Présentation du Radiomètre infrarouge aéroporté CLIMAT Gérard BROGNIEZ, Laurianne BÉCU, Michel LEGRAND, Bahaiddin DAMIRI*, Jean-Pierre BUIS* LOA (V.

Transcription

1 Présentaton du Radomètre nfrarouge aéroporté CLIMAT Gérard BROGNIEZ, Lauranne BÉCU, Mchel LEGRAND, Bahaddn DAMIRI*, Jean-Perre BUIS* LOA (V. d Ascq) - *CIMEL Électronque (Pars)

2 INTRODUCTION Il exste un beson de renouvellement des actuels radomètres nfrarouges thermques nstallés sur les avons de recherche Météo- France et INSU. Conventon de fnancement entre l INSU-DT et le CAM-Météo-France a perms de réalser un prototype de radomètre nfrarouge aéroporté fonctonnant de manère smultanée sur tros bandes de longueur d ondes dans l IRT. Réalsé par la socété CIMEL Electronque, Pars en partenarat avec le LOA/USTL. CLIMAT (Conveyable Low-nose Infrared radometer for Measurements of Atmosphere and ground surface Targets)

3 CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES ET PRINCIPE Mesures monodrectonnelles dans la fenêtre atmosphérque entre 8 et 14 µm en smultanété dans tros canaux. Tête optque + unté de contrôle (organes d almentaton et tratement de l nformaton) Damètre 135 mm - Longueur 180 mm - Masse 2,5 kg

4 CARACTÉRISTIQUES DE L OPTIQUE ET DU DÉTECTEUR Tros cavtés L( T) Cavté sotherme L( T c ) Détecteur (thermople) Mror escamotable doré Lentlle de front Ge Fltre nterférentel Lame ZnSe passe-bas Condenseur Ge Fenêtre détecteur Ge Dstances focales (mm) Damètres effectfs (mm) Objectf 50,80 11,80 Condenseur 3,23 4,35 Montage de Köhler (Condenseur dans le plan focal de l objectf) Homogénésaton de l éclarement reçu par le détecteur le contraste de la cble (évte l apparton de ponts chauds sur la surface du détecteur) Permet d exploter un champ de plene lumère en utlsant toute la surface utle de l objectf et de supprmer totalement l effet des sources extéreures à ce champ. Détecteurs thermques (thermoples) D* ndépendante de la longueur d onde Fonctonnement à température ambante Très peu de dépendance de la sensblté avec la température Dmensons de la surface sensble S = 0,6 mm 0,6 mm Détectvté D * D * = 2, cmw -1 Hz -1/2 Réponse R = 200 VW -1 Coeffcent de réponse avec la température α = - 0, K -1 Temps de réponse τ = 12 ms Impédance Z = 100 kω Brut en pussance NEP = 0,26 nw Hz 1/2

5 F G Fltres nterférentels 8,7-10,8-12 µm λ 1µ m ( ν) = F ( ν) F ( ν) F ( ν) F ( ν) F ( ν) L C Z D BRÈVE DESCRIPTION DE LA CHAINE D AMPLIFICATION convertsseur tenson-fréquence (facteur de converson : 10 4 V/Hz) calbré par le zéro et la plene échelle ssue d'un multplexeur et dans lequel est ntégré un préamplfcateur. mcrocontrôleur (agssant comme compteur d'mpulsons). Permet d'effectuer des mesures (l fonctonne en maître pusqu'l donne l'ordre au convertsseur d'envoyer la mesure après l'avor valdée) et d'entraîner le moteur pas à pas servant à mouvor le mror. Mesures sur 24 bts Horloge 4 MHz une converson dure 1/6,25 s. Durée d ntégraton ajustable de 100 ms à envron 1 s. Almentaton tenson 12 v, consommaton 2W max.

6 PRINCIPE DE LA MESURE ET ÉTALONNAGE I - Prncpe Mesure dfférentelle L ( T ) T c T c : température de la joncton frode du détecteur C (T ) correspondent à L (T )

7 PRINCIPE DE LA MESURE ET ÉTALONNAGE I - Prncpe L ( T ) L ( T c ) T c T c : température de la joncton frode du détecteur C (T ) correspondent à L (T ) En poston mror, le détecteur se vot les comptes numérques C (T c ) mesurés correspondent alors à la lumnance L (T c ) : c est le zéro radométrque. C = C (T ) C (T c ) correspondent à L = L (T ) L (T c ) C = σ L II - Détermnaton des σ - Etalonnage

8 PRINCIPE DE LA MESURE ET ÉTALONNAGE III - Détermnaton des σ - Etalonnage III Mesure de la lumnance de la cble TC C σ + + L ( T ) = + L ( T ) C σ C IV Détermnaton de la température de brllance de la cble L ( T) = ν B ν (T) F G ( ν)dν η κ exp - T γ ( η, κ, γ ) mondres carrés L app ( T) L ( T) L ( T) 0,06% T [ 170K 370K] T γ = C ln σ η τ τ + exp T γ C S T C T m C = T C + T C σ σ m = σ exp ( α T ) C

9 CHAMP - BRUIT - TEMPS DE RÉPONSE - DURÉE DE STABILISATION o θ 3,2 S S S N12 N10.8 N8.7 = 4,910 = 3,210 = 2, K K K (Durée d ntégraton : 160 ms) Temps de 'préchauffage' de l'ordre de 20 mn.

10 APPLICATIONS POTENTIELLES Recherche atmosphérque (mpact radatf et télédétecton des nuages ans que des aérosols) Agronome (sols nus, couverts végétaux), Blans d énerge des surfaces (évapotranspraton), Océanographe (température de surface), Pédologe, Géologe, etc Nous présentons c deux types de mesures aéroportées. I - SST PRT5 Barnes (fltre large 8-14 µm) + CLIMAT sur pper Radales Calas - Deppe. z 700 m. "Global Splt-Wndow" (Franços et Ottlé; 1994) dépendance quadratque emprque de avec T ( Ts T 10.8 ) ( 10.8 T12 ) + émssvtés de surface de la mer (Masuda ;1988).

11 Comparason entre les SST radomètre CLIMAT et résultats ssus d'mages ATSR/ERS1 (tratement SADIST (Baley 1994) très bon accord (dfférence moyenne d'envron 0,2K et écart type d envron 0,44K.

12 II - APPLICATION À L ÉTUDE DES CIRRUS FRENCH/DIRAC (Feld Radaton Experment on Natural Crrus and Hgh-level clouds / Démonstrateur InfraRouge Aéroporté pour l'étude des Crrus) Tarbes 21/09-30/ Mystère 20 de l'ign + TBM 700 de EADS/SOCATA. LaMP, SA, LMD, LOA. Golfe de Gascogne - Médterranée M 20 M 20 CLIMAT POLDER mn MIR LEANDRE (+ paramètres atmosphérques) CLIMAT DIRAC LEANDRE FRENCH DIRAC Sonde 2D Néphélomètre TBM 700 Ensemble nstrumental aéroporté permettant d'étuder les synerges possbles entre dfférents capteurs dans la perspectve de la préparaton des futures expérences satelltares. Exemple de comportement en vol à haute alttude de CLIMAT et utlsaton des mesures multspectrales (nfrarouge thermque) pour l étude des crrus.

13 T 10.8 T 12 (K) T 12 (K)

14 T 8.7 T 12 (K) T 12 (K)

15 CONCLUSION Apparel jugé scentfquement satsfasant Excellente stablté de la sensblté. Très fable brut radométrque (sur M20) de l ordre de 0,05K sur les canaux N8.7 et N10.8. (Problème du brut sur le canal N12, envron deux fos plus mportant, actuellement résolu). Dérve en température des cavtés prse en compte par nterpolaton entre deux zéros radométrques. Aménagements nécessares pour que l'nstrument devenne vértablement un nstrument de base des avons de recherche atmosphérque. EXEMPLE : Stablsaton en température Présentaton de d un la tête leg optque de 3 mn (actuellement ( 32 km) sur à M20 l'étude) permettra d'évter d'avor trop souvent recours à la mesure du zéro radométrque. Mesure (en rouge) et correcton de la dérve(en bleu) en temps réel Dans sa verson présente, l'nstrument est almenté à l'ade de batteres (enfermées dans une encente confnée) et l fonctonne grâce à un PC autonome. L'ntégraton défntve du radomètre CLIMAT sur les avons de recherche nécesste absolument de : - passer par une almentaton, va éventuellement une battere tampon, utlsant la tenson dsponble dans l'avon - passer par une geston/acquston des données utlsant l'ordnateur de bord. Ces aménagements sont actuellement à l'étude.

16 T N12 ( C ) t 12 s H.T.U. (déc)