Soutenance mémoire
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Coins réflecteurs
Un coin réflecteur est un rétroréflecteur composé de deux ou trois surfaces planes s’intersectant à angle droit deux à deux, qui réfléchissent les ondes directement vers la source, mais translatées dans le temps. Les coins réflecteurs en métal sont utilisés pour réfléchir les ondes radar émises. Par ces nombreux avantages, les CR ont joué un rôle dans de nombreuses applications telles que : l’étalonnage radiométrique d’images SAR [Freeman 1992, Doöring 2008], diffuseur persistant artificiel (PS) pour la surveillance de glissements de terrains [Bovenga 2017, Schlögel 2017], d’affaissement du sol [Qin 2015], la surveillance de déformations de surface dues à l’injection de CO² [Rhomer 2015] et la surveillance de glaciers [Trouvé 2008].
La taille du CR et la bande dans laquelle il est visible vont jouer un rôle dans sa précision sur les mesures atmosphériques. Pour un CR de plus de 1,5 m on peut obtenir des erreurs de déplacement inférieures au millimètre en bande C, dans des sites où la présence de PS est faible et sur une période d’un an [Groot 1994]. Mais plus un CR est grand, plus sa surface de prise de vent est élevée ce qui nécessite une meilleure fixation au sol pour éviter tout mouvement. Les CR doivent donc être pensés afin d’avoir un compromis entre la taille (pour une bonne détection) et une prise au vent la plus faible possible.
Il existe différents types de CR, notamment concernant la texture des faces. Les CR pleins prennent plus le vent mais ont un retour plus important que les CR perforés qui, eux, réduisent l’impact des conditions météorologiques sur sa stabilité telles que le vent mais également les fortes pluies et la poussière avec un drainage plus rapide [Algafsh et al. 2016]. La perte en bande C pour un CR perforé ayant des trous de 1 cm est en théorie d’un peu moins d’un demi dBm² par rapport à un CR de même longueur de côté [Jauvin et al. 2019].
Figure 2 : Représentation d’un CR plein [Döring et al. 2007] et d’un perforé [UAVSAR]
Il existe également différentes formes possibles pour des CR. Parmi elles, on retrouve des trièdres comme vu dans la Figure 2, des rectangulaires en Figure 3, des CR bilatéraux en Figure 3 (permettant l’acquisition depuis des passages ascendants et descendants afin d’avoir le plus de données possibles à exploiter). On retrouve également les trièdre circulaires et les dièdres rectangulaires en Figure 4.
Figure 3 : Représentation d’un CR rectangulaire [Qin 2013] et d’un CR bilatéral [Nahli et al. 2020] Ils fournissent une réponse de rétrodiffusion très forte sur les images SAR [Sarabandi and Chiu 1996, Garthwaite 2017]. Une de leurs caractéristiques est que leur réflectivité est bien plus élevée que les diffuseurs environnants dû à une section efficace radar (RCS) et à un rapport signal sur bruit (SNR) élevés [Groot 1994, Parker et al. 2017]. Le RCS (σ), exprime la capacité du CR à diffuser le rayonnement incident vers le radar. Il s’exprime comme montré dans le Tableau 1 selon la forme du CR [Qin 2013] :
Avec L la longueur des côtés du CR et λ la longueur d’onde (en mètres). Le RCS va dépendre de la forme du CR, du rapport entre la longueur des côtés et de la longueur d’onde, ainsi que de l’orientation azimutale du CR et son angle d’élévation. Plus l’orientation est décalée de la ligne azimutale (ou ligne de visée de l’émetteur, notée LOS) et plus l’élévation est différente de l’optimale, plus le RCS sera faible. Des tests en chambre anéchoïque sont réalisés pour chaque CR afin de déterminer les angles optimaux à donner au CR pour une rétrodiffusion la plus forte possible.
L’avantage des CR de grande taille est que leur réponse domine très fortement l’écho de la cellule de résolution, ce qui induit un pic dans la fonction de réponse Forme du CR RCS maximum (m²) impulsionnelle du milieu. Ils sont de ce fait très faciles à détecter grâce à cette réponse impulsionnelle dominante. Ils fournissent également une phase stable s’ils ne sont pas sur un glissement de terrain et une estimation de déplacement précise dans la direction LOS.
Mise en place prévue
Dans le cadre de ce travail de fin d’études, l’objectif souhaité est la mise en place de deux CR pleins. L’un sera fixe et l’autre mobile en altitude grâce à un équipement de vérins motorisés pour simuler des mouvements.
Les CR à mettre en place pour ce travail ont été pensés et conçus par Abdeljalil Nahli dans le cadre de son travail de thèse. Les CR ont été pensés dans l’objectif d’avoir la plus forte réflectance possible. C’est pour cela qu’ils sont pleins et non perforés. Plus le corner est grand, plus le RCS est important [Nahli et al. 2020]. Les CR sont de forme triédrique et non rectangulaire pour une plus faible prise du vent et chaque intersection entre les faces forme un angle de 90°. Les corners sont dimensionnés comme illustré sur la Figure 5. Ces dimensions influent fortement sur le RCS et dans notre cas la valeur maximale théorique est de 954 m² soit 29,8 dBm² si on applique la formule présente en Tableau 1. Mais comme nous le verrons par la suite les valeurs en chambre anéchoïque sont plus basses que les théoriques ce qui peut être dû à des différences entre le CR pensé et celui fabriqué (sur la courbure et les éléments de jonction des plaques notamment) [Jauvin et al. 2019].
Figure 5 : Dimensions de nos CR
Les CR sont faits d’aluminium plein, c’est un matériau plus léger que les autres et résistant à la corrosion. [Nahli et al. 2020]. La fabrication des CR a été confiée à l’entreprise Lun’tech, ainsi que la réalisation de tests en chambre anéchoïque. Le but de ces tests est de vérifier les capacités de retour des CR en obtenant le RCS en dbm² et en m² en fonction des angles d’inclinaison par rapport à l’angle d’élévation en bande C des trièdres. Cela permet de calculer la perte de RCS en fonction d’un défaut d’orientation.
Figure 6 : Graphique représentant le RCS en fonction de l’angle par rapport à l’axe azimutal [Lun’tech]
La Figure 6 représente une courbe représentant la valeur du RCS selon l’inclinaison de l’onde avec l’inclinaison de l’onde par rapport à la verticale en abscisse et la valeur de RCS en m² en ordonnée. On remarque qu’il existe trois pics de valeur pour le RCS pour trois angles distincts. Un premier pic à -44° dont la valeur de RCS vaut 27,78 dbm² qui correspond à 600 m² au lieu du 29,8 dBm² théorique, un autre pour un angle de +43° pour un RCS de 27,62 dbm² et enfin, un dernier pic à 0° d’inclinaison pour un RCS à 27,56 dbm². L’angle de 0° correspond à l’angle d’inclinaison vertical de l’onde radar lorsque celle-ci est à l’horizontal et que la face creuse du CR est perpendiculaire à cette onde. Ce qui correspond à un angle de 35° par rapport à la base du CR comme montré sur la Figure 7 aux vues de ses proportions.
Figure 7 : Schémas explicatifs pour déterminer le RCS de retour pour une base du CR à l’horizontale
Avec P4 le coin du CR, de P1 à P3 les sommets du trièdre, α l’angle entre la base et l’onde incidente, φ l’angle entre l’onde incidente et la face perpendiculaire à la base du CR.
L’angle d’inclinaison étant de 41° sur le site de l’ESGT pour un CR dont la base est à l’horizontal, cela signifie un angle entre la base du CR et l’onde de 49° (90-41) ce qui représente une différence de +14° avec l’angle optimal des tests comme vu en Figure 8. Lorsque l’on observe la courbe, la valeur du RCS pour +14° on tombe sur une valeur de 26,48 dBm² dans le tableau fourni avec la courbe, ce qui est tout à fait convenable (à partir de 16 en zone rurale) lors d’un traitement PSInSAR pour qu’il soit reconnu comme un PS [Doerry 2008].
Figure 8 : Différence d’angle entre la position du test en chambre anéchoïque et celui du CR horizontal
Au départ, le choix de verticaliser le CR était de colocaliser l’antenne GNSS avec le coin du CR pour maîtriser l’excentricité entre les deux. La perte du RCS étant assez négligeable, il suffit d’aligner le CR avec l’axe azimutal de visée du satellite radar.
Une fois toutes ces informations prises en compte, il a fallu mettre en place une chaîne de traitement que nous allons étudier dans la partie suivante.
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Table des matières
I PRESENTATION DES NOTIONS ET DE L’APPLICATION DU PSINSAR
I.1 NOTIONS DE PSINSAR
I.2 COINS REFLECTEURS
I.3 MISE EN PLACE PREVUE
II TRAITEMENT PSINSAR
II.1 DONNEES EXPLOITEES
II.2 PREPARATION DE L’ESPACE DE TRAVAIL
II.3 TRAITEMENT SNAP2STAMPS
II.3.1 Préparation du dossier « slaves »
II.3.2 Réduction de la zone et application de l’orbite précise
II.3.3 Recalage et génération des interférogrammes
II.3.4 Exportation des données dans un format lisible par la méthode StaMPS
II.4 TRAITEMENT STAMPS
II.5 INTERPRETATION DES RESULTATS DU TRAITEMENT PS
III MISE EN PLACE DU SYSTEME
III.1 CHOIX DU SYSTEME DE SURVEILLANCE AUTOMATISE
III.1.1 Contraintes
III.1.2 Système de surveillance automatisé prévu
III.1.3 Mesures prévues
III.1.4 Précisions attendues
III.2 PREMIERE SERIE DE TESTS
III.2.1 Système levé
III.2.2 Protocole du levé
III.2.3 Résultats obtenus
Conclusion
Bibliographie
Liste des figures
Liste des tableaux
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