en 1996 bord du satellite japonais ADEOS (satellite perfectionn dobservation de la Terre, (ADEOS, Advanced Earth Observing Satellite). Le second, le diffusiomtre SeaWinds, qui a t en 1999 bord du satellite QuickScat de la NASA et en 2002 bord du satellite japonais ADEOS-II, a t intgr au s

16、ystme dobservation de la Terre (EOS, Earth Observing System). Le diffusiomtre NSCAT a t conu pour fonctionner une frquence centrale de 13,995 GHz. Le diffusiomtre SeaWinds est inspir du diffusiomtre NSCAT et utilise bon nombre des mmes composantes, mais sa frquence centrale a t ramene 13,4 GHz. Rap.

17、 UIT-R RS.2068 3 2.2 Largeur de bande ncessaire Les diffusiomtres actuels utilisent une impulsion onde continue et frquence fixe au voisinage de 13,5 GHz pour explorer la surface de la mer. Le spectre de frquences mis est troit car la frquence de rcurrence des impulsions est faible (62 Hz) et la lar

18、geur des impulsions est grande (5 ms). Si lon intgre la stabilit de frquence de lmetteur et les dplacements Doppler de frquence, la largeur de bande requise pour les diffusiomtres actuels est de 1 MHz. Les diffusiomtres de demain utiliseront peut-tre la modulation par talement de spectre pour obteni

19、r une dfinition plus prcise de la cellule en surface o sont faites toutes les mesures relatives aux vents. Ces instruments pourraient avoir besoin dune largeur de bande suprieure 1 MHz. 2.3 Possibilits dutilisation dautres bandes Les mesures par diffusiomtres et les connaissances qui en rsultent con

20、cernant les vecteurs vent sont bases sur les effets de diffusion hyperfrquences sur les ondes capillaires la surface de leau. Il est ncessaire de faire des mesures des longueurs donde comparables celles des ondes capillaires engendres par linteraction des vents la surface de leau afin dobtenir la se

21、nsibilit ncessaire pour mesurer la vitesse et la direction des vents pour des vents ayant une vitesse aussi faible que 3 m/s. Il est indispensable de mesurer des vents ayant cette vitesse pour dterminer les variations mtorologiques et climatiques. La longueur donde doit tre situe dans la bande au vo

22、isinage de 13,5 GHz compte tenu des dimensions des ondes capillaires engendres par des vents faibles. Il en rsulte que le diffusiomtre est trs sensible aux vents locaux, en particulier aux vents faibles. Dans le mme temps, un diffusiomtre fonctionnant dans la bande au voisinage de 13,5 GHz prsente u

23、ne faible sensibilit aux phnomnes non lis au vent comme la houle et la tension superficielle. Dautres bandes susceptibles de remplacer la bande au voisinage de 13,5 GHz ont t examines. Les deux bandes les plus proches de la bande des 13,5 GHz et actuellement attribues au service dexploration de la T

24、erre par satellite (active), sont les bandes 9,5-9,8 GHz et 17,2-17,3 GHz. Ni lune ni lautre ne sont aussi bien adaptes aux besoins des diffusiomtres que la bande au voisinage de 13,5 GHz. Cela tient au fait quon ne dispose pas dun corpus de donnes important sur la diffusion radar par la surface des

25、 ocans des frquences autres que 13,5 GHz, frquence de fonctionnement du diffusiomtre Seasat et 5,3 GHz, frquence de fonctionnement du diffusiomtre ERS-1. Le passage une nouvelle bande supposerait que lon redfinisse lalgorithme qui lie lcho radar la vitesse et la direction du vent. Llaboration de lal

26、gorithme pour la bande des 5,3 GHz a ncessit un certain nombre dexpriences sur aronefs et sur pylnes avant le lancement de ERS-1 et plus de six mois de mise au point aprs celui-ci. Llaboration dun nouvel algorithme entranerait une interruption du flux des donnes destines aux scientifiques durant la

27、priode ncessaire sa vrification. Pour la mme raison, une modification de la frquence engendrerait une certaine discontinuit dans le flux de donnes long terme. Les diffusiomtres fonctionnant au voisinage de 13,5 GHz prsentent une plus grande sensibilit aux vents faibles que ceux fonctionnant au voisi

28、nage de 5,3 GHz. Les vecteurs vent de faible vitesse sont importants pour ltude de la variabilit des courants ocaniques. Aux frquences suprieures 13,5 GHz, laffaiblissement atmosphrique d la teneur en eau (par exemple, couverture nuageuse et pluie) est plus variable. Il est vraisemblablement possibl

29、e dexploiter un diffusiomtre de mesure des vents 17,2 GHz, mais cette frquence ou une frquence suprieure, on observera une dgradation de la qualit de fonctionnement car le diffusiomtre sera plus sensible la teneur en eau dans latmosphre et aux effets lis la tension superficielle. Aux frquences supri

30、eures 20 GHz, la variabilit de laffaiblissement atmosphrique rendrait linstrument inutilisable sans dautres moyens de mesure de la variabilit atmosphrique. 4 Rap. UIT-R RS.2068 Un autre facteur explique pourquoi il est important que les diffusiomtres puissent avoir accs en permanence la bande au voi

31、sinage de 13,5 GHz. Cest cette frquence, en effet, quun volume important de donnes a t recueilli au cours des 15 20 dernires annes. Le diffusiomtre Seasat tout comme le diffusiomtre de la NASA fonctionnaient cette frquence, de mme que le NSCAT. La poursuite de lutilisation de cette bande par les fut

32、urs diffusiomtres permettra deffectuer des comparaisons plus intressantes entre les donnes acquises dans le pass et celles de demain. On peut esprer que grce lenrichissement de la base de donnes constitue laide dinstruments fonctionnant avec des paramtres similaires, on pourra tablir un modle scient

33、ifique plus prcis. 2.4 Disponibilit long terme pour lexploitation des diffusiomtres au voisinage de 13,5 GHz Il est indispensable de pouvoir continuer exploiter les diffusiomtres spatiaux dans la bande au voisinage de 13,5 GHz. Les mesures effectues laide de ces instruments seront utilises dans les

34、systmes oprationnels pour obtenir des donnes sur la vitesse et la direction des vents. Ces donnes permettront de mesurer et de prvoir le temps, les courants ocaniques et le climat, lments essentiels dans la gestion de lenvironnement. Comme cela a t dit plus haut, la sensibilit de mesure requise ne p

35、eut tre obtenue que dans la bande au voisinage de 13,5 GHz. De plus, ce nest que dans cette bande que lon dispose dune base de donnes, constitue sur une priode de 15 20 ans, qui puisse corroborer linterprtation des donnes futures des diffusiomtres. Le diffusiomtre NSCAT tait conu pour fonctionner 13

36、,995 GHz. La protection de lexploitation du diffusiomtre NSCAT jusqu lan 2000 a t assure par une disposition rglementaire, qui a t supprime par la CMR-03. Par ailleurs, le diffusiomtre SeaWinds ntait encore quau stade du dveloppement lors de la CMR-97 et sa frquence a t porte 13,4 GHz pour saffranch

37、ir des contraintes de partage des frquences avec le service fixe par satellite. Les nouveaux diffusiomtres conus pour fonctionner dans cette gamme de frquences devront eux aussi tre exploits en dessous de 13,75 GHz. On estime que les diffusiomtres de demain auront besoin dune largeur de bande de 100

38、 MHz afin damliorer les mesures grce lemploi dautres techniques de modulation. Compte tenu des rsultats de la CMR-03, on peut continuer dexploiter les diffusiomtres dans la bande 13,75-14 GHz titre secondaire, mais cette exploitation ne bnficierait daucune protection contre les brouillages causs par

39、 les services ayant des attributions primaires dans cette bande. 3 Altimtres 3.1 Utilisation de la bande au voisinage de 13,5 GHz par les altimtres Un altimtre radar spatial est un radar impulsions vise vers le bas embarqu bord dun engin spatial en orbite. Il sagit essentiellement dinstruments de tl

40、dtection des ocans mme si les donnes quils recueillent tout au long de leur trajectoire sur les zones merges et les tendues de glace prsentent un certain intrt (voir les altimtres ERS). Les missions des altimtres radars en cours ou en projet sont axes sur les donnes ocanographiques; les donnes de po

41、ursuite sur les zones merges et les nappes de glace sont secondaires. Les altimtres servent mesurer la distance entre un satellite et la surface de locan. Cette mesure trs prcise de laltitude, lorsquelle est conjugue une dtermination trs prcise de lorbite et des corrections pour tenir compte dautres

42、 phnomnes environnementaux, permet dtablir des cartes mondiales trs prcises de la topographie des ocans. On peut partir de ces donnes topographiques calculer lemplacement, la vitesse et la direction des courants ocaniques dans le monde entier. Cela permet de mieux connatre les courants marins dont l

43、a variabilit dans le temps est dterminante pour comprendre les changements climatiques sur terre. Les donnes des altimtres peuvent par ailleurs fournir des mesures de la hauteur des vagues suffisamment grosses Rap. UIT-R RS.2068 5 (vagues des ocans) et de la rtrodiffusion au nadir partir de laquelle

44、 on peut dterminer la vitesse du vent (mais pas le vecteur vent). Les spcialistes des prvisions mtorologiques sintressent ces donnes de mesure provenant de nimporte quel systme oprationnel. Plusieurs altimtres radars spatiaux fonctionnent actuellement dans la bande au voisinage de 13,5 GHz qui leur

45、a t attribue (JASON, ERS et ENVISAT). Les altimtres radars sont aujourdhui un outil oprationnel pour les sciences de la Terre, locanographie et les sciences de latmosphre et, ce titre, ils continueront dtre lancs et utiliss encore longtemps. Le choix de la bande au voisinage de 13,5 GHz, fait il y a

46、 longtemps, a t dict par plusieurs considrations: attribution dune bande aux radars embarqus bord dun engin spatial, attribution dune largeur de bande importante, objectifs scientifiques, disponibilit de matriels et compatibilit avec le service de radiolocalisation. Le premier altimtre spatial utili

47、ser cette bande a t laltimtre Skylab S-193 au dbut des annes 70; depuis, beaucoup dautres altimtres utilisent cette bande (GEOS-C, Skylab, GEOSAT, TOPEX-POSEIDON, JASON, ERS-1, ERS-2 et ENVISAT). Cela reprsente des investissements considrables, quil sagisse de la conception et de la mise au point des matriels, des oprations lies aux missions, de la rduction des donnes, de la conception des logiciels, des analyses scientifiques, de la modlisation et de la cration dune base de donnes. Ces altimtres ont permis de constituer une bas