Radar à synthèse d'ouverture - Définition et Explications

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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 (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la...) en anglais) pour lesquelles la résolution azimutale est simplement obtenue en utilisant une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) 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

Principe de fonctionnement du RSO. Le point P est illuminé plusieurs fois par le radar en mouvement.
Principe de fonctionnement du RSO. Le point (Graphie) P est illuminé plusieurs fois par le radar en mouvement.

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 (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...) à la verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) ce qui donne une résolution assez faible. Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) 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 (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) 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 (Dans cette simple équation d’onde :) et de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) 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 (En analyse, la transformation de Fourier est un analogue de la théorie des séries de Fourier pour...), il est en général calculé en postraitement ou en traitement à distance par un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) 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 (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de...) donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) 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 (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) 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 (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) de phase est rejetée et on obtient ainsi une carte plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle...) 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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) 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 (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) comme le type de végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui...) ou la présence de tunnels sous le sol.

Interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre...)

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 (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) 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 (Un modèle numérique de terrain (MNT) est une représentation de la topographie (altimétrie et/ou...), de mesurer des déplacements centimétriques dans les zones où le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) reste cohérent (Interférométrie radar différentielle) La cohérence des zones dépend de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) 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 (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé...) 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.

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