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Radio-frequency interference mitigating hyperspectral L-band radiometer
Radio-frequency interference (RFI) can significantly contaminate the measured radiometric signal of current spaceborne L-band passive microwave radiometers. These spaceborne radiometers operate within the protected passive remote sensing and radio-astronomy frequency allocation of 1400â1427âŻMHz but nonetheless are still subjected to frequent RFI intrusions. We present a unique surface-based and airborne hyperspectral 385 channel, dual polarization, L-band Fourier transform, RFI-detecting radiometer designed with a frequency range from 1400 through ââââŻ1550âŻMHz. The extended frequency range was intended to increase the likelihood of detecting adjacent RFI-free channels to increase the signal, and therefore the thermal resolution, of the radiometer instrument. The external instrument calibration uses three targets (sky, ambient, and warm), and validation from independent stability measurements shows a mean absolute error (MAE) of 1.0âŻK for ambient and warm targets and 1.5âŻK for sky. A simple but effective RFI removal method which exploits the large number of frequency channels is also described. This method separates the desired thermal emission from RFI intrusions and was evaluated with synthetic microwave spectra generated using a Monte Carlo approach and validated with surface-based and airborne experimental measurements
Caractérisation diélectrique micro-onde (1,4 GHz) des arbres et des sols
Le dĂ©couplage du signal dâĂ©mission micro-onde entre la vĂ©gĂ©tation et le sol demeure
une difficulté omniprésente pour toutes applications en télédétection. Pour améliorer les
produits micro-ondes globaux (e.g. humidité du sol, état de gel/dégel du sol) en milieu
forestier, une meilleure estimation de la permittivité électrique de la végétation et du
sol est requise. Dans le cadre de ce projet, un nouveau prototype de sonde coaxiale Ă
terminaison ouverte adaptée aux mesures sur le terrain a été développé. Nous montrons
dans ce travail que la sonde est apte à mesurer la permittivité électrique en bande L (1.4
GHz) de la végétation et du sol.
La sonde affiche des incertitudes maximales de 3,3% pour une large plage de valeurs
de permittivitĂ©. La permittivitĂ© complexe de sept espĂšces dâarbres diffĂ©rentes a Ă©tĂ© caractĂ©risĂ©e
dans des conditions de gel et de dégel. Les résultats montrent que la permittivité
Ă©lectrique du tronc des arbres est fortement corrĂ©lĂ©e avec lâĂ©tat de gel/dĂ©gel de la vĂ©gĂ©tation
et que cet état de gel/dégel de la végétation est sensible aux courts événements
de dégel hivernal. Il a aussi été démontré que les différences de permittivité électrique
interespĂšces sont importantes. La sonde coaxiale Ă terminaison ouverte sâest Ă©galement
rĂ©vĂ©lĂ©e suffisamment prĂ©cise pour capturer le cycle diurne de teneur en eau Ă lâintĂ©rieur
du tronc des arbres.
Les mesures de permittivité électrique de sols organiques en chambre froide mettent
en évidence une hystérésis importante entre le cycle de gel et de dégel du sol. Un tel phénomÚne
nâest pas considĂ©rĂ© dans les modĂšles de permittivitĂ© du sol actuel ni dans les
algorithmes de dĂ©tection du gel/dĂ©gel des sols. La sonde devrait permettre dâamĂ©liorer
la modĂ©lisation du transfert radiatif en milieu forestier et ainsi permettre dâamĂ©liorer les
produits satellitaires en bande L.The decoupling of the signal between vegetation and soil remains an omnipresent
difficulty for all remote sensing applications in the microwave spectrum. To improve global
microwave products (e.g. soil moisture, freeze/thaw soil state) in the forest environment,
a better estimate of the permittivity of vegetation and soil is required. As part of this
project, a new prototype of open-ended coaxial probe adapted for field measurements has
been developed.
The probe is designed to measure the L-band permittivity (1.4 GHz) of vegetation
and soil. The probe displays maximum uncertainties of 3.3% for a wide range of
permittivity values. The complex permittivity of seven different tree species was characterized
under freezing and thawing conditions. The results show that the permittivity
of tree trunks is strongly correlated with the freeze/thaw state of vegetation, the tree
freeze/thaw state is sensitive to short winter thawing events and the inter species differences
in permittivity are important. The open-ended coaxial probe is also precise enough
to capture the diurnal cycle of water content within the tree trunks.
The permittivity measurements of organic soils in cold chamber show a significant
hysteresis between the freezing and thawing cycles. Such phenomenon is not considered
in current soil permittivity models or in soil freeze/thaw detection algorithms. The probe
will allow to improve radiative transfer models in forest environment and thus improve
L-band satellite products