Géométrie de visée et résolution spatiale

La géométrie de visée d'un système radar diffère de celle des systèmes à découpage et à balayage employés pour la télédétection dans le visible que nous avons décrite au chapitre 2. Tout comme les systèmes opérant dans le visible, les plates-formes voyagent dans la direction de vol (A) avec le nadir (B) directement sous la plate-forme. Le faisceau d'hyperfréquences est transmis latéralement à angle droit par rapport au vol, illuminant un couloir (C) qui se trouve décalé par rapport au nadir. La distance en portée (D) est mesurée perpendiculairement au vol, alors que l'azimut (E) réfère à la dimension parallèle au vol. Cette vue latérale est une caractéristique de tous les radars aéroportés et spatioportés.

Courte portée

La partie du couloir balayée la plus proche du nadir est appelée portée proximale (A), alors que la partie éloignée du nadir est appelée portée distale (B).

L'angle d'incidence

L'angle d'incidence est l'angle entre le faisceau du radar et la normale à la surface du sol (A). L'angle d'incidence augmente graduellement de la portée proximale à la portée distale. L'angle de visée (B) est l'angle à partir duquel le radar illumine la surface. Dans la portée proximale, la géométrie de visée peut être considérée comme étant plus abrupte par rapport à la portée distale où la géométrie de visée est plus rasante. Pour tous les angles, l'antenne du radar mesure la distance radiale entre le radar et chaque cible sur la surface : c'est la distance oblique (ou distance-temps) (C). La distance au sol (D) est la vraie distance horizontale mesurée au sol, correspondant à chaque point mesuré dans la distance oblique.

Contrairement au cas des systèmes optiques, la résolution spatiale d'un radar varie en fonction des propriétés spécifiques du rayonnement des hyperfréquences et des effets géométriques. Dans le cas où l'on utilise un radar à ouverture réelle (ROR) (utilisé comme radar à visée latérale) pour former une image, une simple impulsion et sa rétrodiffusion servent à former l'image. Dans ce cas, la résolution dépend de la durée de cette impulsion dans le plan de la distance-temps et de la largeur de l'illumination dans la direction azimutale. La résolution transversale dépend de la durée de l'impulsion (P). Deux cibles distinctes sur la surface vont être différenciées dans la dimension transversale si leur séparation est plus grande que la moitié de la longueur d'onde de l'impulsion. Par exemple, les cibles 1 et 2 ne sont pas discernables, alors que les cibles 3 et 4 le sont. La résolution en distance-temps reste constante. Toutefois, lorsqu'elle est projetée en distance-sol, la résolution dépend de l'angle d'incidence. La résolution en distance-sol décroît lorsque la portée augmente.

La résolution azimutale ou longitudinale est déterminée par la largeur angulaire du faisceau d'hyperfréquences et par la distance en portée mesurée en distance-temps. La largeur du faisceau (A) est une mesure de la largeur du diagramme d'illumination. Au fur et à mesure que la distance en portée augmente, la résolution azimutale augmente (devient plus grossière). Sur cette figure, les cibles 1 et 2 à la portée proximale sont discernables, mais les cibles 3 et 4 plus éloignées (portée distale) ne le sont pas. La largeur du faisceau est inversement proportionnelle à la longueur de l'antenne (aussi appelée ouverture), donc une antenne longue produira un faisceau plus mince et une meilleure résolution.

De meilleures résolutions transversales sont possibles en utilisant deux petites impulsions, réalisables à l'intérieur de certaines restrictions de conception. De meilleures résolutions azimutales peuvent être obtenues en augmentant la longueur de l'antenne. Cependant, la longueur de l'antenne est soumise aux limites de chargement des plates-formes aériennes ou spatiales. Pour les radars aéroportés, les antennes sont généralement limitées à un ou deux mètres, tandis que pour les radars spatioportés, elles peuvent atteindre de 10 à 15 mètres de long. Pour contrer cette limitation, le mouvement avant de la plate-forme ainsi que des enregistrements et traitements spéciaux des échos rétrodiffusés sont utilisés pour simuler une plus longue antenne et augmenter ainsi la résolution azimutale.

Cette figure illustre ce procédé. À mesure que la cible (A) se trouve devant le faisceau du radar, des échos rétrodiffusés provenant de chaque impulsion transmise commencent à s'enregistrer. À mesure que la plate-forme avance, tous les échos provenant de la cible pour chaque impulsion sont enregistrés pour la durée du passage de la cible devant le faisceau. Le moment où la cible quitte le champ du faisceau (2) détermine la longueur de l'antenne synthétique simulée (B). Les cibles, dans la longue portée où le faisceau est le plus large, vont être illuminées plus longtemps que celles pour les cibles dans la courte portée. L'élargissement du faisceau et l'augmentation de la période durant laquelle la cible se retrouve devant le faisceau pendant que la distance au sol augmente, s'équilibrent de manière à ce que la résolution demeure constante au travers du couloir tout entier. Cette méthode, utilisée pour obtenir une meilleure résolution azimutale dans le couloir entier, est appelée radar à synthèse d'ouverture ou RSO. La plupart des radars aéroportés et spatioportés utilisés de nos jours font appel à cette technique.

Question éclair

Expliquer pourquoi l'utilisation des radars à synthèse d'ouverture est la seule option pour la télédétection radar à partir de l'espace.
La réponse est...

Question éclair - réponse

La haute altitude des plates-formes spatiales (des centaines de kilomètres) empêche l'utilisation des radars à ouverture réelle (ROR) parce que la résolution azimutale, qui est fonction de la distance, serait trop mauvaise pour être utilisée. Les ROR ne peuvent obtenir une bonne résolution que s'ils ont un très petit faisceau, ce qui demanderait une antenne immense, longue de plusieurs kilomètres, qui serait impossible à fabriquer ou à mettre en orbite. Nous avons donc besoin des radars à synthèse d'ouverture (RSO) pour simuler une longue antenne qui permette une bonne résolution.