Potentiel des nouveaux capteurs radar multipolarisation et polarimétrique pour la caractérisation des états de surface en milieu agricole PDF Download
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Author: Noha Holah
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Languages : en
Pages : 246
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L'objectif de cette thèse est d'analyser l'information issue du nouveau capteur radar ASAR d'ENVISAT et des futurs capteurs polarimétriques en bande X pour l'estimation de la rugosité et de l'humidité du sol. Les résultats obtenus par le capteur aéroporté RAMSES montrent le faible potentiel des radars en bande X à 30° pour la discrimination des classes de rugosité. Néanmoins, cette étude a montré qu'il est possible d'identifier un état structural de surface dégradé en raison de la présence d'une croûte de battance et de distinguer les parcelles fraîchement labourées. L'utilisation du capteur ASAR a permis de définir les configurations radar optimales pour une meilleure estimation de l'humidité (polarisation HH, et faibles incidences) et de la rugosité du sol (polarisations HH et HV, et fortes incidences). Après avoir observé une faible corrélation entre les mesures expérimentales et celles simulées par le modèle de rétrodiffusion IEM, nous avons appliqué la calibration semi-empirique du modèle IEM proposée par Baghdadi et al. (2004) dans le but de mieux reproduire le coefficient de rétrodiffusion radar sur des sols nus en milieu agricole. Les résultats obtenus montrent que cette calibration permet de mieux restituer le signal radar. Des procédures d'inversion ont été utilisées pour estimer l'humidité à partir des signaux ASAR. Les résultats obtenus montrent une nette amélioration de l'estimation de l'humidité quand deux angles d'incidence sont utilisés (l'une faible et l'autre élevé). L'utilisation des données en mode multi-polarisation n'améliore pas l'estimation de l'humidité par rapport à l'utilisation d'une seule polarisation (amélioration inférieure à 1%).
Author: Noha Holah
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Pages : 246
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L'objectif de cette thèse est d'analyser l'information issue du nouveau capteur radar ASAR d'ENVISAT et des futurs capteurs polarimétriques en bande X pour l'estimation de la rugosité et de l'humidité du sol. Les résultats obtenus par le capteur aéroporté RAMSES montrent le faible potentiel des radars en bande X à 30° pour la discrimination des classes de rugosité. Néanmoins, cette étude a montré qu'il est possible d'identifier un état structural de surface dégradé en raison de la présence d'une croûte de battance et de distinguer les parcelles fraîchement labourées. L'utilisation du capteur ASAR a permis de définir les configurations radar optimales pour une meilleure estimation de l'humidité (polarisation HH, et faibles incidences) et de la rugosité du sol (polarisations HH et HV, et fortes incidences). Après avoir observé une faible corrélation entre les mesures expérimentales et celles simulées par le modèle de rétrodiffusion IEM, nous avons appliqué la calibration semi-empirique du modèle IEM proposée par Baghdadi et al. (2004) dans le but de mieux reproduire le coefficient de rétrodiffusion radar sur des sols nus en milieu agricole. Les résultats obtenus montrent que cette calibration permet de mieux restituer le signal radar. Des procédures d'inversion ont été utilisées pour estimer l'humidité à partir des signaux ASAR. Les résultats obtenus montrent une nette amélioration de l'estimation de l'humidité quand deux angles d'incidence sont utilisés (l'une faible et l'autre élevé). L'utilisation des données en mode multi-polarisation n'améliore pas l'estimation de l'humidité par rapport à l'utilisation d'une seule polarisation (amélioration inférieure à 1%).
Author: Cédric Lardeux
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Languages : fr
Pages : 0
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Les capteurs RSO (Radar à Synthèse d'Ouverture) fournissent des observations des surfaces terrestres de manière continue depuis 1991 avec la mise en orbite du satellite ERS-1. Les données acquises jusqu'à peu, principalement basées sur l'exploitation de l'intensité du signal acquis selon une configuration de polarisation particulière, ont été l'objet de nombreuses études, notamment sur le suivi de la déforestation. Depuis 2007, de nouveaux capteurs RSO polarimétriques (PALSAR, RADARSAT-2, TerraSAR-X...) permettent la caractérisation polarimétrique des surfaces observées. Ces données nécessitent des traitements adpatés afin d'en extraire l'information la plus pertinente pour la thématique considérée. L'objet de ces travaux a été d'évaluer leur potentiel pour la cartographie de surfaces naturelles en milieu tropical. L'apport des multiples indices polarimétriques a été évalué à partir de l'algorithme de classification SVM (Machines à Vecteurs de Support). Cet algorithme est spécialement adapté pour prendre en compte un grand nombre d'indices non forcément homogènes. Les données utilisées ont été acquises par le capteur aéroporté AIRSAR sur une île en Polynésie Française. De nombreux relevés in situ ont permis la validation des résultats obtenus. Les résultats montrent que la sensibilité de ces données à la structure géométrique des surfaces observées permet une bonne discrimination entre les différents couvert végétaux étudiés, en particulier des types de forêts. De plus, la classification obtenue à partir de la méthode SVM est particulièrement plus performante que la classification usuelle basée sur la distribution de Wishart vérifiée a priori par les données radar. Ces résultats laissent présager de l'apport significatif des données radar polarimétriques futures pour le suivi des surfaces naturelles.
Author: Safa Bousbih
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Languages : fr
Pages : 156
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L'agriculture en Tunisie fait partie des secteurs importants sur lesquels reposent l'économie du pays. Elle revêt également son importance par sa contribution à la sécurité alimentaire. Dans un contexte de gestion des ressources naturelles, la caractérisation et le suivi des états de surface est indispensable, particulièrement dans les régions semi-arides où plusieurs contraintes freinent le développement agricole (période de sécheresse, conflits sur le partage des eaux, manque de ressources, surexploitations des nappes, etc.). En Tunisie, près de 80 % des ressources en eau disponibles sont utilisées par l'agriculture avec une efficacité limitée. Là, où les ressources en eau sont très limitées, l'estimation de l'état hydrique de surface est particulièrement nécessaire pour établir les décisions adéquates pour une meilleure gestion de cette ressource. Dans ce contexte, la télédétection fournit une base fondamentale de données pour l'observation de la surface et constitue un outil majeur pour l'acquisition d'informations à distance. Les travaux réalisés au cours de cette thèse sur la plaine de Kairouan, au Centre de la Tunisie et caractérisée par un climat semi aride, contribuent à l'évaluation du potentiel des nouveaux capteurs satellitaires Sentinel-1 (S-1) et Sentinel-2 (S-2) pour la caractérisation des états de surface, spécifiquement l'humidité du sol dans un contexte de gestion durable des ressources en eau et en sol. En effet, ces nouveaux systèmes offrent aujourd'hui des produits opérationnels avec une forte répétitivité temporelle et des résolutions spatiales métriques permettant un suivi régulier. Dans notre contexte, les données radars sont particulièrement sensibles aux conditions de surface, précisément à l'humidité du sol, à la rugosité de surface et à la végétation. Ils se dévoilent comme les outils les plus prometteurs pour un suivi précis à l'échelle de la parcelle ou régionale. Ce travail comprend deux principales parties qui relient directement l'humidité du sol (variable clé pour différents processus) à l'irrigation dans un premier temps, puis à la texture du sol. L'approche adoptée combine les mesures expérimentales à l'utilisation de données de la télédétection multi-capteurs en synergie, ainsi à la modélisation et à la cartographie. La thèse se structure en trois volets. Le premier volet de ce travail évalue le potentiel des données radars en bande C pour une large base de données. Les résultats ont montré à travers des études du comportement et de modélisation que le signal radar permet de suivre la dynamique temporelle et spatiale de l'humidité du sol sur des parcelles de céréales. Le second volet, consiste à évaluer l'utilisation conjointe de données optiques et radars afin de pouvoir prédire l'état hydrique de surface sur une couverture végétale.[...].
Author: Bo Wang
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Languages : fr
Pages : 134
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Ce travail de thèse a été consacré à la caractérisation de la surface de la mer par radar à synthèse d'ouverture (RSO) polarimétrique porté par un satellite. Un modèle pour différents mécanismes de diffusion est mise en oeuvre, pour une meilleure compréhension de la contribution scalaire sur toutes les surface équivalentes radar (SER) et les mesures doppler par images RSO sur la mer. Généralement, il y a trois types des mécanismes de diffusion sur la surface quand la mer a été illuminée par une radar micro-onde, i.e., Bragg, spéculaire, et Rayleigh. La contribution de Bragg dépolarisée correspond à des petites vagues de capillarité-gravité, alors que les autres, contributions scalaires correspondent à la réflexion spéculaire par la crête des vagues qui est instable et déferle et la diffusion de Rayleigh sur la mousse après la vague déferlante. Différents mécanismes de diffusion impliquent des coefficients de diffusion polarimétrique différents et des spectres Doppler différents. Dans chaque pixel, la matrice de diffusion est modelisée physiquement en contributions Bragg et scalaire. La solution est une itération qui est initiée avec l'angle d'incidence, et est contrôlée par l'angle d'incidence local. Les estimateurs des matrices de diffusion Bragg et scalaire bénéficient d'un modèle statistique du fouillis de mer. Enfin, l'amélioration du modèle statistique avec la théorie de la détection est proposée au regard de la classification pour des cibles artificielles, comme les navires ou les plate-formes pétrolières.
Author: Azza Gorrab
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Languages : fr
Pages : 217
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Le recours à la caractérisation des états hydrique, géométrique et physique de surface du sol est essentiel dans la gestion et la conservation des ressources naturelles dans les régions agricoles semi-aride. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse visent à estimer la variabilité spatio-temporelle des paramètres de surfaces agricoles nues (humidité, rugosité et texture) moyennant des données radars multi-temporelles acquises en bande X à haute résolution spatiale. Une nouvelle description de l'état géométrique des sols est d'abord proposée à travers l'estimation d'un nouveau paramètre de rugosité, le paramètre Zg, estimé en fonction de trois paramètres statistiques de rugosité (écart type des hauteurs "s", longueur de corrélation "l" et la forme de la fonction de corrélation). Les simulations des signaux radar montrent une très forte corrélation avec ce paramètre de rugosité. L'apport du paramètre Zg est confirmé à travers une large base de données expérimentale et spatiale acquises sur différents sites en France. Le deuxième volet de cette thèse présente une analyse des sensibilités des signaux radars issus de capteurs (TerraSAR-X et COSMO-SkyMed), aux paramètres de surface (l'humidité et les trois paramètres de rugosité : s, Zs=s2/l et Zg). Une forte corrélation est observée entre les mesures radars acquises à différentes configurations (polarisations HH et VV, et à 26° et 36°d'incidences) et tous les paramètres du sol. Cette analyse est suivie par des comparaisons des coefficients de rétrodiffusion réels et simulés à partir des modèles physique et semi empirique couramment utilisés : Modèle d'équation intégrale " IEM " de Fung et al., 1992, Modèle de Dubois (Dubois et al., 1995) et le Modèle IEM empiriquement calibré par Baghdadi et al., 2011. Le dernier modèle a montré une forte cohérence avec les mesures radar. Dans le troisième volet, une méthode empirique de détection de changement est développée, en combinant les images radars TerraSAR-X avec des données d'humidités ponctuelles dérivées du réseau des 7 capteurs repartis sur la zone d'étude en continue, pour spatialiser l'état hydrique du sol. La performance de l'algorithme proposé, est évaluée et validée sur de nombreuses parcelles de référence. La spatialisation de la teneur en argile des sols est déduite à partir du calcul de la moyenne des cartes de l'état hydrique du sol (une erreur quadratique moyenne équivalent à 108 g/kg). Pour cartographier la rugosité des sols, des relations empiriques reliant le signal radar aux paramètres de rugosité (Ecart type des hauteurs et le paramètre Zg) étaient élaborées. En inversant les mesures radars, les cartes de rugosité qui en résultent, ont permis de distinguer différents états de surface des sols (labourés, dégradés ou en jachère). Dans le dernier volet, un modèle d'estimation du bilan hydrique des sols agricoles nus " MHYSAN " qui simule l'évaporation et l'état hydrique surfacique est développé. Cette dernière partie souligne le potentiel de calibrer un modèle hydrologique des sols en assimilant les produits d'humidité radars.
Author: Nadia Ouaadi
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Pages : 217
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Le suivi de l'irrigation est un enjeu important pour l'optimisation de l’irrigation. L'humidité superficielle (SSM) est une variable clé pour la gestion de l'irrigation. De plus, la détection précoce du stress hydrique peut contribuer à une utilisation optimale de l'eau agricole. Les données radar en bande C ont montré un grand potentiel pour le suivi des conditions hydriques du sol et de la végétation. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif général d’évaluer les potentialités des données radar bande C pour suivre le fonctionnement hydrique des céréales irriguées. Nos objectifs spécifiques sont : (1) développer une nouvelle approche pour l'inversion de la SSM en utilisant uniquement les données radar ; (2) proposer une méthodologie pour l’estimation des quantités et des dates d’irrigation à l'échelle de la parcelle sur la base de ces nouveaux produits de SSM ; (3) étudier les potentialités de la réponse radar bande C pour le suivi du fonctionnement physiologique et, in fine, la détection du stress hydrique. En préliminaire à l’inversion, les séries temporelles de données Sentinel-1, notamment le coefficient de rétrodiffusion (σ^0), le rapport de polarisation (PR) et la cohérence interférométrique (ρ) sont interprétées à l'aide de données expérimentales collectées sur des parcelles de blé irriguées au Maroc. Les résultats montrent que ρ et PR sont fortement liés au développement de la végétation alors que la dynamique de σ^0 suit les variations de SSM pendant les premiers stades de croissance du blé. En outre, les changements drastiques de la géométrie du couvert associés à la phase d'épiaison ont un fort impact sur σ^0. Les résultats montrent que le modèle Water Cloud (WCM) est capable de reproduire le cycle saisonnier de Sentinel-1. Grâce à une configuration multicouche du modèle Karam, le 2ème cycle est attribué à la diffusion de volume au sein de la couche des épis. Dans un 2ème temps, une nouvelle approche basée sur l'inversion du WCM pour estimer la SSM a été proposée en utilisant uniquement les données radar Sentinel-1. Dans ce but, les descripteurs de la végétation : la biomasse aérienne (AGB) et le contenu en eau de la végétation ont été estimés à partir de ρ et PR. Les meilleurs résultats d’inversion de SSM sont obtenus en utilisant la relation entre ρ_VV et l'AGB (R = 0.82 et RMSE = 0.05 m3/m3). Les produits SSM sont assimilés dans la FAO-56 par une technique de filtrage particulaire pour estimer les dates et les quantités d’irrigation. Premièrement, des expériences jumelles sont conçues pour évaluer l'impact de certains paramètres de l'approche. La méthode est ensuite évaluée en utilisant des mesures in situ de SSM avec 3 temps de revisite différents (3, 6 et 12 jours). Enfin, les produits de SSM Sentinel-1 dérivés par l’approche ρ_VV-AGB sont utilisés. L'utilisation de données in situ permet d'obtenir de bons résultats. Avec une observation tous les 6 jours, les quantités saisonnières sont inversés avec R > 0.98 et RMSE
Author: LAURENT.. CHALLE
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Languages : fr
Pages : 170
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CLASSIQUEMENT, LES RADARS ACTUELS SONT DE TYPE SCALAIRE PUISQUE L'INFORMATION RECUE EST TRAITEE SOUS FORME DE PUISSANCE RETRODIFFUSEE PAR UNE CIBLE. EN PARTANT DU PRINCIPE QU'UNE ONDE ELECTROMAGNETIQUE EST UNE GRANDEUR VECTORIELLE CAR ELLE EST POLARISEE, G. SINCLAIR A DONNE NAISSANCE AU DEBUT DES ANNEES 50 A UNE NOUVELLE THEORIE DE LA PHYSIQUE DU RADAR, LA POLARIMETRIE RADAR, EN MONTRANT QUE L'INTERACTION D'UNE ONDE AVEC UNE CIBLE MODIFIE L'ETAT DE POLARISATION DE CETTE ONDE. NOTRE ETUDE SE SITUANT DANS LE CADRE D'UNE CIBLE EN VISIBILITE D'UN SYSTEME RADAR, LES EFFETS DES TRAJETS MULTIPLES NE PEUVENT PAS ETRE NEGLIGES LORS DE LA PROPAGATION DES ONDES AU-DESSUS D'UNE SURFACE TERRESTRE. AINSI, UNE MODELISATION DU MILIEU DE PROPAGATION S'AVERE NECESSAIRE POUR EXPRIMER LA MATRICE POLARIMETRIQUE DES TENSIONS RECUES PAR LE SYSTEME RADAR EN FONCTION DES DIFFERENTS TRAJETS. CETTE MATRICE CONTIENT L'INFORMATION DUE A LA CIBLE ET DUE AUX EFFETS DES TRAJETS MULTIPLES VENANT ALTERER LA MATRICE DE RETRODIFFUSION DE LA CIBLE. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL ETANT D'EXTRAIRE LES CARACTERISTIQUES SPECIFIQUES A LA CIBLE EN VUE DE L'IDENTIFIER, DIVERSES APPROCHES POLARIMETRIQUES SONT PROPOSEES POUR DEUX APPLICATIONS DISTINCTES. LA PREMIERE APPLICATION CONCERNE LE RADAR M.O.S.A.R. (MAQUETTE ORIENTEE POUR UN SYSTEME D'ANALYSE DE RESONANCES) QUI A LA PARTICULARITE D'ETRE UN RADAR VECTORIEL TRAVAILLANT DANS LA GAMME DE FREQUENCE 30-100 MHZ. L'INTERET DES BASSES FREQUENCES RADAR EST JUSTIFIE PAR LA LUTTE CONTRE LA FURTIVITE CROISSANTE DES CIBLES. LA SECONDE APPLICATION MONTRE LES LIMITES D'IDENTIFICATION D'UN CONTRIBUTEUR ELEMENTAIRE (SPHERE, HELICE) D'UNE CIBLE SITUEE DANS SON MILIEU NATUREL ECLAIRE PAR UN RADAR VECTORIEL DE VEILLE MARITIME OPERANT EN BANDE X
Author: Gabriel Gosselin
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Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d'importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s'il existe une reconnaissance croissante sur l'importante de protéger ces milieux, il n'en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L'inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d'atteindre ce but. L'objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d'espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l'information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l'apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l'inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l'orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d'une cible à l'aide d'une série de paramètres extraits d'une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d'étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L'un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu'il n'existe pas de système standard énumérant l'ensemble possible des classes physionomiques ni d'indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d'images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l'évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L'algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l'hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu'il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l'aide d'un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d'identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d'une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l'arbre hiérarchique de classification. L'exploitation d'une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d'obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d'eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l'hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.
Author: Rémy Fieuzal
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Languages : fr
Pages : 210
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Les travaux de thèse s'inscrivent au sein du chantier Sud-Ouest, dont le principal objectif est de contribuer à la compréhension et à la modélisation du fonctionnement des surfaces continentales à l'échelle du paysage. Ces travaux visent à améliorer les capacités de suivi et d'analyses de surfaces fortement anthropisées : les agrosystèmes. A la fois acteurs et spectateurs vis-à-vis du changement climatique, ces surfaces sont également dédiées à la production alimentaire. La problématique vise donc à concilier durabilité des ressources et niveau de production suffisant, en identifiant des outils comme la télédétection utiles à la prise de décision à des échelles allant de la parcelle au territoire. Dans ce contexte, les radars à synthèse d'ouverture (RSO) embarqués au sein de satellites, présentent le double avantage d'être sensibles à différents paramètres des surfaces continentales (en lien avec le sol, ou la végétation), et la capacité d'observation par condition nuageuse (à l'inverse des capteurs opérant dans le visible). Depuis les années 90, différentes études basées sur des images acquises avec la technologie RSO ont montré l'intérêt des données micro-ondes pour le suivi des surfaces continentales. Ces dernières années, l'émergence de missions satellites dans les bandes de fréquence X et L vient enrichir les possibilités d'étude autrefois limitées à la seule bande C. Ces couples capteurs-satellites fournissent aujourd'hui des produits à haute résolution spatiale (allant jusqu'au mètre), avec des possibilités de revisite hebdomadaire, critères nécessaires pour le suivi des zones hétérogènes, associées à de fortes dynamiques temporelles. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse visent à établir la complémentarité entre les données radars (TerraSAR-X, Radarsat-2 et Alos, dans les bandes spectrales X, C et L) et optiques (Formosat-2, Spot-4/5) acquises par satellites pour le suivi des agrosytèmes. Ils s'articulent autour de trois axes complémentaires : - Le premier consiste en la mise en oeuvre d'une campagne expérimentale basée sur l'acquisition d'un jeu de données (satellitaire et de terrain), nécessaire au développement de nouvelles approches pour l'analyse du paysage. La zone suivie, caractérisée par une forte anthropisation, est située à 50 km au sud-ouest de Toulouse. Les images satellitaires regroupent trois séries temporelles radar (bandes X, C et L), auxquelles s'ajoutent des acquisitions réalisées dans l'optique (Formosat-2, Spot-4/5). Avec un total d'une centaine d'images acquises dans les hyperfréquences, la zone commune aux différentes scènes couvre une surface de 10x10 km2. Conjointement, les protocoles de mesures de terrain ont permis de considérer de manière indépendante les deux éléments clés de la surface : le sol et la culture. En complément des stations météorologiques installées dans le cadre du chantier, des mesures qualitatives et quantitatives ont été réalisés de manière synchrone avec les acquisitions satellites, sur un total de 387 parcelles. Cinq cultures sont principalement étudiées : blé, colza, tournesol, mais et soja. - Les signatures temporelles de chacune des cultures sont ensuite établies à chaque longueur d'onde d'acquisition satellitaire (optique et radar) à travers une approche originale de normalisation angulaire des signaux radar (combinaison de l'information radar et optique). Les résultats obtenus durant le cycle phénologique des cultures d'hiver (blé et colza) et d'été (maïs, soja et tournesol) montrent clairement la complémentarité des approches multi-capteurs, et la spécificité des signaux radars (en lien avec les états de polarisations et les fréquences considérées). Deux paramètres biophysiques relatifs à la végétation sont enfin estimés (LAI et hauteur), les données micro-ondes montrant à la fois une importante sensibilité et de bonnes performances. - La modélisation électromagnétique sur sol nu a tout d'abord permis d'évaluer différents formalismes, à savoir : les modèles de Dubois et d'Oh (1992 et 2004) ayant comme caractéristiques communes une description simplifiée des processus. Ils sont confrontés à un modèle reposant sur des bases physiques, le modèle IEM (Integral Equation Model). L'application des modèles dans les différentes bandes spectrales (X, C et L), montre des résultats très hétérogènes, les meilleures performances étant obtenue en bande X, avec le modèle d'Oh 1992. Par la suite, l'amélioration des modèles tire parti de l'analyse des résidus (vis-à-vis des variables d'entrée), afin de réduire la dispersion observée. Les modèles testés sont optimisés et validés selon une approche de type résidus. Une forte amélioration est observée pour la plupart des modèles. Les résultats mettent en évidence l'intérêt des données multi-capteurs pour le suivi des surfaces dédiées à l'agriculture. Dans un futur proche, les missions spatiales telles que Tandem-X, Sentinel-1/-2, Radarsat Constellation ou Alos-2 devraient pérenniser l'accès à ces données, et préciser ainsi les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse.
Author: Xavier Morin
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Languages : fr
Pages : 215
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UNE CARACTERISTIQUE IMPORTANTE DES DISPOSITIFS D'IMAGERIE RADAR A VISEE LATERALE EST LA RECEPTION PAR LE CAPTEUR DES SIGNAUX A TRAITER SOUS LA FORME D'UN HOLOGRAMME. LA METHODE DE CONSTRUCTION D'IMAGE REQUIERT UN EMPLACEMENT MEMOIRE IMPORTANT AINSI QUE DE NOMBREUX PROCESSEURS CAPABLES DE REALISER UNE IMPORTANTE QUANTITE D'OPERATIONS EN UN TEMPS PARFOIS LIMITE. CECI EST ENCORE ACCENTUE POUR UN SYSTEME RADAR POLARIMETRIQUE. POUR DES DISPOSITIFS EMBARQUES A BORD DE SATELLITES OU DE SONDES D'EXPLORATION, L'ADJONCTION D'UNE TELLE QUANTITE DE MATERIEL EST IRREALISABLE. UNE ETAPE DE COMPRESSION DES SIGNAUX BRUTS ACQUIS EST DONC GENERALEMENT ADOPTEE AVANT TRANSMISSION. LE DEBIT EST AINSI REDUIT DE FACON CONVENABLE. L'APPROCHE PROPOSEE DANS LA THESE EN VUE DE LA COMPRESSION DES SIGNAUX DE TYPE ROS (RADAR A OUVERTURE SYNTHETIQUE) POLARIMETRIQUE EST NOUVELLE. ELLE UTILISE LES PROPRIETES STATISTIQUES DES SIGNAUX A COMPRESSER AFIN D'EXPLOITER LES PERFORMANCES DES QUANTIFICATEURS DE FACON OPTIMALE. ELLE NECESSITE UNE ANALYSE FINE DES PROPRIETES STATISTIQUES DE CES SIGNAUX, NOTAMMENT EN TERME DE CORRELATION. CETTE INVESTIGATION EST REALISEE SUR DES SIGNAUX REELS ACQUIS LORS DE CAMPAGNES DE MESURES. LES PRINCIPAUX TYPES DE PROCEDES DE COMPRESSION PAR QUANTIFICATION VECTORIELLE SONT DEVELOPPES ET COMPARES : IL S'AGIT DE LA METHODE DE LINDE, BUZO ET GRAY (LBG), DES CARTES TOPOLOGIQUES DE KOHONEN ET DE DIVERS TYPES DE RESEAUX ALGEBRIQUES. ON MONTRE QU'EN EXPLOITANT LES DIVERSES CORRELATIONS DU SIGNAL LORS DE LA CONSTRUCTION DES VECTEURS, CELA ENTRAINE UNE AMELIORATION CONSEQUENTE DES PERFORMANCES DES METHODES MISES EN UVRE. PAR AILLEURS, NOUS DEVELOPPONS UNE MODELISATION THEORIQUE QUI PERMET DE DEFINIR L'IMPACT DU BRUIT DE QUANTIFICATION VECTORIELLE DES DONNEES BRUTES SUR L'IMAGE RECONSTRUITE. CETTE MODELISATION PERMET DE COMPRENDRE LA FACON LA PLUS APPROPRIEE DE CONSTRUIRE LES VECTEURS AFIN DE MINIMISER LA VARIANCE DE L'ERREUR DE L'IMAGE FINALEMENT OBTENUE. ENFIN, UN ENSEMBLE IMPORTANT DE CRITERES D'EVALUATION DES ALGORITHMES APPLIQUES EST MISE EN UVRE : ILS AUTORISENT L'EVALUATION PRECISE DES DEGRADATIONS RESULTANT DE LA QUANTIFICATION DES SIGNAUX ACQUIS.
