Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes
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Analyse quantitative de paramètres de zones urbaines

Ce thème de recherche est un sujet important développé au sein de l’équipe SAPHIR puisqu’il concerne la complémentarité polarimétrie/interférométrie.

L’interférométrie est une technique d’imagerie SAR utilisée pour mesurer la topographie d’un terrain. Elle est basée sur l’utilisation de deux images SAR complexes, acquises à partir de deux angles d’incidences légèrement différents. La phase interférométrique contient l’information de topographie de la scène étudiée, et permet de construire des modèles numériques de terrain (DEM) très précis, c’est-à-dire la génération d’une image en trois dimensions représentant la topographie réelle du terrain étudié. Un autre champ d’investigation nommé l’interférométrie différentielle permet d’étudier les phénomènes géodynamiques d’un environnement en caractérisant ses déformations géologiques telles que : séisme, mouvement de faille, dilatation des immeubles, etc. Cette technique est très précise car elle détecte des changements inférieurs à la longueur d’onde. Enfin, l’interférométrie introduit un nouveau paramètre appelé cohérence interférométrique, très utile pour la classification et les problèmes d’inversion.

  • Complémentarité polarimétrie/interférométrie pour la détection et la caractérisation de cibles.

Un des problèmes majeurs en interférométrie SAR concerne le repliement de la phase interférométrique entre deux valeurs extrêmes -p et p. Il est donc nécessaire d’enlever cette ambiguïté en utilisant des algorithmes de déroulement de phase. L’étude effectuée dans le cadre de ce sujet concerne l’analyse des données SAR polarimétriques interférométriques afin d’améliorer la discrimination des différents types d’artefact lors de la mise en place des procédures de déroulement de phase. La plupart d’entre eux sont rencontrés dans les zones volumiques telle que les zones forestières, sous la forme d’un décalage du centre de phase. L’originalité de l’étude consiste à implémenter l’algorithme ESPRIT, souvent employé pour estimer la direction d’arrivée dans les réseaux d’antennes, afin d’améliorer l’estimation de la phase interférométrique à travers les zones forestières. Les résultats obtenus, fort prometteurs, montrent qu’il est à la fois possible de retrouver directement la phase interférométrique du sol et de la canopée (détermination de la hauteur de la végétation) et d’isoler la phase d’un bâtiment du reste de son environnement. Un autre concept de la complémentarité a été proposé : la super résolution. Les résultats d’analyse polarimétriques en appliquant le principe de la super résolution a permis une meilleure caractérisation de la nature des cibles, comme la détection des contours des bâtiments. Les différentes méthodes exposées ont été appliquées sur des données SAR polarimétriques et interférométriques en bande L afin d’améliorer la caractérisation des zones urbaines, par rapport à l’utilisation de la polarimétrie et de l’interférométrie de façon séparée.

  • Estimation de la hauteur et des caractéristiques physiques de diffuseurs en milieu urbain.

L’activité de recherche conduite dans ce thème concerne l’analyse des zones urbaines à l’aide d’images SAR. L’objectif principal est de générer des modèles numériques de surface en trois dimensions. Les données utilisées sont des images SAR en bande L de la ville de Dresde. Ces images ont été prises par le capteur E-SAR du DLR (Centre aérospatial allemand). Cette campagne a inclus un vol en boucle, c’est-à-dire quatre passes formant un rectangle. Toutes ces passes sont polarimétriques et interférométriques avec deux baselines d’un côté et une baseline des autres côtés.

Pour estimer la hauteur des diffuseurs en milieu urbain, principalement la hauteur des bâtiments, deux méthodes à haute résolution, adaptées au cas mono-polarimétrique multibaseline interférométrique, ont été utilisées : l’algorithme Music (multiple signal classification) et une méthode basée sur une estimation au maximum de vraisemblance. Le modèle du signal traitant les données mono-polarimétriques multibaseline interferométriques a été étendu à la configuration polarimétrique multibaseline interférométrique et les méthodes à haute résolution ont été adaptées à cette configuration. Ces algorithmes déterminent la polarisation optimale permettant d’estimer la hauteur des diffuseurs ainsi que la détermination de leurs propriétés physiques par l’analyse d’un vecteur de rétrodiffusion généralisé. La classification polarimétrique, faite par le logiciel PolSARpro, identifie trois mécanismes de rétrodiffusion : réflexion de surface, diffusion de volume et double diffusion. Tandis que ces trois mécanismes sont présents dans l’analyse des données polarimétriques originales, les méthodes à haute résolution polarimétriques sont capables de supprimer l’effet de la diffusion de volume. Ces algorithmes ne sont pas biaisés par des scènes complexes présentant plusieurs diffuseurs dans une même cellule de résolution.

  • Stéréo POLSAR et GB-POLSAR.

Ce travail de recherche s’est décomposé en deux parties. La première concernait la "stéréo polarimétrie SAR" et la deuxième le "système interférométrique polarimétrique GB-SAR". Pour la stéréo polarimétrie SAR, les jeux de données Pi-SAR furent utilisés. Le PISAR est un système SAR polarimétrique aéroporté développé par NICT et JAXA, au Japon. Les données Pi-SAR ont été acquises en février 2004 dans la ville de Sendaï, Japon. Ces données, acquises dans différentes directions d’observation autour de la cible, ne présentent pas de région d’ombre. Il est alors possible d’effectuer une analyse précise en utilisant l’ensemble des données.

La stéréographie à partir de données SAR est une technique utile pour réaliser des cartes en trois dimensions. Actuellement de nombreux résultats et rapports concernant la stéréographie SAR ont été publiés, mais l’information polarimétrique n’a pas encore été employée avec cette technique. Afin de valider l’hypothèse que l’information polarimétrique améliore la performance de la stéréographie SAR, un système au sol interférométrique polarimétrique SAR à large bande (GB-POLSAR) a été développé. Ce système se compose d’un analyseur de réseau vectoriel et peut fonctionner dans une gamme de fréquence de 50 MHz à 20 GHz, avec une ouverture horizontale de 20 m et de 1.5 m dans la direction verticale. En utilisant ce système radar, la surveillance d’objets naturels a été effectuée. De plus en appliquant une étude polarimétrique et interférométrique, développée pour l’analyse de données radar satellitaires, les mécanismes de dispersion et les comportements détaillés des objets naturels ont été analysés et caractérisés.

Site Web de l’équipe SAPHIR


Animateur : L. Ferro-Famil






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