ITU-R RS 577-7 FRENCH-2009 Frequency bands and required bandwidths used for spaceborne active sensors operating in the Earth exploration-satellite (active) and space research (acti.pdf

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1、 Rec. UIT-R RS.577-7 1 RECOMMANDATION UIT-R RS.577-7 Bandes de frquences et largeurs de bande ncessaires utilises pour les capteurs actifs bord de satellites fonctionnant dans le service dexploration de la Terre par satellite (active) ou dans le service de recherche spatiale (active) (1982-1986-1990

2、-1994-1995-1997-2006-2009) Domaine dapplication La prsente Recommandation contient les frquences et les largeurs de bande applicables cinq types fondamentaux de capteurs actifs bord de satellites. Bien que lAnnexe 1 porte principalement sur lobservation de la Terre, on estime gnralement que les tech

3、niques de mesure sont galement applicables dautres plantes. La prsente Recommandation couvre donc la fois les services dexploration de la Terre par satellite (active) et de recherche spatiale (active). LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les capteurs actifs hyperfrquences bo

4、rd de satellites sont les seuls pouvoir fournir certains renseignements sur les proprits physiques de la Terre et dautres plantes; b) que ltude par tldtection de proprits physiques diffrentes ncessite lutilisation de frquences diffrentes; c) que la rsolution spatiale des mesures dtermine la largeur

5、de bande requise; d) quil est souvent ncessaire deffectuer des mesures simultanes sur un certain nombre de frquences pour faire une distinction entre les diverses proprits; e) que lutilisation de bandes en partage est en gnral possible entre les capteurs actifs hyperfrquences bord de satellites fonc

6、tionnant dans les services dexploration de la Terre par satellite (active) et de recherche spatiale (active) et les radars de Terre du service de radiolocalisation, recommande 1 que les frquences et les largeurs de bande ncessaires pour les capteurs actifs bord de satellites soient celles indiques d

7、ans lAnnexe 1; 2 que les bandes de frquences et les largeurs de bande indiques dans le Tableau 1 soient utilises pour les mesures de dtection active de la Terre dans les domaines suivants: humidit du sol, cartographie de la vgtation, distribution, profondeur et teneur en eau de la neige, cartographi

8、e gologique, cartographie de lutilisation des sols, contour, profondeur, type et ge des glaces, structure des vagues ocaniques, vitesse et direction des vents ocaniques, cartographie de la circulation ocanique (courants et tourbillons), 2 Rec. UIT-R RS.577-7 nappes de ptrole rpandues, cartographie g

9、odsique, taux de prcipitation, altitude et tendue des nuages, pression la surface du sol, mesure de la biomasse dans les forts tropicales, etc. TABLEAU 1 Largeurs de bande requise pour les applications Bande de frquences attribue au titre de lArticle 5 du Rglement des radiocommunications Diffusiomtr

10、e Altimtre Capteur imageur Radar de dtection des prcipitations Radar de dtermination du profil des nuages 432-438 MHz 6 MHz 1 215-1 300 MHz 5-500 kHz 20-85 MHz 3 100-3 300 MHz 200 MHz 20-200 MHz 5 250-5 570 MHz 5-500 kHz 320 MHz 20-320 MHz 8 550-8 650 MHz 5-500 kHz 100 MHz 20-100 MHz 9 300-9 900 MHz

11、(1)5-500 kHz 300 MHz 20-600 MHz 13,25-13,75 GHz 5-500 kHz 500 MHz 0,6-14 MHz 17,2-17,3 GHz 5-500 kHz 0,6-14 MHz 24,05-24,25 GHz 0,6-14 MHz 35,5-36 GHz 5-500 kHz 500 MHz 0,6-14 MHz 78-79 GHz 0,3-10 MHz 94-94,1 GHz 0,3-10 MHz 133,5-134 GHz 0,3-10 MHz 237,9-238 GHz 0,3-10 MHz (1)Voir la dcision pertine

12、nte de la CMR-07. Annexe 1 Facteurs lis la dtermination des bandes de frquences et des largeurs de bande ncessaires utilises pour la tldtection active spatiale 1 Introduction A la diffrence des capteurs passifs, les capteurs actifs illuminent lobjet observ et reoivent lnergie rflchie par cet objet.

13、Il existe 5 types fondamentaux de capteurs actifs: les diffusiomtres, Rec. UIT-R RS.577-7 3 les altimtres, les capteurs imageurs (radars ouverture synthtique), les radars de dtection des prcipitations, les radars de dtermination du profil des nuages. Les diffusiomtres radar servent tudier les irrgul

14、arits de surface sur des zones trs tendues. Aux frquences suprieures 300 MHz, ils mesurent lintensit de la rflexion provoque par les irrgularits de surface: on peut ainsi dfinir plusieurs grandes catgories, allant de lisse trs irrgulier. Aux frquences voisines de 200 MHz, la rflectance dpend de la c

15、onstante dilectrique de lobjet; aux frquences plus basses, elle dpend principalement de la conductivit lectrique. Ces frquences plus basses permettent de pntrer sous la surface terrestre, pour tudier les structures qui sy trouvent. Laltimtrie radar a conduit dfinir trois modes oprationnels pour les

16、systmes en service. Une de ces techniques comporte lutilisation dun faisceau de trs petite ouverture (2 mrad) et dune impulsion trs brve (2 ns). Laltitude se dduit du temps de propagation aller-retour du front avant de limpulsion mise. La technique de compression dimpulsion est analogue la technique

17、 des impulsions brves. A partir dune impulsion brve, on produit une impulsion plus longue, module en frquence; le signal dcho, qui est un signal large bande, est comprim en une impulsion brve, dont on dtecte le front avant. Pour la mise en uvre de la troisime technique, il faut une antenne de dimens

18、ions moyennes et un systme de stabilisation de lengin spatial; le signal dcho radar, qui arrive du nadir, est produit par une technique de porte synchronise. Dans ce systme, on obtient linformation daltitude non pas en dtectant le front avant dune impulsion trs brve, mais en mesurant la position du

19、point milieu du front montant du signal radar. Les systmes dimagerie radar permettent dobtenir les images haute rsolution dont on a besoin en gologie, en ocanographie et en agriculture. Pour que limage ait une dfinition suffisante depuis lespace, on utilise un radar ouverture synthtique, qui peut tr

20、ouver de nombreuses applications, tant donn que sa rsolution est indpendante de la distance. En mtorologie, on peut aussi utiliser des radars Doppler balayage. Il est ncessaire de connatre la distribution globale des prcipitations et des nuages pour comprendre et prvoir les variations climatiques lc

21、helle de la plante. Les capteurs hyperfrquences prsentent un avantage manifeste par rapport aux capteurs fonctionnant dans le spectre visible ou dans linfrarouge puisquils peuvent pntrer la couverture nuageuse et donner ainsi des informations directes sur le volume de la pluie et des nuages. Les cap

22、teurs actifs sont particulirement utiles, tant les seuls instruments capables de fournir des donnes de structure verticale de la pluie et des nuages, et ils sont donc essentiels dans ltude de la circulation atmosphrique gnrale et des bilans de rayonnement. Par ailleurs, les capteurs actifs peuvent f

23、ournir sur les prcipitations et les nuages des informations quantitatives indpendantes des proprits des rayonnements hyperfrquences du fond. La tldtection active dans la rgion des hyperfrquences offre plusieurs avantages par rapport aux capteurs qui fonctionnent dans la rgion visible du spectre et a

24、ux capteurs passifs hyperfrquences. En plus de leur sensibilit spcifique plusieurs variables terrestres, ocaniques ou atmosphriques (comme lhumidit vgtale et la hauteur des nuages), ils permettent par exemple de percer les couches superficielles et la vgtation, doprer par tous les temps, jour et nui

25、t, dobtenir une rsolution spatiale leve (radar ouverture synthtique), de renforcer certains traits en modifiant langle dillumination, enfin de travailler dans des gammes de frquences tendues indpendantes des missions dues aux phnomnes bande troite. Les capteurs actifs illuminent lobjet observ et mes

26、urent lnergie rflchie. Pour recueillir, partir de lespace, des donnes sur la surface de la Terre, le signal mis par le capteur doit donc traverser deux fois latmosphre. Il en rsulte que labsorption et la diffusion des ondes lectromagntiques 4 Rec. UIT-R RS.577-7 par latmosphre sont dterminantes pour

27、 le choix des rgions spectrales de fonctionnement des capteurs actifs. Comme laffaiblissement d latmosphre est important aux longueurs donde les plus courtes, les capteurs actifs sont exploits au-dessous de la bande dabsorption de loxygne (60 GHz); on vite aussi le voisinage de la raie dabsorption d

28、e la vapeur deau (22 GHz). La diffusion par les prcipitations et les nuages peut causer plus de difficults que labsorption par latmosphre. En effet, les chos renvoys par les gouttelettes deau augmentent avec le diamtre de celles-ci et diminuent quand la longueur donde augmente. Ainsi, pour les ondes

29、 les plus longues, les chos renvoys par les nuages sont faibles, tandis que les prcipitations constitues de gouttelettes de plus grand diamtre peuvent donner des chos un peu plus intenses. Dautres aspects des tudes sur les capteurs actifs, en particulier le choix des frquences utiliser pour mesurer

30、des paramtres concernant la Terre depuis une plate-forme spatiale, sont prsents ci-aprs. Il convient de noter que, lorsquon cherche dterminer les frquences optimales, ltendue de la gamme de rponse en frquence pour divers phnomnes tudis oblige souvent effectuer des mesures simultanes sur plusieurs fr

31、quences afin de distinguer les chos radar provenant de sources diffrentes. Lcho radar renvoy par une surface dpend de la frquence, des irrgularits de la surface et de ses caractristiques dilectriques, de langle dincidence et daspect, et de la microstructure en profondeur. Dans chacune des applicatio

32、ns indiques, lnergie rflchie vers le capteur radar est fortement influence par au moins un mcanisme de rtrodiffusion associ au phnomne mesur. Il sagit en gnral des lments suivants: ltat de la mer (utilis pour ltude de la structure de locan et des vents au-dessus de la surface de la mer); labsorption

33、 doxygne (dont on se sert pour dterminer la pression de surface au-dessus des ocans); les variations des irrgularits de la surface et de la constante dilectrique (pour tudier les caractristiques de la glace, de la neige et des terres). 2 Tldtection active applique aux ocans et aux vents ocaniques Le

34、s tudes ocanographiques par tldtection active permettent essentiellement de dterminer la structure des vagues, de mesurer le vent la surface de la mer et dtudier les courants ocaniques. En gnral, lnergie hyperfrquences rflchie dpend de ltat de la mer; plus prcisment, lcho radar dpend de la diffracti

35、on due aux grandes ondes de gravit, aux faibles ondulations capillaires lies la tension superficielle qui se superposent aux grandes vagues et lcume. Lnergie rflchie due chacun de ces effets observs par un capteur actif dpend de ltat de la mer et de la technique de mesure utilise. Des travaux ont mo

36、ntr qu plusieurs frquences comprises entre 3 et 30 GHz, lorsque lincidence est quasi normale, ce sont les fortes vagues de gravit qui prdominent alors qu des incidences suprieures 20, ce sont les ondes capillaires qui prdominent. Ainsi pour dterminer ltat de la mer (qui est fonction des ondulations

37、essentiellement dues la brise) ainsi que la dimension et la direction des vagues de gravit de longue dure (structure de mer grosse), on utilise la notion de double composante. Pour ltude des vents la surface de locan (qui jouent un rle important dans ltablissement des modles de prvisions mtorologiqu

38、es), on considre que ltat de locan permet de connatre les variables concernant le vent, puisque les petites ondulations qui assurent le transfert de lnergie cintique du vent la mer sont au moins en quasi-quilibre avec le vent. En utilisant des frquences, des polarisations et des angles dincidence va

39、riable, on a pu en dduire des dtails relatifs au vent la surface de locan, la hauteur des vagues significative et la moyenne quadratique de linclinaison des vagues, rsultats qui dpassent les possibilits de la tldtection passive. Des expriences ont montr quon obtient une bonne sensibilit la vitesse d

40、u vent aux frquences voisines de 14 GHz et que la sensibilit la vitesse du vent est rduite 1,3 GHz. Rec. UIT-R RS.577-7 5 Les radars ouverture synthtique se sont montrs prometteurs pour les mesures de la structure de la mer grosse (hauteur moyenne significative des vagues). Un concept repose sur lut

41、ilisation de quatre bandes de frquences comprises entre 1 et 10 GHz et trois polarisations avec possibilit de zone dexploration tendue et dangles dincidence multiples. Les nappes de ptrole rpandues sur les ocans suppriment les ondelettes, ce qui permet de reprer ces nappes laide de radars imageurs h

42、yperfrquences. On a utilis avec de bons rsultats des altimtres bord de satellites pour ltude des ocans. Pour des tudes ocanographiques, il est ncessaire de recourir un systme daltimtrie avec, pour la mesure de la distance, une prcision totale meilleure 2 cm. Pour parvenir ce degr de prcision, il fau

43、dra supprimer les erreurs de mesure de distance dues aux lectrons ionosphriques qui provoquent des erreurs (22 cm 13,5 GHz). Un systme daltimtrie bifrquence permet dliminer lincertitude de la mesure des distances due lionosphre. Ce mme systme permet aussi deffectuer des mesures prcises sur des plage

44、s continues, de la structure lectronique de lionosphre, mesures qui ne sont pas actuellement disponibles pour de vastes zones ocaniques. Une rgion du spectre situe plus dune octave de la bande 13,25-13,75 GHz, conviendrait pour la deuxime frquence de laltimtre. La deuxime frquence pourrait se situer

45、 vers 5 GHz, la frquence principale demeurant au voisinage de 14 GHz. A plus long terme, on utilisera galement des frquences plus leves, voisines de 35 GHz. On peut donc voir que plusieurs frquences peuvent tre utilises avec profit pour la tldtection active de la structure des vagues de locan. En ra

46、ison de la dynamique importante de la vitesse du vent et de labsence relative deffets atmosphriques, il semble que, pour les mesures de la vitesse du vent, on soriente de prfrence vers les frquences situes au voisinage de 10 15 GHz. 3 Tldtection active des surfaces recouvertes de glace Des tudes mon

47、trent que les caractristiques suivantes de la glace peuvent, des degrs divers, tre mesures par tldtection active hyperfrquences: type (jeune, ancienne, etc.), rugosit, concentration, dimension et nombre de plaques, trous deau, drive, topographie superficielle, pression, paisseur et changement dans la nature et la distribution des types. Daprs ces tudes, cest une frquence comprise entre 3 et 30 GHz qui semble convenir le mieux pour dterminer les types