Polarimétrie radar - Paramètres polarimétriques

Lorsqu'on analyse les données radar polarimétriques, on peut calculer certains paramètres qui ont une interprétation physique utile .

Paramètres polarimétriques

Lorsqu'on analyse les données radar polarimétriques, on peut calculer certains paramètres qui ont une interprétation physique utile . Bien qu'on puisse les calculer pour chaque échantillon d'une image polarimétrique, on préfère souvent en calculer la moyenne pour des groupes d'échantillons afin de réduire l'effet du bruit.

La puissance totale

Cette quantité est la puissance totale reçue par les quatre canaux d'un système radar polarimétrique. On peut l'exprimer avec les éléments de la matrice de Sinclair (de diffusion) : |S_hh|² + |S_hv|² + |S_vh|² + |S_vv|² , ou encore à partir des éléments des matrices de covariance, de cohérence ou de Kennaugh. La puissance totale dans les quatre canaux est proportionnelle à la somme des éléments diagonaux de ces matrices (la trace).

Coefficient de corrélation des canaux copolarisés

La corrélation entre deux canaux de polarisation parallèle d'un radar à polarisation multiple ou d'un radar polarimétrique.

Les canaux copolarisés sont souvent les canaux HH et VV. Le coefficient de corrélation est un nombre complexe que l'on calcule en prenant la moyenne du produit entre l'amplitude complexe du canal HH et l'amplitude complexe conjuguée du canal VV. Elle est normalisée par la racine carrée du produit des puissances des canaux HH et VV .

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Lorsque le coefficient de corrélation est égal à un, il existe une relation linéaire entre les signaux reçus dans les deux canaux (on peut calculer l'un à partir de l'autre). Par exemple, la rétrodiffusion d'un réflecteur en trièdre. Lorsque le coefficient est inférieur à un, il n'y a pas de relation directe entre la rétrodiffusion en HH et en VV. Cela peut indiquer la présence de bruit dans l'un des canaux, ou les deux, ou alors que les ondes reçues sont partiellement polarisées. Il est possible de corriger le coefficient pour le bruit de réception d'un système radar , p. 294.

Différence de phase des canaux copolarisés

Il s'agit de la différence de phase entre les deux canaux de polarisation parallèle d'un radar à polarisation multiple ou d'un radar polarimétrique. Il s'agit de l'angle de phase du coefficient de copolarisation. Pour calculer la moyenne, on trouve d'abord la moyenne des éléments cohérents de la matrice de diffusion, puis on calcule la différence de phase des canaux de copolarisation à partir de cette moyenne.

Les canaux copolarisés sont souvent HH et VV. La différence de phase entre ces canaux est la différence moyenne des angles de phases des pixels (ou groupes de pixels) correspondants pour les canaux HH et VV. On utilise souvent la différence de phase entre les canaux copolarisés pour classer les pixels, puisque qu'elle dépend du nombre de réflexions subies par l'onde électromagnétique lors de la diffusion. La différence de phase d'un diffuseur idéal caractérisé par une seule réflexion (ou encore un nombre impair de réflexions) sera de 180° dans la convention BSA, alors que pour un diffuseur idéal avec deux réflexions (ou un nombre pair de réflexions), elle sera de 0°.

En pratique, on trouve une grande variation dans les mesures de différence de phase entre les canaux copolarisés. Tout signal frappant une surface modérément irrégulière (mais assez uniforme pour que l'onde n'ait pas de rebonds multiples) sera rétrodiffusé avec une différence de phase entre les polarisations parallèles d'environ 180°, alors que s'il frappe une structure verticale isolée comme un poteau de téléphone, elle sera d'environ 0°. Toutefois, les différences de phases des canaux copolarisés d'une observation d'un champ cultivé pourront prendre toutes les valeurs entre -180° et +180°, dépendant des plantes qui y poussent, de leur taille et de leur espacement. Par exemple, la différence de phase de la rétrodiffusion sur un champ de maïs devrait être beaucoup plus basse que celle de la rétrodiffusion sur un champ de pois (ce résultat peut varier avec la fréquence du radar).

On peut aussi définir une différence de phase avec les canaux de polarisations orthogonales. Toutefois, ce paramètre est habituellement assez aléatoire et il y a très peu de corrélation entre les centres des phases de l'onde captée dans les canaux HH et HV (par exemple). Si on détecte un « artéfact » dans les données de différence de phase des polarisations orthogonales, il est plus probable qu'il provienne d'une interférence diaphonique entre les canaux qui n'aura pas été corrigée lors du traitement de données.

Degré de polarisation

Le degré de polarisation est le rapport entre la puissance dans la partie polarisée de l'onde électromagnétique et sa puissance totale.

Une onde électromagnétique peut être partiellement polarisée. Les paramètres de Stokes sont un moyen utile pour exprimer la puissance relative entre les parties polarisée et non polarisée d'un écho. La puissance totale d'une onde est donnée par le paramètre de Stokes, S₀ , alors que la puissance polarisée est exprimée par : . Ainsi, on peut écrire le degré de polarisation avec les paramètres de Stokes :

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Coefficient de variation

Ce coefficient est le rapport de la différence entre la puissance maximale et la puissance minimale sur la puissance maximale, dans une signature polarimétrique : (P_max - P_min) / P_max.

Lorsque le coefficient de variation est égal à un, la puissance du signal capté est nulle dans une polarisation et, donc, ce signal est complètement polarisé. Si ce coefficient est égal à zéro, la signature polarimétrique est plate et le signal diffusé n'est pas polarisé (il est, par exemple, constitué seulement de bruit). Ce paramètre est aussi appelé polarisation fractionnelle .