5-Missions et images radar.docx

Leçon 5 : Mission et Images radar Objectifs de la leçon A la fin de cette leçon, les apprenants devront être capable de : Citer les satellites radar dans l’espace ; Décrire l’histoire et la chronologie de lancement des satellites radar dans l’espace ; Présenter deux exemples de données et de produit...

Leçon 5 : Mission et Images radar Objectifs de la leçon A la fin de cette leçon, les apprenants devront être capable de : Citer les satellites radar dans l’espace ; Décrire l’histoire et la chronologie de lancement des satellites radar dans l’espace ; Présenter deux exemples de données et de produits radars Satellites radar dans l’espace La télédétection radar par satellite a une longue et prospère tradition à l’échelle internationale. À partir de SeaSat à la fin des années 1970, de nombreuses missions ont contribué à une vaste gamme de données, améliorant ainsi les sciences de l’environnement et du système terrestre. Depuis les années 1990 et 2000, des missions satellitaires très réussies ont été lancées, par exemple ERS 1 et 2, ENVISAT et ALOS ont fourni de grandes quantités de données aux scientifiques, aux utilisateurs commerciaux et aux autorités publiques. https://youtu.be/L7UEZsotREY La mise en place de capteurs spatiaux avec différentes bandes de fréquences a également accru le potentiel de la télédétection radar pour contribuer à de nombreux efforts scientifiques. À l’avenir, de nombreuses missions de suivi garantiront un flux continu de couvertures de données mondiales et même une augmentation de la variété des longueurs d’onde, ce qui nous fournira un plus grand contenu d’information. Chronologie de l’histoire du radar Utilisez l’explication explorable suivante pour vous familiariser avec les missions satellitaires historiques et récentes envoyées dans l’espace. SeaSAT SeaSat est une mission expérimentale pionnière d’observation de la Terre de la NASA/JPL ; le tout premier instrument radar d’imagerie spatiale (SAR) civil a été embarqué sur SeaSat en 1978. Au cours de sa brève durée de vie de 110 jours (fin de la mission en raison d’un dysfonctionnement), SeaSat a recueilli plus d’informations sur les océans qu’au cours des 100 années précédentes de recherche à bord des navires. Il a permis d’établir l’océanographie satellitaire et de prouver la viabilité du radar imageur pour l’étude de notre planète. Plus important encore, il a donné naissance à de nombreux satellites et instruments de télédétection terrestre ultérieurs au JPL et ailleurs qui suivent les changements dans les océans, les terres et les glaces de la Terre. Ses avancées ont également été appliquées par la suite à des missions vers d’autres planètes. SIR-A Les premiers vols de la navette (en fait les quatre premières missions) étaient considérés comme des vols de démonstration. Cette déclaration concernait non seulement la navette en tant que nouveau véhicule de transport habité et réutilisable, mais aussi ses charges utiles dans tous les domaines d’observation. Au début des années 1980 et au début des années 1990, la NASA et le JPL ont développé et lancé un total de quatre missions de démonstration de la technologie SAR à la suite de SEASAT, désignées sous le nom de missions SIR (Shuttle Imaging Radar). Il s’agit de la mission SIR-A (1981), de la mission SIR-B (1984) et de deux missions SIR-C/X-SAR en 1994. Le succès de la mission SAR en bande L de SEASAT (1978) a incité le premier vol d’un SAR latéral à bord de la navette. La navette a été considérée comme une opportunité de développer progressivement et de faire voler des systèmes radar de plus en plus complexes pour des missions courtes, permettant au matériel d’être renvoyé sur Terre pour être réutilisé lors de missions ultérieures. SIR-A (Shuttle Imaging Radar-A), la charge utile principale de la mission avec un ensemble SAR (Synthetic Aperture Radar) en bande L (de pièces détachées SEASAT), a été développé par la NASA/JPL et a volé lors de la 2e mission de la navette. SIR-B L’OSTA-3 (Office of Space and Terrestrial Applications) de la NASA était la deuxième d’une série de capteurs d’observation de la Terre qui ont volé à bord de la navette. Il a volé sur STS 41-G. Les objectifs de la mission étaient les suivants : Évaluer l’utilité des systèmes avancés de télédétection pour divers types d’observations de la Terre Utiliser des observations à distance de la surface de la Terre et de son atmosphère pour améliorer la compréhension actuelle des processus de surface et des conditions environnementales sur Terre ERS-1 ERS-1 (European Remote-Sensing Satellite-1) est le premier programme de l’ESA dans le domaine de l’observation de la Terre dont l’objectif général est d’assurer une surveillance de l’environnement, en particulier dans le spectre des micro-ondes (c’est-à-dire une surveillance régulière des processus terrestres et océaniques pour détecter les changements). Il couvre un large éventail de disciplines et de sujets : observation des océans, des glaces polaires, de l’écologie terrestre, de la géologie, de la foresterie, des phénomènes houlomoteurs, de la bathymétrie (profondeur de l’eau), de la physique de l’atmosphère, de la météorologie, etc. Le programme ERS a eu un caractère pionnier dans le domaine de la mise au point d’instruments (capteurs actifs) et de l’introduction et de la démonstration de technologies d’observation avancées. C’est une vraie réussite européenne. Le programme de préparation et de développement de l’ERS a été lancé à l’ESA en 1981. ERS-1 a été officiellement lancé en 1991. SIR-C/X-SAR https://youtu.be/mp8Mg_14QRk SIR-C/X-SAR (Shuttle Imaging Radar with Payload C / X-SAR) était un projet coopératif de la NASA/JPL, du DARA/DLR et de l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) piloté par la navette spatiale Endeavour. Le projet SIR-C/X-SAR s’inscrivait dans le cadre de la mission de la NASA sur la planète Terre. L’expérience est la prochaine étape de l’évolution du programme SIR (Spaceborne Imaging Radar) de la NASA qui a commencé avec le radar à synthèse d’ouverture (SAR) Seasat en 1978 et s’est poursuivi avec le SIR-A en 198l et le SIR-B en 1984. Il s’inscrit également dans la continuité du programme de radar imageur de l’Allemagne qui a débuté avec l’expérience MRSE (Microwave Remote Sensing Experiment) embarquée à bord de la navette lors de la première mission SPACELAB en 1983. Cette mission est également connue sous le nom de SRL (Space Radar Laboratory). Il se composait d’une structure d’antenne radar et d’un système radar associé conçu pour s’adapter à l’intérieur de la soulte de la navette spatiale. ERS-2 ERS-2 est la mission de suivi d’ERS-1 de l’ESA. C’est en 1989 que l’ESA a décidé de poursuivre le programme ERS au-delà de la durée de vie d’ERS-1. Le satellite ERS-2 est essentiellement une copie d’ERS-1, sauf qu’il comprend un certain nombre d’améliorations ; il transporte également un nouvel instrument de charge utile pour mesurer la composition chimique de l’atmosphère, nommé GOME (Global Ozone Monitoring Experiment). L’ERS-2 a une masse totale de 2 516 kg au lancement (environ 200 kg de plus que l’ERS-1). L’exigence relative à la durée de vie de la mission a été portée à 3 ans. ERS-2 a également les mêmes objectifs de mission qu’ERS-1, plus un objectif de mission de chimie atmosphérique. JERS-1 JERS-1 (surnom de Fuyo-1) est un projet conjoint de satellite radar NASDA/MITI/STA [National Space Development Agency (Japon)/Ministry of International Trade and Industry (Japan)/Science and Technology Agency (Japan)]. NASDA/STA a développé le satellite (construit par Mitsubishi Electric Co.) ; Le MITI a parrainé les instruments). Les objectifs généraux sont les suivants : Génération d’ensembles de données globales à l’aide de capteurs SAR et OPS afin d’étudier les ressources ; la mise en place d’un système intégré d’observation de la Terre, la vérification des performances des instruments et des systèmes. Les applications de la mission portent sur : l’étude des phénomènes géologiques, l’utilisation des sols (agriculture, sylviculture), l’observation des régions côtières, les cartes géologiques, l’environnement, la surveillance des catastrophes, etc. L’engin spatial transporte deux capteurs d’observation de la Terre étroitement liés : l’instrument SAR actif et l’imageur multispectral OPS passif. RADARSAT-1 RADARSAT-1 est le premier satellite canadien d’observation de la Terre développé et exploité commercialement dont l’objectif est de surveiller les changements environnementaux et les ressources naturelles de la planète dans la région des micro-ondes. Les données d’observation SAR sont utiles aux utilisateurs commerciaux et scientifiques dans des domaines tels que la gestion des catastrophes, l’interférométrie, l’agriculture, la cartographie, l’hydrologie, la foresterie, l’océanographie, l’étude des glaces et la surveillance côtière. Le projet de coopération implique le gouvernement canadien sous l’égide de l’ASC (Agence spatiale canadienne) et le secteur privé. La NASA est un partenaire de la mission, fournissant des services de lancement ; En échange, la NASA reçoit des données RADARSAT à l’installation SAR de l’Alaska (ASF), à Fairbanks, en Alaska. SRTM (en anglais seulement) SRTM est une mission conjointe de la navette (projet international) entre la NASA, le DoD/NGA (National Geospatial-Intelligence Agency - anciennement NIMA), le DLR (German Aerospace Center) et l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana). SRTM représente un nouveau vol des instruments de base de la charge utile SIR-C/X-SAR sur les missions SRL-1 (STS-59, 9 - 20 avril 1994) et SRL-2 (STS-68, 30 septembre au 11 octobre 1994). Cependant, la configuration SRTM ne prend en compte que deux systèmes SAR indépendants, l’un en bande C (instrument JPL), l’autre en bande X (DLR/ASI). Les deux systèmes SAR fonctionnent avec l’antenne principale de chaque instrument situé dans la soulte ouverte de la navette, et une deuxième antenne de réception montée sur un mât extérieur déployable, respectivement. La configuration (un système bistatique) des deux systèmes radar représente un interféromètre à passage unique, également appelé IFSAR, avec une ligne de base de 60 m (séparation des deux systèmes d’antennes). La mission SRTM est en fait le premier système de technologie InSAR (radar interférométrique à synthèse d’ouverture) aéroporté à base de base fixe avec une couverture ScanSAR à large fauchée et à double fréquence (bande C et bande X) ainsi qu’une capacité de double polarisation. En tant que telle, la mission représente l’une des plus importantes études cartographiques depuis l’espace de notre planète à ce jour. EnviSat (ASAR) https://youtu.be/CNjn7bfKKlk EnviSat est une mission d’observation de la Terre de l’ESA (Agence spatiale européenne). Les objectifs généraux sont les suivants : L’étude et le suivi de l’environnement terrestre à différentes échelles, du local au mondial, en passant par le régional. Surveillance et gestion des ressources de la Terre, renouvelables et non renouvelables. Poursuite et amélioration des services fournis à la communauté météorologique opérationnelle mondiale. Contribution à la compréhension de la structure et de la dynamique de la croûte terrestre et de l’intérieur de la Terre. Principales disciplines couvertes : météorologie, climatologie, environnement, chimie atmosphérique, végétation, hydrologie, utilisation des terres, processus océaniques et glaciaires. Le satellite EnviSat transportait plusieurs capteurs : MERIS (spectromètre imageur à moyenne résolution) MIPAS (Interféromètre de Michelson pour le sondage atmosphérique passif) RA-2 (altimètre radar-2, un rétro-réflecteur laser (LRR) est inclus) MWR (Radiomètre à micro-ondes) ASAR (SAR avancé) GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars), chimie et dynamique de la haute atmosphère SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography, fourni par l’Allemagne et les Pays-Bas) AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer, fourni par le Royaume-Uni et l’Australie) COSMO-Skymed COSMO-SkyMed (Constellation de petits satellites pour l’observation du bassin méditerranéen) est une constellation de 4 engins spatiaux, conçue par l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana), et financée par le ministère italien de la Recherche (MUR) et le ministère italien de la Défense (MoD), Rome, Italie. Le programme est géré en coopération avec l’ASI et le ministère de la Défense. Le contrat a été confié à une équipe industrielle italienne, en charge du développement du projet. Thales Alenia Space Italia (TAS-I) est le maître d’œuvre du système de bout en bout et dirige une équipe industrielle de petites et moyennes entreprises italiennes, dont de nombreuses du groupe Finmeccanica. Telespazio est le principal contractant du segment sol responsable du développement du centre de contrôle de la constellation et des segments sol de l’utilisateur pour l’acquisition, le traitement et la distribution des données recueillies par les satellites pour des applications civiles et de défense. -Le programme COSMO-SkyMed représente le plus grand investissement italien dans les systèmes spatiaux pour l’observation de la Terre. Chacun des quatre satellites est équipé d’un instrument SAR (Synthetic Aperture Radar) et est capable d’opérer dans toutes les conditions de visibilité à haute résolution et en temps réel. L’objectif global de ce programme est l’observation globale de la Terre et l’exploitation des données pertinentes pour les besoins de la communauté militaire ainsi que pour la communauté civile (institutionnelle, commerciale). Des exemples d’applications des données COSMO-SkyMed sont les champs suivants : Applications de défense et de sécurité : surveillance, renseignement, cartographie, évaluation des dommages, évaluation des vulnérabilités, détection/localisation des cibles Applications de gestion des risques : Inondations, sécheresses, glissements de terrain, volcans/sismiques, feux de forêt, risques industriels, pollution de l’eau Autres applications : environnements marins et côtiers, agriculture, sylviculture, cartographie, environnement, géologie et exploration, télécommunications, services publics et planification Prestation de services d’imagerie commerciale La fréquence de revisite élevée offerte par les quatre engins spatiaux SAR en bande X devrait également offrir un potentiel unique à la communauté des utilisateurs de météorologie opérationnelle grâce à la fourniture de données auxiliaires et/ou de données sur les phénomènes métérocorrélés, en particulier en ce qui concerne la surveillance de la glace de mer et l’étude des modèles de vagues océaniques. L’accent est mis sur la nature à double usage (civil et militaire) du système. Les concepts d’IEM (Interopérabilité, Évolutivité et Multi-sensorialité) sont également mis en avant, car ces qualités font de COSMO-SkyMed un système polyvalent capable d’étendre son architecture vers un ensemble de « missions partenaires ». ALOS-1 https://youtu.be/FS_4_O0V05o ALOS (surnommé « Daichi ») est un satellite japonais d’observation de la Terre, développé par la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency, Tokyo ; anciennement NASDA), et fabriqué par NEC, Toshiba et Mitsubishi Electric Corp. Les objectifs nécessitent une charge utile de capteur optique et un capteur hyperactif dont les données à haute résolution peuvent être utilisées pour des applications telles que la cartographie, la surveillance de l’environnement et des risques (dans les 48 heures). L’objectif est de fournir à la communauté des utilisateurs des données d’une résolution suffisante pour pouvoir générer des cartes à l’échelle 1 :25 000. La surveillance des dangers à court terme (dans les 24 heures en moyenne) sera assurée par l’utilisation de mécanismes de pointage. Les caractéristiques d’application particulières de la mission ALOS sont les suivantes : La cartographie des zones terrestres (sans avoir besoin de points de contrôle au sol) pour des applications cartographiques La surveillance des catastrophes à l’échelle mondiale (en complément des capacités d’autres engins spatiaux) RADARSAT-2 Pour plus d’informations sur radarsat, je vous invite à regarder cette vidéo : https://youtu.be/ntwrkENttiw RADARSAT-2 est une mission satellitaire financée conjointement par l’ASC (Agence spatiale canadienne) et MDA (MacDonald Dettwiler Associates Ltd. de Richmond, en Colombie-Britannique), qui représente un partenariat entre le gouvernement et l’industrie du Canada [ou PPP (partenariat public-privé)] dans le cadre d’une entreprise commerciale. En février 1998, l’ASC a attribué un contrat à MDA pour la construction de RADARSAT-2. En vertu de ce contrat, MDA se chargera de développer, de posséder et d’exploiter RADARSAT-2 et l’infrastructure connexe (y compris la distribution de données). L’ASC verse une contribution financière fixe à MDA (environ 75 %), en échange de l’attribution d’images de la S/C aux organismes gouvernementaux. TerraSAR-X TerraSAR-X1 (également appelé TSX ou TSX-1) est une mission satellitaire allemande de recherche et de sauvetage destinée à des applications scientifiques et commerciales (projet national). Le projet est soutenu par le BMBF (ministère allemand de l’Éducation et des Sciences) et géré par le DLR (Centre aérospatial allemand). En 2002, EADS Astrium GmbH a remporté un contrat pour la mise en œuvre du satellite TerraSAR en bande X (TerraSAR-X) sur la base d’un accord de partenariat public-privé (PPP). Dans le cadre de cet accord, EADS Astrium a financé une partie du coût de mise en œuvre du système TerraSAR-X. En échange, EADS Astrium/Infoterra a reçu les droits exclusifs d’exploitation commerciale des données de TerraSAR-X. Le satellite est détenu et exploité par le DLR, et les droits sur les données scientifiques restent la propriété du DLR. Le satellite a une durée de vie nominale d’au moins cinq ans. TerraSAR-X est issu de l’héritage SIR-C/X-SAR (1994) et SRTM (2000) - des instruments SAR DLR utilisés lors des missions de la navette. Les objectifs scientifiques sont de rendre les données multimodes et à haute résolution en bande X disponibles pour un large éventail d’applications scientifiques dans des domaines tels que : l’hydrologie, la géologie, la climatologie, l’océanographie, la surveillance de l’environnement et des catastrophes, et la cartographie (génération DEM) en utilisant l’interférométrie et la stéréométrie. Le potentiel scientifique de la mission est donné par : La haute résolution géométrique et radiométrique (mode expérimental 300 MHz pour une résolution très élevée) La capacité de mode de polarisation simple, double et quadruple La capacité de l’imagerie multi-temporelle La capacité de l’interférométrie à passes répétées La capacité de l’ATI (Along-Track Interferometry) TanDEM-X TSX/TanDEM-X est une mission de recherche et de sauvetage interférométrique à haute résolution du DLR (Centre aérospatial allemand), en collaboration avec les partenaires EADS Astrium GmbH et Infoterra GmbH dans le cadre d’un consortium PPP (partenariat public-privé). Le concept de la mission est basé sur un deuxième satellite radar TerraSAR-X (TSX) volant en formation rapprochée pour atteindre les lignes de base interférométriques souhaitées dans une constellation hautement reconfigurable. Un contrat pour la construction du vaisseau spatial TanDEM-X a été signé en septembre 2006 entre le DLR et EADS Astrium. L’objectif principal de la constellation innovante TanDEM-X/TerraSAR-X est la génération d’un MNT (modèle numérique d’élévation) global, cohérent, opportun et de haute précision, correspondant aux spécifications du modèle HRTE-3 (High Resolution Terrain Elevation, level-3) (affichage de 12 m, précision de hauteur relative de 2 m pour un terrain plat). Les modèles HRTE-3/HRTI-3 ont été définis par la NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), Washington, D.C. en générant le MNT global, environ 300 To de données brutes seront acquises à l’aide d’un réseau de stations de réception au sol. Le traitement des produits DEM nécessite des techniques avancées multi-baseline et implique un mosaïquage et un schéma d’étalonnage sophistiqué à l’échelle continentale. Source : eoPortal  Sentinelle-1 Pour en savoir plus, veuillez regarder la vidéo suivante : https://youtu.be/FJWzLxdSMyA Sentinel-1 est l’observatoire radar européen, représentant le premier nouveau composant spatial de la famille de satellites Copernicus, conçu et développé par l’ESA et financé par la Commission européenne. Les missions Copernicus (Sentinel-1, -2,-3, 4, 5) représentent la contribution de l’UE au GEOSS (Global Earth Observation System of Systems). Sentinel-1 est composée d’une constellation de deux satellites, Sentinel-1A et Sentinel-1B, partageant le même plan orbital avec une différence de phase orbitale de 180°. La mission fournit une capacité opérationnelle indépendante pour la cartographie radar continue de la Terre avec une fréquence, une couverture, une rapidité et une fiabilité améliorées pour les services opérationnels et les applications nécessitant de longues séries chronologiques. ALOS-2 Pour en savoir plus, veuillez regarder la vidéo suivante : https://youtu.be/FS_4_O0V05o ALOS-2 est la mission satellitaire JAXA L-SAR d’ALOS (Daichi) approuvée par le gouvernement japonais à la fin de 2008. L’objectif global est d’assurer la continuité des données à utiliser pour la cartographie, l’observation régionale, la surveillance des catastrophes et la surveillance de l’environnement. Le programme post-ALOS de la JAXA a pour objectif de poursuivre l’utilisation des données ALOS (surnommé Daichi) - composé d’ALOS-2 (satellite SAR) et d’ALOS-3 (satellite optique) conformément au nouveau programme spatial japonais. SAOCOM Pour en savoir plus, veuillez regarder la vidéo suivante : https://youtu.be/vr_C6LQ7mHc La série de satellites SAOCOM (SAtélite Argentino de Observación COn Microondas) représente la constellation polarimétrique approuvée de l’Argentine en bande L SAR (radar à synthèse d’ouverture) de deux engins spatiaux, un programme défini, géré et exploité par la CONAE (Comisión Nacional de Actividades Espaciales), l’agence spatiale argentine de Buenos Aires. La mission SAOCOM-1 est composée de deux satellites (SAOCOM-1A et -1B) qui seront lancés consécutivement. L’objectif global est de fournir une capacité efficace d’observation de la Terre et de surveillance des catastrophes. Les exigences du SAOCOM exigent la capacité de fournir des informations en temps opportun à l’appui de la gestion des catastrophes naturelles et anthropiques (telles que les inondations régionales, les éruptions volcaniques, les tremblements de terre, les glissements de terrain, les incendies de forêt, etc.) et de fournir des services de surveillance pour l’agriculture, l’exploitation minière et les applications océaniques - y compris des études de surveillance de l’Antarctique (étude de l’évolution des glaciers continentaux, indicateurs de changement global, etc.) etc.). L’objectif est d’obtenir des données avec une précision radiométrique et géométrique de haute qualité (par exemple, l’identification des ressources naturelles, l’interférométrie, la glaciologie), et de fournir également des fréquences de revisite élevées (quotidiennes) à l’appui d’exigences opérationnelles spécifiques. A quoi ressemble une image radar ? Jusqu’à présent, nous avons appris quelques notions fondamentales sur le fonctionnement des systèmes radar, sur les bandes de fréquences utilisées dans les missions spatiales et sur la façon dont la technologie radar s’est développée au cours de l’histoire. Il est temps de jeter enfin un coup d’œil à quelques images radar du monde réel ! Cette rubrique présente quelques exemples de données et de produits radar pour vous familiariser avec l’aspect et la convivialité des données SAR. Radam (en anglais seulement) La mission RADAM a été la première mission de cartographie aéroportée à grande échelle. Au début des années 1970, la région amazonienne a été largement cartographiée à l’aide de systèmes radar. Ici, vous pouvez voir quelques données résultantes Les images suivantes montrent quelques exemples de domaines d’application potentiels pour les images radar. Étudiez attentivement les images, familiarisez-vous avec leur apparence. Surveillance d’une exploitation d’hévéas à l’aide d’images optiques (image du dessus, Sentinel-2) et d’images radar (image du dessous, Sentinel-1). Les deux satellites font ressortir des éléments différents (Sources : images Copernicus, traitées par SIRS) Surveillance d’une exploitation d’hévéas à l’aide d’images optiques (image du dessus, Sentinel-2) et d’images radar (image du dessous, Sentinel-1). Les deux satellites font ressortir des éléments différents (Sources : images Copernicus, traitées par SIRS) Surveillance d’une exploitation d’hévéas à l’aide d’images optiques (image du dessus, Sentinel-2) et d’images radar (image du dessous, Sentinel-1). Les deux satellites font ressortir des éléments différents (Sources : images Copernicus, traitées par SIRS) Source : https://www.applisat.fr/technologies-spatiales/imagerie-satellitaire-radar-et-exemples-applications Pour visualiser les images radars qui expliquent toutes les notions qui ont été abordées jusqu’à présent, je vous invite à télécharger et à lire le fichier suivant : https://userpages.irap.omp.eu/~ogodet/SIA_2021_2_Image_Radar.pdf EXEMPLES D’IMAGES TERRASAR-X Composites multi-temporels Zones forestières Trafic maritime Structures agricoles Coupes à blanc en forêt