Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La focalisation d'ondes électromagnétiques par synthèse d'ouverture est une technique d'imagerie qui permet d'améliorer considérablement la résolution d'une mesure. Elle procède par combinaison cohérente d'acquisitions réalisées depuis des positions différentes. Cet article décrit successivement les principes généraux de l'imagerie radar en distance, le concept d'ouverture en azimut et la diversité spectrale associée, et pour finir, l'essentiel à retenir sur les techniques de focalisation par synthèse d'ouverture.
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Focusing of electromagnetic waves by synthetic aperture is an imaging technique that allows for the significant improvement of measurement resolution. It is based on the coherent combination of signals acquired from different positions. This article successively describes the general principles of remote radar imaging, the concept of azimuth aperture and its related spectral diversity; it concludes on key information concerning synthetic aperture focusing techniques.
Auteur(s)
-
Laurent FERRO-FAMIL : Professeur à l'université de Rennes 1 et à l'IETR, UMR CNRS 6164
INTRODUCTION
Les Radars à synthèse d'ouverture sont des dispositifs électroniques qui permettent d'imager avec une haute précision spatiale la réflectivité électromagnétique d'objets ou d'environnements.
Un radar classique émet des ondes depuis une position fixe et acquiert la réponse d'une scène aux signaux émis. La mesure du délai mis par la réponse d'un objet pour se propager jusqu'au radar permet de mesurer avec précision la distance radar-objet, alors que l'amplitude du signal reçu permet de détecter des obstacles d'intérêt et d'en évaluer la réflectivité. Ce type de radar, appelé radar à ouverture réelle, ne peut discriminer des objets situés à une distance radiale identique, même si leurs positions sont très éloignées (de plusieurs kilomètres dans le cas de mesures satellitaires) dans la direction transverse.
Afin de remédier à cette limitation, on met en œuvre le principe de synthèse d'ouverture qui repose sur l'analyse de la variation de phase du signal réfléchi par un objet, lorsque l'on change de position de mesure. Des techniques de traitement du signal permettent de focaliser la réponse d'un objet dans un plan bidimensionnel avec une résolution accrue dont l'ordre de grandeur a d'abord été décamétrique, puis métrique et décimétrique à ce jour. Les Radars à synthèse d'ouverture sont généralement embarqués sur des plate-formes aéroportées ou satellitaires, et sont très utilisés en télédétection d'environnements naturels, pour la surveillance et la cartographie de territoires et d'activités. De par la gamme de fréquence de porteuse des signaux utilisés, les mesures Radars à synthèse d'ouverture sont complémentaires de mesures optiques qui sont généralement dépendantes des conditions d'éclairement et de nébulosité au sens large.
La première partie est une introduction à l'imagerie par Radar à synthèse d'ouverture qui décrit les principes d'une mesure radar et propose une modélisation simple de la réponse d'objets et d'environnements à un signal radar. Les objectifs de l'imagerie par synthèse d'ouverture ainsi que des notions de résolution, ambiguïté et rapport signal à bruit, largement utilisées en imagerie, sont présentés.
Une deuxième partie, consacrée à l'imagerie en distance, introduit le concept de focalisation de signaux par filtrage adapté et décrit les performances associées. L'architecture d'un radar ainsi que les caractéristiques des signaux focalisés en distance sont proposées pour différentes formes d'onde impulsionnelles ou continues.
La dernière partie traite de l'imagerie bidimensionnelle par synthèse d'ouverture. On met tout d'abord en évidence la diversité spectrale en azimut liée à la mesure cohérente d'échos radars le long d'une ouverture et l'on montre comment cette caractéristique peut être exploitée pour améliorer la résolution par filtrage adapté. Les techniques les plus couramment utilisées pour focaliser des signaux radars sont alors déduites en utilisant le principe de filtrage adapté en azimut. On propose :
-
des expressions complètes ;
des synoptiques des solutions exactes du filtre adapté dans le domaine temporel et spectral ;
-
une approche mettant en œuvre des approximations et très utilisée en pratique.
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KEYWORDS
SAR (Synthetic Aperture Radar) | back-projection | coherent radar | chirp scaling
DOI (Digital Object Identifier)
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Imagerie en distance
En anglais
1. Introduction à l'imagerie RSO
1.1 Description d'une mesure radar
1.1.1 Fonctionnalités d'un radar
Un radar actif est un système électronique qui émet une onde électromagnétique et mesure la réponse d'une scène à ce signal. L'étude du signal reçu permet de caractériser certains objets et environnements contenus dans la zone observée.
On distingue généralement plusieurs niveaux de fonctionnalité, selon la complexité des traitements mis en œuvre, ou les contraintes de fonctionnement du radar.
HAUT DE PAGE1.1.1.1 Fonctionnalités de base
Elles sont à l'origine de l'appellation RADAR (RAdio Detection And Ranging ) et concernent donc la détection d'objets et l'estimation de leur distance par rapport au radar.
Une mesure de base est illustrée sur la figure 1 qui met en œuvre un radar et un objet, séparés d'une distance d. La réponse mesurée consécutive à l'émission du signal se (τ) peut s'écrire :
( 1 )
avec :
- c :
- célérité effective de l'onde,
- n (τ) :
- terme additif contenant des contributions indésirables comme le bruit de mesure.
L'amplitude du signal reçu, |sr (τ)|, peut être utilisée pour détecter l'objet, en testant l'hypothèse A = 0, alors que le retard τ0 renseigne sur la distance radar-objet d.
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Introduction à l'imagerie RSO
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CUMMING (I.G.), WONG (F.H.) - Digital processing of synthetic aperture radar data : algorithms and implementation. - Artech House Inc., Boston, London (2005).
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(2) - CURLANDER (J.C.), McDONOUGH (R.N.) - Synthetic aperture radar : systems and signal processing. - Series in Remote Sensing, Wiley (1991).
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(3) - LE CHEVALIER (F.) - Principles of radar and sonar signal processing. - Artech House Radar Library, Artech House (2002).
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(4) - META (A.), HOOGEBOOM (P.), LIGTHART (L.P.) - Signal processing for FMCW SAR. - Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, 45(11), p. 3519-3532 (2007).
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(5) - SOERGEL (U.), MICHAELSEN (E.), THIELE (A.), THOENNESSEN (U.) - Radargrammetric extraction of building features from high resolution multi-aspect SAR data. - In Geoscience and Remote Sensing Symposium 2006, IGARSS 2006, IEEE International Conference on, p. 3635-3638, 31 juil.-4 août 2006.
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