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AltiKa, un altimètre en bande Ka

L'altimètre AltiKa à bord de Saral  opère en bande Ka. Il est ainsi moins affecté par les perturbations ionosphériques qu'un altimètre en bande Ku. Il est aussi plus performant en termes de résolution verticale et spatiale, de décorrélation des échos et de bruit sur le signal. À l'aide d'un algorithme de tracking adapté, ce type d'altimètre serait plus performant sur tout type de surface, ce qui devient particulièrement important près des côtes. Par contre, la bande Ka présente un inconvénient majeur : sa forte atténuation en présence d'eau dans la troposphère.

Deux composants de l'altimètre AltiKa : l'antenne de 1 m de diamètre (à gauche) et l'unité micro-ondes altimétrique à droite (AMU - Altimeter Microwave Unit). Crédits Cnes.

 

Utilisation de la bande Ka

L'utilisation de la bande Ka permet :

  • Faible atténuation par l'ionosphère, ce qui rendrait inutile la bi-fréquence sur l'altimètre. Lors des fortes perturbations ionosphériques, le système Doris pourrait apporter les éléments nécessaires à une correction.
  • Fréquence de répétition de l'impulsion importante (4 kHz). La décorrélation des échos est plus courte en bande Ka qu'en bande Ku, ce qui augmentera de façon significative le nombre d'échos indépendants par seconde, par rapport à un altimètre en bande Ku.
  • La largeur de bande d'émission, plus large (jusqu'à 500 MHz en bande Ka au lieu de 320 MHz en bande Ku) permet une plus grande résolution verticale (30 cm au lieu de 50 cm).
  • Meilleure description de l'état de mer qu'en bande Ku. En effet, la longueur d'onde de 8 mm permet une meilleure description des pentes des petites facettes de la surface de la mer (ondes capillaires etc.), et une mesure plus précise du coefficient de rétrodiffusion par mer calme ou moyenne. Pour des vagues supérieures à 1 mètre, cette longueur d'onde  réduit le bruit d'un facteur 2 comparé à l'altimètre Poséidon.
  • Plus faible pénétration de l'onde électromagnétique qu'en bande Ku sur la neige et la glace (moins d'un centimètre en Ka, pour 5 m en Ku sur neige). Cela permettrait de mieux mesurer les accumulations de neige en regard des effets de vieillissement de la glace dans les couches superficielles des calottes polaires. De plus, la taille des particules de glaces se transformant serait mesurable. Associée à la meilleure résolution spatiale, la bande Ka permettrait donc une meilleure surveillance des glaces de mer et continentales.

Atténuation de la bande Ka en présence d'eau atmosphérique

Par contre, la bande Ka présente un inconvénient majeur : sa forte atténuation en présence d'eau (liquide ou vapeur) dans la troposphère. Le radiomètre permettra de mesurer les retards de propagation de l'onde liée au contenu en vapeur d'eau dans la troposphère. Cependant, les cellules de pluie, souvent denses et fréquentes dans les tropiques restent un facteur limitant, puisque l'onde radar peut être atténuée de 2 dB sous fortes précipitations. Typiquement, s'il pleut plus de 1,5 mm/h, les échos retour ne seront pas exploitables (en-dessous de 3 mm/h, les échos en bande Ku ne sont pratiquement pas perturbés). Cependant, des études d'impact ont été menées à partir de 7 ans de données TMR de Topex/Poséidon, montrant que des précipitations supérieures à 1,5 mm/h n'apparaissent globalement que 10% du temps. Cela laisse donc une disponibilité de 90% à la mesure AltiKa (en cas d'orbite héliosynchrone, il faudrait aussi tenir compte de la fréquence des épisodes pluvieux, se produisant plutôt entre 6-12 h et 18-24 h sous les tropiques).
Inversement, on peut penser que ce seuil de 1,5 mm/h permettra de mieux cartographier les cellules de pluies sur océan, qui restent une des grandes inconnues du bilan hydrique globale, et en établir une climatologie plus fiable.

Informations techniques

Fréquence émise Ka 35.75 GHz +/- 250 MHz
Fréquence de répétition de l'impulsion ~3.8 kHz (automatiquement ajusté)
Durée de l'impulsion 110 microsecondes
Largeur de bande 500 MHz
Durée moyenne d'un écho ~25 ms
Analyse du spectre 128 points
Altimeter link budget 11 dB (sigma naught= 6.5 dB)
Diamètre de l'antenne 1.0 m
Masse* <42kg
Longueur focale0.7 m
Offset 0.1 m
Consommation* <100W
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