Nouvelle approche pour l'extraction de paramètres géophysiques des mesures en altimétrie radar
Résumé
Radar altimeter echœs have a significant shape related to the surface that reflects them. In spatial oceanography, the processing of this shape enables to estimate the sea surface height, wind speed and significant wave height.
We propose here to reduce the noise level on the parameters estimated by taking advantage of the spatial correlation of data along the satellite tracks.
This noise reduction is applied on the echœs themselves before the estimation of the parameters thanks to a multidimensional approach. Packets of echœs are considered in order to build matrices of measures instead of considering each measure independently.
The main advantage of this method is to create different subspaces which enable to isolate the useful signal from the noise. Echœs rebuilt from the useful signal have a much lower noise although their geophysical information is conserved.
A special attention is given to the optimal choice of the dimension of the signal subspace. It is found with an empirical method on realist simulations and validated on real data from several altimeters.
Geophysical parameters are then estimated from the noise reduced echœs. Their precision is enhanced as high frequency noise is reduced.
This enables to follow higher frequency variability along the satellite track. This participates to the new orientation of altimetry heading towards local studies.
We propose here to reduce the noise level on the parameters estimated by taking advantage of the spatial correlation of data along the satellite tracks.
This noise reduction is applied on the echœs themselves before the estimation of the parameters thanks to a multidimensional approach. Packets of echœs are considered in order to build matrices of measures instead of considering each measure independently.
The main advantage of this method is to create different subspaces which enable to isolate the useful signal from the noise. Echœs rebuilt from the useful signal have a much lower noise although their geophysical information is conserved.
A special attention is given to the optimal choice of the dimension of the signal subspace. It is found with an empirical method on realist simulations and validated on real data from several altimeters.
Geophysical parameters are then estimated from the noise reduced echœs. Their precision is enhanced as high frequency noise is reduced.
This enables to follow higher frequency variability along the satellite track. This participates to the new orientation of altimetry heading towards local studies.
Les radars altimètres embarqués à bord de satellites à plus de 800 km d'altitude permettent d'étudier des variations du niveau de la mer de l'ordre du centimètre ! Ils permettent aussi d'estimer la hauteur des vagues et la vitesse du vent le long des traces des satellites.
Ces paramètres sont estimés à partir des échos radar qui possèdent une forme caractéristique de la surface sur laquelle ils se réfléchissent.
La précision, la résolution et la qualité d'estimation de ces paramètres (hauteur de mer, hauteur des vagues, vitesse du vent...) sont des préoccupations permanentes pour l'exploitation et l'interprétation des mesures altimétriques.
Nous proposons dans cette thèse de réduire le niveau de bruit des mesures avant l'étape d'estimation c'est-à-dire sur les échos altimétriques.
Pour cela, nous exploitons leur corrélation spatiale en travaillant sur des matrices formées d'échos consécutifs.
Cette approche matricielle constitue une nouveauté dans le traitement du signal altimétrique. Son principal atout est de définir des sous-espaces vectoriels permettant de séparer l'information utile du bruit qui altère le signal.
Elle permet de définir des échos très peu bruités sans perdre l'information géophysique et avec une résolution maximale.
Nous établissons un traitement optimal au sens des moindres carrés s'appuyant sur des simulations et appliqué sur les données réelles de plusieurs altimètres.
Grâce aux échos débruités obtenus, les paramètres géophysiques sont extraits avec une précision accrue.
En réduisant le bruit haute fréquence, nous mettons en évidence une variabilité spatiale à plus fine échelle, jusqu'à présent noyée dans le bruit de mesure.
Cette méthode simple et efficace permet d'affiner la précision et la résolution des hauteurs de mer et des vagues estimées le long des traces des satellites.
En affinant la précision et la résolution des mesures le long des traces, on participe à la nouvelle orientation opérationnelle de l'altimétrie, tournée vers des utilisateurs et vers des études de plus en plus locales.
Ces paramètres sont estimés à partir des échos radar qui possèdent une forme caractéristique de la surface sur laquelle ils se réfléchissent.
La précision, la résolution et la qualité d'estimation de ces paramètres (hauteur de mer, hauteur des vagues, vitesse du vent...) sont des préoccupations permanentes pour l'exploitation et l'interprétation des mesures altimétriques.
Nous proposons dans cette thèse de réduire le niveau de bruit des mesures avant l'étape d'estimation c'est-à-dire sur les échos altimétriques.
Pour cela, nous exploitons leur corrélation spatiale en travaillant sur des matrices formées d'échos consécutifs.
Cette approche matricielle constitue une nouveauté dans le traitement du signal altimétrique. Son principal atout est de définir des sous-espaces vectoriels permettant de séparer l'information utile du bruit qui altère le signal.
Elle permet de définir des échos très peu bruités sans perdre l'information géophysique et avec une résolution maximale.
Nous établissons un traitement optimal au sens des moindres carrés s'appuyant sur des simulations et appliqué sur les données réelles de plusieurs altimètres.
Grâce aux échos débruités obtenus, les paramètres géophysiques sont extraits avec une précision accrue.
En réduisant le bruit haute fréquence, nous mettons en évidence une variabilité spatiale à plus fine échelle, jusqu'à présent noyée dans le bruit de mesure.
Cette méthode simple et efficace permet d'affiner la précision et la résolution des hauteurs de mer et des vagues estimées le long des traces des satellites.
En affinant la précision et la résolution des mesures le long des traces, on participe à la nouvelle orientation opérationnelle de l'altimétrie, tournée vers des utilisateurs et vers des études de plus en plus locales.
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