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KaRIn : L'interféromètre radar en bande Ka

 KaRIn (Ka-band radar Interferometer), radar interféromètre en bande Ka est un nouveau type d'altimètre, héritant de l'expérience acquise sur les missions d’altimétrie précédentes (sur les altimètres classiques, mais aussi les radars à synthèse d'ouverture), ouvrant de nouvelles perspectives de mesure de la hauteur des surfaces d’eau.

Le principal instrument de Swot est un altimètre interférométrique qui possède un riche héritage basé sur 
(1) les nombreux succès des altimètres radar d'observation de l'océan, 
(2) la mission de topographie radar SRTM de la navette spatiale
et 
(3) les études pour le développement du Wide Swath Ocean Altimeter (WSOA).

KaRIn est un instrument basé sur une fauchée proche du nadir (angles d'observation de 1 à 4°) qui mesure la surface hautement réfléchissante de l'eau. Les angles de visée à l'altitude du satellite impliquent une couverture de la fauchée d'environ 120 km (de 10 à 70 km en transversal de part et d'autre de la trace au nadir). Il effectuera des mesures en bande Ka (35,75 GHz) avec deux antennes radar à synthèse d'ouverture (SAR) aux extrémités opposées d'un mat de 10 m. 
Le traitement interférométrique SAR des impulsions renvoyées donne une résolution en azimut de 5 m et en distance de 10 m à 70 m, avec une précision d'élévation instantanée de 50 cm. Le calcul de la moyenne spatiale sur des zones de 1 km2 améliorera cette précision d'élévation à moins de 2 cm.

 

KaRIn cartographiera la surface en continu dès la mise en marche de l'instrument.

Voir la page dans Techniques>Altimétrie dédiée à l'altimètre-interferomètre pour plus d'information sur le principe de mesure.

Pour obtenir la longueur de base requise, KaRIn déploie deux antennes à réseaux réflecteurs de 5 m de long et de 0,25 m de large aux deux extrémités d'un mat. Les deux antennes peuvent techniquement émettre et recevoir des impulsions radar, mais une seule émettra en opération normale, les deux recevront. L'interféromètre est un système à double fauchée qui illumine alternativement les fauchées gauche et droite de chaque côté du nadir. Ceci est accompli par une double alimentation décalée fonctionnant avec des polarisations linéaires orthogonales (polarisations V et H), ce qui permet à l'antenne à réflecteur émettrice de générer deux faisceaux séparés, un pour chaque polarisation, discriminant ainsi de quelle fauchée vient la réflexion lorsqu'elle est reçue en retour.

L'instrument KaRin se compose de : 

KaRIn Digital Electronics Subsystem (KDES)

Le sous-système électronique numérique de KaRIn reçoit les commandes du satellite et les données Doris (pour les informations d'altitude et de navigation) via un bus, et envoie la télémesure KaRIn au satellite via la même interface, acquiert et  numérise par "paquets" les données télémétriques du reste de l'instrument. Il reçoit et numérise également les informations d'écho de l'unité de radiofréquence (voir ci-dessous). Le KDES contrôle l’ensemble des équipements radar (unité de radiofréquence, amplificateur haute puissance, alignement). Pour limiter le débit de données transmis au sol, le KDES convertit les données numérisées en interférogrammes. Les données sont transmises à l'enregistreur  à un débit maximal d'environ 360 Mbps. 

L'unité radio-fréquences (RFU)

Il est constitué de tous les composants analogiques nécessaires pour moduler/démoduler, amplifier et convertir en fréquence le signal de référence modulé jusqu'à l'amplificateur haute puissance. Les deux principaux sous-systèmes qui forment l’Unité radiofréquences sont le Duplexeur, qui est la matrice de commutation des signaux radiofréquence, et l'HyperBox, qui met en œuvre toutes les autres fonctions de l’Unité : génération/émission d'impulsions et réception d'échos / conversion ascendante et descendante de la bande Ka. 

HPA (High Power Amplifier)

Le HPA amplifie le signal radiofréquence émis par l'Unité RadioFréquence à 1500 W pour le transmettre au sol. Le HPA se compose d'un Klystron à interaction étendue (qui amplifie le signal radar de faible puissance), d'une alimentation électrique haute tension, construite par le JPL et d'un isolateur/filtre haute puissance fourni par la NASA. Le HPA est redondant en bloc en raison de la criticité de cet équipement. 

Antenne déployable (DAA: Deployable Antenna Assembly)

Il s'agit d'une structure déployable de haute précision, de grande rigidité et d’une remarquable stabilité qui permet de positionner parfaitement les réseaux de réflecteurs radar par rapport aux sources montées sur la structure porteuse. L'ensemble se compose d'un ensemble mât intégré (IMA) et d'un réseau de réflecteurs intégrés (IRA). Il doit être aussi rigide que possible pour garantir une base de référence stabilisée. Il est principalement composé de pièces en composite de carbone. Chaque IRA comporte un mécanisme d'alignement qui peut corriger le défaut d'alignement en tangage entre les deux réflecteurs.

La Centrale inertielle (IRU) de KaRIn

Le KaRIn comprend une unité de référence inertielle (IRU) à haute performance l'orientation mécanique de la base entre les antennes. Avoir une orientation stable était déjà important avec les altimètres au nadir ; c'est encore plus important avec Swot puisque la stabilité est requise dans les 3 dimensions.

L'équipement fait partie d'une gamme de produits largement éprouvés en vol. Il s'agit d'un gyroscope à fibre optique qui détecte la vitesse angulaire à l'aide d'un signal optique traversant une bobine de 5 km de fibre optique. Il ne comprend aucune pièce mobile. La fibre optique est garante d’ une très longue durée de vie. La centrale inertielle est tolérante aux pannes – elle comporte quatre canaux entièrement indépendants, dont trois sont suffisants pour remplir le besoin.

Paramètres système KaRIn

Paramètre Valeur
Fréquence au centre 35.75 GHz longueur d'onde 8.4 mm
TX largeur de bande 200 MHz 0.56 % de largeur de bande
TX longueur de Pulse 5.7 us possibilité d'opérer entre 3 - 9 us
Pulse Repetition Frequency (moyenne) 2 x 4420Hz varie de moins de 5% le long de l'orbite
Peak Transmit Power (EOL) 1500W
Longueur de la base physique 10 m
taille d'antenne 5 mx 0.25 m
Boresight Look Angle +/- 2.65 deg Swath look angles -0.65° to 3.9°
Polarisation, fauchée droite VV polarisation alternée entre des pulses
Polarisation, fauchée gauche HH consécutifs pour illuminer les deux fauchées.
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