Étude de la rétrodiffusion des surfaces d'eau en bande Ka à faible incidence

Study of the backscattering from water surfaces in Ka-Band at low incidence

• Auteur / Autrice : Olivier Boisot
• Direction : Charles-Antoine Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Télédétection et Océanographie
• Date : Soutenance le 28/09/2015
• Etablissement(s) : Toulon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences (Toulon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (Marseille ; Toulon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : EPIC : Centre national d'études spatiales (France)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Collecte localisation satellites
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Danièle Hauser, René Garello, Laïba Amarouche, Jean-Claude Lalaurie, Philippe Forget, Roger Fjørtoft
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Danièle Hauser, René Garello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Signal, Théorie du (télécommunications)

Interférométrie

Ondes de surface

Radar Doppler

Télédétection

Océanographie -- Appareils et matériel

Mots clés libres

Modélisation

Diffusion par les surfaces d’eau

Nadir

Faibles incidences

Micro-ondes

Bande Ka

Temps de corrélation

Doppler des vagues

Interférométrie SAR

SWOT

Modelling

Scattering from water surfaces

Low incidences

Microwaves

Ka-band

Correlation time

Waves Doppler

SAR interferometry

Résumé

L’évolution des techniques altimétriques de la bande Ku Nadir vers la bande Ka et l’interféro-métrie large fauchée proche Nadir dans le contexte de la mission SWOT (« Surface Water Ocean Topography », CNES/NASA) soulève de nouvelles questions scientifiques quant à la validité des modèles de rétrodiffusion des surfaces d’eau dans cette bande de fréquence et les erreurs sur les estimations de hauteurs d’eau dues aux mouvements de ces surfaces au cours du temps. Un modèle de rétrodiffusion (GO4) adapté à la configuration SWOT est présenté. Il conserve la précision du modèle de référence de l’Optique Physique tout en gardant la simplicité du modèle plus couramment employé de l’Optique Géométrique. En plus du paramètre classique de pente, il introduit un paramètre supplémentaire, dit de « courbure effective » (msc). Le modèle permet l’inversion des paramètres de pente et de courbure de la surface sous certaines conditions déve-loppées dans ce manuscrit. La validité des modèles conjoints de rétrodiffusion en bande Ka et de surface d’eau a été vérifiée sur des mesures radar effectuées en soufflerie dans un environnement contrôlé. Dans une dernière partie, les propriétés temporelles du signal rétrodiffusé ont été étudiées, en particulier le temps de corrélation et le décalage Doppler induit par le mouvement des vagues. Nous étudions l’influence de ces quantités sur les performances de la synthèse SAR non focalisée du système SWOT.

The evolution of the altimetric techniques from Ku-band to Ka-band and the wide swath al-timetry in the context of the SWOT mission (« Surface Water Ocean Topography », CNES/NASA) raises new scientific questions about the validity of the backscattering models from water sur-faces in such a frequency band and errors in estimating water heights from time-evolving water surfaces. A backscattering model (GO4) adapted to the SWOT configuration is introduced. It preserves the accuracy of the referencial Physical Optics model while maintaining the simplicity of the clas-sical Optical Geometrics model. In addition to the classical slope parameter, it introduces another parameter called as « effective curvature » (msc). This model allows the inverson of the surface slope and curvature parameters under certain conditions which are developped in this manus-cript. The joint validity of the backscattering models in Ka-band and from water surfaces is che-cked from controlled wind-wave tank radar measurements . In a last part, the temporal properties of the backscattered signal is studied, in particular the correlation time and the Doppler shift induced by waves motion. Influence of the latters on the non focused SAR synthesis is studied in the context of the SWOT system.