Forward & Inverse Modeling for Synthetic Aperture Radar Observables in Bistatic Configuration. Applications in Forest Remote Sensing
Modélisation directe et inverse des observables radar à synthèse d'ouverture en configuration bistatique. Applications à la télédétection des milieux forestiers
Résumé
Synthetic aperture radar (SAR) turns out to be particularly powerful in forest remote sensing, benefiting from micro-waves properties jointly to operational assets. Nevertheless, the interpretation of SAR measurements regarding in-situ parameters is not straightforward and originates many fields of research, such as the bistatic configuration. The success of recent airborne campaigns (e.g joint ONERA-DLR acquisition) or hybrid ones illustrates certain resurgence for bistatic, mostly fostered by system and strategic advantages. Yet, the physical potential of bistatic observables remains poorly known, particularly for forest monitoring. Initiated by that question, the thesis aims at investigating optimal bistatic configurations in order to ease and improve the retrieval problem, keeping in mind the operational feasibility. For such topic, electromagnetic modeling is of the greatest importance, as shown with the development of the simulator MIPERS which assets regarding existing models evince all their relevance for the understanding of the new observables. Based on theoretical and phenomenological results supported by our simulations, innovative extensions of monostatic reference algorithms based on the backscatter or on vectorial interferometry have been set forth, in order to estimate the biomass directly or through forest model descriptive parameters. On top of experimental bistatic campaigns, also set forward are promising prospects on multistatic acquisitions.
Le radar à synthèse d'ouverture (RSO) constitue un instrument unique en télédétection des forêts, fort des propriétés physiques micro-ondes en sus d'atouts opérationnels. Néanmoins, l'utilisation de la sensibilité des mesures SAR aux variables d'intérêts in-situ n'est pas triviale et constitue de multiples axes de recherche dont l'étude de la configuration bistatique. Le succès de récentes acquisitions aéroportées (e.g campagne conjointe ONERA-DLR) ou hybrides témoigne d'une certaine résurgence pour la géométrie bistatique, principalement mis en avant pour des considérations opérationnelles. La question du potentiel physique des observables bistatiques reste cependant peu traitée. La thèse s'inscrit dans cet objectif, via l'étude de configurations bistatiques optimales pour améliorer l'inversion de paramètres in-situ d'intérêts, tout en considérant leur faisabilité. Dans ce cadre, la modélisation électromagnétique est fondamentale, illustrée ici par le développement du simulateur ad-hoc MIPERS dont les originalités par rapport aux modèles existants ont démontré toute leur importance pour analyser ces nouvelles observables. Des extensions novatrices des algorithmes de référence en monostatique basées sur l'intensité et l'interférométrie vectorielle pour une estimation directe de la biomasse ou via l'inversion de paramètres descriptifs de modèles de forêts sont alors proposées, à l'issue de formulations théoriques supportées par les résultats de simulations. Outre de futures campagnes expérimentales bistatiques, sont aussi mises en avant les perspectives innovantes de configurations multistatiques.
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