On the use of weather radars to support earth-space electromagnetic wave propagation experiments

In recent years, the observations of climate change and atmospheric phenomena have become a topic of great interest for industry and research institutions. These also include the observation of weather conditions such as rain and snow that frequently occur in the atmosphere, as well as cloud movement and temperature change. The change and movement of any atmospheric target gives a time delay, attenuation and possibly doppler shifting of the echo signals illuminated by the target. In this frame, weather radars have proved to be an excellent way to study the effects of precipitation target, evaluate the type, intensity and predict its future position especially in the very short-term weather forecasts (nowcasting) operations. The radar system considered within this work is pointed to the direction of a Medium Earth Orbit (MEO) satellite. The goal is to analyze the applicability of pulse either an FM-CW radar to detect the presence of rain and to perform quantitative measurements. The performance of the system has been experimentally estimated by analyzing at different frequencies the required transmitted powers to achieve the same sensitivity level. The main advantages have been evaluated in terms of size, compactness and required energy consumption. In the simulations carried out the application of FM-CW radar showed better results and greater flexibility than pulse radar, proving that FM-CW systems are a promising technology for weather applications.

Recentemente, le osservazioni sul cambiamento climatico e sui fenomeni atmosferici sono diventate uno degli argomenti di maggiore interesse per le industrie e le istituzioni di ricerca. Queste includono anche l'osservazione delle condizioni meteorologiche come pioggia e neve che si verificano frequentemente nell'atmosfera, così come il movimento delle nuvole e il cambiamento di temperatura. In questo contesto, i radar meteorologici si sono rivelati una tecnica eccellente per studiare gli effetti causati da un evento di precipitazione, poterne valutare il tipo, l'intensità e prevederne la sua posizione futura soprattutto nelle operazioni meteorologiche a brevissima scadenza (nowcasting). Il sistema radar considerato nell'ambito di questo lavoro è puntato nella direzione di osservazione di un satellite in orbita terrestre media (MEO). L'obiettivo è quello di analizzare l'applicabilità di un classico radar a impulsi o di un radar ad onda continua modulato in frequenza (FM-CW) per rilevare la presenza di pioggia ed eseguire misure quantitative. Le prestazioni del sistema sono state valutate sperimentalmente analizzando a frequenze diverse le potenze di picco necessarie in trasmissione per raggiungere lo stesso livello di sensitività. I principali vantaggi sono stati valutati in termini di dimensioni, compattezza e consumo energetico richiesto. Nelle simulazioni effettuate l'applicazione di un radar FM-CW ha mostrato migliori prestazioni e maggiore flessibilità se confrontato con un radar a impulsi, dimostrando dunque che i sistemi FM-CW sono una promettente tecnologia nelle applicazioni meteorologiche.