Estimation of oceanographic conditions by data inversion of a non-calibrated imaging radar
Estimation des conditions océanographiques par inversion de données issues d'un radar imageur non calibré
Résumé
The statistical characterization of « sea clutter » is an important challenge in microwave radar remote sensing.
It mostly relies on purely empirical models which cannot be interpreted in terms of sea state and do not comply to an inversion process. To model the statistical distribution of the backscattered intensity we use a Two-Scale approach parametrized by the radar resolution cell and the mean square slopes of waves. This model allows an analytical description of the normalized intensities with help of a single slope parameter. It matches perfectly the experimental observation when the latter is tuned in each polarization channel. However, inconsistent values are found for this tuning parameter obtained in fifferent polarizations. This is explained by a poor estimation of the polarisazatio ratio of the radar cross-section predicted by the model.
To correct this shortcoming we developed an original analytical formulation of the Two-Scale model which allows to restore in a simple way the correct order of magnitude of the polarization ratio, regardless of the radar frequency and sea state. This improved version has veen validated with several experimental comparisons in various configurations ; it leads to a consistent modelling of the sea clutter statistics in the different polarization channels. In the end we have devised a inversion process to estimate a sea state from non-calibrated intensities on an imaging radar. The relevance of this model has been established with the help of various data sets including those with calibration issues.
La caractérisation statistique du «fouillis de mer » est un problème important en télédétection radar microondes.
Elle repose en général sur des modèles purement empiriques qui ne sont pas directement interprétables en termes d’état de mer et ne peuvent pas se prêter à une procédure d’inversion. Pour modéliser la distribution statistique de l’intensité rétrodiffusée, nous utilisons une approche deux-échelles paramétrée par la cellule de résolution radar et la pente quadratique moyenne des vagues. Ce modèle permet de décrire analytiquement la distribution des intensités normalisées, à l’aide d’un seul paramètre de pente et s’adapte parfaitement aux observations expérimentales lorsqu’on ajuste ce dernier dans les différents cas de polarisation. Cependant, une incohérence dans la variable d’ajustement du modèle est observée entre les deux canaux de polarisation et expliquée par une mauvaise estimation du rapport de polarisation des sections efficaces radar prédites par le modèle deux-échelles.
Pour corriger ce défaut, nous avons développé une formulation analytique originale du modèle deux-échelles permettant de restaurer de manière simple les bons ordres de grandeur du rapport de polarisation indépendamment des fréquences radar et des états de mer. Cette version améliorée, validée par plusieurs comparaisons expérimentales dans des configurations diverses, permet d’obtenir une modélisation cohérente de la statistique du fouillis de mer dans les différents canaux de polarisation. Nous avons finalement élaboré une méthode d’inversion pour estimer un état de mer à partir des intensités non calibrées recueillies sur un radar imageur. La pertinence de ce modèle est établie à l’aide de différents jeux de données, y compris en présence d’incertitudes de calibration.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)