Development of a processing software for an airborne radiometer
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
79
Series
Abstract
This thesis presents the design, implementation, and verification of a Python-based post-flight processing software for CIMR-AIR, an airborne demonstrator for the Copernicus Imaging Microwave Radiometer (CIMR) mission. The software aims to convert raw radiometric measurements into meaningful geophysical parameters. Key processing steps include radiometric calibration, georeferencing, and antenna pattern corrections, footprint aggregation, and the retrieval of sea ice concentration (SIC) and sea surface temperature (SST). Relevant background theory was introduced and analyzed and the software requirements were identified as preceding steps. The implementation was tested using real airborne flight Attitude and Heading Reference System (AHRS) data, and artificial data mimicking transition from open water to sea ice. Antenna pattern correction was found to significantly affect brightness temperature polarization characteristics, reversing the dominant channel at all frequencies, highlighting its essential role in accurate Level-2 retrievals. Additionally, the sensitivity of SIC and SST retrievals to tiepoint parameters was emphasized, underlining the importance of their selection. Aggregation performance was shown to be robust, with footprint distortion reaching a maximum of 5 percent even under artificially added noise. The resulting processor provides a reliable framework for CIMR-AIR data analysis and a foundation for further development of the software into future mission applications.Tämä tutkielma esittää CIMR-AIR:in radiometristen mittausten prosessointiin käytettävän Python-pohjaisen ohjelman suunnittelun, implementoinnin sekä verifioinnin. CIMR-AIR on demonstraatioprojekti jonka tarkoituksena on auttaa CIMR satelliitin kehityksessä. Python ohjelman tavoitteena on prosessoida raakaa radiometridataa merkitseviksi geofyysisiksi arvoiksi. Ohjelman avainprosessointivaiheisiin lukeutuu radiometrinen kalibrointi, georeferointi, antennikuviokorjaus, radiometrin maassa näkyvien antennikuvion projektioiden aggregointi sekä lopputuotteina toimivien jääkonsentraation ja meren pinnan lämpötilan laskenta. Alkuaskeleena prosessointiin liittyvä taustateoria esiteltiin ja prosessointiohjelman vaatimukset kartoitettiin. Prosessointiohjelmaa testattiin käytäen oikeata lentokampanjalta kerättyä sijainti- ja orientaatiodataa, sekä keinotekoisesti tuotettua raakadataa joka luotiin mukailemaan mittausolosuhteita avoveden yllä. Antennikuviokorjauksen todettiin vaikuttavan merkittävästi kirkkauslämpötilojen polarisaationominaisuuksiin. Jokaisen taajuuskanavan dominoiva polarisaatiokanava vaihtui korrektion jälkeen, demonstroiden tämän vaiheen merkitystä lopputuotteiden laskemisessa. Lisäksi, jääkonsentraation ja meren pinnan lämpötilan sensitiivisyys niiden laskentaa käytettäviin sidonta/yhteyspisteisiin osoitettiin. Tämä painottaa myös niiden harkitun valinnan tärkeyttä. Aggregaatio ja siihen liittyvät epävarmuudet osoittautuivat hyvin pieniksi, saavuttaen korkeimmillaan noin 5 prosentin virheen jopa tilanteissa joissa kohinaa oli merkittävästi lisätty. Tutkielmassa tuotettu prosessointiohjelma luo vankan pohjan CIMR-AIR:in kehitykselle ja mittausten analysoinneille projektin eri vaiheissa tulevaisuudessa.Description
Supervisor
Praks, JaanThesis advisor
Lemmetyinen, JuhaRautiainen, Kimmo