Chapitre 2. Principes de l’imagerie radar à synthèse d’ouverture2.3.1. La matrice de diffusionOn définit une matrice complexe de diffusion S reliant le champ électrique incident E i et lechamp électrique E s rétrodiffusé par une cible complexe située à une distance R de l’antenneémettrice :jkRjkRe⎡ sv ⎤ e ⎡ vv vh ⎤⎡iv ⎤Es= SEisoit ⎢ ⎥ = ⎢ ⎥⎢⎥REshR ShvShhEih⎦⎣E⎦⎣SS⎦⎣E(II-1)Chaque terme de cette matrice s’écritSijjφij= S e si bien que l’onde rétrodiffusée est aijpriori modifiée par rapport à l’onde incidente en amplitude, phase et polarisation.Cependant, en configuration monostatique, on peut montrer par un théorème de réciprocitéque les termes croisés S hv et S vh sont égaux, et comme on ne connaît pas les phases exactesmais seulement les phases relatives (car on ne connaît pas avec suffisamment de précision ladistance antenne-cible R, et donc la phase k.R où k=2π/λ, λ étant la longueur d’onde), on adonc au total 5 quantités indépendantes (3 d’amplitude et 2 de phase) dans cette matrice dediffusion, qui caractérisent entièrement les propriétés de diffusion de la cible.Comme évoqué dans le premier chapitre, les premiers SARs spatiaux (ERS-1 et 2, JERS,RADARSAT-1) ne mesuraient qu’un seul de ces 5 paramètres. Par exemple, pour mesurerShh, il suffit d’avoir à l’émission et à la réception une antenne unique polariséehorizontalement. Les instruments plus récents intègrent un nombre croissant de paramètres,par exemple 2 (amplitudes) pour le mode Alternating Polarisation d’ASAR, 3 (deuxamplitudes et une phase) pour les systèmes permettant des acquisitions cohérentes en doublepolarisation,ou la totalité des 5 paramètres pour les polarimètres. Ces derniers dispositifscomportent deux antennes qui émettent séquentiellement une onde V et une onde H, etreçoivent simultanément la composante verticale et horizontale du champ rétrodiffusé, enmesurant pour chaque configuration l’amplitude et la phase du signal. Ces systèmes, déjàprésents dans certains des satellites les plus récents (RADARSAT-2, ALOS/PALSAR), sontvraisemblablement amenés à se généraliser dans le futur. Néanmoins, certaines contrainteslimitent l’intérêt des polarimètres. En effet, afin de maintenir des performances comparables àcelles d’un radar mono-polarisation ayant une fréquence de répétition des impulsions (PRF) f r ,un polarimètre doit fonctionner avec une PRF égale à 2f r . Une conséquence de ce doublementde la PRF est que la largeur de fauchée doit être réduite de moitié afin de limiter les effets del’ambiguïté radiale, présentée plus loin dans ce chapitre. En outre, l’enregistrement des quatre47
Chapitre 2. Principes de l’imagerie radar à synthèse d’ouverturetermes complexes de la matrice de diffusion, au lieu d’un seul pour un SAR monopolarisation,font que le volume de données enregistré pour chaque pixel est multiplié parquatre, ce qui est contraignant vis-à-vis du le taux de transmission de données entre le satelliteet les stations de réception.2.3.2. Le coefficient de rétrodiffusionOn associe à une cible étendue une surface équivalente radar (SER), notée σ ij , définie commeétant le rapport entre la puissance diffusée par la cible et la puissance surfacique reçue par lacible lors de l’illumination par l’onde émise par l’antenne. On a donc :Pdσij= 4πR 2(II-2)Ptoù P t représente la puissance transmise par l’antenne en polarisation i, et P d la puissancediffusée par la cible.Pour caractériser ces cibles de manière plus générale, la SER est normalisée par la surface ausol de la cible A c , et on introduit le coefficient de rétrodiffusion σ 0 :σ0 ijσij=(II-3)AcLes puissances étant proportionnelles aux carrés des modules des champs électriques (P=Z|E|²où Z est l’impédance du milieu de propagation), on obtient à partir de (II-1) et (II-2) larelation suivante :π 2σ = S(II-4)0 4ijAcLe coefficient de rétrodiffusion est donc une estimation directe d’un paramètre de la matricede diffusion. Il mesure l’intensité du signal SAR, qui est le carré de l’amplitude.Par l’intermédiaire de l’équation radar, on peut relier ce coefficient de rétrodiffusion à lapuissance P r reçue par l’antenne en polarisation j :ijoù G représente le gain de l’antenne.Pr2 2 0G λ Acσij= P(II-5)t4( 4π) 3RDans la pratique, une image SAR est composée de pixels caractérisés par un comptenumérique CN qui est en fait une mesure de l’amplitude du champ reçu par l’antenne, dont lecarré est proportionnel à la puissance reçue. On a donc au final :48