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Mesures GPS-Radar - Développement de mesures combinées GPS-radar satellitaire pour la correction des artefacts atmosphériques dans des images satellitaires haute résolution

Project Coordinator : LGIT Grenoble
Project Manager at GIPSA-lab : Michel GAY

Project realized thanks to the support of : Région Rhône-Alpes

Start date : 2010/06/01

Duration : 36 mounths


Les données (images) complexes fournies régulièrement par les satellites Radar à Synthèse d’Ouverture (RSO, ou SAR) comportent deux informations :
- une amplitude proportionnelle au coefficient de rétrodiffusion du sol et sensible à certains paramètres tels que l’orientation, la rugosité ou l’humidité,
- une phase qui comporte une composante géométrique liée au temps de propagation aller-retour de l’onde électromagnétique.
En accédant à cette dernière composante par différence de phase entre deux acquisitions, l’interférométrie radar (InSAR) multi-passes fournit une mesure de la topographie, ou si cette information est connue, une mesure des déplacements de la surface entre deux dates avec un pas métrique et une précision de l’ordre de la longueur d’onde (quelques centimètres en bande C ou X). Ce potentiel spécifique à l’imagerie radar est aujourd’hui appliqué à l’étude de phénomènes géophysiques tels que les séismes, les glissements de terrain ou le déplacement des glaciers. Dans le cas des glaciers, le manque d’informations en surface (champ de déformation) est un des facteurs limitant dans la compréhension des processus glaciaires (écoulement, formation des crevasses, des lacs glaciaires…).

Les traitements interférométriques nécessitent cependant de s’affranchir des artéfacts atmosphériques, qui rendent incertaines les mesures issues d’un seul interférogramme. L’état de l’atmosphère n’est pas identique si les images sont acquises à des instants différents. Des travaux récents ont montré que l’on peut réduire de 43 % la contribution de l’atmosphère à l’aide de filtres atmosphériques fondés sur l’utilisation d’un code météorologique méso-échelle (MM5) simulant l’état de l’atmosphère aux instants d’acquisition des images radar satellitaires. Une piste prometteuse pour réduire cette source d’incertitude est de coupler les mesures InSAR avec les enregistrements de stations GPS continu, les signaux GPS subissant les mêmes perturbations.

 
Figure 1 : Corner Reflector sur le glacier de l’Argentière, installé en Février 2007. L’antenne GPS a été montée sur le coin supérieur du Corner (photo de gauche), jusqu’en Juillet 2008 où elle a été déportée et installée sur un mât dédié, à quelques mètres du Corner (photo de droite).

Dans ce contexte, les objectifs de ce projet sont :
- d’appliquer des filtres atmosphériques à partir des données enregistrées sur le site expérimental du glacier d’Argentière (équipé de 4 GPS continus) ;
- de comparer les corrections apportées par les filtres du modèle météorologique MM5 avec celles obtenues par les mesures GPS ;
- d’évaluer le potentiel des données SAR nouvelles générations (TerraSAR-X et RadarSAT-2) acquises en 2008 et 2009 pour mesurer les déplacements par différentes techniques (InSAR avec compensation des effets atmosphériques, corrélation d’amplitude, suivi de cibles) ;
- de comparer des mesures de déplacements obtenues par des images satellitaires avec les mesures GPS in-situ.

Pour mener à bien ces travaux pluridisciplinaires (imageries SAR, GPS et atmosphère), ce projet rassemble trois équipes de trois laboratoires de la Région Rhône Alpes dont une qui appartient à la discipline des « Sciences de l’Univers et Géo-environnement (SdU) » (LGIT Grenoble) et deux à la discipline des « Sciences et Techniques de l’Ingénieur et de l’Information (ST2I) » (GIPSA-lab Grenoble et LISTIC Annecy).
Les mesures GPS continu / corner reflecteur en cours sont les premières réalisées sur un site expérimental glaciaire. Elles permettent de pérenniser le dispositif expérimental installé dans le cadre d’un projet national MEGATOR piloté par deux laboratoires de la région (GIPSA-lab, LISTIC) achevé en septembre 2007 et prolongé en 2008-2011.


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