[PDF] Extraction de hauteurs deau géolocalisées par interférométrie radar

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.KB2M .2b`Q+?2b hQ +Bi2 i?Bb p2`bBQM, i2H@yR9d9yk3 et discipline ou spécialité

Jury :

le Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)

Damien Desroches

lundi 14 mars 2016 Extraction de hauteurs d"eau géolocalisées par interférométrie radar dans le cas de SWOT ED SDU2E : Océan, Atmosphère et Surfaces Continentales

Collecte Localisation Satellites

Fabio Rocca, rapporteur

Florence Tupin, rapporteur

Didier Massonnet, directeur de thèse

Benoit Laignel, examinateur

Ernesto Rodriguez, examinateur

Isabelle Dadou, examinateur

Roger Fjørtoft, co-encadrant

Didier Massonnet

Philippe Gaspar

et discipline ou spécialité

Jury :

le Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)

Damien Desroches

lundi 14 mars 2016 Extraction de hauteurs d"eau géolocalisées par interférométrie radar dans le cas de SWOT ED SDU2E : Océan, Atmosphère et Surfaces Continentales

Collecte Localisation Satellites

Fabio Rocca, rapporteur

Florence Tupin, rapporteur

Didier Massonnet, directeur de thèse

Benoit Laignel, examinateur

Ernesto Rodriguez, examinateur

Isabelle Dadou, examinateur

Roger Fjørtoft, co-encadrant

Didier Massonnet

Philippe Gaspar

1

REMERCIEMENTS

caractère possible , contrairement aux hommes politiques, maî -

énergie en milieu hostile. Les quartiers

machine à café ou

SCur une montagne quand la

abordage 2 3

RESUME

radar interférométrique en bande Ka, présente des caractéristiques particulières : angle de visée proche du

techniques entrainent des particularités propres à SWOT, à la fois en termes de phénoménologie et de

t se essentiellement réalisé au sol, de par la

calquée sur celles des missions antérieures, fondées sur le déroulement spatial de la ph

de terrain permet à la fois de gagner en temps de t rapport signal à bruit très faible sur les zones terrestres. Dans les cas où la

Mots clefs

4 5

ABSTRACT

Keywords: Altimetry, interferometry, radar, phase unwrapping, phase 6 7

SOMMAIRE

1. Introduction

2. Observation de la Terre en imagerie radar

2.1. Principe des systèmes radar

2.2.

2.2.1.

2.2.2. Principe de la mesure altimétrique

2.2.3. Technique de la mesure Altimétrique Nadir

2.2.4.

2.2.5. Limitations des altimétres nadir

2.3. ................................

2.3.1.

2.3.2.

2.3.3. Caractéristiques géométriques et radiométriques

2.3.4. Les traitements SAR

2.3.5.

3. Simulation et traitement bas niveau des données KaRIn/SWOT

3.1. Objectifs de la mission SWOT

3.2. Caractéristiques géométriques et radiométriques des données KaRIn

3.2.1. Caractéristiques géométriques

3.2.2. Caractéristiques radiométriques

3.2.3. Acquisitions aéroportées

3.3. Outils de simulation mis en place pour les déve

3.3.1. Objectifs des simulateurs bas niveaux

8

3.3.2. Développement du simulateur SWOT de la thèse

3.4. Traitement InSAR des données KaRIn/SWOT en mode HR

3.4.1. Présommation

3.4.2. Le traitement SAR

3.4.3. Génération des produits interférométriques

3.4.4. Procédé multivue en azimut

3.4.5. Correction des délais de propagation atmosphérique

3.4.6.

3.5. Le traitement bord en mode LR

3.5.1. Estimation du Doppler centroïde

3.5.2. Compression en distance

3.5.3. Coregistration et filtrage de la bande de fréquence commune

3.5.4. Traitement azimut non focalisé

3.5.5. Génération des interférogrammes et moyenne

3.6. Le traitement sol en mode LR

4. Extraction de hauteurs géolocalisées pour KaRIn/SWOT

4.1. Déroulement de la phase en interférométrie radar

4.1.1. Les méthodes locales

4.1.2. Les méthodes globales

4.1.3. Méthode utilisée dans le cas de SRTM

4.1.4. Métho

4.1.5. Utilisation des points stables ou points permanents

4.1.6. Les limites de méthodes classiques de déroulement

4.2. -

4.2.1. Extraction de hauteurs

4.2.2.

4.2.3.

4.2.4. ................................

4.2.5. Etude des

4.2.6. Perspectives et applications pour SWOT

9

4.3. Principe de restitution de hauteurs sans déroulement spatial de phase en mode HR

4.3.1. Schéma général et principe de la méthode

4.3.2.

4.3.3. Présentation des résultats dans un cas idéal

4.4. Estimation de hauteurs en mode LR

4.4.1. -

4.4.2. Surface de référence

4.4.3. Biais de hauteur au near

4.5. Erreurs de la mesure et effet sur la restitution

4.5.1. Les erreurs aléatoires dues à

4.5.2. Réduction des erreurs aléatoires par moyennage

4.5.3. Les erreurs dues à une méconnaissance du range

4.6. Le layover

4.6.1. Introduction

4.6.2. Effet du layover dans le cas de SWOT

4.6.3.

4.6.4. Détection et correction des effet

4.7. Les erreurs de déroulement de phase

4.7.1.

4.7.2. Effet combiné du bruit thermique et des erreurs de MNT de référence

4.8. Amélioration des algorithmes

4.8.1.

4.8.2. Prise en compte des effets de la radiométrie dans la projection

4.8.3. Recalage de la projection par corrélation de masques

4.8.4. Utilisation du gradient de hauteur sur les zones

5. Géolocalisation améliorée des produits hydrologiques KaRIn/SWOT

5.1. Produits hydrologiques

5.2. Le produit pi

5.3. Moyenne des phases

5.4. Méthodes de génération de produits géolocalisés moyennés

10

5.4.1. Utilisation pour des petits lacs

5.4.2. Méthode de géolocalisation améliorée des

5.4.3. Avantages et limitations de la méthode

5.4.4.

5.4.5. Exemp

5.4.6. Méthode de géolocalisation par maximum a posteriori

6. Exemple de produits KaRIn/SWOT HR et LR sur un site côtier

6.1. Etude du mode HR

6.2. Etude du mode LR

7. Conclusions et perspectives

BIBLIOGRAPHIE

GLOSSAIRE

11 1. les océans, les s stocks es en eau est un enjeu L cela, les mesures in situ permettent des observations continues et spatiaux et de produire des cartes de topographie océanique [Case n, . , des réduire les effets de articulier, c

Les océanographes

. Les hydrologues étudient le débit et la masse totale.

Chapitre 1

démarrage des travaux, des données provenant de campagnes AirSWOT étaient anticipées, mais les aléas

simulation de la mesure elle fonctionnement des systèmes historique des différentes missions décrites enjeu majeur dans la restit cadre de celle données réelles, afin de servir de support au développement algorithmique de la mission,

SRTM et TanDEM

mission. Différentes améliorations visant à réduire les erreurs liées à cette détaillés . Ce n des paramètres hydrologiques tels que la hauteur moyenne, la pente

méthodes de simulations et de traitements étudiées et développées durant la thèse seront

s

Chapitre 1

Le chapitre

2. ectif de ce 2.1. Le radar (Radio Detection and Ranging) est un instrument de télédé développe de la cible ou Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar 2.2. Cette partie décrit le principe de la mesure des altimètres nadir

2.2.1.METRIE

développée par la NASA observation des océans. en quelques aces polaires sur la Terre.

Figure

2.2

2.2.2.

mer. La

1 GHz),3 GHz), 15 GHz) et bande Ka

36 GHz).

, appelée SSH (Sea Surface Height) est calculée à partir référence. géoïde, différentes (Ku et , celui

Figure

Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar

2.2.3.

c riétés statistiques de celle e altimétrique à partir de quatre . Dans le cas

Figure

En pratique, les signaux sont

[Amar 2.2

Figure

2.2.4.

[Rane t de réduire le bruit de mesure, en exploitant le Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar

2.2.5.

, et deux traces adjacentes ne sont de certains phénomènes méso les mesures sur typiquement 10 km.

éerie r

est ydrologie continentale , également abandonné suite à la s 2.2

Figure

2.3.RE

2.3.1.ERIE SAR

r entraîne tectoniques [Mass ions trument présentant deux parties, chacune équipée de deux antennes (en bande X et C) Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar mètres de résolution par interférométrie simultanée. Au Canada, les missions RADARSAT r e t patiale

2.3.2.R

c produisent įR c

șngledist

des impulsions, appelé ax 2.3

Figure

azi, sans . Ls en Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar

2.3.3.

Ceci , et entraîne r comsont apparaîtss

Figure

sol cellule de résolution comme la superposition de signaux élémentaires 2.3 signal ı2 proportionnelle à la rétrodiffusion du signal [Lebe une loi de Raylei de réduire

observé et des paramètres instrumentaux. Malgré son caractère bruité, il est p

information dans différentes applications, cartographique, etc.) de son caractère aléatoire. Des techniques exploitant la différence de phases entre p Chapitre 2 : Observation de la Terre en imagerie radar

2.3.4.

2.3.4.1.

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