Millimeter-Wave Radar Sensor for Snow Height Measurements

• Published in: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
• Main Authors: Ayhan, Serdal, Pauli, Mario, Scherr, Steffen, Gottel, Benjamin, Bhutani, Akanksha, Thomas, Sven, Jaeschke, Timo, Panel, Jean-Michel, Vivier, Frédéric, Eymard, Laurence, Weill, Alain, Pohl, Nils, Zwick, Thomas
• Other Authors: Institute of Radio Frequency Engineering and Electronics Karlsruhe (IHE), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques (Fraunhofer FHR), Fraunhofer (Fraunhofer-Gesellschaft), Ruhr University Bochum = Ruhr-Universität Bochum (RUB), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interactions et Processus au sein de la couche de Surface Océanique (IPSO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Processus de la variabilité climatique tropicale et impacts (PARVATI), ESTER - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2017
• Subjects: high accuracy; millimeter wave; Frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar; snow thickness; snow height; range detection; [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology; [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism; [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing; Arctic
• Online Access: https://insu.hal.science/insu-01405807; https://doi.org/10.1109/TGRS.2016.2616441

International audience A small and lightweight frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar system is used for the determination of snow height by measuring the distance to the snow surface from a platform. The measurements have been performed at the Centre des Études de la Neige (Col de Porte), which is located near Grenoble in the French Alps. It is shown that the FMCW radar at millimeter-wave frequencies is an extremely promising approach for distance measurements to snow surfaces, e.g., in the mountains or in an Arctic environment. The characteristics of the radar sensor are described in detail. The relevant accuracy to measure the distance to a snow layer is shown at different heights and over an extended time duration. A dedicated laser snow telemeter is used as reference. In addition, the reflection from different types of snow is shown.