Instrument
- SWIM est un système radar à ouverture réelle (real-aperture radar : RAR) en bande Ku (13.575 GHz), pointant avec des angles d'incidence entre 0 et 10° (faisceaux multi-incidence) avec un faisceau en rotation sur 360°.
- Les observations regardant au nadir ont des exigences similaires aux missions d'altimétrie standard en termes de gamme de résolution, de précision de la hauteur significative des vagues et de la vitesse du vent. Les observations au nadir seront utilisées de manière similaire aux autre radar-altimètres (ERS-2, TOPEX-POSEIDON, JASON) pour estimer la vitesse du vent et la hauteur significative des vagues.
- Les observations dépointées sont définies avec pour objectif de mesurer des spectres directionnel des vagues océaniques, et de permettre les statistiques de pente des vagues. Les observations autres que le nadir seront utilisées pour (a) estimer les propriétés spectrales des champs de vagues par mesure de la modulation de la section efficace radar sur l'empreinte au sol, avec une haute résolution horizontale (résolution effective ~ 35 m) (b) estimer le profil de la section radar avec l'incidence (0-10°) et en fonction de l'azimut.
Un schéma de la géométrie d'observation est montré dans la figure ci-dessous. Pour une altitude d'orbite de 500 km, l'empreinte au sol d'un faisceau sera d'environ 18 km x 18 km. Cette empreinte balayera un pseudo-cercle de diamètre allant de 18 à 90 km pour des angles d'incidence allant de 2 à 10°. Le motif décrit par l'instrument pour tous les angles d'incidence est montré dans la figure 2 pour des rotations successives sur 360° en azimut, et pour un satellite se déplaçant à la vitesse de 7 km/s.
La validité du principe pour dériver les spectres des vagues à partir de ce radar à ouverture réelle a été démontrée plusieurs fois par l'utilisation de systèmes aéroportés développés par la NASA (système ROWS) et en France (radar KuROS au CNRS-LATMOS, France).
Des études récentes aidées par le CNES et réalisé à Thales Alenia Space et au CNRS-LATMOS ont prouvé la faisabilité du système spatial proposé (Hauser et al, 2001).
L'extraction du spectre directionnel des vagues de surface est basée sur l'analyse des modulations de la rétro diffusion du radar due à l'inclinaison de la surface de rétro diffusion par les vagues longues (plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres en longueur d'onde).
Dans chaque direction d'observation, la modulation du coefficient de rétro diffusion due aux vagues est estimée par analysé spectrale. Le spectre de modulation est ainsi relié au spectre des vagues par une relation linéaire. La rotation en azimut fournit l'information complète (spectre directionnel), avec néanmoins une ambiguïté de 180° dans la direction de propagation. Le traitement du signal inspiré du traitement des données du mode vague du SAR d'ENVISAT (interspectre) -voir Engen and Johnsen, 1995, Bao et Alpers, 1998) est proposé pour lever l'ambiguïté à 180° de la direction.
La combinaison de plusieurs angles d'incidence est proposée pour optimiser l'échelle spatiale pour l'extraction des propriétés spectrales des vagues. Typiquement l'information directionnelle est obtenue par la combinaison des différents angles d'incidence, elle sera représentative d'une zone de 70 km x 70 km.
Le concept de multi-incidence est aussi conçu pour dériver les propriétés des statistiques de la pente de la surface de la mer (variance de pente, forme de la pente fonction de la densité de probabilité) et éventuellement estimer la direction et vitesse du vent. Au-dessus des surfaces continentales, il sera utilisé pour séparer le rôle respectif de la végétation et de l'humidité des sols dans le signal radar, alors qu'au-dessus des surfaces de glace, il sera utilisé pour mieux caractériser la couche de glace.
Pour toutes ces applications, une analyse de la variation avec l'incidence de la section radar normalisée (NRCS) sera appliquée.
Géométrie des observations de SWIM
Motif de décrit par les faisceaux de l'antenne SWIM pour une altitude d'orbite de 500 km, et une vitesse de déplacement de la trace au sol du satellite de 7 km/s, et une vitesse de rotation des faisceaux de 6 rotations par minute. L'axe horizontal est la distance le long de la trace et l'axe vertical.
