Flexible performance model for multiple microwave radiometer architectures

Microwave radiometers have been used for Earth Observation since 1968 and are still a very common instrument choice for actual and future remote sensing missions. By operating in the microwave spectrum, they provide different information than visible and infrared regions sensors and are little affected by the presence of clouds or rain, and not at all by sunlight, meaning they can operate at any time and under most weather conditions. They are especially suited for observing oceanographic and atmospheric parameters over the ocean, soil moisture and snow accumulation. The data collected through Earth Observation is fundamental for collaborating to and monitoring the fulfilment of the Goals of the UN 2030 Agenda for Sustainable Development. Radiometers are passive instruments, measuring the incoherent radiant electromagnetic energy emitted by bodies in the form of brightness temperature. The evaluation of this quantity is not exact: due to the fluctuating noise-like nature of the signal the measure derives from an average, whose precision is therefore limited but calculable. This precision, the radiometric sensitivity, is an indicator or the instrument’s performance. The other significant parameter is the radiometric accuracy, representing the precision in the knowledge of the characteristics of the radiometer components. These two quantities can be combined to obtain the Total Standard Uncertainty of the instrument. The goal of this thesis is to create a model of the performance of a microwave radiometer, encompassing the three aforementioned performance parameters. By creating a generic model for the introduction of interferences in the signal transmission lines of the instrument, a flexible performance model, adaptable to different architectures, is set up.

I radiometri a microonde sono stati usati per l'osservazione della Terra già a partire dal 1968 e costituiscono ancora una scelta comune per missioni di questo tipo, odierne e future. Operando nello spettro delle microonde forniscono informazioni di tipo diverso da quelle di strumenti ottici o ad infrarossi. Inoltre le osservazioni sono poco condizionate da fenomeni atmosferici come nuvole o pioggia e del tutto indipendenti dalla luce o dal buio. I radiometri sono particolarmente efficaci nelle osservazioni di parametri oceanografici o atmosferici in zone oceaniche, umidità del terreno ed accumulo di neve. I dati raccolti attraverso l'osservazione della Terra sono fondamentali per coadiuvare e monitorare gli obiettivi dell'agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite. I radiometri sono strumenti passivi che misurano le radiazioni elettromagnetiche emesse dai corpi sotto forma di temperatura di brillanza. Questa quantità non si osserva in modo esatto: date le fluttuazioni del segnale, simile ad un rumore, la misura si deriva da una media, con precisione finita ma calcolabile. Quest'ultima è un'indicazione delle performance dello strumento, chiamata sensitività. L'altro parametro significativo per il radiometro è la sua accuratezza, che tiene conto della precisione con cui si conoscono le caratteristiche dei componenti dello strumento. Sensitività ed accuratezza possono essere combinate per ottenere l'incertezza totale standard del radiometro. L'obiettivo di questa tesi è costruire un modello delle performance di un radiometro a microonde che comprenda i parametri sopra descritti. Creando un modello generale per introdurre le interferenze nelle linee di trasmissione del segnale nello strumento si configura un modello di performance flessibile, adattabile a diverse architetture.