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Notions fondamentales de télédétection

3.10 Systèmes radars aéroportés et spatioportés

Afin d'illustrer plus clairement les différences entre les radars aéroportés et spatioportés, nous allons brièvement décrire quelques-uns des systèmes représentatifs de chaque type, en commençant par les systèmes aéroportés.

Le RSO C/X du Convair-580 développé et exploité par le Centre canadien de télédétection a été l'un des systèmes les plus utilisés dans la recherche expérimentale et les applications RSO avancées au Canada et dans le monde, particulièrement dans la préparation des satellites RSO aéroportés. Le système a été transféré à Environnement Canada en 1996 pour la recherche sur les déversements d'hydrocarbures et autres applications environnementales. Ce système fonctionne en bande C (5,66 cm) et en bande X (3,24 cm).

Des données prises en polarisations croisées peuvent être enregistrées simultanément pour les deux bandes C et X, et la bande C peut être utilisée comme un radar polarimétrique. Les images peuvent être obtenues avec trois différentes géométries de visée (les modes Nadir, Étroit et Large) avec une large gamme d'angles d'incidence (de 5 à presque 90 degrés). En plus d'être un système complètement calibrable pour des mesures quantitatives, il possède une deuxième antenne sur le fuselage de l'avion qui permet au système en bande C d'opérer en tant que radar interférométrique.

Le système STAR (Sea Ice and Terrain Assessment) exploité par Intera Technologies Limited de Calgary, Alberta, (maintenant Intermap Technologies), a été l'un des premiers systèmes RSO utilisés commercialement autour du globe. Star-1 et Star-2 fonctionnent tous deux en bande X (3.2 cm), avec polarisation HH dans deux modes de résolution. La couverture de la fauchée varie entre 19 et 50 km avec des résolutions allant de 5 à 18 m. Ils ont d'abord été conçus pour la surveillance de la glace de mer (une des applications clés des radars au Canada) et pour l'analyse des terrains. La capacité des radars à opérer jour et nuit, en toutes conditions météorologiques, en font des outils idéaux pour la surveillance de la glace dans les eaux côtières du nord du Canada. STAR-1 a été le premier système RSO à faire le traitement des données à bord de l'avion et à offrir la transmission des données en temps réel aux stations de surface.

La NASA (National Aeronautics and Space Administration) a été un chef de file pour la recherche dans les systèmes multispectraux et RSO à polarisation multiple depuis de nombreuses années. Le Jet Propulsion Lab (JPL) en Californie a reçu par contrats, le mandat d'exploitation de divers systèmes de pointe pour la NASA. Le système AirSAR est un RSO polarimétrique qui fonctionne en bandes C, L ou P, pouvant recueillir des données dans toutes les combinaisons de polarisation (HH, HV, VH, VV). Les données provenant du système AirSAR peuvent être complètement calibrées pour permettre l'extraction de mesures rétrodiffusées. La résolution spatiale du système AirSAR est de l'ordre de 12 mètres en portée et en azimut. L'angle d'incidence varie de zéro jusqu'à environ 70 degrés. Cette capacité d'acquérir des données avec des fréquences et des polarisations multiples et dans une aussi vaste gamme d'angles d'incidence, permet la réalisation d'une multitude d'expériences spécialisées en recherche.

Avec la modernisation et les succès de l'imagerie radar aéroportée, les radars spatioportés constituaient la suite logique pour compléter les satellites optiques en fonction. SEASAT, lancé en 1978, fut le premier satellite de télédétection civile à comporter un capteur RSO. Ce RSO fonctionnait dans la bande L (23,5 cm) avec une polarisation HH. La géométrie de visée s'établissait entre neuf et quinze degrés, avec une fauchée de 100 km et une résolution spatiale de 25 mètres. Cette géométrie de visée abrupte fut principalement désignée à l'observation des océans et de la glace de mer, mais une importante quantité d'images furent également prises au-dessus des masses continentales. Cependant, les petits angles d'incidence augmentaient l'effet de repliement au-dessus des terrains accidentés, limitant son utilisation dans ces régions. Les trois mois où ce satellite a été opérationnel ont suffit à démontrer le potentiel des radars spatioportés.

Devant le succès obtenu par le RSO de SEASAT, et profitant de l'impulsion provenant des résultats positifs des RSO aéroportés, l'Agence Spatiale Européenne (ASE) lança le ERS-1 en juillet 1991. Le ERS-1 avait à son bord un radar altimètre, un radiomètre à infrarouge, un sondeur à hyperfréquences et un radar actif à hyperfréquences dans la bande C (5,66 cm). C'est un instrument flexible qui peut être utilisé comme rétrodiffusomètre pour mesurer la réflexivité de la surface de l'océan, ainsi que la vitesse et la direction des vents de surface en mer. Il peut aussi être utilisé comme RSO, prenant des images avec une fauchée de plus de 100 km avec des angles d'incidence variant de 20 à 26 degrés, et une résolution de 30 mètres. Les polarisations de transmission et de réception sont toutes deux verticales (VV), et combinées à un angle de visée abrupt, elles font du ERS-1 un système sensible à la rugosité de la surface. La fréquence de visite (ou cycle) du ERS-1 peut varier en ajustant son orbite, de 3 à 168 jours, selon le mode d'opération. Généralement, le cycle est de 35 jours. Un deuxième satellite, le ERS-2, fut lancé en avril 1995 et contient les mêmes capteurs que le ERS-1. La principale utilisation du ERS-1 était la surveillance et la recherche en océanographie. Il fut le premier satellite radar à procurer à la communauté mondiale de télédétection un accès étendu aux données RSO spatioportées. L'imagerie provenant de ces deux satellites a été utilisée dans plusieurs types d'applications, au-dessus des océans et des continents. Tout comme pour SEASAT, les angles d'incidence abrupts limitent leur utilité dans certaines applications au-dessus des terres à cause des effets de la géométrie de visée.

L'Agence nationale de développement spatial du Japon a lancé le satellite JERS-1 en février 1992. En plus d'inclure deux capteurs optiques, le JERS-1 a un RSO dans la bande L (23,5 cm) opérant en polarisation HH. La largeur de sa fauchée est approximativement de 75 km, avec une résolution spatiale de 18 mètres. Les angles d'incidence du RSO de JERS-1 sont un peu moins étendus que ceux de SEASAT et des satellites ERS. Au milieu de sa fauchée, l'angle d'incidence est de 35 degrés. Les images du JERS-1 sont donc un peu moins sensibles à la géométrie et aux effets de terrain. La grande longueur d'onde de la bande L du JERS-1 permet une plus grande pénétration de l'énergie radar dans la végétation et autres types de surface.

La télédétection avec système RSO sur satellite a fait un pas de géant avec le lancement du satellite RADARSAT, le 4 novembre 1995. Le projet RADARSAT, dirigé par l'Agence spatiale canadienne (ASC), a été fondé sur le développement de technologies et d'applications de télédétection du Centre canadien de télédétection (CCT) depuis les années 70. RADARSAT comporte un RSO à bande C (5,6 cm) à polarisation HH, avec un faisceau radar variable qui permet plusieurs options d'imagerie dans un couloir de fauchée de 500 km. La fauchée peut varier entre 35 à 500 km de largeur avec une résolution de 10 à 100 mètres. La géométrie de visée est aussi flexible, avec des angles d'incidence variant de moins de 20 degrés jusqu'à plus de 50 degrés. Bien que le cycle de son orbite soit de 24 jours, la flexibilité de son faisceau variable permet à RADARSAT de voir une région avec une plus grande fréquence et de répondre à des demandes d'observations particulières. L'orbite de RADARSAT est optimisée pour de fréquentes couvertures des latitudes moyennes jusqu'aux régions polaires, elle peut donner des images quotidiennes de toute la région arctique et elle permet de voir n'importe qu'elle région du Canada en trois jours. Même aux latitudes équatoriales, l'on peut obtenir une couverture complète en six jours, en utilisant le plus large couloir de 500 km.

Plusieurs options d'imagerie