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4 janvier 2018

Rétrodiffusion radar des surfaces des eaux continentales : étude, expérimentation et exploitation.


Catégorie : Stagiaire


PROPOSITION DE STAGE (M2/ingénieur)

La télédétection spatiale utilisant des radars microondes a de nombreuses applications dans les domaines scientifiques, commerciaux et stratégiques. Ces radars fournissent des données de radiométrie, de distance et de vitesse. L'exploitation de ces données exige une bonne connaissance de la physique de la mesure pour la conversion des paramètres de mesures en produits pour l'application concernée. Pour l'étude proposée, on s'intéressera plus particulièrement au cas de l'hydrologie qui utilise des observations à faible incidence (proche du nadir). 

 

PROPOSITION DE STAGE (M2/ingénieur)

La télédétection spatiale utilisant des radars microondes a de nombreuses applications dans les domaines scientifiques, commerciaux et stratégiques. Ces radars fournissent des données de radiométrie, de distance et de vitesse. L'exploitation de ces données exige une bonne connaissance de la physique de la mesure pour la conversion des paramètres de mesures en produits pour l'application concernée. Pour l'étude proposée, on s'intéressera plus particulièrement au cas de l'hydrologie qui utilise des observations à faible incidence (proche du nadir). 

L'équipe SHINE (SAR & Hyperspectral multi-modal Imaging and sigNal processing, Electromagnetic modeling) de l'IETR finalise actuellement la réalisation d'un capteur radar (du programme SWALIS pour Still WAter Low Incidence Scattering) qui est embarqué sur la Plateforme d'Ingénierie Multimodale Aéroportée (PIMA) gérée par l'IETR. Plusieurs aspects sont développés dans ce projet : un aspect antennaire dont les contraintes sont liées à un encombrement limité et une ouverture restreinte, un aspect stabilisation afin de garder l'antenne stable pendant la mesure radar et un aspect instrumentation devant assurer la transmission d'une forme d'onde et la réception du signal réfléchi avec la résolution temporelle la plus fine. L'ensemble de ces contraintes est dimensionné à partir d'une configuration satellitaire afin que l'expérimentation aéroportée puisse être exploitable pour le dimensionnement d'une mission spatiale.

Le CNES participe très activement au programme SWOT et souhaite alimenter les simulateurs et analyses de performances en données les plus représentatives des terrains d'expérimentation. Il est donc nécessaire de pouvoir associer aux mesures radar des données précises des paramètres physiques des zones illuminées dans des conditions d'observation similaires à celles de l'instrument spatial. En particulier, les prochaines études ciblent des milieux hydrologiques présentant une grande diversité (par exemple détection d'eau dans des milieux partiellement couverts) et des conditions d'observation spécifiques (par exemple, nadir et faibles incidences).

Ce stage propose donc de travailler sur des données radar obtenues par le système SWALIS. Le travail est abordé sous l'angle de l'expérimentation : étude des configurations de mesure, contraintes et limites de l'expérimentation, réalisation de mesures, calibration des données. De plus, l'étude consistera à investir de nouvelles configurations de mesure (écartométrie par monopulse d'amplitude).

CONTENU DE L'ETUDE

Il est prévu que le travail de stage se décompose en plusieurs parties.

  1. Prise en main du capteur SWALIS : la tâche consiste à prendra connaissance des caractéristiques principales du système SWALIS développé par l'IETR. Il faut identifier les limitations de fonctionnement inhérentes à un système aéroporté tant d'un point de vue système (par exemple importance de l'échantillonnage temporel) que d'un point de vue physique de la mesure (par exemple notion de cohérence de surface).
  2. Analyse des données : il s'agit d'effectuer des opérations de dépouillement de données. De nombreux éléments sont à synchroniser : données attitudes du porteur, données position du porteur, photographies de la zone éclairée par le radar, données radar.
  3. Calibration des données : les mesures sont des mesures de radiométrie. Il est donc indispensable d'effectuer des opérations de calibration. Cette calibration est réalisée à partir d'objets canoniques au sol. Des protocoles de calibration sont aussi à imaginer en fonction des sites de mesures choisis.
  4. Qualification des données : dans le cadre de mesures en incidence nulle, la réponse de surface d'eau calme correspond à une réponse de type plaque (lobe de rétrodiffusion très directif). Une analyse autour de la direction du NADIR est à mener pour répérer la position du maximum.
  5. Livraison des données : dans le cadre de la collaboration avec le CNES, une qualification des données est prévue afin de comparer les données mesurées avec des sorties de simulateur basées sur des modèles de rétrodiffusion.
  6. Comparaison de données : à partir du travail décrit dans "Method for Retrieving the True Backscattering Coefficient from Measurements with a Real Antenna", F.-T. Ulaby, IEEE TGRS, juillet 1983, il est possible d'organiser des mesures afin de retrouver les résultats décrits dans cette publication. Concernant le dernier item, on cherchera à valider des méthodes d'extraction de niveaux de rétrodiffusion $\sigma_0$ de surfaces d'eaux en milieu continental
    • Extraction de $\sigma_0$ de surfaces sur différents types de berges (cas général d'extraction à partir de la puissance reçue et de la géométrie d'observation).
    • Extraction du $\sigma_0$ de surfaces d'eaux très spéculaires à partir des mesures brutes radar.
    • Développement et validation de modèles de rétrodiffusion des surfaces contenant une forte composante cohérente sur des cas de mesures sur lacs.

En fonction des résultats du stage, une poursuite en thèse est envisagée afin d'étendre ces résultats obtenus aux cas des mesures spatiales.

ENVIRONNEMENT DE L'ETUDE

Connaissances requises : électronique, systèmes radar, traitement du signal radar, programmation MATLAB.

Lieu : ce travail aura lieu à l'IETR sur le site de l'Université de Rennes 1, campus de Beaulieu, à Rennes.

Durée : 6 mois maximum (début du stage en février au plus tôt et fin du stage fin septembre au plus tard).

Contacts : les étudiants intéressés par le sujet doivent envoyer CV, lettre de motivation (format PDF), bulletins de notes et tout autre document utile à l'examen de la candidature à

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