Les traitements multivoies sur données non focalisées ne sont pas les seuls traitements existants. En effet d’autres techniques sont utilisées sur données focalisées (post compensation et correction des effets de migration distance), et permettent également de détecter, de localiser et d’estimer la vitesse radiale de cibles lentes. La vitesse azimutale peut cette fois-ci être estimée par autofocus, comme dans le cas des techniques d’acquisition monovoies. Dans ce paragraphe, nous allons présenter la technique la plus utilisée dans cette catégorie, à savoir l’Interférométrie Along-Track (ATI).
II.2.2.1) Introduction
Bien que relativement récente, l’interférométrie radar est déjà très largement utilisée par la communauté de télédétection par radar. Le principe de l’interférométrie radar a été exposé en premier par Graham en 1974 et a été validé sur des données SEASAT et SIR-B [35]. L’interférométrie radar consiste à comparer deux signaux et à examiner le décalage de phase entre ces deux signaux. Les acquisitions peuvent être effectuées par deux capteurs embarqués soit sur deux avions ou satellites différents (c’est le cas, par exemple, de la mission Tandem-X [36]) soit sur le même avion ou satellite.
Dans le cas du RSO aéroporté, une technique de traitement multivoies consiste à réaliser l’acquisition des deux images sous la même géométrie à des instants différents. Cela
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consiste par exemple à fixer deux antennes dans le sens du déplacement de l’avion. On parlera d’interférométrie along-track ou ATI. C’est cette technique, appliquée à la détection de cibles mobiles lentes, qui sera décrite plus particulièrement dans ce manuscrit.
II.2.2.2) Description de la méthode
On considère un système constitué des deux antennes alignées dans la direction azimut (Figure 2.7). La distance entre les deux antennes est la baseline (notée ܾ). On considère une cible mobile ܲ௧ évoluant à vitesse constante. On notera ܸ et ܸ les modules des vitesses radiales et azimutales de la cible, et ܸ le module de la vitesse du capteur. On considère le cas oùȁܸȁ, ȁܸȁ ا ȁܸȁ. On posera ݅ et ݆ les coordonnées en azimut et en distance, ݖଵሺ݅ǡ ݆ሻ l’image RSO complexe d’une zone au sol prise par l’antenne 1 et ݖଶሺ݅ǡ ݆ሻ l’image RSO complexe de la même zone au sol prise par l’antenne 2.
Figure 2.7 : Géométrie d’un système conçu pour l’interférométrie along-track.
L’image ݖଵ sera acquise à un temps ݐ et l’image ݖଶ sera acquise à un temps ݐ ߂ݐ, où ߂ݐ ൌ ܾ ܸΤ . La phase interférométrique ߮ ௧ሺ݅ǡ ݆ሻ correspond donc à la phase du produit entre ݖଵ et ݖଶכ, où כ représente l’opérateur conjugaison. On montre alors que cette phase interférométrique, dans un cas idéal sans bruit, est donnée par[3], [37], [38]:
߮௧ሺ݅ǡ ݆ሻ ൌ Ͷ p l ܸሺ݅ǡ ݆ሻ߂ݐ൨ଶp ൌ ቈ ʹp l ܾ ܸሺ݅ǡ ݆ሻ ܸ ଶp
où l est la longueur d’onde d’émission et ሾήሿଶp représente l’opération « modulo-ʹp ». La phase ߮௧ sera donc différente de zéro si une cible mobile est présente, et égale à zéro dans le cas contraire. La détection des cibles mobiles s’effectue dans ce cas par estimation de l’interférogramme de la zone imagée.
II.2.2.3) Limitations
L’ATI est un traitement sur données focalisées, c’est-à-dire des données intégrées sur des temps plus longs que dans le cas du STAP ou du DPCA (quelques secondes). On émet
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l’hypothèse que la vitesse des cibles est constante sur le temps d’intégration. Dans les cas réels, cette hypothèse n’est pas toujours vérifiée, ce qui peut biaiser l’estimation de la vitesse des cibles mobiles.
De plus, la phase interférométrique est définie à ʹp près, et devient donc ambiguë pour des vitesses radiales de cibles supérieures à une vitesse ܸǡ. Cette valeur limite est atteinte lorsque ߮௧ሺ݅ǡ ݆ሻ ൌ േp et vaut donc :
หܸǡห ൌ േ l
ʹܾ ܸ
Considérons le système satellitaire TANDEM-X [36] à titre d’exemple. On fixe la baseline à ͳͲͲ݉ (ce qui est la plus petite baseline possible en ATI pour ces satellites). La vitesse du capteur vaut ܸ ൌ Ǥ݇݉Ǥ ݏିଵ, et la fréquence d’émission est de ͻǤͷܩܪݖ. On obtient une vitesse radiale limite de ͳǤʹ݉Ǥ ݏିଵ environ. L’ATI au niveau satellitaire est surtout utilisée pour la détection et l’estimation de courants marins, ou de mouvements de terrains, comme par exemple l’évolution d’une faille sismique.
Au niveau aéroporté, les vitesses limites détectables sont un peu plus élevées, ce qui permet de détecter et d’estimer les cibles lentes. A titre d’exemple, pour le système AIRSAR [39], les vitesses radiales limites sont de l’ordre de ͷ݉Ǥ ݏିଵ pour le mode d’acquisition standard. Afin de lever cette ambiguïté concernant les vitesses élevées de cibles mobiles, on peut utiliser l’ATI avec plus de deux antennes, constituant alors un système multi baselines. Cette méthode permet de plus d’être particulièrement efficace concernant l’estimation de cibles lentes et à faible rapport signal-à-clutter [40]. On montre également dans [41] que la combinaison entre l’ATI multi baselines et le DPCA est une solution très intéressante pour la détection du trafic routier.
II.3) Les cibles mobiles en imagerie RSO monovoies
Les techniques présentées précédemment nécessitent l’utilisation de plusieurs voies d’acquisition (au moins deux). Ces techniques présentent l’avantage de pouvoir supprimer le clutter des scènes imagées afin de ne retenir que les cibles mobiles. Dans certains cas, à cause de contraintes mécaniques, les systèmes RSO imageurs ne sont constitués que d’une seule voie d’acquisition. On parle alors de RSO monovoie.
Contrairement aux techniques multivoies présentées au paragraphe précédent, l’imagerie RSO monovoie ne permet pas de supprimer automatiquement le clutter des scènes observées. Par conséquent, en imagerie RSO monovoie, nous ne pouvons pas détecter automatiquement les cibles mobiles ni estimer leur vitesse radiale. Néanmoins, ces techniques permettent d’estimer une composante de vitesse de ces cibles (la composante azimutale de vitesseܸ [42]) et de connaitre leurs coordonnées sur les images RSO [43]. Certaines études intéressantes concernant le pistage des cibles mobiles au sol ont même été effectuées, en utilisant des techniques multi-images non cohérentes. Ces techniques présentent cependant quelques limitations que nous détaillerons.
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