Identification et détection de phénomènes transitoires contenus dans des mesures radar à faible rapport signal à bruit : Applications conjointes aux problématiques océanographique et atmosphérique

par Baptiste Domps

Thèse de doctorat en Physique. Télédétection radar

Sous la direction de Charles-Antoine Guérin.

Soutenue le 13-12-2021

à Toulon , dans le cadre de École doctorale Mer et Sciences. ED 548 (Toulon) , en partenariat avec Degreane Horizon (entreprise) et de Institut méditerranéen d'océanologie (MIO) (Marseille ; Toulon) (laboratoire) .

Le président du jury était Anne Molcard.

Le jury était composé de Marie Lothon, Julien Marmain.

Les rapporteurs étaient Alexandre Baussard, René Garello.


  • Résumé

    L'observation de la dynamique de l'atmosphère et de la surface de l'océan peut être réalisée par télédétection radar. L'approche habituelle consiste, dans les deux cas, à calculer numériquement le spectre Doppler des échos temporels reçus à l'aide d'une transformée de Fourier discrète. Bien que satisfaisante pour la plupart des applications, cette méthode ne convient pas pour l'observation de phénomènes transitoires, plus courts que le temps d'intégration nécessaire à l'observation radar. Nous utilisons une technique alternative, basée sur une représentation autorégressive des séries temporelles radar et associée à la méthode dite à entropie maximale. Cette approche est appliquée à la mesure de courants de surface par radar côtier dans la bande des hautes fréquences, puis à celle de vent dans la basse atmosphère par radar en bande L. Dans les deux situations, nous montrons à l'aide de simulations numériques, de comparaisons avec d'autres instruments et d'études de cas que l'approche proposée conduit à des estimations fiables des grandeurs géophysiques (courants marins et vitesses de vent) pour des temps d'intégration brefs, là où la méthode conventionnelle échoue.

  • Titre traduit

    Identification and detection of transient phenomena from low signal-to-noise ratio radar signals : joint application to oceanographic and atmospheric sensing


  • Résumé

    Observations of atmospheric and ocean surface dynamics can be performed via radar remote sensing. The usual approach consists, in both cases, in numerically calculating the Doppler spectrum of the received temporal echoes using a discrete Fourier transform. Although satisfactory for most applications, this method is not suitable for observations of transient phenomena due to being shorter than the integration time required for radar observations. We use an alternative technique based on an autoregressive representation of the radar time series combined with the maximum entropy method. This approach is applied to coastal radar measurements of surface currents in the high frequency band as well as to L-band radar measurements of wind in the lower atmosphere. For both cases, through numerical simulations and case studies, we compare our approach with others that use different instruments. We show that for short integration times, where conventional methods fail, our proposed approach leads to reliable estimates of geophysical quantities (ocean currents and wind speeds).

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