Sensibilité des observables radars à la variabilité temporelle et à la configuration géométrique de forêts tempérées et tropicales à partir de mesure de proximité haute-résolution

L'augmentation importante de la population mondiale, et par conséquent de ses besoins, exerce une pression de plus en plus importante sur les surfaces forestières. L'outil le mieux adapté au suivi des forêts, à l'échelle du globe, est la télédétection. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui vise à améliorer l'estimation des paramètres biophysiques des arbres à partir de données de télédétection. L'originalité de ce travail a été d'étudier cette estimation des paramètres biophysiques en menant plusieurs études de sensibilité avec une démarche expérimentale sur des données expérimentales et sur des données simulées. Tout d'abord, l'étude s'est portée sur des séries temporelles de mesures de diffusiométrie radar obtenues sur deux sites : l'un constitué d'un cèdre en zone tempérée et l'autre d'une parcelle de forêt tropicale. Puis, cette étude de sensibilité a été poursuivie en imageant, avec une résolution élevée, plusieurs parcelles aux configurations différentes à l'intérieur d'une forêt de pin. Enfin, des données optiques et radars simulées ont été fusionnés afin d'évaluer l'apport de la fusion de données optique et radar dans l'inversion des paramètres biophysiques.The significant increase of the world population, and therefore its needs, pushes increasingly high in forest areas. The best tool for monitoring forest across the globe is remote sensing. It is in this context that this thesis, which aims to improve the retrieval of biophysical parameters of trees from remote sensing data, takes place. The originality of this work was to study the estimation of biophysical parameters across multiple sensitivity studies on experimental data and simulated data. First, the study focused on the time series of radar scatterometry measurements obtained on two sites: one characterized by a cedar in the temperate zone and the other by a forest plot of rainforest. Then, the sensitivity analysis was continued by imaging with high resolution, several forest plots with different configurations within a pine forest. Finally, simulated radar and optical data were combined to evaluate the contribution of optical and radar data fusion in the inversion of biophysical parameters.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Interferometric SAR remove sensing

In this thesis, spectral analysis techniques are generalized to process polarimetric multibaseline interferometric SAR data. These polarimetric array signal processing algorithms are described in a rigorous mathematical way and applied to urban areas. They permit the estimation of the reflector height, the scattering mechanism, and the polarimetric reflectivity. From single-baseline POL-InSAR observations, a digital elevation model of an urban scene is generated including the scattering types. Using polarimetric dual-baseline InSAR data, the building layover problem is resolved and three-dimensional SAR images are produced that reveal the reflection mechanisms.Dans cette thèse, des techniques d'analyse spectrale sont généralisées afin de traiter des données polarimétriques SAR interferométriques multi-bases. Ces algorithmes polarimétriques de traitement multi-capteurs sont décrits d'une manière mathématique rigoureuse et appliqués aux zones urbaines. Ils permettent d'estimer la hauteur des diffuseurs, le mécanisme de rétrodiffusion et la reflectivité polarimétrique. A partir des observations mono-base POL-InSAR, un modèle numérique d'élévation d'une zone urbaine est généré en déterminant les mécanismes de rétrodiffusion. L'utilisation des données bi-base POL-InSAR permet de résoudre le problème de déversement et de réaliser des images SAR en trois dimensions en indiquant les types de réflexion.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Estimation de l'humidité des sols par des mesures SAR polarimétriques

Ce travail est consacré à l'estimation de l'humidité des sols par des mesures SAR polarimétriques. Une conséquence de la nature vectorielle du champ électromagnétique est la polarisation des ondes. Les mesures SAR polarimétriques quantifient le changement de polarisation entre le champ incident, qui illumine la scène, et le champ rétrodiffusé. Il existe de nombreux modèles de rétrodiffusion surfaciques qui expriment les caractéristiques polarimétriques en fonction de l'humidité et de la rugosité des sols. Des effets de dépolaristion, non prédits par des modèles classiques, ont été observé. Cela nous a amené au de veloppement d'un nouveau modèle de rétrodiffusion baptisé F-Bragg. Ce modèle, développé au moyen d'une technique de perturbation, permet non seulement de rendre compte des effets observés mais s'applique également à une large classe de rugosité, notamment aux sols fractals. Nous proposons ensuite un algorithme d'inversion rapide qui permet de retrouver les propriétés du sol à partir de données SAR complètement ou partiellement polarimétrique.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Contribution à l'analyse de la réponse polarimétrique d'un couvert forestier

Un des buts de la télédétection est de faire des mesures non intrusives d'environnements naturels. Dans le cadre d'une application à la végétation, l'objectif est de retrouver les paramètres biophysiques d'une forêt à partir des mesures. Pour cela il est possible d'utiliser des modèles électromagnétiques pour simuler les paramètres polarimétriques mesurés. Cette étude détaille donc la constitution d'un modèle polarimétrique incohérent de végétation et son utilisation couplée à celle d'un modèle cohérent. Ces modèles s'appuient sur des mesures in-situ de la forêt fournies par l'INRA. Les résultats des simulations sont comparés à des mesures faites en chambre anéchoïque et à des images du capteur SAR polarimétrique RAMSES de l'ONERA acquises en bande P durant la campagne PYLA-2001. Cela pose les jalons de l'étude des relations directes entre les paramètres polarimétriques et les paramètres biophysiques, relations qui doivent ensuite être inversées.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Analyse temps-fréquence appliquée à l'imagerie SAR polarimétrique

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.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.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

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

Dans les réseaux téléphoniques de troisième génération, l'utilisation d'un mécanisme de compression robuste peut réduire le temps de transmission et augmenter l'utilisation d'une ressource rare tel que le support de transmission Hertzien. Mais la compression des en-têtes signifie aussi la réduction de la redondance dans l'information transmise qui se traduit par la perte des paquets s'il y a eu une erreur. Les travaux de cette thèse se concentrent sur les principales fonctionnalités du mécanisme de compression des en-têtes ROHC (Robust Header Compression), ainsi que les résultats obtenus dans nos expérimentations, plus particulièrement sur la compression du protocole IPv6. L'architecture de ROHC est complexe mais lui permet de s'adapter aux différentes caractéristiques du lien et au flux de données. L'analyse du mécanisme ROHC dans les réseaux bas-débit nous ont permit d'identifier les différentes caractéristiques du ROHC et d'étudier le paramétrage de ROHC sur les différentes liaisons et les performances dans les réseaux bruités.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Apport de l imagerie SAR satellitaire en bandes L et C pour la caractérisation du couvert neigeux

Cette thèse traite de l'apport de l'imagerie SAR satellitaire en bandes L et C pour la caractérisation du couvert neigeux. Un modèle électromagnétique (EM) permettant de simuler la rétrodiffusion de l'onde sur un couvert neigeux a été développé. Ce modèle prend en considération la structure verticale du manteau neigeux ainsi que l'état de métamorphose des différentes couches. Il est validé à l'aide de profils stratigraphiques mesurés et des données SAR acquises parallèlement par le capteur ASAR/ENVISAT en 2004. L'originalité principale de cette étude consiste en l'association des données SAR à polarisation double avec le modèle météorologique Crocus développé par Météo-France. Dans le but de caractériser la variabilité spatiale des couverts neigeux alpins, les profils stratigraphiques Crocus sont réorganisés spatialement par le biais d'une optimisation de la réponse EM en bande C. Des cartographies du couvert neigeux sont réalisées avec une résolution métrique pour les massifs alpins des Grandes Rousses et de l'Oisans. Finalement, le potentiel des données polarimétriques en bande L pour la caractérisation de la neige est étudié sur des zones rurales. Une méthode de cartographie basée sur les Machines à Vecteurs Supports est réalisée puis testée avec des données acquises par le capteur PALSAR/ALOS.This thesis concerns snow remote sensing using spaceborne SAR imagery at L- and C-Bands. An electromagnetic (EM) backscattering model is developed to calculate radar backscatter from snow cover. This model takes into consideration both the vertical snowpack structure and the metamorphosis state of each snow layer. It is validated using in situ snow profiles and SAR data simultaneously acquired by the ASAR/ENVISAT sensor in 2004. The main contribution of this study consists in the combination of dual-polarization SAR data with the meteorological Crocus model developed by Météo-France. To characterize the variability of alpine snowpack, Crocus snow profiles are spatially reorganized by minimizing the difference between simulated and measured C-Band SAR data. Snow characteristics maps have been created at SAR resolution level for the French massifs Grandes Rousses'' and Oisans''. The potential of polarimetric L-Band SAR data for snow characterization is investigated in rural areas. A classification method based on Support Vector Machine techniques is developed and evaluated with SAR data acquired by the PALSAR/ALOS sensor.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Analyse d'images SAR polarimétriques aéroportées pour l'estimation de paramètres bio-physiques des sols agricoles

Ce travail porte sur la faisabilité d'estimer l'humidité de différents types de sols agricoles cultivés à l aide de données SAR polarimétriques acquises en bande L par le radar aéroporté du centre aérospatial allemand, E-SAR. Différents modèles électromagnétiques sont étudiés afin de simuler le comportement de la rétrodiffusion des ondes par les sols nus et recouverts de végétation, et de déterminer l'influence de l'humidité du sol sur la réponse du radar. Par ailleurs, les sols agricoles labourés sont modélisés en utilisant une structure périodique pour la géométrie de la surface afin de comprendre leur comportement électromagnétique particulier. Les méthodes d'inversion classiques sont démontrées non valides pour les sols périodiques. Ainsi, une nouvelle méthode d'inversion de l humidité basée sur le paramètre polarimétrique alpha 1 est développée et appliquée sur des images radar contenant des sols nus. Différentes cartes d'humidité sont ainsi obtenues. De plus, une méthode basée sur une décomposition temps-fréquence du signal radar permet de détecter ces champs non-stationnaires. Une dernière étude est menée avec des images multi-dates sur des champs recouverts de végétation. Afin de déterminer la faisabilité d'estimer l'humidité de ces sols agricoles, une identification des différents types de végétations est nécessaire. Ainsi, une classification basée sur la méthode des machines à vecteur support et sur l'analyse du comportement des paramètres polarimétriques est développée. Les cartes de végétation résultantes permettent de suivre l'évolution temporelle des cultures.This work deals with the feasibility of the soil moisture estimation over different kinf of agricultural fields from polarimetric SAR data acquired in L band by the airborne radar of Germany Aerospatiale center, E-SAR. Different electromagnetic models are studied in order to simulate the backscattering behavior from bare and vegetated soils and to determine the soil moisture influence on radar response. Furthermore, the plowed agricultural fields are modelled by using periodic structure within the surface geometry in order to understand their particular electromagnetic behavior. Classical inversion methods are proved no valid for the periodic soils. Thus, a new inversion method based on the polarimetric parameter alpha 1 is developed and applied on radar images where bare soils occur. Thus, different moisture mapping are obtained. Moreover, a method based on a time-frequency decomposition allows to detect nonstationary fields. The last study is performed using multi-temporal images over fields covered by vegetation. In order to determine the feasibility to estimate soil moisture, an identification of different kind of vegetation is necessary. Thus, a classification based on the support vector machine and on the analysis of polarimetric parameter behavior is developed. The obtained vegetation maps allow to follow temporal evolution of plants.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Traitements temps-fréquence pour l'analyse de scènes complexes dans les images SAR polarimétriques

Ces travaux concernent l'utilisation de méthodes temps-fréquences pour l'étude des images SAR polarimétriques au travers de deux applications. La réponse des cibles mobiles est étudiée. Sa forme particulière conduit à une méthode de détection et refocalisation basée sur la transformée de Fourier fractionnaire. De plus, la problématique est étendue au cas des cibles possédant une réflectivité dépendant des paramètres d'illumination (angle et fréquence). Une approche basée sur une modélisation de la cible sur l'algorithme de Matching-Pursuit est présentée. La détection des bâtiments dans les images SAR de zones urbaines en bande L est abordée dans le cadre temps-fréquence. Les notions complémentaires de stationnarité et de cohérence sont exploitées pour produire une classification temsp-fréquence, permettant d'identifier les environnements naturels et différents types de cibles artificielles. Des applications à la cartographie et à la caractérisation de bâtiments sont proposées.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF

Génération de MNT d'une zone montagneuse par radargrammétrie et approche multi-fenêtre

L'imagerie par Radar à Synthèse d'Ouverture (ROS) offre de nombreux axes de recherche en télédétection, dont l'obtention de Modèles Numériques de Terrain (MNT) à partir de couples d'images ROS stéréoscopiques : la radargrammétrie. La radargrammétrie se découpe en plusieurs étapes : géométrie de la prise de vue, mise en correspondance (ou appariement) par corrélation puis reconstruction géométrique par résolution des équations de localisation multi-scènes. De plus, un filtrage du speckle (bruit propre aux images radar) et un traitement pyramidal permettent de réduire les erreurs d'appariement. Sur la zone étudiée, ces méthodes génèrent un MNT satisfaisant mais encore imprécis. Nous proposons alors une nouvelle méthode, qui consiste à utiliser des fenêtres de corrélation de tailles différentes : l'approche multi-fenêtre. Nous montrons que cette technique permet de fiabiliser l'appariement et d'améliorer les résultats de reconstruction altimétrique.Synthetic Aperture Radar (SAR) imagery offers many ways of research in remote sensing, including Digital Elevation Models (DEM) generation from pairs of stereoscopic SAR images: the radargrammetry. Radargrammetry is divided into several steps: viewing geometry, image matching by correlation and geometric reconstruction solving 3D stereo intersection equations. Moreover, speckle (particular noise in radar images) filtering and using a pyramidal scheme can reduce matching errors. In the study area, these methods generate a quite good DEM but not enough accurate. So, we propose a new method, using different correlation windows sizes: the multi-window approach. This technique allows to make a reliable matching and to improve the reconstruction results accuracy.RENNES-INSA (352382210) / SudocSudocFranceF