Polarimétrie en configuration bistatique pour les mesures radar UHF sur l'environnement forestier et application au FoPen

Polarimetry in Bistatic Configuration for Ultra High Frequency Radar Measurements on Forest Environment

• Auteur / Autrice : Etienne Everaere
• Direction : Razvigor Ossikovski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar

Forêts

Polarimétrie

Mots clés libres

Bistatique

Résumé

Les systèmes radar permettent de couvrir de larges zones et grâce à la capacité qu’ont les ondes électromagnétiques qu’ils utilisent de passer à travers les milieux, le radar est un des outils les plus approprié pour la télédétection dans la forêt. Mais pour une utilisation efficace, il est important de choisir de bonne configuration d’acquisition. À trop haute fréquence l’onde ne pénètre pas, c’est pourquoi nous limitons notre étude aux bandes UHF, P et L. De plus, un système radar qui utilise une diversité de polarisations d’émission et de réception peut récolter plus d’information de la scène, car la polarisation est sensible à la structure de la forêt. Avec un récepteur radar dissocié de l’émetteur, la polarimétrie a encore plus de potentiel car la symétrie entre les trajets aller et retour du monostatique est évité. Le but de cette thèse est d’anticiper des mesures réelles bistatiques en bande P sur la forêt. Cela permet de donner des paramètres clés pour choisir la meilleure configuration que ce soit pour une application dans l’inversion des paramètres physiques de la forêt ou la détection d’objets artificiels dans la forêt. La solution que nous proposons consiste en l’utilisation d’un polarimètre à l’échelle optique et qui permet de faire des mesures sur un ensemble de configurations bistatiques à la fois. Les scènes utilisées sont constituées de nanotubes de carbone qui reproduisent les caractéristiques structurelles et diélectriques de forêts de troncs à l’échelle radar. Nous démontrons que ces mesures peuvent être utilisées pour anticiper la mesure bistatique radar mais elles permettent également la validation des codes de simulation existants. Le code COBISMO développé pour le radar peut reproduire les mesures de nanotubes. En utilisant les résultats de comparaison, le code de simulation est ensuite appliqué pour étudier les configurations et les polarisations les plus à même de retrouver l’orientation des branches et pour la détection sous le couvert forestier.

Due to penetration capabilities of electromagnetic waves and the possibility to cover large areas, radar is one of the most appropriate tool for remote sensing of forest. To use radar images for forestry, it is crucial to select and optimize the best configurations of acquisition. If the frequency is too high, no penetration occurs and only the top leafs will play a role in the scattering events. Large wavelengths used in radar are more able to penetrate the forest elements and to interact also with the ground below. For this reason, we limit this thesis to the use of UHF, P-band and L-band. By emitting and receiving several couples of polarizations, several images can be collected. The polarimetry is sensitive the structure information and consequently, it can bring a diversity of information. A radar system which comprises a transmitter and receiver which are spatially separated is an opportunity to supply additional information to classical polarimetric radar, because it breaks symmetry observed in the monostatic case. The aim of the thesis is to anticipate real P-band bistatic radar measurements on forest and to give keys to choose more appropriate configuration for a given application: physical parameter retrieval or target detection. The solution we propose is to construct an optical scale device that is full polarimetric and that handle the bistatic configurations, and to measure scene having a structure comparable to a real forest. We demonstrate that the optical scale measurement can be used to anticipate polarimetric behavior of forest and jointly to validate our simulation code. Polarization and configuration are studied to discriminate branch orientation and to detect man-made objects in the forest.