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Thèse Année : 2013

Synthetic Aperture Radar Multi-Polarization Ocean Characteristics and Ship Detection

Radar à synthèse d'ouverture polarimétrique pour la caractérisation de la surface de la mer et la détection de navire

Bo Wang

Résumé

In our study, sea surface characteristics imaged by multi-polarization space-borne synthetic aperture radar (SAR) have been investigated. For the first time, a decomposition of different scattering mechanisms have been performed for ocean satellite SAR imagery to better understand the non-Bragg (Scalar) contribution to the total radar cross section (RCS) and Doppler measurements. Characteristics retrieval and target classification have been established, using polarimetry and Bayesian detection theories. There are generally three types of surface scattering mechanisms occurring when the sea surface is detected by microwave radar, i.e., Bragg, specular, and Rayleigh. Depolarized Bragg contribution corresponds to sea surface capillary wave, while the other two Scalar contributions correspond respectively to the crest of the longer wave before it breaks and foams formed by wave breaking. Different scattering mechanisms induce different polarimetric scattering coefficients and Doppler spectrum. It had been impossible to separate those scattering mechanisms with single polarization radar imageries. On pixel scale, we decomposed radar scattering matrices physically into Bragg and Scalar contributions. The decomposition is an iteration initiated with the radar incidence angle, and controlled by a local incidence angle which is function of co-polarization and cross-polarization. Based on these developments and testing, a strategy has been refined to analyze the signature of different features, to retrieve wind seas and sea swell parameters, as well as slick areas, ships, oil rigs, such polarized targets that may be buried in the Scalar contribution. With polarimetric scattering matrices estimated both for Bragg and Scalar contributions, a sea clutter model describing almost the real sea surface has been improved statistically. From this point, this improved model could be combined with Bayesian detectors to classify man-made metallic targets, such as ships, oil rigs, etc.
Ce travail de thèse a été consacré à la caractérisation de la surface de la mer par radar à synthèse d'ouverture (RSO) polarimétrique porté par un satellite. Un modèle pour différents mécanismes de diffusion est mise en oeuvre, pour une meilleure compréhension de la contribution scalaire sur toutes les surface équivalentes radar (SER) et les mesures doppler par images RSO sur la mer. Généralement, il y a trois types des mécanismes de diffusion sur la surface quand la mer a été illuminée par une radar micro-onde, i.e., Bragg, spéculaire, et Rayleigh. La contribution de Bragg dépolarisée correspond à des petites vagues de capillarité-gravité, alors que les autres, contributions scalaires correspondent à la réflexion spéculaire par la crête des vagues qui est instable et déferle et la diffusion de Rayleigh sur la mousse après la vague déferlante. Différents mécanismes de diffusion impliquent des coefficients de diffusion polarimétrique différents et des spectres Doppler différents. Dans chaque pixel, la matrice de diffusion est modelisée physiquement en contributions Bragg et scalaire. La solution est une itération qui est initiée avec l'angle d'incidence, et est contrôlée par l'angle d'incidence local. Les estimateurs des matrices de diffusion Bragg et scalaire bénéficient d'un modèle statistique du fouillis de mer. Enfin, l'amélioration du modèle statistique avec la théorie de la détection est proposée au regard de la classification pour des cibles artificielles, comme les navires ou les plate-formes pétrolières.
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tel-00979001 , version 1 (15-04-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00979001 , version 1

Citer

Bo Wang. Synthetic Aperture Radar Multi-Polarization Ocean Characteristics and Ship Detection. Signal and Image processing. Télécom Bretagne, Université de Bretagne Occidentale, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00979001⟩
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