Modélisation de l'interaction cohérente des ondes électromagnétiques avec des couverts forestiers
Résumé
The use of vegetation scattering models enable to better understand the links between radar data and the characteristics of the scene under observation. Recent studies have shown the point in modelling partially or totally the coherent interactions among scatterers. Thus, scattering models have evolved from an incoherent formulation (intensity) to a coherent one (amplitude and phase). In this thesis, a coherent and fully polarimetric formulation of the radar scattering of forested areas is developed. The canonical elements (cylinders and ellipsoids) are first considered in order to highlight the validity domain of the modelling of their interaction with electromagnetic waves. The coherent model is then presented and applied to a forest, considered as a discrete medium. The scattering by the whole forest results in the coherent sum of the fields scattered by each of its component. Each contribution is weighted by a phase shift induced by the relative position of the scatterers and weakened by the complex attenuation encountered by the wave during the propagation through the forest. Coherent models need a quite realistic description of the highlighted area, so the modelling of the forested areas have been carefully treated. This formulation is applied to two kinds of forests (tropical and tempered one) and considering three frequency bands (P-, L- and C- band). Studies of Mangrove forests stands show that the backscattering coefficient is correctly simulated, specially in the case where strong coherent effects are expected. Restrictions of this code have been analysed, particularly for high frequencies/densities. Finally the interferometric coherence is studied and its composition (influence of scatterers or mechanisms) is studied.
L'utilisation de modèles de diffusion radar par la végétation permet de mieux comprendre les relations entre des observables radar et les caractéristiques de la scène observée. Des études récentes ont montré l'intérêt de modéliser de manière partielle ou totale les interactions cohérentes entre les diffuseurs d'une scène, les modèles de diffusion évoluant d'une formulation en intensité (incohérente) à une formulation en champ (cohérente). Durant cette thèse, nous avons développé une formulation cohérente et polarimétrique de la diffusion radar par des scènes forestières. La diffusion par des éléments canoniques (cylindres, ellipsoïdes) a été traitée afin de mettre en évidence les domaines de validité des méthodes employées. Le modèle de diffusion est ensuite présenté puis appliqué à une forêt considérée comme un milieu discret. La contribution totale de la forêt résulte alors de la sommation cohérente des champs diffusés par chacune de ses composantes. Chaque contribution est pondérée par le déphasage dû à la position relative des diffuseurs et l'atténuation complexe lié au trajet de l'onde dans la forêt. Les modèles cohérents ayant besoin de s'appuyer sur des descriptions réalistes de la végétation, un soin particulier à été porté à la modélisation de la forêt. Ce code a été appliqué à deux types de forêts (tropicale et tempérée) et à trois bandes de fréquences différentes (P,L et C). Son application aux forêts de Mangroves a montré qu'il modélise correctement la rétrodiffusion dans un cas où de forts effets cohérents sont attendus. Les limitations de ce code sont notamment analysées dans le cas particulier des hautes fréquences/densités. Finalement le degré de cohérence interférométrique est étudié et sa composition (contributeurs et mécanismes dominants) est analysée.
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