Development of a Microwave Radiometer for Remote Sensing of Water Surface Temperature

본 논문은 수면에서 복사되는 마이크로파 대역의 미약한 열잡음 전파를 수신하여 수면 온도의 변화를 실시간 원격으로 모니터링할 수 있는 마이크로파 라디오미터의 개발에 관한 연구 내용을 소개한다. 수면 온도의 원격 측정 범위 $5{\sim}30^{\circ}C$ , 최대 오차 $2^{\circ}C$ 의 성능을 달성하는 데 요구되는 마이크로파 라디오미터의 설계 사양을 도출하였으며, 도출된 사양을 만족시키기 위한 라디오미터 수신기를 설계, 제작하였다. 성능 측정 결과, 제작된 수신기는 주파수 5.02 GHz, 대역폭 50 MHz, 45.2 dB의 시스템 이득과 수신 감도 0.56 K 이내로 설계 목표 사양을 만족하였다. 제작된 수신기와 표준 혼 안테나로 구성된 마이크로파 라디오미터로 간이 풀장을 이용 $7.5{\sim}18^{\circ}C$ 범위의 수면 온도 변화에 대한 원격 측정 실험 결과, 오차 $0.45^{\circ}C$ 이하의 수면 온도 측정 성능을 확인할 수 있었다. This paper presents the development processes of a microwave radiometer for remote sensing of water surface temperature. Achieving the measurement accuracy within $2^{\circ}C$ for water surface temperature of $5{\sim}30^{\circ}C$ , the requirements and specifications of the microwave radiometer and its receiver are drawn. The receiver with high gain, high sensitivity is designed and implemented. The receiver has the bandwidth of 50 MHz, the system gain of 45.2 dB and the sensitivity of 0.56K at 5.02 GHz. The effectiveness of the developed microwave radiometer in the measurement of water surface temperature is demonstrated experimentally. The results show the microwave radiometer can detect water surface temperature for $7.5{\sim}18^{\circ}C$ within the accuracy of $0.45^{\circ}C$ .