Le Radar Synthse dOuverture (Synthetic Array Radar)

Plan

Introduction limagerie radar Traitement des images radar Applications

Plan

Introduction Gnralits Fomation des images radar Caractristiques du signal

Introduction

Principe du radar imageur mission dondes lectro-magntiques Enregistrement du signal rtro-diffus

Domaine des hyper-frquences 1-300GHz (0.1-30cm) Radar vise latrale et monostatique

Historique 2me guerre mondiale : Radio Detection and Ranging Brute Force Radar : rsolution mdiocre 1950 : thorie de lantenne ouverture synthtique (Wiley) Dveloppement acclr depuis :

capteurs satellitaires : SEASAT (1978), ERS (1991), JERS (1992), ERS-2 (1995) Radarsat (1995), ENVISAT (2002)

Missions de la navette spatiale amricaine : (Shuttle Imaging Radar : SIR-A (1981), SIR-B (1984), SIR-C (1994), SRTM (Shuttle Radar Topopgraphy mission 2000)

Alos (2004), CSK (2006), Terrasar (2008)

Particularits des systmes radars Systmes tous temps (transparence des nuages) et de jour

comme de nuit (systme actif)

Perspectives diffrentes des systmes optiques (vise latrale, chantillonnage en distance)

Possibilits de pntrer la vgtation et certaines surfaces

Formation des images radarERS : 1m x 10m

Formation des images radar

Rsolution en distance

dR>cT/2dx=dR/sin() dRresolution en distance (prop. au temps)=> dx rsolution au sol (variable sur la fauche)

Pour ERS : dx = 14,2 km !!!

Contraintes lmission

Echolocation : signal bref

MAIS :contrainte de puissance !!

Emission dune rampe en frquence

Solution : le filtrage adapt

=

*

Rsolution : 7,9 m

Rsolution azimutale Ouverture angulaire : =/D Rsolution la distance R : dy=R

AN ERS-1 : dy=4.5km !!!

Lantenne synthtique

Lantenne synthtique

R=R0y2

2R0

y =2y2

R 0k

f y =2yR 0

Dure dillumination

Dplacement duporteur

Lantenne synthtique

Lantenne synthtique

La synthse douverture

Prendre en compte la phase (mission monochromatique)

Prendre en compte les retards En trs large bande : prendre en compte le

Doppler MAIS : quels calculateurs?

Donnes brutes

Donnes brutes : amplitude et phase

Filtrage adapt

Synthse douverture !!

Traitement multivue

Spectre dune image radar

Vision arrire

Vision avant

fdist

fazi=fdop

Bchirp

Bdop

Haut

Milieuhaut

Milieubas

Bas

Caractristiques du signal radar

Grandeur physique caractristique des surfaces : coefficient de rtrodiffusion

Fonction des paramtres : Proprits lectro-magntiques Rugosit Gomtrie Polarisation

Caractristiques du signal radar

sensibilit la rugosit des surfaces(fonction de )

Particularit des systmes radars Potentiel multi-spectral

Bande C Bande X

Dformations gomtriques

Echantillonnage en distance :

OmbreRepliement

- zones dombres- zones de repliement-Raccourcissement des pentes orientes vers le capteur, allongement des autres

Dformations gomtriques

Dformations gomtriques

La Verte

Particularit des systmes radars Contrle de langle dillumination, proprits gomtriques

des objets

Sensibilit la polarisation Polarisation de londe mise : choix du capteur Polarisation de londe rtrodiffuse : fonction des mcanismes de

rtrodiffusion dominants (volumique, surfacique, ) lis aux matriaux

Cas non polarimtrique (ERS, RadarSat,) : Onde mise avec une certaine polarisation (horizontale ou verticale) Mesure de londe la rception avec la mme polarisation

Cas polarimtrique (missions SIR, ENVISat) : mesures des 4 combinaisons (HH, HV, VH, VV) analyse des mcanismes de rtrodiffusion (Bragg, Fresnel, volume,)

Sensibilit du signal radar Potentiel multi-polarisation

Polarisation HH Polarisation VV

Comparaison optique / radar

Comparaison optique / radar

Comparaison optique / radar

Comparaison optique / radar

Traitement des images radar

Speckle et statistiques Filtrage des images radar Quelques outils adapts

SAR et speckle

Speckle et statistiques

Nombreux rflecteurs lmentaires dans une cellule de rsolutionAddition cohrente des ondes : phnomne dinterfrences

Speckle Considr comme une variable alatoire Sous certaines conditions : modle de Goodman

- Calcul de ddp en intensit, en amplitude et en phase

Intrt : prdictions des performances des outils (pfa, pd, etc.)

Limites : ne modlise bien que certains types de surfaces (rugueuses par rapport )

Speckle et statistiques

Intensit : loi exp. Amplitude : loi de RayleighPhase : uniforme

Speckle et statistiques

Principaux rsultats : Lcart-type est proportionnel la moyenne

Les zones claires sont plus bruites que les zones sombres

Le bruit peut tre modlis multiplicativement :I=RS (R rfltivit de la scne, S speckle)

Speckle et statistiques multi-vues

intensit : loi Gammaamplitude : loi de Nakagami

Principe: moyenner plusieurs ralisations

Techniques de multi-vues

Moyennage spatial Dcoupage spectral Moyennage multi-temporel

Filtrage des images radar Calcul dun estimateur de la rflectivit partir de

lintensit mesure dans limage

Critres mathmatiques : EQM : filtres de Lee, Kuan MAP : filtres Gamma-MAP, Fisher-Map, Filtres logarithmiques (Arsenault et Levesque,)

Quelques outils de traitement adapts Dtecteurs de contours, lignes, cibles :

bruit mutiplicatif : comportement diffrent avec la radiomtrie des outils de TdI classiques

Nouveaux dtecteurs fonds sur un calcul de rapports

Classification : introduction des modles statistiques appropris Milieu naturel : lois Gamma, Nakagami, K Milieu urbain : lois de Fisher, Nakagami

Textures cart-type inappropri : nomalisation par la moyenne Modles de corrlations

Applications

Applications terrestres Applications maritimes Interfromtrie

MNT Mouvements

Applications terrestres Surveillance agricole (souvent utilisation conjointe radar / optique)

Suivi de la croissance des cultures et prvision des rcoltes (polarimtrie : signal diffrent suivant lge des plans)

Contrle de la proportion terres cultives / jachre

Applications terrestres Surveillance et prvention des inondations

Bonne visibilit des zones inondes sur les images radar

Surveillance des forts tropicales (suivi des dfrichements)

Applications maritimes Dtection et surveillance des mares noires et des dgazages

sauvages

surveillance des mouvements des glaces

Applications : interfromtrie

Principe de linterfromtrie Interfromtrie et MNT Interfromtrie diffrentielle

Suivi des mouvements de terrain (volcans, failles)

Rseau de points (permanent scatterers)

Interfromtrie Radar

C1

C2B

d2

d1

=Bp

XHx coshsin

M

Phase dun point : phase propre + phase gomtrique

Mh

x

Bp

=4 d2d1

Interfromtrie radar

Deux signaux complexes recals etz1 z2

e j=w

z1 z2

w

z1z1

w

z2z2

-image de diffrences de phase = interfrogramme-image associe = cohrence

Interfromtrie radar

Interfromtrie radar

Interfromtrie : MNTs

Prcision : dpend de laltitude dambigut (de 10m 100m en fonction de la base) et de la prcision de la mesure de phase

Limites En multi-passes : dcorrlation temporelle, perturbations

atmosphriques Limites gomtriques : repliements et ombres Base critique de dcorrlation des images (ERS-1 : 1000m)

Interfromtrie radar : MNEs

Interfrogramme filtr

Quartier Bayard

Quartier Bayard

Interfromtrie diffrentielle

Principe : Suppression des franges topographiquesUtilisation dun MNT ou dune 3eme image SAR Franges rsiduelles : mouvement

Prcision : infrieure au centimtre (en thorie 3mm pour une frange/10)

Interfrogramme diffrentiel @CNES, faille des Landers

Permanent scatterers Principe :

Rseau de points stables (pas de dcorrlation temporelle) -structures urbaines, critre intensit-

Bonnes connaissances de tous les paramtres de prise de vue

Inversion du systme tenant compte de la topographie, du mouvement, des perturbations atm.

(possibilit dutiliser de trs grandes bases)

Etude des mouvements de terrain

Permanent scatterers : rseau de rflecteurs stables

En valle de Chamonix.

Le suivi des glaciers dans le Massif du Mont Blanc : mouvement longitudinal (bandes de Forbes) tude de la dlamination de surface

Lvolution des rserves en glace : Socit du barrage dEmosson

Interfrogramme de Leschaux et de la Mer de Glace

Rsultats exprimentaux

E.Trouv, G. Vasile, M. Gay et J.M. Nicolas Sminaire Glaciers, Universit de Savoie, 26 fvrier 2004

E.Trouv, G. Vasile, M. Gay et J.M. Nicolas Sminaire Glaciers, Universit de Savoie, 26 fvrier 2004

Radarclinomtrie

Principe : relation entre lintensit dun pixel et la pente par rapport langle dincidence

I =K0xy L

L =sin sin