Radar à synthèse d'ouverture - Définition
Un radar à synthèse d'ouverture (RSO) est un radar imageur qui effectue un traitement des données reçues afin d'améliorer la résolution azimutale. Le traitement effectué permet d'affiner l'ouverture de l'antenne. On parle donc de synthèse d'ouverture. D'où le nom de ce type de système.
Les radars à synthèse d'ouverture sont donc à opposer aux "radars à ouverture réelle" (RAR ou real aperture radar en anglais) pour lesquelles la résolution azimutale est simplement obtenue en utilisant une antenne d'émission/réception possédant un lobe d'antenne étroit dans la direction azimutale.
L'abréviation anglo-saxone SAR (Synthetic Aperture Radar) est fréquemment utilisée pour désigner ce type de radar.
On distingue deux grandes familles de RSO :
- les RSO mono statiques pour lesquels une seule antenne est utilisée en émission et réception
- les RSO bi ou multi statiques pour lesquels des antennes différentes sont utilisées en émission et réception
Principe
L'antenne du radar est fixée sur une face latérale d'un porteur (avion ou satellite). Elle a une ouverture azimutale assez grande (plusieurs degrés) dans la direction du mouvement et latéralement elle peut aller de l'horizon à la verticale ce qui donne une résolution assez faible. Le temps de retour des échos s'effectuant à différents temps selon leur distance au radar, on peut donc obtenir une image grossière du sol si on ne sonde que dans une direction fixe.
Comme le radar se déplace, le même point est cependant illuminé plusieurs fois, on obtient une série de données pour chaque point sous le radar. En combinant la variation d'amplitude et de phase de ces retours, le traitement de synthèse d'ouverture permet d'obtenir des images des zones observées comme si on utilisait une large antenne à très grande résolution. Comme le traitement se fait par transformée de Fourier, il est en général calculé en postraitement ou en traitement à distance par un ordinateur puissant.
D'ailleurs, avant le développement des ordinateurs récents, on utilisait une technique holographique pour traiter les données. Un patron holographique d'interférences, ayant une échelle de projection donnée par rapport au terrain (ex. 1:1,000,000 pour un radar de 0.6m de résolution) était produit à partir des données brutes du radar. Une fois illuminé par un laser ayant le même rapport d'échelle, la résultante était une projection du terrain en trois dimensions, un peu comme une projection stéroscopique.
Applications simples
Cependant, pour les applications les plus simples, la donnée de phase est rejetée et on obtient ainsi une carte plane en deux dimensions de la zone sondée.
Applications plus complexes
Polarimétrie
Plusieurs images simultanées sont générées en utilisant des faisceaux polarisés différents, habituellement orthogonaux. Comme les cibles rencontrées (sol, feuillage, édifices, etc.) ont des propriétés polarisantes différentes, l'intensité venant des différentes ondes vont varier avec le type de matériel. On étudie alors les différences d'intensité entre les images générées à partir de ces faisceaux pour produire des cartes géomorphologiques et d'occupation du terrain. On peut ainsi relever des détails non visibles à première vue comme le type de végétation ou la présence de tunnels sous le sol.
Interférométrie
On utilise simultanément deux radars à synthèse d'ouverture, ou bien le même radar est utilisé à des instants différents. On étudie alors les différences de phase point à point des images générées pour retrouver la dimension verticale du terrain. On parle alors de SAR interférométrique ou InSAR.
Cette méthode permet de générer des modèles numériques d'élévation, ou bien, en soustrayant un modèle numérique de terrain, de mesurer des déplacements centimétriques dans les zones où le signal reste cohérent (Interférométrie radar différentielle) La cohérence des zones dépend de la géométrie d'acquision des images radars, mais aussi de la nature de la zone: en bande C (Envisat, RadarSat) les zones urbaines sont généralement adaptées au traitement InSAR tandis que les zones couvertes de végétations sont incohérentes.
Radargrammétrie
Basée sur le principe de la stéréoscopie, la radargrammétrie consiste à reconstruire le relief à partir de deux images radar de la même zone, acquises avec des angles de visée différents. Moins précise que l'interférométrie, cette méthode est toutefois moins contraignante concernant les conditions d'acquisitions.