polarisation SARLa polarisation décrit l'orientation du champ électromagnétique émis et reçu par un système radar à synthèse d'ouverture (SAR). Étant donné que différentes surfaces et structures diffusent différemment les champs horizontaux et verticaux, la polarisation est l'une des variables les plus utiles pour l'interprétation des images SAR.
Ce guide explique les quatre canaux de polarisation linéaire (HH, HV, VH et VV) et les trois modes d'acquisition les plus courants : polarisation simple, double polarisation et quadruple polarisation. Il décrit également comment les ingénieurs choisissent un mode pour la télédétection, les tests radar et l'évaluation des systèmes d'antennes.
Qu'est-ce que la polarisation SAR ?
La plupart des systèmes SAR spatiaux utilisent une polarisation linéaire horizontale (H) et verticale (V). Un code de canal à deux lettres identifie d'abord la polarisation d'émission, puis la polarisation de réception. Par exemple, HH signifie émission et réception horizontales, tandis que HV signifie émission horizontale et réception verticale.
La polarisation est importante car une cible peut conserver la polarisation incidente, la faire pivoter ou dépolariser une partie du rayonnement de retour. La rugosité de surface, la géométrie, les propriétés diélectriques, la longueur d'onde, l'angle d'incidence et la structure interne influencent tous la rétrodiffusion mesurée. La polarisation doit donc être interprétée conjointement avec la bande de fréquence, la géométrie d'observation et les données d'image calibrées.
Que signifient HH, HV, VH et VV ?
| Canal | Transmettre | Recevoir | Classification |
|---|---|---|---|
| HH | Horizontal | Horizontal | Co-polarisé |
| HV | Horizontal | Verticale | polarisation croisée |
| VH | Verticale | Horizontal | polarisation croisée |
| VV | Verticale | Verticale | Co-polarisé |
Les canaux HH et VV sont co-polarisés car leurs polarisations d'émission et de réception sont identiques. Les canaux HV et VH sont à polarisation croisée car la polarisation de réception est orthogonale à la polarisation d'émission. Dans un système monostatique réciproque calibré, les réponses HV et VH sont souvent similaires, mais les deux canaux sont conservés lors des mesures polarimétriques complètes.
Les trois principaux modes de polarisation SAR
1. Polarisation unique
L'acquisition à polarisation unique enregistre un seul canal, généralement HH ou VV. Elle offre un volume de données réduit et un traitement simplifié lorsqu'un seul canal validé suffit. Son inconvénient réside dans le fait qu'un seul canal fournit moins d'informations sur les mécanismes de diffusion et la structure de la cible.
2. Double polarisation
L'acquisition à double polarisation enregistre deux canaux. Les combinaisons courantes incluent HH+HV et VV+VH, où le radar émet une polarisation et reçoit les échos à polarisation parallèle et croisée. Certains systèmes prennent également en charge une paire à polarisation parallèle, telle que HH+VV. Les données à double polarisation offrent une discrimination utile tout en limitant les besoins en débit de données et en traitement par rapport à la polarimétrie complète. L'ESA indique que Sentinel-1 prend en charge les configurations VV+VH ou HH+HV dans ses schémas de double polarisation.
3. Polarisation complète ou quadruple
L'imagerie SAR polarimétrique complète enregistre les signaux HH, HV, VH et VV comme des canaux complexes. Un radar quadripolaire classique émet les signaux H et V séquentiellement et reçoit les échos H et V, préservant ainsi les informations d'amplitude et de phase relative. Ceci permet l'analyse de la matrice de diffusion ainsi que la décomposition, la classification et la caractérisation détaillées des cibles.
Le compromis réside dans une complexité système accrue, des exigences d'étalonnage plus élevées, un volume de données plus important et un effort de traitement plus conséquent. Selon le capteur, le fonctionnement en polarisation complète peut également impliquer une bande de balayage plus étroite ou des contraintes d'acquisition différentes. La polarisation compacte constitue une autre architecture SAR valable, mais elle se distingue des modes linéaires traditionnels à polarisation simple, double et quadruple présentés ici.
Copolarisation vs. polarisation croisée
Les canaux à polarisation parallèle conservent généralement un fort signal provenant des surfaces et des structures qui maintiennent la polarisation transmise. Les signaux à polarisation croisée indiquent que le processus de diffusion a modifié une partie de l'état de polarisation par diffusion volumique, réflexions multiples, géométrie complexe ou structure anisotrope.
- Eaux calmes et surfaces lisses :Elles apparaissent souvent sombres lorsque la majeure partie de l'énergie est réfléchie loin du radar ; la rugosité, le vent et l'angle d'incidence peuvent augmenter la rétrodiffusion.
- Végétation:Les branches, les troncs et les feuilles créent une diffusion volumique, de sorte que les canaux de polarisation croisée peuvent ajouter des informations structurelles précieuses.
- Zones urbaines :Les bâtiments et les surfaces au sol peuvent générer de forts retours co-polaires et une diffusion à double rebond, en fonction de l'orientation et de la géométrie d'imagerie.
- Sol, neige et glace :L'humidité, la rugosité, la profondeur, la longueur d'onde et la structure interne affectent toutes la réponse de polarisation.
Il s'agit de principes d'interprétation et non de règles universelles. Le choix d'un canal ne doit pas être indépendant de la bande radar, de l'angle d'incidence, de la résolution, de la saison et de la qualité de l'étalonnage.
Comment choisir un mode de polarisation SAR
| Exigence | Point de départ pratique |
|---|---|
| Surveillance à grande échelle ou volume de données limité | Polarisation unique lorsqu'un canal validé répond à l'objectif de détection |
| Discrimination fondée sur la végétation, l'agriculture ou le couvert terrestre | Données à double polarisation (co- et croisée) pour des informations de diffusion supplémentaires |
| cartographie de la glace de mer, des océans ou des inondations | Choisissez les modes HH ou VV en fonction de la bande, de l'angle d'incidence et de la méthode validée. |
| Classification avancée ou décomposition par dispersion | Polarisation quadruple complète lorsque des informations à quatre canaux étalonnées en phase sont requises |
Le mode optimal dépend de l'application. Les ingénieurs doivent comparer le contenu informationnel avec la couverture, la résolution, le rapport signal/bruit, la largeur de la bande, le temps de revisite, les ressources de traitement et la capacité d'étalonnage.
Considérations relatives à l'antenne et aux radiofréquences pour un radar polarimétrique
La fiabilité des mesures polarimétriques dépend de plusieurs facteurs, au-delà de l'algorithme de traitement. L'antenne et la chaîne RF doivent garantir des performances stables dans les deux canaux de polarisation. Parmi les paramètres importants, on peut citer :
- fréquence de fonctionnement et bande passante instantanée ;
- équilibre du gain et du diagramme de rayonnement entre les ports H et V ;
- isolation entre ports et discrimination croisée des polarités ;
- stabilité d'amplitude et de phase ;
- Calibrage du TOS, de l'interface du connecteur et du câble ;
- Alignement de l'antenne, géométrie de montage et plan de référence d'étalonnage.
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Foire aux questions
Quelle est la première lettre d'un code de polarisation SAR ?
La première lettre indique la polarisation d'émission et la seconde, la polarisation de réception. HV signifie émission horizontale et réception verticale.
Quelle est la différence entre un SAR à double polarisation et un SAR à quadruple polarisation ?
L'enregistrement à double polarisation comporte deux canaux, généralement HH+HV ou VV+VH. L'enregistrement à quadruple polarisation comporte les canaux HH, HV, VH et VV et préserve les relations nécessaires à une analyse polarimétrique complète.
Existe-t-il toujours une polarisation SAR optimale ?
Non. Le mode le plus adapté dépend de la cible, de la longueur d'onde du radar, de l'angle d'incidence, de la résolution, des conditions environnementales et de l'objectif de traitement.
À quoi servent les canaux à polarisation croisée ?
Les techniques HV ou VH peuvent révéler une diffusion qui modifie la polarisation incidente, notamment la diffusion volumique et les cibles structurellement complexes telles que la végétation.
Conclusion
La polarisation SAR détermine la manière dont un radar illumine une cible et dont le champ de retour est mesuré. Les canaux HH et VV sont co-polarisés, tandis que HV et VH sont polarisés de manière croisée. La polarisation simple offre une meilleure efficacité, la double polarisation améliore la discrimination et la quadruple polarisation complète fournit l'ensemble de données polarimétriques linéaires le plus complet. Pour obtenir des résultats précis, il est nécessaire de prendre en compte conjointement le mode d'acquisition, le système d'antenne, la méthode d'étalonnage et les exigences de l'application.
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Références et lectures complémentaires
Pour en savoir plus sur les antennes, veuillez consulter :
Date de publication : 28 juin 2024
