Radiometría de Microondas
7.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOMETRÍA
Introducción: El
Introducción: El
brillo
brillo
de los cuerpos.
de los cuerpos.
h 1 2 E E f = − Los
Los gasesgases radían radían a frecuencias discretas, a frecuencias discretas, fijadas por la diferencia de niveles energéticos
fijadas por la diferencia de niveles energéticos
El
El cuerpo negrocuerpo negro ( (bbbb: ideal) : ideal) radía radía según la según la Ley de Ley de PlankPlank
[ ] T k c f f B B Hz Sr m W T k f bb B 2 1 1 2 h 2 3 2 1 e 1 h 2 ) ( λ − = → − ⋅ − ⋅ − ⋅ Ley
Ley RayleighRayleigh--JeansJeans µ
µWW IRIRVISVIS
En equilibrio
En equilibrio termodinámicotermodinámico::
- Absorbe toda la energía incidente
- Absorbe toda la energía incidente
-- Reemite Reemite toda la energía absorbida toda la energía absorbida
0
→
Potencia captada por una antena rodeada por un
Potencia captada por una antena rodeada por un
bb
bb
Coincide con la potencia disponible
Coincide con la potencia disponible
en
en bornes de una resistenciabornes de una resistencia a la a la misma temperatura (
misma temperatura (NyquistNyquist, 1928):, 1928): RUIDO TÉRMICO RUIDO TÉRMICO ) ( ) , ( 2 2 1 0 4 2 2 0 2 0 f B B T k df d t T k A P B B R f f B B ef cn ⋅ θ ϕ ⋅ Ω ≈ << λ =
∫ ∫∫
+ − πEl
El
brillo
brillo
de los cuerpos reales:
de los cuerpos reales:
cuerpos grisescuerpos grises- No absorben toda la energía incidente:
- No absorben toda la energía incidente:
- Una parte la reflejan,
- Una parte la reflejan,
- La fracción absorbida la
- La fracción absorbida la reemiten reemiten después, perodespués, pero direccionalmente direccionalmente
Temperatura de Brillo Temperatura de Brillo y y EmisividadEmisividad:: T e k T k B( , ) 2 2B B( , ) ˆ 2 2B (θ,ϕ) λ = ϕ θ λ = ϕ θ
1
)
,
(
0
≤
e
θ
ϕ
≤
Potencia de ruido incidente en una antena:
Potencia de ruido incidente en una antena:
-
- ObjetoObjeto al que apunta ( al que apunta (TTBB)) atenuada por la atmósfera (
atenuada por la atmósfera (LLaa((θ θ ) ) )) - La
- La atmósferaatmósfera ( (TTUPUP)) - Brillo de
- Brillo de otras fuentesotras fuentes directas directas -
- ReflexionesReflexiones de otras fuentes ( de otras fuentes (TTDNDN)) Sol, Luna, ruido galáctico,
Sol, Luna, ruido galáctico,
ruido cósmico, la atmósfera ...
ruido cósmico, la atmósfera ...
=
=
>
>
TEMPERATURA APARENTE DE BRILLOTEMPERATURA APARENTE DE BRILLO(
( , ) ( , ))
( , ) ) , , ( 1 ) , ( θ ϕ + θ ϕ + θ ϕ ϕ θ = ϕ θ p UP SC p B a p AP T T T h L TPotencia de ruido captada por una antena:
Potencia de ruido captada por una antena:
Interesará:
Interesará:
- Eficiencia de haz principal elevada:
- Eficiencia de haz principal elevada: ηηML ML > 0.9> 0.9 - Bajas pérdidas
- Bajas pérdidas óhmicasóhmicas:: ηηΩΩ -->> 1 1
B
T
k
N
=
B A' . ')
1
(
ph ant A AT
T
T
=
η
Ω+
−
η
Ω SL ML ML ML AP A T t d T T T ( , ) ( , ) (1 ) 4 1 4 η − + η = Ω ϕ θ ϕ θ π =∫∫
π principal haz T T lóbulos secundariosLa
La atmósferaatmósfera se comporta se comporta como un
como un atenuador :atenuador :
Un atenuador
Un atenuador LL::
- Atenúa la señal en un factor 1/
- Atenúa la señal en un factor 1/LL
- Añade ruido térmico en cada puerto:
- Añade ruido térmico en cada puerto:
= =
>
>
− L B T kB ph 1 1 Atm DN Atm UPT
T
,
7.2. Comportamiento de la atmósfera :En primera aproximación la
En primera aproximación la atmósferaatmósfera puede modelarse como un puede modelarse como un
conjunto
conjunto estratificado de estratificado de atenuadoresatenuadores cada uno a una temperatura. cada uno a una temperatura.
" " ) ( ) , ' ( ) ' ( ) ' ( ) ' ( ) ' ( ' ) ' ( ) ' ( sec ) , ( , ' ) ' ( ) ' ( sec ) , ( 0 sec ) ' , 0 ( 0 sec ) , ' ( opacidad dz z k H z z k z e z k z e dz e z T z k H T dz e z T z k H T H a a a z a Atm DN H H z a Atm UP ∫ ∫ ∫ = τ = = ↓ ↓ θ = θ θ = θ ∞ θ τ − θ τ − Los
Los hidrometeoroshidrometeoroshidrometeoroshidrometeoros, especialmente , especialmente lluvialluvia, provocan un aumento, provocan un aumento de las pérdidas (
La
La atmósfera atenúaatmósfera atenúa las las fuentes externas de ruidofuentes externas de ruido -
- Ruido GalácticoRuido Galáctico::
Imposibilita las observaciones
Imposibilita las observaciones
pasivas a
pasivas a ff < 1GHz < 1GHz -
- Ruido CósmicoRuido Cósmico: : TTcoscos = 2.7 K= 2.7 K - Reflexiones del
- Reflexiones del SolSol y de la y de la Luna Luna (si son visibles)
(si son visibles)
θ ∞ τ −
+
+
+
+
=
(0, ) sec)
(
T
T
T
T
e
T
Por la Ley de
Por la Ley de KirchhoffKirchhoff, la, la emisividademisividad está relacionada está relacionada con los
con los coeficientes de dispersión coeficientes de dispersión ((PeakePeake, 1959) , 1959)
(
)
[
(
)
(
)
]
(
)
(superficies especulares) d e r s p i s s i i pq s s i i pp s s s p ε θ Γ − → Ω ϕ θ ϕ θ σ + ϕ θ ϕ θ σ θ π − = ϕ θ∫∫
π , 1 , , , , , , cos 4 1 1 , 2 0 0La
La emisividad emisividad depende de:depende de: - El ángulo de observación
- El ángulo de observación
- Las propiedades eléctricas del medio (
- Las propiedades eléctricas del medio (εεrr))
- La rugosidad de la superficie del medio en términos de
- La rugosidad de la superficie del medio en términos de λλ
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
i i)
i p DN s s i i pq s s i i pp s s p SC ph s s p s s p B d T T T e T Ω ϕ θ ϕ θ ϕ θ σ + ϕ θ ϕ θ σ θ π = ϕ θ ϕ θ = ϕ θ∫∫
π , , , , , , , cos 4 1 , , , 2 0 0 0]
[
Estudiaremos el comportamientoEstudiaremos el comportamiento emisivoemisivo del: del: - Suelo:
- Suelo: descubiertodescubierto
cubierto por vegetación
cubierto por vegetación
cubierto por nieve
cubierto por nieve
- Mar:
- Mar: agitado por el vientoagitado por el viento
cubierto por manchas de aceite
cubierto por manchas de aceite
helado
Emisividad para diferentes tipos de materiales lisos vs. ángulo de incidencia:
Comportamiento
Comportamiento emisivoemisivo del del suelo descubiertosuelo descubierto::
( )
[
( )
]
soil p bare p bare BT
T
,θ
=
1
−
Γ
θ
( ) (
θ =[
−) ( )
Γ θ + Γ( )
θ]
− σ θ Γ 2 2 2 cos 4 1 specp specq k p bare Q Q e(
e
cm fGHz)
Q
=
0
.
35
1
−
−0.6 σ2 SM re
081 . 0583
.
2
≈
ε
ElEl coeficiente de reflexióncoeficiente de reflexión en la interfaz aire-suelo depende en la interfaz aire-suelo depende del
del contenido volumétrico de humedad en el suelocontenido volumétrico de humedad en el suelo (SM) (SM) Parámetro de mezcla de polarización
Parámetro de mezcla de polarización
(
Comportamiento
Comportamiento emisivoemisivo del del suelo cubierto por vegetaciónsuelo cubierto por vegetación::
( ) ( )
[
( )]
( ) ( ) ( ) ( ) veg can can p bare soil p bare can p can B T a L L T L T − θ − θ θ Γ + + + θ Γ − θ = θ 1 ' 1 1 ' ' 1 ' 1 ' 1 ,(
0
.
522
0
.
689
)
3
.
84
0
.
51
2 ,≈
−
ε
+
+
ε
r canm
dry salineH Om
dryLa influencia de la
La influencia de la vegetación vegetación será más notable cuanto mayorserá más notable cuanto mayor sea su
sea su espesorespesor, y mayor sea su , y mayor sea su densidaddensidad::
( (MätzlerMätzler, ‘94), ‘94)
( )
sec ' ' = θ θ k h can veg e e L Γair−can ≈ 0,a << 1 ( (f f < 100 < 100 GHzGHz))•
Comportamiento
Comportamiento emisivoemisivo del del suelo cubierto por nievesuelo cubierto por nieve::
( )
[
( )]
( snow ) soil p snow air p snow B a T T , θ ≈ 1 − Γ − θ 1 − Nieve seca Nieve seca::Comportamiento similar a la vegetación
Comportamiento similar a la vegetación
Nieve húmeda
Nieve húmeda::
El agua aumenta las pérdidas: mayor
El agua aumenta las pérdidas: mayor eeee
La
La clasificaciónclasificación de diferentes de diferentes tipos de nievetipos de nieve difícil debido a la difícil debido a la presencia o no de agua =
•
Comportamiento
Comportamiento emisivoemisivo del del mar en calma:mar en calma:
( )
[
( )
]
sea p H spec p sea B T T , θ = − Γ , 0 θ 2 1 •Comportamiento
Comportamiento emisivoemisivo del del mar en calmamar en calma
influencia de la frecuencia
