Radar bistatique

4.1.1 Principe

La particularit´e d’une liaison bistatique r´eside dans le fait que l’´emetteur et le r´ecepteur sont s´epar´es. La majorit´e des applications radars actuelles se font en confi-guration monostatique, c’est-`a-dire que l’´emetteur et le r´ecepteur sont co-localis´es. Le principe du radar bistatique n’est pas nouveau, il a ´et´e ´etudi´e avant mˆeme le d´eveloppement des radars monostatiques. Mais la configuration bistatique a rapide-ment ´et´e d´elaiss´ee au profit des radars monostatiques une fois que leur principe fut d´emontr´e. Les deux principales raisons de cet abandon sont : le d´esir des utilisateurs d’avoir un radar op´erationnel depuis un seul site et la simplicit´e de la configuration monostatique par rapport `a la configuration bistatique. Depuis peu, la configura-tion bistatique est de nouveau d’actualit´e. La recherche militaire fut la premi`ere `a s’int´eresser `a cette configuration pour des applications telles que la localisation pr´ecise de cibles ou la discr´etion du r´ecepteur. Plus r´ecemment des ´etudes com-mencent `a int´egrer des configurations bi ou multistatiques au principe de l’imagerie radar [KFM04][MK03].

Certaines ´etudes cherchent `a retrouver la position de points brillants `a partir d’une configuration bistatique afin de mettre en valeur les potentialit´es de celle-ci [BK03][BKS05]. Or l’int´erˆet de la configuration bistatique r´eside essentiellement dans les informations contenues dans les ondes ´electromagn´etiques diffus´ees par une cible. Le v´eritable enjeux de la configuration bistatique est donc de combiner l’ima-gerie `a la caract´erisation des cibles. Comme nous allons le voir au travers des ap-plications donn´ees ci-dessous, la configuration bistatique peut ˆetre utile dans de nombreux domaines.

La configuration monostatique nous permet d’obtenir des informations sur la SER d’une cible. Or, ces informations ne sont pas compl`etes. En effet, nous retrou-vons les caract´eristiques de l’onde r´etro-diffus´ee, mais en ce qui concerne l’´evolution de l’onde ´electromagn´etique dans les autres directions de l’espace, la configuration monostatique ne permet pas de la mesurer. Par contre, en utilisant une configura-tion multistatique, `a partir d’une simple onde ´emise, il sera possible de retrouver des informations sur la cible sous diff´erents angles de vue. Ainsi, les informations sur la sc`ene observ´ee seront plus compl`etes et permettront une meilleure identification [MRA01]. Les mesures r´ealis´ees en configuration bistatique permettent de discrimi-ner plus facilement les surfaces ´etudi´ees et sont particuli`erement utiles lorsque la SER de la sc`ene observ´ee est trop faible en configuration monostatique du fait d’une diffu-sion dans une autre direction que la r´etro-diffudiffu-sion [BW94]. Un exemple d’utilisation consiste `a utiliser la diminution de l’effet de r´etro-diffusion lors de l’utilisation d’une configuration bistatique pour discriminer des zones rurales des zones urbaines `a par-tir de l’´evaluation de la bio-masse [FGS02]. Il est ainsi possible d’´etudier l’´evolution des zones urbaines, des forˆets et des zones rurales et de d´eterminer les changements climatiques de la terre. Il est ´egalement possible de d´eterminer l’humidit´e du sol `a

partir des signaux GPS utilis´es en mode bistatique [ZMG+03]. Ces mesures

permet-tront de d´eterminer l’esp´erance de rendement des r´ecoltes, les risques d’inondation, la qualit´e de l’air ou encore les pr´evisions m´et´eorologiques locales.

Par ailleurs, la configuration bistatique pr´esente l’int´erˆet d’assurer la discr´etion du r´ecepteur. De plus, si l’on utilise des sources d’opportunit´es (signaux GPS ou t´el´evisuels), l’observation de la sc`ene se fera sans que la liaison soit d´etectable. Dans le cas o`u une liaison directe entre l’´emetteur et le r´ecepteur n’existe pas, une difficult´e sera alors de synchroniser les porteurs afin de g´en´erer, au niveau du r´ecepteur, une r´eplique du signal ´emis permettant le traitement adapt´e.

L’acquisition de donn´ees en mode multistatique va permettre d’am´eliorer le po-sitionement de cible et la r´esolution de celles-ci par une fusion des donn´ees obtenues lors des diff´erentes prises de vue [EKKK04].

Une meilleure estimation des param`etres g´eophysiques de la surface de la terre est envisageable grˆace `a l’utilisation de la configuration bistatique. En effet, l’in-terf´erom´etrie monostatique consiste `a r´ealiser des acquisitions avec des antennes d’´emissions et de r´eception l´eg`erement s´epar´ees afin d’obtenir entre autres des pa-ram`etres pertinents concernant la g´eom´etrie de la surface terrestre. L’adaptation de ce principe `a la configuration bistatique va permettre de r´ealiser des acquisitions

simultan´ees avec des baselines diff´erentes[KWF+02][XBS03][CZP03a]. Ainsi, il

4.1-Radar bistatique

relev´es tels que la hauteur ou la densit´e de la v´eg´etation.

En ce qui concerne les surfaces rugueuses (eau, forˆet, culture, nappe de p´etrole...) pr´esentes dans la sc`ene observ´ee, la configuration bistatique va ´egalement permettre l’obtention d’informations compl´ementaires `a celles obtenues par la configuration monostatique [MKC02][NU03].

De mˆeme, il est possible de d´eterminer la vitesse exacte d’une cible `a partir de deux acquisitions simultan´ees r´ealis´ees sous des angles diff´erents. En configura-tion monostatique, il n’est possible d’obtenir que la vitesse relative d’une cible par rapport au radar. La configuration bistatique permet, lors d’acquisitions multiples, d’am´eliorer la qualit´e des informations obtenues sur la cible.

La configuration bistatique semble ´egalement int´eressante pour la reconstruction tridimensionnelle des sc`enes observ´ees. En effet, afin de g´en´erer le profil 3D d’une sc`ene, il est n´ecessaire d’observer celle-ci au moins sous deux angles diff´erents. Les diff´erentes acquisitions doivent ˆetre similaires pour permettre la corr´elation, c’est-`a-dire que la sc`ene ne doit pas ˆetre modifi´ee au cours des acquisitions. Or, dans le cas d’une configuration multistatique, on peut envisager d’utiliser un ´emetteur et plusieurs r´ecepteurs. Ainsi, nous obtiendrons diff´erentes vues d’une mˆeme sc`ene prises au mˆeme instant, la corr´elation entre les images sera donc plus facile.

Dans le cas bistatique, les r´eflecteurs qui ont une r´etro-diffusion importante vont apparaˆıtre avec une intensit´e plus faible qu’en configuration monostatique. Les signaux de faible intensit´e en monostatique vont donc apparaˆıtre plus importants lors d’une acquisition en configuration bistatique. Ainsi, plus de d´etails pourront ˆetre d´etect´es et dans ce cas la classification `a partir des donn´ees bistatique pourra ˆetre am´elior´ee.

Certaines applications cherchent `a exploiter les avantages que pr´esente la multi-plication des acquisitions : pour cela, elles utilisent les signaux ´emis par la constel-lation des satellites GPS afin de reconstruire des images SAR bistatiques de la terre

[MHKL02]. Un autre principe peu coˆuteux `a mettre en place, pour observer une

sc`ene sous diff´erents angles, consiste `a utiliser une constellation de r´ecepteur et un ´emetteur g´eostationaire [End02]. L’observation d’une sc`ene en mode multistatique pr´esente deux principaux avantages : premi`erement, cette configuration permet une plus grande flexibilit´e dans la g´eom´etrie d’acquisition et ainsi d’adapter plus rapi-dement les prises de vues en fonction des besoins. Deuxi`emement, les observations successives de la mˆeme sc`ene en SAR monostatique sont de l’ordre de la semaine voire du mois, cette fr´equence est beaucoup trop faible si l’on souhaite s’int´eresser au trafic, au suivi des catastrophes naturelles ou `a la s´ecurit´e du territoire. L’utilisa-tion d’une constellaL’utilisa-tion de satellites permettra de pallier cette lacune. Le nombre de satellites pr´esents dans la constellation d´ependra de la fr´equence de rafraˆıchissement souhait´ee lors des observations.

De plus, l’´etude de cette nouvelle configuration va nous permettre d’envisager de nouveaux algorithmes de traitement du signal notamment pour la reconstruction d’image comme nous allons le voir par la suite.

Fig. 4.1 – Radar en configuration bistatique.