Télédétection Radar. Auteur : Jean- Paul Rudant Réalisateur : Lucas Ternynck. Cours proposé par l Ecole Nationale des Sciences Géographiques (ENSG)

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1 Télédétection Radar Cours proposé par l Ecole Nationale des Sciences Géographiques (ENSG) Auteur : Jean- Paul Rudant Réalisateur : Lucas Ternynck Plan du cours et Connaissances préalables utiles Séquence pour se poser des questions Généralités sur les images radar Géométrie des images Radiométrie : Réponse radar, caractères généraux Revue des applications : images d amplitude, usage de la phase (interférométrie, polarimétrie...) Exercices Présentation des logiciels de l ESA, NEST et POLSARPRO Conclusion au cours (Durée : 0:06:01) Quel contenu pour quel public? (Timeline 0:00:08) Contenu : cours de télédétection radar se situant au cœur du domaine de l information géographique numérique. Public : futurs utilisateurs d images tels que des géographes, géologues, aménageurs du territoire intéressés par différents domaines d applications. Le format de cours (Timeline 0:01:29) Cours vidéo visualisable via la plateforme de streaming de l ENSG. La vidéo intègre un discours structuré en chapitres et parties, l illustration des propos est réalisée à travers des schémas, des photos, des animations et des séquences de films documentaires. Des travaux pratiques de manipulation d images numériques seront proposés en parallèle du cours vidéo. Les prérequis (Timeline 0:02:31) Pas de prérequis indispensables mais il est préférable d avoir suivi un enseignement scientifique au préalable (type baccalauréat scientifique) pour suivre certaines séquences techniques. Celles- ci peuvent être «contournées» pour se rendre directement au passages consacrés aux applications qui peuvent présenter de l intérêt indépendamment de toutes considérations techniques. Certains compléments et exercices sont plus difficiles d accès. Définition de Télédétection Radar (Timeline 0:03:28) Télédétection : observation de la surface terrestre avec des capteurs utilisant des ondes électromagnétiques. RADAR : RAdio Detection And Ranging (détection des ondes radio et classement). Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets dans l espace. Les ondes radar sont des ondes radio qui incluent des ondes micro- ondes, c est- à- dire des ondes électromagnétiques de longueur d onde centimétriques.

2 Séquence pour se poser des questions(durée : 0:10:07) Exemples divers Perception du relief (Timeline 0:00:26) Interférométrie (Timeline 0:03:26) Originalité de l imagerie radar (Timeline 0:06:11) Perception de la surface (Timeline 0:07:31) Polarimétrie (Timeline 0:08:33) Plan du cours et Connaissances préalables utiles Généralités (durée env 01 :20 :00) Partie 1 Autour de l acronyme RADAR (Durée 0:31:55) 1.1 Exemple du radar imageur (0:02:22) 1.2 Ondes radio (0:08:26) 1.3 Les ondes électromagnétiques utilisées en télédétection (0:10:44) 1.4 Longueur d onde (0:12:49) 1.5 Intérêt des micro- ondes (0:18:26) 1.6 La polarisation (0:20:15) 1.7 Polarisation H et V pour le Radar (0:21:37) 1.8 Exercices et questions (0:24:14) Partie 2 Structure de l image (Durée 0:06:05) 2.1 Ligne image et distance- ogramme (0:00:05) 2.2 Matrice de points et classement (0:01:54) Partie 3 Résolution spatiale (Durée 0:16:18) 3.1 Résolution longitudinale (0:00:05) 3.2 Résolution transversale (0:03:46) 3.3Résumé sur la résolution spatiale (radar à ouverture réelle) (0:09:18) 3.4 Passage au radar spatial (0:13:12) Compléments résolution spatiale (Durée 0:19:00) Version simplifiée (Durée 0:09:16) Version normale (Durée 0:09:44) Compléments vidéos CNRS et CNES (Durée 0:05:11) Le Radar VARAN (0:00:40) L effet Doppler (0:01:31) Le traitement du signal Radar au CNES (0:02:53) Géométrie ( env 01 :18 :00) 1 Effets liés à la variation de l'angle d'incidence (sol plat) (Durée 0:05:42) 2 Effets liés à la différence entre les résolutions spatiales longitudinales et transversales (sol plat) (Durée 0:03:41) 3 Effets liés à la direction de vol du capteur et à l'orientation du faisceau (sol plat) (Durée 0:05:18) Complément : Effets géométriques liés à l'orientation du faisceau - Cas du radar spatial, approche la plus simple pour les régions équatoriales (Durée 0:19:08)

3 4 : Effets liés au relief (effets de pente) (Durée 0:14:22) Compléments : Autres Exemples divers (Durée 0:16:06) Documentaire CNRS (Durée 0:01:21) 5 : Bilan utilisateur (Durée 0:05:02) 6 : Comment répondre à la Question : faut il des Corrections de relief ou pas? (Durée 0:09:03) Radiométrie : éléments généraux sur la réponse radar, son codage et ses modes de visualisation (Durée env. 02:40:00) (Durée 0:03:12) 1) Généralités (Durée 0:13:55) 2) Chatoiement «Speckle» (Durée 0:09:19) 2- a) Complément Speckle (Durée 0:23:46) 2- b) Complément Speckle (suite) (Durée 0:06:17) 2- c) Illustration Speckle (Durée 0:05:03) 3) «mesure» Radar 3- a) Equation Radar (Durée 0:14:07) 3- b) Calcul de la phase (Durée 0:15:51) 4) coefficient de rétrodiffusion, Codage des images, visualisation, 4- a) Coefficient de rétrodiffusion σ 0 (Durée 0:25:51) 4- b) Dimension physique et variabilités de sigma0 en valeurs naturelles (Durée 0:14:50) 4- c) Complément Calibration du coefficient σ 0 (Durée 0:07:49) 4- d) Illustration Visualisation graphique de σ 0 en db et impression papier (Durée 0:30:13) Revue des Applications (env 04 :37 :00) (Durée 0:01:47) Rappels des propriétés essentielles des images (Durée 01:02:19) Partie 1 : Résumé des principaux résultats vus précédemment 1) Effets du relief (Durée 0:10:05) 2) Ondes cohérentes (Durée 0:13:12) 3) Réponse Radar (Durée 0:20:28) Partie 2 : Question : faut il privilégier l Optique et/ou Radar? (Durée 0:18:34) Applications diverses (Durée 04:37:00) : Les images disponibles : archives et actuelles (Durée 0:12:25) Partie 1 : Images d amplitude (02 :25 :00) 1) Sols nus (Durée 0:29:18) 2) Pénétration (Durée 0:21:05) 3) Détour vers l océan (Durée 0:13:16) 4) - Littoral et bathymétrie (Durée 0:12:30) - Vocabulaire (Durée 0:10:29) 5) Aperçu sur l agriculture (Durée 0:04:42) 6) Géomorphologie et géologie (Durée 0:13:11) 7) Zones Bâties (Durée 0:06:22) 8) Cartographie (Durée 0:35:12) Partie 2 : Interférométrie (env 01 :18 :00)

4 (Durée 0:02:04) 1- Principes (Durée 0:03:14) 2- Modélisation et mesure de la différence de phase (Durée 0:28:43) 3- Les sources d erreur ou de «bruit» affectant Delta Phi (Durée 0:05:18) 4- Les applications : a. Relief (Durée 0:14:35) b. Déplacement (Durée 0:06:24) c. Cohérence (Durée 0:07:31) 5- Les développements «récents» : les réflecteurs permanents (Durée 0:07:53) Partie 3 : Polarimétrie (Durée env 0 :50 :00) (0 :01 :32 ) Approche historique (0 :05 :46) Capteurs satellitaires (0 :14 :58) Capteurs récents après 2007 (0 :22 :45) Conclusion (0 :03 :55) Exposés transversaux (Durée env 01 :43 :00) 1- Modes d extraction du relief à partir des images radar (Durée 0:33:28) Radarclinométrie Radargrammétrie Interférométrie 2- Etude des couverts végétaux (durée env 01 :10 :00) ) (durée 0 :03 : :07 :57) Mesures quantitatives actuelles et futures (durée 0 :38 :58 ) Applications cartographiques (durée 0 :07 : 16) Très haute résolution spatiale ( 0 :01 :21) Détection des activités anthropiques (0 :07 :29) Remarques ( 0 :03 :30) Exercices Télédétection Radar Généralités Mouvements vibratoires Polarisations H,V, elliptiques Changement de direction de polarisation rectiligne pour une reflexion plane Résolution transversale sur sol penté Résolution spatiale Cellule 3D Rappel orbitographie Effet Doppler, version2, resolution spatiale longitudinale et transversale Orbites heliosynchrones Approche expérimentale de la résolution spatiale (application photo numérique) Notion de cohérence Rappel : bases de l effet Doppler Effet Doppler, version1, usage dans le cas des images radar Relation FRI (fréquence de répétition des impulsions) et géométrie d acquisition

5 Cas des cibles mobiles Erreur de localisation des cibles mobiles dans les images Cible particulière Exercice dièdre droit d arête perpendiculaire au faisceau Géométrie Terre plate, quelle approximation? Comparaison Direction de linéament sol et image Projection de la «Plate Carrée» Distinguer deux images avec des incidences différentes Effet d un MNT erroné sur les corrections géométriques Exercice : image de la tour Eiffel, déterminer la direction du capteur et l incidence du faisceau Exercice : effets de pente sur la surface d un pixel Exercice : effet de pente sur l échelle de restitution transversale Interférometrie Exemples de Réflecteurs permanents Etude de la Coherence entre deux signaux complexes Calcul de la différence de phase interférométrique en fonction de l altitude H Visualisation de différences de phase (modulo 2 pi) Incertitudes sur les mesures d altitude H et déplacement d Valeur limite de Bperp pour ne pas trop dégrader la cohérence EN COURS 1- Prise en main des logiciels 2- Résumé de l ensemble, 1h (powerpoint sonorisé) 1- Prise en main des logiciels : Présentation des logiciels Nest et Polsarpro pour lesquels il existe une importante documentation sur le site de l ESA Exemples d utilisation : correction en analyse d images - Corrections géométriques - Analyse statistique du speckle, coefficient de variation pour des images en 16bits par pixel puis comprimées en 8 bits par pixel. - Composition de canaux polarimétriques - Composition de séquences multitemporelles -. -