Traitement du signal d’altimétrie spatiale

TRSR GPS

Le TRSR (Turbo Rogue Space Receiver) est un système de localisation par GPS, qui, grâce à un réseau de satellites, permet de connaître la position d’un émetteur. Le TRSR est un système de localisation complémentaire de Doris pour la détermination précise de l’orbite. Il sert également pour l’amélioration des modèles du champ de gravité. Il fournit aussi des solutions embarquées pour le positionnement du satellite d’une précision d’environ 50 m et une précision temporelle d’environ 50 ns [User Handbook, 2003].Le TRSR peut recevoir en continu et simultanément les signaux de navigation bi-fréquence de 16 satellites GPS. À partir de ces signaux, l’instrument effectue et acquiert des mesures de phase avec une précision d’environ 1 mm et de pseudo-distance avec une précision d’environ 10 cm [User Handbook, 2003].

LRA

LRA (Laser Retroreflector Array) est un ensemble de miroirs qui réfléchissent des tirs lasers effectués depuis des stations au sol. Le temps aller-retour du faisceau laser permet de connaître très précisément la position du satellite, il permet la calibration des autres systèmes de localisation (Doris, TRSR) embarqués, avec une très grande précision dans ses mesures [User Handbook, 2003].
Le LRA est un instrument passif, qui réfléchit les tirs laser effectués depuis des stations au sol.
Les informations recueillies en retour sont analysées pour en déduire l’altitude du satellite à quelques millimètres près. Le nombre nécessairement restreint de station, ainsi que la sensibilité des lasers aux conditions météo ne permettent cependant pas un suivi permanent du satellite, d’où l’intérêt de disposer d’autres systèmes de localisation à bord [www.aviso.cnes.fr].
Les réflecteurs, entièrement passifs, sont placés au nadir du satellite. L’unité se compose de neuf coins de cube en quartz, disposés en forme de cône tronqué, un cube placé au centre et les huit autres distribués autour du cône. Cette disposition permet de réfléchir les tirs lasers venant de 360° en azimuth et 60° sur l’axe perpendiculaire [www.aviso.cnes.fr].

Correction d’orbite par traitement aux points de croisement

Un point de croisement est le point d’intersection entre un arc ascendant et un arc descendant.On calcule la position des points de croisement et la différence d’altitude entre les arcs. La position du point de croisement est calculée en faisant une interpolation linéaire entre deux couples de deux points successifs (les quatre points voisins).Une fois que le point de croisement est déterminé, on calcule la hauteur enregistrée par le passage ascendant et celle enregistrée par le passage descendant et on calcule la différence. Donc on est obligé de déterminer les profils altimétriques moyens pour chaque cycle et ensuite faire un ajustement polynomial à chaque profil moyen.L’objectif d’un tel processus est bien entendu de réduire l’influence des phénomènes variables (erreurs d’orbite et variabilité) qui affectent l’ensemble d’un profil. Ces phénomènes seront moyennés lors de la détermination des profils moyens mais uniquement d’un point de vue relatif au profil moyen considéré. Il reste donc à éliminer les erreurs résiduelles qui affectent la cohérence des profils moyens entre eux [Rami et al., 2011b].Les différences de hauteurs de mer aux points de croisement peuvent être minimisées dans un processus d’ajustement afin d’augmenter le niveau de cohérence global des profils moyens entre eux.

Profils altimétriques moyens

Les profils altimétriques moyens correspondent à un ensemble de hauteurs moyennes de la mer, le long des traces du satellite, représentatives du niveau moyen de la mer pour la période de temps sur laquelle est effectuée la mesure. Ce processus est utilisé afin de s’affranchir des phénomènes variables dont la période est inférieure à la période considérée: ces phénomènes peuvent provenir des variations de la surface de la mer (variabilité saisonnière, semi-annuelle et inter-annuelle) et de la dispersion des mesures altimétriques [Rummel, 1993].Les hauteurs moyennes de la mer sont déterminées à partir des hauteurs instantanées le long des traces du satellite (altitude du satellite, mesure altimétrique corrigée).Le principe consiste à moyenner les trois paramètres (latitude, longitude et hauteur de la surface de la mer) par glissement d’une fenêtre de 0.047°en latitude (~5km), ce qui correspond à l’espacement moyen entre deux mesures successives du satellite. Les points moyens sont donc indépendants dans le sens où les fenêtres ne se recouvrent pas [Dennoukri, 2007].La moyenne est effectuée si au moins 60% des cycles utilisés sont représentés dans la fenêtre: ceci permet de garantir une homogénéité (au niveau temporel) pour l’ensemble des points constituant le profil moyen.

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Table des matières

Remerciements
Dédicaces
Lexique
Acronymes
Sommaire
Liste des figures
Liste des tableaux
Résumé
Introduction
Chapitre 1 : Traitement du signal d’altimétrie spatiale
1.1 Principe de la mesure altimétrique
1.1.1 Emission et propagation des ondes
1.1.2 Interaction des ondes avec la surface de la mer
1.2 Quantités mesurées
1.2.1 Distance satellite-mer
1.2.2 Hauteur instantanée de la mer
1.2.3 Hauteur des vagues
1.2.4 Vitesse du vent
1.3 Corrections du signal altimétrique
1.3.1 Corrections instrumentales
1.3.2 Corrections liées à la propagation du signal
1.3.3 Corrections liées à l’état de la mer
1.3.4 Corrections liées au phénomène de marée
1.3.5 Réduction de l’erreur d’orbite
1.4 Principales missions altimétriques
1.4.1 Missions ERS
1.4.2 Mission TOPEX/POSEIDON
1.4.3 Mission GFO
1.4.4 Mission JASON-1
1.4.5 Mission JASON-2
1.4.6 Mission ENVISAT
1.4.7 Mission SARAL
Chapitre 2 : Systématismes liés à l’état de la mer
2.1 Le biais de l’état de la mer
2.1.1 Théorie de radio dispersion par la surface de la mer
2.1.2 Modèles de calcul du SSB
2.1.2.1 Modèle paramétrique
2.1.2.2 Modèles non paramétriques
2.2 Effet du baromètre inverse
Chapitre 3 : Effets de variation du potentiel générateur de la marée
3.1 Notions sur l’astronomie de position
3.1.1 Systèmes de coordonnées astronomiques
3.1.2 Echelles de temps
3.2 Différents systèmes de référence terrestre
3.2.1 Système de référence inertiel (ou galiléen)
3.2.2 Systèmes de référence géodésiques
3.3 Origine de la marée
3.4 Force génératrice de la marée
3.4.1 Attraction universelle
3.4.2 Cas du système à trois corps Terre – Lune – Soleil
3.5 Potentiel générateur de la marée
3.5.1 Définition et expression du potentiel générateur
3.5.2 Calcul du potentiel générateur
3.6 Potentiel générateur du système Terre-Lune-Soleil
3.6.1 Positions des astres
3.6.2 Développement du potentiel générateur
3.7 Estimation de l’effet de marée
3.7.1 Marée océanique
3.7.2 Marée terrestre
3.7.3 Marée polaire
Chapitre 4 : Réduction de l’erreur d’orbite
4.1 Position d’un satellite
4.2 Calcul d’orbite d’un satellite artificiel
4.2.1 Les forces gravitationnelles
4.2.2 Les forces non gravitationnelles
4.3 Détermination précise de l’orbite du satellite Jason-1
4.3.1 Doris
4.3.2 TRSR GPS
4.3.3 LRA
4.4 Correction d’orbite par traitement aux points de croisement
4.4.1 Profils altimétriques moyens
4.4.2 Ajustement polynômial
4.4.3 Détermination des points de croisement
4.4.4 Ajustement des passages altimétriques
Chapitre 5 : Détermination des paramètres affectant la mesure altimétrique
5.1 Présentation de la zone d’étude
5.2 Positionnement global du problème et solutions envisagées
5.3 Données utilisées
5.4 Description du logiciel élaboré
5.5 Détermination de l’effet de l’état de la mer
5.5.1 Biais de l’état de la mer
5.5.2 Baromètre inverse
5.6 Détermination de l’effet de marée
5.6.1 Effet de marée océanique
5.6.2 Effet de marée polaire
5.7 Réduction de l’erreur d’orbite
5.8 Détermination du niveau moyen de la mer
5.9 Détermination de la topographie dynamique
5.10 Variabilité du niveau de la Méditerranée
Conclusion
Références bibliographiques