3.1 Caractéristiques de l’instrument

La résolution spatiale est une contrainte forte pour la mesure de la SSS et surtout pour la mesure de l’humidité des sols. Elle doit être de l’ordre de 100 km pour que la mesure de la SSS soit utile aux océanographes (voir les recommendation GODAE dans la section 1.2).

(a)   (b) FIG. 3.2: Illustrations de SMOS. Sur la figure (a) on distingue les trois bras, composés chacun de trois sections, portant chacune six antennes. La figure (b) est une illustration du hub, c’est à dire du support sur lequel sont fixés les trois bras. Il porte 6 rangées de trois antennes. L’instrument porte au total 72 antennes.

FIG. 3.3: Ilustration du déploiement du satellite SMOS (concept initial).

La résolution spatiale d’une antenne réelle, de taille fixée, est d’autant plus dégradée que sa fréquence ₀ est basse. En effet, la résolution angulaire d’une antenne (cette résolution est liée à la figure de diffraction de l’ouverture de l’antenne) est donnée par

c/

x

Une antenne à synthèse d’ouverture est constituée d’un réseau d’antennes élémentaires, dont les mesures sont combinées de manière cohérente par interférométrie (i.e. en prenant en compte la phase relative des différents signaux mesurés, [48, 90]). La résolution angulaire de l’antenne à synthèse d’ouverture ainsi obtenue atteint celle qu’aurait une antenne à ouverture réelle dont la taille serait égale à la distance maximale entre deux antennes élémentaires. En d’autres termes, alors que dans les conditions précédemment citées une antenne réelle devait mesurer 5 m pour obtenir une résolution spatiale de 30 km, une antenne à synthèse d’ouverture atteint la même résolution à partir de deux antennes élémentaires distantes de 5 m. Une telle antenne est donc plus facile a deployer dans l’espace car les antennes élémentaires peuvent être très petites. MIRAS sera equipé de trois bras d’une longueur de 4 m, disposés en forme de Y, composés chacun de trois sections pliables aisément embarquable dans une fusée. Une fois dans l’espace, les bras se déplieront comme cela est illustré par exemple sur la figure 3.3. Les antennes élémentaires n’étant pas alignées, MIRAS sera un interféromètre à deux dimensions (le premier a être utilisé depuis l’espace) produisant des images de la surface de la Terre. Chacun des bras du Y porte 18 antennes élementaires (6 par section), et 18 antennes élémentaires supplémentaires sont disposées sur le support (hub) des bras (voir la figure 3.2).

La contrepartie de la diminuation de la taille de l’antenne, apportée par la technique de la synthèse d’ouverture, est que la précision (ou résolution) radiométrique sera d’autant plus dégradée que la surface collectrice réelle de l’antenne sera petite. La précision radiométrique d’une mesure élémentaire de MIRAS (T) est donnée approximativement par (note technique, Waldteufel (1999))

(3.1)

où

T_sys est la température de bruit du système, estimée à 180 K,

T_geo est la température mesurée, variant entre 50 K et 150 K (i.e. Tbmer + d’autre sources à Tb plus faible),

A_tot = r² est la surface du disque (de rayon r = 4 m) contenant les antennes élémentaires de l’instrument,

A_r est la surface collectrice réelle de l’antenne, c’est à dire la surface totale des antennes élémentaires,

B est a largeur de bande de fréquence dans laquelle est faite la mesure (Hz) et

est le temps d’integration de la mesure (s).

A_r est donné par l’expression

(3.2)

où N est le nombre d’antennes élémentaires et (r_t0/2)² est la surface d’une antenne élémentaire, avec r_t = 0.88 et ₀ = 0.21 m. S’il on fixe N = 72, B = 19 MHz, = 1.5 s pour chaque polarisation, on obtient une précision radiométrique de l’ordre du Kelvin (0.8 à 1.14 K pour T_geo variant de 50 K à 150 K). Cette estimation s’applique aux visées proches de l’axe de l’antenne ; sur les marges du FOV, elle peut être détériorée par un facteur allant jusqu’à 2.5, par suite de l’effet du diagramme de rayonnement des antennes élémentaires de l’interféromètre.