Analyse temps-fréquence appliquée à l'imagerie SAR polarimétrique

par Mickael Duquenoy

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Éric Pottier.

Soutenue en 2009

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Traitement du signal
• Traitement d'images
• Radar à antenne synthétique
• Analyse temps-fréquence
• Polarimétrie

Résumé

L’imagerie SAR considère les cibles comme un ensemble de diffuseurs ponctuels, isotropes et non-dispersifs. Ce modèle devient obsolète pour les nouvelles applications radar qui utilisent une large bande et une forte excursion angulaire. Il s’agit donc d’étudier les non-stationnarités par l’outil usuel : l’analyse temps-fréquence. Les transformées temps-fréquence usuelles permettent de construire des hyperimages (images à 4 dimensions) décrivant l’énergie en fonction de la fréquence émise et de l’angle de visée. Cette source d’information est reliée à la section efficace radar (SER). Une autre source d’information en imagerie radar est la polarimétrie. Il s’agit d’utiliser conjointement ces deux sources d’information afin de caractériser les diffuseurs. Par application des ondelettes continues et des décompositions cohérentes sur la matrice de Sinclair, des hyperimages polarimétriques sont générées. Ces hyperimages permettent de décrire le comportement polarimétrique en fonction de l’angle de visée et de la fréquence émise. Dans certains cas elles décrivent globalement le mécanisme de rétrodiffusion, par sa nature, son orientation relative dans le plan horizontal et son orientation absolue dans le plan vertical. De plus, elles mettent en évidence un nouveau phénomène : la non-stationnarité polarimétrique. Celle-ci serait causé par le fait que le radar ne voit pas la même géométrie au cours de l’acquisition. De ces hyperimages polarimétriques, l’information est synthétisée et une nouvelle classification phénoménologique est proposée.

Titre traduit

Time-frequency analysis applied to polarimetric Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging

Résumé

SAR imaging considers target as a set of scatterers, ponctual, isotropic and non-dispersive. This assumption becomes obsolet for new applications radar using a large band and a large angular spreading. The aim is to study the non-stationary behavior by using the basic tool : the timefrequency analysis. The usual time-frequency transforms allow to build hyperimages (images in 4 dimensions) describing the energy versus emitted frequency and observation angle. This information source is lain to radar cross-section (RCS). Another information source in radar imaging is polarimetry. The goal is to joint use these two information sources to characterize scatterers. By applying continuous wavelet and polarimetric coherent decompositions on the Sinclair matrix, some polarimetric hyperimages are built. These hyperimages allow to describe the polarimetric behavior versus the observation angle and the emitted frequency. In some case, they globally describe the backscattering mecanism by its nature, its relative orientation in the horizontal plan, its absolute orientation in the vertical plan. Moreover, they highlight a new phenomenum : the polarimetric non-stationary. This woul be caused by the fact the radar does not see the same geometry during the processing. From polarimetric hyperimages, a new phenomenological classification is proposed.