Interaction avec la cible et apparence de l'image

La brillance d'un élément sur une image radar est fonction de la portion de l'énergie transmise qui retourne au radar à partir de la cible à la surface. La magnitude de l'intensité de cette énergie rétrodiffusée dépend de la manière dont l'énergie radar interagit avec la surface, en fonction de plusieurs variables ou paramètres. Ces paramètres incluent les caractéristiques particulières des systèmes radars (fréquence, polarisation, géométrie de visée, etc.) ainsi que les caractéristiques de la surface (type de couverture, topographie, relief, etc.). Puisque plusieurs de ces caractéristiques sont intereliées, il est impossible de séparer leurs contributions individuelles à l'apparence des éléments sur les images radars. Des variations de ces paramètres peuvent avoir un impact sur les résultats et peuvent influencer les autres paramètres, affectant la quantité rétrodiffusée. Ainsi, la brillance d'un élément sur une image est habituellement une combinaison de plusieurs de ces variables. Mais, pour les besoins de notre discussion, nous pouvons regrouper ces caractéristiques en trois catégories qui contrôlent fondamentalement l'interaction énergie/cible des radars. Ces catégories sont :

• rugosité de la surface de la cible
• relation entre la géométrie de visée du radar et de la surface
• le taux d'humidité et les propriétés électriques de la cible.

La rugosité de la surface d'une structure contrôle la manière dont les hyperfréquences interagissent avec cette surface ou la cible, ce qui est généralement le facteur dominant dans la détermination d'une image radar. La La rugosité se définit comme la variation moyenne des aspérités de la surface par rapport à une surface plane. Elle se mesure en centimètres. L'apparence rugueuse ou lisse d'une surface dépend de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence.

Une surface est considérée "lisse" si la variation verticale est beaucoup plus petite que la longueur d'onde du radar. Lorsque la variation verticale est de l'ordre de la longueur d'onde, la surface apparaît rugueuse. Donc, une surface donnée apparaît plus rugueuse lorsque la longueur d'onde diminue, et plus douce lorsque la longueur d'onde augmente. Une surface lisse (A) engendre une réflexion spéculaire de l'énergie incidente (généralement dans la direction opposée au capteur) et en conséquence, seule une petite quantité d'énergie retourne au radar. Les surfaces lisses apparaissent comme des régions en tons plus sombres sur une image. Une surface rugueuse (B) réfléchira l'énergie dans toutes les directions (il y aura diffusion), et une partie importante de l'énergie sera rétrodiffusée vers le radar. Les surfaces rugueuses apparaîtront donc en tons plus clairs sur une image. L'angle d'incidence, en combinaison avec la longueur d'onde, joue aussi un rôle important dans la rugosité apparente d'une surface. Pour une longueur d'onde et une surface données, la surface apparaîtra plus lisse à mesure que l'angle d'incidence augmente. Donc, en s'éloignant à travers le couloir de la portée proximale à la portée distale, une moins grande quantité d'énergie retournera au capteur et l'image sera plus sombre.

Nous avons déjà abordé la relation existant entre l'angle d'incidence et la géométrie de visée et de la manière dont les changements de cet angle affectent le signal retourné au radar. Cependant, pour comprendre la relation entre la surface (géométrie, rugosité et humidité) et la tonalité de l'image, l'utilisation de l'angle d'incidence local est plus appropriée. L'angle d'incidence local se définit comme étant l'angle mesuré entre le faisceau radar et la normale à la pente au point d'incidence (A). Ainsi, l'angle d'incidence local tient compte de la pente locale du terrain par rapport au faisceau du radar. Pour un terrain plat, l'angle d'incidence local est identique à l'angle de visée (B) du radar, ce qui n'est pas le cas en terrain accidenté. En général, les pentes faisant face au radar auront un petit angle d'incidence local causant un fort signal rétrodiffusé vers le capteur, ce qui résulte en une tonalité plus brillante sur l'image radar.

Comme le démontre le concept de l'angle d'incidence local, la relation entre la géométrie de visée et de surface joue un rôle important dans la manière dont l'énergie interagit avec les cibles et leur brillance sur une image. Des variations dans la géométrie de visée accentueront et augmenteront la topographie et le relief de différentes manières, comme par exemple, divers degrés de repliement ou d'ombrage (section 3.4) peuvent se produire selon la pente de la surface, son orientation ou sa forme.

La direction de visée du radar décrit l'orientation du faisceau radar par rapport à la direction ou l'alignement des éléments de la surface. La direction de visée peut influencer d'une manière significative l'apparence des éléments sur une image radar, surtout les grands éléments linéaires (tels que des champs de culture ou des chaînes de montagnes). Si la direction de visée est presque perpendiculaire à l'orientation de la structure (A), une large portion de l'énergie incidente sera réfléchie vers le capteur et cette structure apparaîtra en tons plus brillants. Si la direction de visée est plus oblique par rapport à l'orientation de l'élément (B), une moins grande quantité d'énergie sera retournée au radar et cet élément apparaîtra en tons plus sombres. La direction de visée est importante pour augmenter le contraste entre les différents éléments sur une image. Il est important d'avoir la bonne direction de visée dans les régions montagneuses afin de minimiser le repliement et l'ombrage. L'acquisition d'images provenant de directions de visée différentes peut améliorer l'identification des éléments à l'aide de différentes orientations relatives au radar.

Les éléments qui ont des surfaces plutôt lisses formant un ou plusieurs angles droits, peuvent former un réflecteur en coin si les coins font face à la direction générale de l'antenne du radar. Une surface à angle droit force l'énergie du radar à être rétrodiffusée directement vers l'antenne à cause d'une double (ou multiple) réflexion. Les réflecteurs en coin aux formes angulaires complexes sont fréquents en zone urbaine (par exemple les bâtiments et les rues, les ponts et autres structures fabriquées par les humains). Des réflecteurs en coin naturels peuvent aussi exister, tels que des amas de roches, des falaises ou de la végétation croissant verticalement dans l'eau. Dans tous les cas, les réflecteurs en coin demeurent des cibles brillantes sur une image, tels les bâtiments et les autres structures faites par l'homme dans cette image radar d'une ville.

La présence (ou l'absence) d'effets d'humidité change les propriétés électriques d'un objet ou du médium. Des changements des propriétés électriques influencent l'absorption, la transmission et la réflexion de l'énergie des hyperfréquences. Donc, le taux d'humidité influencera la façon dont les cibles et les surfaces réfléchissent l'énergie provenant d'un radar, ainsi que leur apparence sur une image. En général, la réflexivité et la brillance d'une image s'accroissent avec l'augmentation du taux d'humidité. Par exemple, les surfaces telles que le sol et les couvertures végétales apparaîtront plus brillantes mouillées que sèches.

Quand une cible est mouillée, la diffusion provenant de sa partie supérieure (diffusion de surface) est le procédé de diffusion dominant. Le genre de réflexion (allant de spéculaire à diffuse) et la magnitude dépendent de la rugosité apparente du matériel balayé par le radar. Si la cible est très sèche et que la surface semble lisse, l'énergie radar peut être capable de pénétrer sous la surface, selon qu'elle soit discontinue (forêt avec feuilles et branches) ou continue (sol, sable ou glace). Pour une surface donnée, les longueurs d'onde plus longues peuvent pénétrer plus profondément que les longueurs d'onde plus courtes.

Si l'énergie radar réussit à pénétrer à travers la partie supérieure de la surface, il se produit un phénomène de diffusion volumique. L'énergie radar diffusée dans un volume ou médium est constituée de réflexions provenant des différentes composantes (ou des diverses couches) à l'intérieur du volume. Par exemple, dans une forêt, la diffusion peut provenir des feuilles au sommet des arbres, des autres feuilles et des branches en dessous, ainsi que des troncs et du sol. Une diffusion volumique augmente ou diminue la brillance d'une image, selon la quantité d'énergie diffusée à l'extérieur du volume en direction du radar.

Le saviez-vous?

« Des rivières dans le désert du Sahara?
...Ça va pas!... »

... Un radar à bande L (longueur d'onde de 23,5 cm), fonctionnant à partir de la navette spatiale en orbite, a découvert une ancienne rivière sous le désert du Sahara, en Afrique du Nord. La grande longueur d'onde et la sécheresse extrême du sable ont permis aux ondes de pénétrer plusieurs mètres sous la surface et ainsi de révéler le lit de l'ancienne rivière.

Question éclair

Si une région agricole comprenant des champs de blé et de grain était inondée, quelle serait son apparence sur une image radar? Expliquez les raisons de votre réponse en vous basant sur vos connaissances de l'interaction entre l'énergie et la cible.
La réponse est...

Question éclair - réponse

En général, la brillance d'une image augmente avec le taux d'humidité. Mais, dans le cas d'une inondation où la surface est complètement recouverte et devient stable, les régions où l'eau recouvre les récoltes apparaîtront plus sombres puisque l'eau agit comme réflecteur spéculaire et fait réfléchir l'énergie loin du capteur. Les régions inondées se distinguent généralement par une teinte plus foncée par rapport aux champs avoisinants qui ne sont pas inondés et qui diffusent donc plus de signal. Mais si le blé et le grain ne sont pas complètement submergés, ces régions peuvent apparaître plus claires sur l'image. Dans ce cas, la réflexion spéculaire provenant de l'eau serait réfléchie sur les tiges des plantes et produirait une réflexion vers le radar. Ceci rendra ces régions apparaîtront plus brillantes sur l'image. Le niveau d'inondation et la quantité des récoltes submergées ont donc un impact sur la brillance de l'image.