CARTOGRAPHIE DES RIZIERES BASEE SUR LE RAPPORT DE POLARISATION HH/VV

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Les pratiques culturales

Bien quโ€™on puisse le trouver un peu partout ร  travers le monde, le riz a besoin de chaleur et dโ€™eau et est donc cultivรฉ majoritairement dans les rรฉgions tropicales et sub-tropicales (critรจre de tempรฉrature), et dans les zones humides et sub-humides (critรจre dโ€™humiditรฉ du sol due aux prรฉcipitations). Lโ€™Institut International de Recherche sur le Riz (IRRI) distingue, dans Maclean et al. (2002), quatre types de riziculture, dรฉfinis par les pratiques hydrologiques qui leur sont associรฉes. La riziculture irriguรฉe (irrigated rice) est pratiquรฉe dans des riziรจres entourรฉes de diguettes dans lesquelles le niveau dโ€™eau est contrรดlรฉ par des systรจmes dโ€™irrigation et de drainage. Une couche dโ€™eau dโ€™environ 2 ร  20 cm est maintenue pendant la majeure partie de la saison. Ce type de riziculture fournit les rendements les plus รฉlevรฉs, et bien quโ€™elle ne constitue quโ€™un peu plus de la moitiรฉ des surfaces cultivรฉes, elle contribue ร  75% de la production mondiale en riz, et est donc le systรจme majoritaire.
Dans la riziculture pluviale de plaine (rainfed lowland rice), parfois รฉgalement appelรฉe riziculture inondรฉe, le niveau de lโ€™eau nโ€™est plus contrรดlรฉ activement par irrigation, mais dรฉpend de lโ€™alimentation par les eaux de pluie, par le ruissellement dโ€™eaux provenant dโ€™un rรฉservoir ou par simple gravitation dโ€™une parcelle ร  une autre. Ce systรจme de culture est donc รฉvidemment beaucoup plus exposรฉ aux risques de sรฉcheresses prolongรฉes ou dโ€™inondations subites, et fournit des rendements plus faibles. Avec 31% des surfaces cultivรฉes, la riziculture pluviale de plaine reprรฉsente 21% de la production mondiale.
La riziculture dโ€™altitude (upland rice) est pratiquรฉe sur des terrains gรฉnรฉralement peu fertiles que lโ€™on ensemence ร  sec et oรน les rรฉcoltes dรฉpendent fortement des rรฉgimes de pluies, notamment dans certains pays dโ€™Afrique et dโ€™Amรฉrique latine, mais aussi sur les rives des fleuves en Asie, lorsque les eaux se retirent ร  la fin de la saison des pluies. Ce type de culture, dans lequel les champs ne sont donc pas inondรฉs, ne reprรฉsente quโ€™une trรจs faible proportion de la production mondiale (environ 4%), pour une surface de 9%.
Dans la riziculture dโ€™inondation (flood-prone rice), lโ€™eau de culture est fournie par les crues des riviรจres et des fleuves ou par les marรฉes qui touchent les embouchures des grands deltas. La profondeur de lโ€™eau peut parfois dรฉpasser les 5 mรจtres et nรฉcessite lโ€™utilisation de variรฉtรฉs spรฉcifiques de riz dโ€™eau profonde ou de riz flottant. Les rendements, tributaires de la mรฉtรฉo, restent assez bas. Avec 8% des surfaces cultivรฉes, ce type de riziculture ne fournit que 3% de la production mondiale, et est progressivement remplacรฉe par la riziculture irriguรฉe quand des amรฉnagements hydrauliques sont rรฉalisรฉs.
La majoritรฉ des surfaces rizicoles du monde est donc soit en riziculture irriguรฉe, soit en riziculture pluviale de plaine. Dans ces deux cas, les riziรจres sont recouvertes dโ€™une lame dโ€™eau plus ou moins รฉpaisse durant la majeure partie de leur cycle de croissance. Cette couche dโ€™eau va influencer le signal de tรฉlรฉdรฉtection.
Jusquโ€™ร  rรฉcemment, il รฉtait recommandรฉ de conserver cette couche dโ€™eau pendant toute la durรฉe du cycle de croissance si possible. Depuis quelques annรฉes, en raison de la rarรฉfaction des ressources en eau, lโ€™IRRI conseille dans Bouman et al. (2007) dโ€™appliquer une irrigation alternรฉe (AWD : alternative wetting and drying), et de laisser le niveau dโ€™eau descendre jusquโ€™ร  15 cm au-dessous du sol avant dโ€™irriguer ร  nouveau.
Dans le cas du semis direct, les grains de riz, souvent prรฉalablement germรฉs, sont semรฉs ร  la volรฉe dans les champs humides mais non inondรฉs, puis sont recouverts dโ€™une couche dโ€™eau immรฉdiatement ou plus souvent plusieurs jours aprรจs.
Dans le cas du repiquage, les grains de riz sont semรฉs densรฉment dans une pรฉpiniรจre, sous une couche dโ€™eau, oรน ils vont grandir pendant 15 ร  30 jours avant dโ€™รชtre repiquรฉs dans des champs recouverts dโ€™une fine couche dโ€™eau. Le repiquage peut รชtre manuel, dans les zones oรน la main dโ€™ล“uvre est abondante, ou mรฉcanique, et donc avec un alignement trรจs rรฉgulier, dans les zones plus riches oรน les agriculteurs disposent de machines.
Dans les pays en dรฉveloppement, et notamment au Vietnam, le repiquage manuel, qui est la mรฉthode de plantation traditionnelle est progressivement remplacรฉe par le semis direct en raison de lโ€™augmentation du coรปt de la main dโ€™ล“uvre. En consรฉquence, la densitรฉ des plantes de riz dans les riziรจres est plus รฉlevรฉe.
Les mรฉthodes de plantation vont influencer le signal de tรฉlรฉdรฉtection par deux aspects : la prรฉsence ou non dโ€™eau en dรฉbut de saison et la densitรฉ des plantes.

Morphologie et cycle de croissance du riz

Le riz (Oryza sativa), originaire de lโ€™Inde et de la Chine, se dรฉcline traditionnellement en deux cultivars principaux, indica et japonica. Le riz indica possรจde des grains longs et รฉtroits. Il est cultivรฉ dans les rรฉgions humides des tropiques et sub-tropiques et possรจde un rendement assez faible. Le riz japonica, aux grains ovales ou ronds, pousse dans les zones tropicales ou tempรฉrรฉes, et possรจde un fort rendement. A partir du milieu des annรฉes 60, des cultivars hybrides ont รฉtรฉ crรฉรฉs. Ils possรจdent de forts rendements et un cycle de croissance plus court, ce qui permet dโ€™obtenir plusieurs rรฉcoltes de riz par an, jusquโ€™ร  3 dans les zones irriguรฉes tropicales. En fonction des variรฉtรฉs utilisรฉes et des conditions climatiques, le cycle de culture du riz peut varier de 90 ร  plus de 150 jours.
La phase vรฉgรฉtative sโ€™รฉtend de la germination ร  lโ€™initiation florale. Elle se caractรฉrise par une รฉmission importante de talles (tiges secondaires naissant ร  la base de la tige principale), une augmentation de la hauteur de la plante, et le dรฉveloppement de feuilles ร  des intervalles rรฉguliers. Environ 40 ร  65 jours aprรจs le repiquage, les touffes couvrent totalement les espaces entre les plantes. Pendant toute cette pรฉriode, la structure de la plante reste รฉrectophile : les talles sont quasi-verticaux et les feuilles ont un angle dโ€™insertion faible (5 ร  20ยฐ).
La phase reproductive comprend les stades dโ€™รฉpiaison/floraison : diminution du nombre de talles, dรฉveloppement de la feuille paniculaire, formation et floraison des panicules. Elle dure de 25 ร  35 jours. La hauteur des plantes se stabilise et lโ€™angle dโ€™insertion des feuilles augmente pour atteindre 30 ร  40ยฐ, faisant perdre ร  la plante son allure verticale.
La phase de maturation se traduit par le mรปrissement des grains et lโ€™assรจchement de la plante, et dure de 25 ร  40 jours.

La tรฉlรฉdรฉtection : potentiel pour le suivi des riziรจres

Questions : quelles familles dโ€™instruments de tรฉlรฉdรฉtection spatiale sont aptes ร  observer les riziรจres ? Lesquelles peuvent fonctionner ร  lโ€™รฉchelle rรฉgionale voire globale, avec une frรฉquence temporelle รฉlevรฉe ?
Les techniques de tรฉlรฉdรฉtection consistent ร  identifier des caractรฉristiques de la surface terrestre et ร  estimer leurs propriรฉtรฉs bio-gรฉophysiques en utilisant lโ€™information portรฉe par le rayonnement รฉlectromagnรฉtique รฉmis ou rรฉflรฉchi par ces surfaces, dans un certain domaine de longueurs dโ€™onde ou de frรฉquences1. Ce rayonnement รฉlectromagnรฉtique est captรฉ par des instruments situรฉs ร  grande distance des cibles observรฉes : sur un avion ou un hรฉlicoptรจre pour la tรฉlรฉdรฉtection aรฉroportรฉe, et sur un satellite ou une navette spatiale pour la tรฉlรฉdรฉtection spatiale. Cโ€™est cette distance qui permet dโ€™observer de grandes surfaces de maniรจre synoptique. Pour rรฉpondre aux besoins de rรฉpรฉtitivitรฉ de lโ€™observation, nous nous ne nous intรฉressons ici quโ€™aux systรจmes orbitaux, cโ€™est-ร -dire portรฉs par des satellites.
La variรฉtรฉ des instruments de tรฉlรฉdรฉtection est grande, tout comme leur gamme dโ€™applications. Certains instruments comme les altimรจtres permettent dโ€™obtenir des acquisitions monodimensionnelles, c’est-ร -dire localisรฉes spatialement sur la surface terrestre le long dโ€™une ligne situรฉe ร  la verticale de la trajectoire du satellite qui le porte. Pour la problรฉmatique qui nous concerne, nous nous intรฉressons toutefois ici uniquement aux systรจmes imageurs, qui permettent des acquisitions bidimensionnelles sous forme dโ€™images de la surface observรฉe
On distingue tout dโ€™abord les systรจmes actifs et passifs, selon que lโ€™onde dรฉtectรฉe est initialement รฉmise par le systรจme et rรฉflรฉchie par la cible pour le premier cas, ou bien soit รฉmise par une source externe et rรฉflรฉchie par la cible, soit รฉmise directement par la cible, pour le second cas. Une seconde distinction concerne le domaine รฉlectromagnรฉtique auquel appartient le rayonnement enregistrรฉ par les capteurs, avec principalement deux grandes familles dโ€™instruments : ceux qui opรจrent dans le domaine optique, et ceux qui opรจrent dans le domaine des micro-ondes.
1 La longueur dโ€™onde ฮป et la frรฉquence f dโ€™une onde รฉlectromagnรฉtique sont liรฉes par la relation : ฮป=c/f oรน c est la vitesse de la lumiรจre (299 792 458 m/s). Une petite longueur dโ€™onde correspond donc ร  une frรฉquence รฉlevรฉe, et inversement.

Les imageurs optiques

Dans le domaine optique, les gammes de longueur dโ€™onde concernรฉes comprennent la lumiรจre visible (longueur dโ€™onde : 380-760 nm ; frรฉquence : 400-790 THz), et par extension les infrarouges (0,76-10 ยตm ; 0,3-400 THz), et plus rarement les ultraviolets (10-380 nm ; 0,79-30 PHz). Les imageurs optiques sont des systรจmes passifs qui enregistrent sur leurs capteurs le rayonnement optique issu du soleil et rรฉflรฉchi par les surfaces observรฉes. De par leur modalitรฉ de fonctionnement, ces systรจmes ne peuvent effectuer des observations que de jour et sans couverture nuageuse. Cette contrainte est assez limitante dans le cas de lโ€™observation des riziรจres car celles-ci sont situรฉes en majoritรฉ dans les zones tropicales, oรน la prรฉsence de nuages est frรฉquente. Les instruments qui mesurent ces intensitรฉs de flux รฉlectromagnรฉtiques lumineux sont des radiomรจtres, fournissant des mesures panchromatiques, et des spectroradiomรจtres, fournissant des mesures en fonction de la longueur dโ€™onde, permettant de constituer des donnรฉes multispectrales. Les imageurs optiques actuellement en orbite fonctionnent sur une grande gamme de rรฉsolutions spatiales, de quelques dizaines de centimรจtres ร  quelques centaines de mรจtres. En raison de la bande passante limitรฉe des systรจmes spatiaux, la largeur de fauchรฉe des acquisitions dรฉcroรฎt quand la rรฉsolution spatiale sโ€™amรฉliore et quand le nombre de bandes spectrales acquises augmente. Il y a donc un compromis ร  trouver entre la finesse dโ€™observation (spatiale et spectrale) et la taille de la zone couverte. De par le besoin dโ€™observations ร  lโ€™รฉchelle rรฉgionale voire continentale, nous devons privilรฉgier les systรจmes permettant des acquisitions avec une large fauchรฉe, ce qui laisse de cรดtรฉ un certain nombre de systรจmes imageurs optiques rรฉcents qui privilรฉgient plutรดt la rรฉsolution spatiale ou lโ€™information spectrale (systรจmes hyperspectraux).
Dans ce domaine optique, la rรฉponse spectrale des surfaces vรฉgรฉtales est dominรฉe par la rรฉponse particuliรจre de la chlorophylle, qui sโ€™exprime notamment par une faible rรฉflectance dans le bleu et le rouge, une rรฉflectance un peu plus รฉlevรฉe dans le vert, et trรจs รฉlevรฉe dans le proche infrarouge. Pour cette raison, les principaux systรจmes optiques multispectraux (par exemple Landsat, SPOT, MODIS, MERIS) ont intรฉgrรฉ une bande rouge et une bande infrarouge afin de rendre possible lโ€™observation de lโ€™activitรฉ photosynthรฉtique, et donc de la vรฉgรฉtation, par lโ€™intermรฉdiaire notamment dโ€™indices de vรฉgรฉtation comme par exemple la diffรฉrence normalisรฉe des rรฉflectances proche infrarouge et rouge, nommรฉ NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Ces indices de vรฉgรฉtation utilisรฉs tels quels ne permettent cependant pas de distinguer le riz des autres types de vรฉgรฉtation, sauf dans les rรฉgions oรน le riz a une phรฉnologie qui lui est exclusive et qui permettrait de le distinguer temporellement sans ambiguรฏtรฉ. Comme indiquรฉ dans la partie prรฉcรฉdente, dans la plupart des riziรจres, lโ€™apparition de la vรฉgรฉtation est prรฉcรฉdรฉe dโ€™une pรฉriode pendant laquelle les champs sont inondรฉs. Cette caractรฉristique peut รชtre exploitรฉe spectralement afin de distinguer le riz des autres types de vรฉgรฉtation. Des indices sensibles ร  lโ€™eau et ร  lโ€™humiditรฉ faisant intervenir la rรฉflectance en moyen infrarouge, comme par exemple la diffรฉrence normalisรฉe des rรฉflectances proche infrarouge et moyen infrarouge, appelรฉ NDWI (Normalized Difference Water Index), ont รฉtรฉ utilisรฉs conjointement aux indices de vรฉgรฉtation pour dรฉtecter les riziรจres grรขce ร  leur comportement spรฉcifique lors de lโ€™inondation des champs, notamment par Xiao et al. (2002a), Xiao et al. (2002b), Xiao et al. (2005), Xiao et al. (2006) et Van Niel et McVicar (2003). A cause de lโ€™effet des nuages, les donnรฉes optiques couvrant de larges zones, ร  partir desquelles on peut dรฉriver les indices de vรฉgรฉtation et dโ€™eau, sont souvent calculรฉes sur des images issues de la synthรจse dโ€™observations quasi-quotidiennes sur 8 ou 10 jours (MODIS ou SPOT/VGT). Cette frรฉquence dโ€™observation de lโ€™ordre de la dizaine de jours est insuffisante pour รชtre certain de dรฉtecter le comportement spectral spรฉcifique prรฉsent lors de la phase dโ€™inondation, qui dure entre 5 et 15 jours en gรฉnรฉral. Les imageurs optiques semblent donc intrinsรจquement limitรฉs par rapport aux objectifs fixรฉs dans cette thรจse.

Les imageurs micro-ondes

La famille dโ€™instruments de tรฉlรฉdรฉtection qui fonctionnent dans le domaine des micro-ondes (0,75-100 cm ; 0,3-40 GHz) regroupe ร  la fois des systรจmes passifs, qui captent les micro-ondes รฉmises naturellement par la surface terrestre, et des systรจmes actifs : les diffusiomรจtres et les radars.
Les systรจmes passifs ne semblent pas adaptรฉs au suivi de la vรฉgรฉtation, et sont utilisรฉs principalement en mรฉtรฉorologie, hydrologie et ocรฉanographie.
Les diffusiomรจtres fonctionnent ร  basse rรฉsolution et sont utilisรฉs principalement pour lโ€™observation des vagues et lโ€™estimation de la vitesse des vents sur les ocรฉans, et pour la dรฉtection de glace de mer.
Les radars (RAdio Detection And Ranging – dรฉtection et estimation de la distance par ondes radio) sont, dans leur acception gรฉnรฉrale, des systรจmes constituรฉs dโ€™une antenne รฉmettrice qui envoie une onde รฉlectromagnรฉtique vers une cible, et dโ€™une antenne rรฉceptrice qui rรฉcupรจre lโ€™onde rรฉtrodiffusรฉe par la cible. Lorsque les antennes รฉmettrices et rรฉceptrices sont en fait la mรชme antenne, ou sont situรฉes trรจs proches lโ€™une de lโ€™autre comparativement ร  la distance antenne-cible, on parle de configuration monostatique. Lorsque les deux antennes sont sรฉparรฉes, on parle de configuration bistatique, voire multistatique dans le cas de plusieurs antennes rรฉceptrices. Les radars imageurs utilisรฉs en tรฉlรฉdรฉtection spatiale sont des radars ร  synthรจse dโ€™ouverture, couramment appelรฉs SARs (pour Synthetic Aperture Radar). Tous les SARs actuellement embarquรฉs sur des satellites civils sont en configuration monostatique. Le principe de la synthรจse dโ€™ouverture consiste ร  affiner virtuellement lโ€™ouverture de lโ€™antenne ร  lโ€™aide dโ€™un traitement รฉlectronique appropriรฉ, afin dโ€™amรฉliorer ainsi la rรฉsolution azimutale. De tels systรจmes permettent dโ€™atteindre des rรฉsolutions de lโ€™ordre de quelques mรจtres pour les plus rรฉcents, et jusquโ€™ร  1km pour certaines applications, pour des largeurs de fauchรฉe allant dโ€™une dizaine de kilomรจtres jusquโ€™ร  500km. Comme pour les imageurs optiques, la rรฉsolution spatiale et la largeur de fauchรฉe sont des paramรจtres concurrentiels.
Outre la rรฉsolution spatiale, la configuration dโ€™un SAR est caractรฉrisรฉe principalement par trois paramรจtres : la frรฉquence dโ€™รฉmission, la polarisation dโ€™รฉmission et de rรฉception, et lโ€™angle dโ€™incidence.
Diffรฉrentes bandes de frรฉquences sont utilisรฉes par les SARs aรฉroportรฉs et spatiaux. Celles-ci sont prรฉsentรฉes dans le Tableau 1. Lโ€™interaction de lโ€™onde รฉlectromagnรฉtique avec la cible terrestre se fait avec les diffuseurs prรฉsents dans la cellule de rรฉsolution dont les dimensions sont du mรชme ordre que la longueur dโ€™onde considรฉrรฉe. Dans le cas des plantes de riz, la taille des diffuseurs peut aller de quelques centimรจtres (รฉpis, feuilles) ร  quelques dizaines de centimรจtres (feuilles, tiges). Les SARs adaptรฉs ร  lโ€™observation des riziรจres fonctionnent dont a priori plutรดt dans les bandes Ka ร  L. En pratique cependant, seules les bandes X, C et L sont prรฉsentes sur les satellites actuellement en opรฉration et sont donc prises en compte dans cette discussion.

Principe de fonctionnement

Radar ร  ouverture rรฉelle

Afin dโ€™expliquer le principe de fonctionnement dโ€™un radar ร  synthรจse dโ€™ouverture, nous allons tout dโ€™abord prรฉsenter celui dโ€™un radar ร  ouverture rรฉelle. On suppose que le radar est installรฉ sur une plateforme satellite se dรฉplaรงant autour de la Terre suivant un vecteur vitesse v , ร  une altitude H. On dรฉfinit lโ€™axe azimutal comme รฉtant lโ€™axe de dรฉplacement du satellite projetรฉ au sol. Lโ€™axe horizontal perpendiculaire ร  lโ€™axe azimutal est lโ€™axe radial ; le plan radial est le plan comprenant la verticale passant par le satellite et lโ€™axe radial.
La Figure 2 illustre cette configuration spatiale. On considรจre ici, pour simplifier la figure, une gรฉomรฉtrie plane, ce qui ne correspond pas au cas des instruments portรฉs par des satellites. Cette reprรฉsentation est donc lรฉgรจrement inexacte, mais les ordres de grandeur des diffรฉrents paramรจtres dรฉcrits sont conservรฉs.
Lโ€™angle ฮธ est appelรฉ angle de visรฉe, ou angle dโ€™incidence, et lโ€™angle ฮฒa reprรฉsente lโ€™angle dโ€™ouverture azimutale ร  -3dB de lโ€™antenne.

Les sources dโ€™imprรฉcision dans la mesure radar

La qualitรฉ de la caractรฉrisation des cibles dรฉpend de la precision de lโ€™estimation du coefficient de rรฉtrodiffusion, et donc de la prรฉcision avec laquelle on peut dรฉterminer la constante dโ€™รฉtalonnage K. Dans le cas dโ€™un systรจme parfait, on peut calculer la valeur de cette constante thรฉoriquement, car on connaรฎt toutes les variables dont elle dรฉpend : gain de lโ€™antenne, longueur dโ€™onde, surface au sol de la cible, distance antenne-cible et impรฉdance du vide. Nรฉanmoins, dans le cas dโ€™un systรจme rรฉel, de nombreuses sources dโ€™imprรฉcision peuvent perturber la mesure : dรฉfauts de lโ€™antenne, des composants รฉlectronique, perturbations dans le milieu de propagation.
Freeman (1991) a proposรฉ un modรจle reliant la matrice de diffusion mesurรฉe par le systรจme, notรฉe Y, ร  la matrice de diffusion rรฉelle de la cible S, dรฉcrivant ainsi les effets des imperfections du systรจme : YY 1 ฮด S S 1 ฮด hh hv ๏€ฝ Ae jฮฆ 2 hh hv 2 (II-7) g ฮด1 g Yvh Yvv ฮด1 Svh Svv.
A reprรฉsente un facteur dโ€™amplitude absolu, ฮฆ reprรฉsente une phase absolue, ฮด1 (respectivement ฮด2) reprรฉsente la diaphonie lorsquโ€™un champ en polarisation verticale (respectivement horizontale) est รฉmis ou reรงu, et g reprรฉsente le dรฉsรฉquilibre de gain en amplitude des co-polarisations pour un aller-simple. La phase absolue ฮฆ est perdue lors de la mesure, et nโ€™est donc pas prise en compte ici. Mis ร  part A et ฮฆ, tous les paramรจtres de ce modรจle sont complexes. Dans le cas dโ€™un systรจme idรฉal, on a A=1, ฮด1=ฮด2=0 et g=1. Ces termes sont explicitรฉs dans les paragraphes suivants.

Lโ€™รฉtalonnage radiomรฉtrique

Le paramรจtre A influe directement sur la valeur de la constante dโ€™รฉtalonnage K et dรฉpend de plusieurs facteurs qui sont sujets ร  des fluctuations sur des รฉchelles de temps variables, de lโ€™ordre dโ€™une rรฉvolution orbitale (sensibilitรฉ des composants รฉlectroniques aux variations de tempรฉrature) comme de lโ€™ordre de la durรฉe de vie du satellite (vieillissement des composants, modification du diagramme dโ€™antenne).
Lโ€™รฉtalonnage dโ€™un instrument, cโ€™est-ร -dire la dรฉtermination de A, et donc de K, se fait de deux maniรจres qui se complรจtent : lโ€™รฉtalonnage interne et lโ€™รฉtalonnage externe.
Lโ€™รฉtalonnage interne consiste ร  compenser la dรฉrive des fonctions de transfert de lโ€™instrument en utilisant des boucles de rรฉtroaction appliquรฉes au signal transmis. Elle se fait donc ร  bord du satellite, en temps rรฉel.
Lโ€™รฉtalonnage externe utilise des cibles de rรฉfรฉrence dont on connaรฎt la signature radar (typiquement, des rรฉflecteurs en coin) ou des transpondeurs situรฉs au sol pour affiner lโ€™estimation de la constante dโ€™รฉtalonnage. Dans le cas dโ€™ASAR, la mise ร  jour des constantes dโ€™รฉtalonnage issue de la calibration externe est effectuรฉe tous les 6 mois.
La qualitรฉ de lโ€™รฉtalonnage peut รชtre mesurรฉe par diffรฉrents paramรจtres qui sont dรฉtaillรฉs dans les sous-parties suivantes.

Prรฉcision radiomรฉtrique (Radiometric accuracy)

La prรฉcision radiomรฉtrique reprรฉsente la prรฉcision moyenne que lโ€™on a sur lโ€™estimation de A, et donc du coefficient de rรฉtrodiffusion, sur un instrument donnรฉ. Elle peut รชtre mesurรฉe comme รฉtant la valeur absolue de la diffรฉrence moyenne entre la rรฉtrodiffusion mesurรฉe par lโ€™instrument et la rรฉtrodiffusion nominale supposรฉe connue dโ€™une cible.
La prรฉcision radiomรฉtrique est cruciale pour les applications qui consistent ร  inverser le coefficient de rรฉtrodiffusion en un paramรจtre biogรฉophysique comme par exemple lโ€™humiditรฉ du sol ou la biomasse dโ€™une parcelle forestiรจre. Ce paramรจtre nโ€™a cependant en principe pas dโ€™impact sur les rapports dโ€™intensitรฉ, pour lesquels les erreurs de mesure absolue sโ€™annulent.
Les valeurs typiques des systรจmes actuels sont en principe infรฉrieures ร  0,5dB. Pour le capteur ASAR, lโ€™analyse des rapports mensuels de performance3 de lโ€™instrument indique que la prรฉcision radiomรฉtrique se situe autour de 0,09dB pour le mode APP et entre 0,11 et 0,15dB pour le mode WSM.

Stabilitรฉ radiomรฉtrique (Radiometric Stability)

La stabilitรฉ radiomรฉtrique est un indicateur de la variabilitรฉ du paramรจtre A entre deux passages du satellite. Elle mesure la dรฉrive de la rรฉtrodiffusion dโ€™une mรชme cible supposรฉe constante mesurรฉe par un instrument ร  lโ€™รฉchelle de plusieurs pรฉriodes de revisite du satellite. Elle est donc un paramรจtre important pour les applications qui utilisent des sรฉries temporelles dโ€™images acquises ร  chaque revisite du satellite, comme par exemple le suivi agricole. On la quantifie en calculant lโ€™รฉcart-type de la rรฉtrodiffusion dโ€™une cible de rรฉfรฉrence mesurรฉe par lโ€™instrument ร  plusieurs reprises.
Ses valeurs typiques sont, pour les systรจmes actuels, entre 0,3 et 1dB. Pour ASAR, les rapports mensuels de performance donnent une stabilitรฉ radiomรฉtrique de 0,41dB pour le mode APP et enre 0,6 et 0,8dB pour le mode WSM.

Lโ€™รฉtalonnage polarimรฉtrique

Mises ร  part les erreurs radiomรฉtriques qui touchent les canaux indiffรฉremment, deux phรฉnomรจnes affectent les termes de la matrice de rรฉtrodiffusion de maniรจre diffรฉrente selon leur polarisation : le dรฉsรฉquilibre de gains entre canaux et la diaphonie (cross-talk). Ces dรฉfauts peuvent รชtre corrigรฉes par un รฉtalonnage spรฉcifique, notamment lorsque des acquisitions polarimรฉtriques sont disponibles, mais une erreur rรฉsiduelle subsiste en gรฉnรฉral.

Dรฉsรฉquilibre du gain entre canaux (Channel Gain Imbalance)

Le dรฉsรฉquilibre du gain entre canaux, g, mesure la diffรฉrence de prรฉcision radiomรฉtrique entre les deux polarisations ร  lโ€™รฉmission et ร  la rรฉception. La matrice de diffusion mesurรฉe en prรฉsence dโ€™un tel dรฉsรฉquilibre vaut : Y Y S g โ‹… S hh hv hh 2 hv (II-8).
Ce paramรจtre a un impact notamment sur les mรฉthodes qui utilisent des rapports de polarisation. En effet, on peut voir que le rapport du coefficient de rรฉtrodiffusion des deux co-polarisations est modifiรฉ par un facteur |g|4, et le rapport dโ€™une co-polarisation et dโ€™une polarisation croisรฉe par un facteur |g|2. Ce facteur nโ€™a pas dโ€™impact sur des sรฉries de donnรฉes mono-polarisation. Les valeurs typiques de |g|4 sont en principe infรฉrieures ร  0,5dB.

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Table des matiรจres

CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE
1.1. Contexte et objectifs
1.2. Mรฉthode
1.3. Culture et morphologie du riz
1.3.1. Les pratiques culturales
1.3.2. Morphologie et cycle de croissance du riz
1.3.3. Rรฉsumรฉ
1.4. La tรฉlรฉdรฉtection : potentiel pour le suivi des riziรจres
1.4.1. Les imageurs optiques
1.4.2. Les imageurs micro-ondes
1.5. SAR et riziรจres : รฉtat de lโ€™art
1.5.1. Bande X
1.5.2. Bande C
1.5.3. Bande L
1.5.4. Synthรจse
1.6. Approche et plan de la thรจse
CHAPITRE 2 PRINCIPES DE Lโ€™IMAGERIE RADAR A SYNTHESE Dโ€™OUVERTURE
2.1. Introduction
2.2. Principe de fonctionnement
2.2.1. Radar ร  ouverture rรฉelle
2.2.1.1. Rรฉsolution radiale
2.2.1.2. Rรฉsolution azimutale
2.2.1.3. La formation de lโ€™image
2.2.2. Radar ร  synthรจse dโ€™ouverture
2.3. Lโ€™information enregistrรฉe
2.3.1. La matrice de diffusion
2.3.2. Le coefficient de rรฉtrodiffusion
2.4. Les sources dโ€™imprรฉcision dans la mesure radar
2.4.1. Lโ€™รฉtalonnage radiomรฉtrique
2.4.1.1. Prรฉcision radiomรฉtrique (Radiometric accuracy)
2.4.1.2. Stabilitรฉ radiomรฉtrique (Radiometric Stability)
2.4.2. Lโ€™รฉtalonnage polarimรฉtrique
2.4.2.1. Dรฉsรฉquilibre du gain entre canaux (Channel Gain Imbalance)
2.4.2.2. Diaphonie (Cross-talk)
2.4.3. Rapport dโ€™ambiguรฏtรฉ (Ambiguity Ratio)
2.5. Statistique du signal SAR : speckle, nombre de vue
2.5.1. Le ยซ bruit ยป de speckle
2.5.2. Le nombre de vues dโ€™une image
2.5.3. Les techniques de filtrage pour rรฉduire le speckle
2.6. Conclusion
CHAPITRE 3 MODELE Dโ€™ERREUR POUR LES METHODES DE CLASSIFICATION BASEES SUR UN RAPPORT Dโ€™INTENSITE SAR.
3.1. Introduction
3.2. Le modรจle dโ€™erreur
3.2.1. Formulation du problรจme
3.2.2. Expression de lโ€™erreur
3.3. Rรฉsultats
3.3.1. Les erreurs dโ€™รฉtalonnage
3.3.1.1. Le dรฉsรฉquilibre de gains entre canaux
3.3.1.2. La stabilitรฉ radiomรฉtrique
3.3.2. Les autres paramรจtres du systรจme SAR
3.3.2.1. Le rapport dโ€™ambiguรฏtรฉ
3.3.2.2. La frรฉquence de revisite
3.4. Validation sur des donnรฉes rรฉelles
3.5. Conclusions
3.6. Article
CHAPITRE 4 CARTOGRAPHIE DES RIZIERES BASEE SUR LE RAPPORT DE POLARISATION HH/VV
4.1. Introduction
4.2. Rรฉsultats
4.2.1. Etude statistique
4.2.2. Cartographie et validation
4.3. Conclusions
4.4. Article
CHAPITRE 5 CARTOGRAPHIE DES RIZIERES A LARGE ECHELLE BASEE SUR LE CHANGEMENT TEMPOREL DE LA RETRODIFFUSION
5.1. Introduction
5.2. Rรฉsultats
5.2.1. Mรฉthode
5.2.2. Cartographie et validation
5.3. Conclusions
5.4. Article
CHAPITRE 6 CONCLUSION GENERALE
6.1. Rรฉsumรฉ des travaux
6.2. Perspectives
ANNEXES
ANNEXE A
ANNEXE B
ANNEXE C
ANNEXE D
BIBLIOGRAPHIE

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