Recueil et traitement des données

langage imposé pour le pilotage des commutateurs, afin que l'instrument soit capable de reprendre les mesures après une coupure de courant à n'importe quel point de la séquence et de renseigner un fichier de diagnostic qui répertorie les actions journalières réussies ou échouées par celui-ci. Le programme prend en charge les défaillances qui peuvent arriver lorsque l'interface USB de pilotage des commutateurs se bloque, et peut ordonner un redémarrage de l'ensemble des appareils de l'instrument. Ce programme est détaillé dans l’[Annexe Programme d’acquisition TropiScat].

Afin d’assurer l’intégrité des fichiers de mesures, une stratégie différente de celle de l’instrument précédent a été adoptée: les données sont directement enregistrées par le VNA sur son disque dur local dans le format CSV (Comma Separated Values), format répandu pour le traitement de données sous Excel, Python ou Matlab. Les fichiers contenant uniquement les données de la mesure, nous avons proposé un format pour les noms de fichiers pour renseigner la date et l’heure du début de la série de mesure, l’indice de la série de mesure, la bande de fréquence sur laquelle s’effectue la mesure (400 - 600 MHz, 600 - 800 MHz ou 800 - 1000 MHz), la polarisation et le couple d’antenne considéré. L’heure exacte de la mesure est donnée par l’heure de création du fichier, d’où l’importance d’avoir les horloges du VNA et du PC de contrôle synchronisées, ce que je vérifie à chaque mission. Le format des noms de fichiers adopté, le chronogramme des mesures et leur correspondance sur le réseau d’antennes sont détaillés dans l’[Annexe Procédure d'acquisitions

TropiScat et réseau d'antennes].

2.1.3. Recueil et traitement des données

En plus des données stockées sur le disque dur du PC de contrôle, les mesures de l'instrument TreeScat sont archivées et copiées sur un espace de stockage partagé du réseau de l'ONERA. Ainsi, les mesures sont accessibles en délocalisé à l'intérieur du laboratoire et une copie est conservée en local. Les données archivées sont ensuite extraites, ordonnées, traitées et tracées à l'aide d'un script que nous avons écrit en Shell et d'un programme de calcul que nous avons codé en Fortran. Le programme va calculer le coefficient de rétrodiffusion et la cohérence temporelle pour chaque date.

La bonne qualité des données a été vérifiée expérimentalement à l'aide de deux réflecteurs radar trièdres à faces triangulaires pour les co-polarisations HH et VV, et d'un réflecteur pliable dièdre pour la polarisation croisée HV.

Figure 14. TreeScat : Réflecteurs trièdre à face triangulaire de 1 m d'arrête (gauche) et de 1,80 m d'arrête (milieu) et dièdre pliable de faces de 1 m par 1 m (droite) utilisés pour valider les mesures.

La scène ne comporte qu'un seul arbre et celui-ci est très proche des antennes, entre 3 et 14 m. La calibration relative entre les différentes polarisations peut être faite à partir des réflecteurs radar déployés, mais la calibration absolue est délicate car en champ proche. C’est pourquoi, une

28

calibration relative entre les différentes polarisations a uniquement été appliquée pour cet instrument.

Le site accueillant l'instrument TropiScat n'étant pas relié à Internet, un autre moyen de transmettre les données a dû être trouvé. Après avoir envisagé dans un premier temps une connexion par satellite, qui s'est avérée trop coûteuse étant donnée la quantité de données quotidiennes à transmettre (1.6 Go de données brutes ou 515 Mo de données archivées), le choix s'est porté sur un transfert de données à l'aide de clefs USB envoyées en métropole par la poste. La copie des données archivées se fait automatiquement chaque nuit et toutes les 3 semaines environ, un opérateur du CIRAD (Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement) extrait la clef, la remplace par une clef vierge, et l'envoie par la poste. Comme pour l’instrument précédent, une copie des archives est conservée sur le disque dur du PC de contrôle. Par sécurité, les fichiers originaux sont eux aussi conservés mais sur le disque dur du VNA et pour une durée maximale de 45 jours afin de ne pas saturer totalement le disque.

Une fois les données récupérées, un programme en Python vérifie l'intégrité des archives et des fichiers qu'elles contiennent et extrait tous les fichiers de diagnostic dans le but de recenser tous les évènements non prévus qui sont apparus. Les données brutes sont ensuite injectées dans la chaîne de traitement, elle aussi programmée en Python.

La chaîne de traitement va tout d'abord indexer toutes les données brutes dans une base de données afin de pouvoir manipuler les données plus aisément (plus de 16 500 fichiers de mesures sont enregistrés quotidiennement). A partir de chaque donnée brute, la réponse impulsionnelle calibrée correspondante est calculée et stockée sur le disque dur afin de gagner en temps de calcul. A partir de ces réponses impulsionnelles les séries temporelles de coefficient de rétrodiffusion, de cohérence peuvent être calculées et tracées, et les histogrammes de cohérence ou l'évolution de la cohérence en fonction de la baseline temporelle déduits.

Figure 15. TropiScat : Réflecteurs trièdre à face carrées de 2 m d'arrête (gauche) et dièdre à face carrées de 2 m de côté (droite) utilisés pour valider les mesures.

Les données ont été validées mais aussi calibrées à l'aide du réflecteur radar de type trièdre à faces carrées et du réflecteur dièdre à faces carrées, visibles dans la Figure 15. Les réflecteurs en question furent transportés en pièces détachées par bateau de Toulouse en Guyane et assemblés sur place durant une des premières campagnes terrain.

29

Lors de chaque mission, c’est à dire à peu près tous les 3 mois, des mesures avec les réflecteurs dans la scène, puis tout de suite après des mesures sans réflecteurs dans la scène ont été faites. La soustraction des mesures avec réflecteur et des mesures sans réflecteur donne la réponse radar du réflecteur seul qui peut ainsi servir de référence pour la calibration. Ces mesures de calibration ont été effectuées après 19:00 afin de réduire les problèmes de focalisation dus aux mouvements des arbres induits par le vent, et de permettre une soustraction de chambre efficace. En effet, comme on le verra au chapitre 3, la forêt présente un comportement spécifique le jour et la nuit : elle est immobile la nuit, alors qu’elle est soumise dans la journée à des mouvements importants au niveau des branches.

La calibration n'a pas été chose aisée lors de cette expérimentation. En effet, un seul endroit était disponible au pied de la tour pour placer le trièdre de 2 m de côté dans la scène. La réponse de celui-ci étant mélangée à celle de la forêt, le trièdre a été placé dans la scène lors de chaque mission, puis enlevé entre celles-ci.

Ainsi, les données obtenues ont pu être calibrées da manière relative, c'est-à-dire entre elles, mais pas de façon absolue. En effet, il était important de calibrer les couplages des différentes antennes au même niveau afin de ne pas avoir d'estimation biaisée de la radiométrie et de la cohérence.

Afin que la réponse du calibrateur ne soit pas mélangée à celle de la forêt, un essai a été fait en suspendant un trièdre à 25 m de haut (Figure 16).

Figure 16. TropiScat : Essai de calibration avec le réflecteur trièdre suspendu à 25 m de haut.

Les mesures avec le trièdre suspendu ont montré une bonne séparation de celui-ci par rapport à la forêt [Figure 17]. Un dièdre a donc été installé de façon permanente sur la tour mais les mesures correspondantes n’ont pas été exploitées pour l'instant.

30

Figure 17. TropiScat : Réponse du trièdre à 25 m de haut en tomographie verticale (gauche) et dièdre installé sur la tour de façon durable à 35 m de haut (droite).

Les acquisitions avec les 20 antennes ont été lancées fin 2011, et les données jusqu’à fin 2012 ont été traitées. Suite à plusieurs problèmes techniques, avec entres autres une défaillance matérielle du VNA, les données n’ont pas pu être acquises durant 5 mois.

Deux séries de mesures sont ainsi disponibles : la première, de décembre 2011 à mars 2012 correspond à la saison des pluies, et la seconde, d’août à décembre 2012 correspond à la saison sèche.

2.2. Campagnes de mesures tomographiques in situ

Les deux instrumentations présentées précédemment, TreeScat et TropiScat sont des systèmes fixes qui visent toujours la même zone, le cèdre dans le cas de TreeScat, une portion de forêt tropicale pour TropiScat. Ces méthodes ont prouvé l’intérêt de telles mesures pour la compréhension des mécanismes de rétrodiffusion et il nous semblait opportun de pouvoir explorer différentes forêts pour généraliser les analyses. Dans ce but, nous avons conçu et développé un système de mesure transportable, installé sur un camion grue. Dans cette section, nous détaillons les développements effectués sur cet instrument. L’analyse des résultats obtenus dans le cadre de cette expérimentation seront présentés dans le chapitre 3.