CAPTEURS

Capteurs embarqués à bord des satellites

                                 
Les systèmes embarqués à bord des satellites comportent de multiples instruments dont les fonctions sont variées. Toutefois, pour une mission donnée, les instruments de la charge utile ont des fonctions bien particulières. Il s'agit le plus souvent de capteurs qui ont pour vocation d'effectuer des mesures du rayonnement émis ou rémis par la Terre, l'atmosphère ou divers objets de l'Univers, ou bien de dispositifs de réception et de réémission de signaux, quand il s'agit de missions de télécommunications, par exemple.

Deux grandes familles de capteurs sont identifiables : les capteurs non-imageurs et les capteurs-imageurs, ces derniers restituant sous forme d'images les observations effectuées dans un champ donné.

Parmi les capteurs-imageurs, deux principes de fonctionnement existent, illustrés par les figures ci-dessous.

Ci-dessus : système actif : l'instrument embarqué à bord du satellite ERS émet un signal qui est rétrodiffusé par le milieu observé et détecté par l'antenne A. Ci-dessus : système passif : l'instrument embarqué à bord du satellite SPOT reçoit le rayonnement solaire réfléchi par le milieu observé.




Les systèmes imageurs actifs

                                 
Les systèmes imageurs actifs intègrent leur propre source de rayonnement qu'ils émettent vers la région observée (surface terrestre ou autre) et détectent le signal rétrodiffusé.
Ces dispositifs radar opèrent généralement dans le domaine des longueurs d'ondes centimétriques. Ces radiations présentent l'avantage d'être peu absorbées par les nuages présents dans l'atmosphère, ce qui présente un intérêt indéniable pour l'observation de régions soumises  de façon quasi-permanente à une forte couverture nuageuse. En pratique, l'émission s'effectue par paquets d'imulsions dont on mesure la durée d'aller-retour entre l'antenne et la cible visée.

Un radar peut opérer globalement selon deux modes :
- en visée verticale
- en visée latérale



Un radar fonctionnant en visée verticale ne peut discriminer les points A et B car l'écho revient au même instant au capteur du satellite. Les points A et B se trouvent alors géographiquement confondus.La visée radar verticale concerne les mesures altimétriques.
Pour obtenir des images radar, il est nécessaire d'opérer en visée latérale. Dans ce cas si un paquet d'impulsions est émis de l'antenne, sa rétrodiffusion par B reviendra plus tard que sa rétrodiffusion par A. A et B pourront alors être géographiquement séparés.

Les radars imageurs fonctionnent en visée latérale. Ils s'agit le plus souvent de radars imageurs de type SAR (Synthetic Aperture Radar) pour lesquels le déplacement du satellite permet de simuler une antenne de grandes dimensions, ce qui améliore la résolution spatiale du capteur.

Les principales caractéristiques d'un capteur-imageur actif  sont :

  - le champ d'observation total , de quelques dizaines à quelques millions de km
  - la résolution spatiale , qui exprime son aptitude à distinguer les détails dans le champ total d'observation.

Ci-contre : vue d'artiste du satellite ENVISAT; au premier plan, sous le satellite, l'antenne du radar-imageur ASAR. Le satellite progresse de la gauche vers la droite de l'image et l'antenne à synthèse d'ouverture est inclinée, de façon à fonctionner en visée latérale.(Copyright ESA).
Pour en savoir plus sur le radar-imageur ASAR









Les capteurs imageurs des systèmes passifs

                                 
Les capteurs imageurs passifs dédiés à l'observation de la Terre ou de planètes du système solaire se contentent de recevoir l'énergie solaire réfléchie par la Terre ou ces planètes et l'énergie propre émise par celles-ci.
Les caractéristiques des capteurs, plus particulièrement la sensibilité spectrale des détecteurs et bandes passantes des filtres dépendent étroitement de ces conditions.

Ci-contre : domaines de longueurs d'ondes concernés en télédétection passive terrestre.
La majorité de ces capteurs sont des radiomètres, c'est à dire des appareils qui convertissent l'énergie reçue en un signal électrique qui est ensuite numérisé, stocké  puis retransmis vers les stations de réception situées au sol.

Ci-contre : schéma de principe des éléments constitutifs d'un radiomètre.

- Les détecteurs usuels sont des photodiodes ou des cellules CCD ou des capteurs Hg,Cd, Te pour l'infrarouge thermique.
  - Le dispositif optique a pour vocation de former sur le détecteur une image nette de l'élément de paysage observé dans le champ élémentaire. L'information issue de ce champ élémentaire donnera naissance à un pixel (picture Element) de l'image restituée ensuite.
Les principales caractéristiques du capteur-imageur d'un système passif sont :

  - le champ d'observation total , de quelques dizaines à quelques millions de km
  - la résolution spatiale , qui exprime son aptitude à distinguer les détails dans le champ total d'observation
  - les bandes spectrales , domaines de sensibilité spectrale des détecteurs et de leurs accessoires (filtres...)
  - la résolution radiométrique , qui caractérise l'aptitude des détecteurs à distinguer des signaux porteurs de plus ou moins d'énergie.



Quelques aspects technologiques :

Pour acquérir une image au cours du survol d'une région, on combine le mouvement du satellite dans une direction et le balayage opéré par le capteur selon une direction transversale.
Le balayage peut être obtenu :
- par un miroir tournant (exemple : capteur AVHRR des satellites NOAA
- par l'association de milliers de détecteurs côte à côte (exemple : technique push-broom des satellites SPOT)
- par la rotation du satellite sur lui-même et déplacement de l'axe de visée du téléescope(exemple : capteur des satellites Météosat).

Ci-dessus : balayage par miroir tournant
(radiomètre AVHRR des satellites NOAA)

Ci-dessus : balayage par technique "push-broom"
(radiomètre HRV des satellites SPOT)

Ci-contre : principe de l'acquisition des données Météosat.
Acquisition des images Météosat 8 et 9 :
Le satellite tourne à 100 tours par minute autour d'un axe parallèle à l'axe Nord-Sud de la Terre. Le télescope du radiomètre de Météosat vise la Terre par l'intermédiaire d'un miroir et balaie à chaque révolution du satellite une étroite bande de la surface de la Terre.
L'angle de balayage correspondant, de 18°, est décrit en 30 ms. Pendant les 570 ms suivantes, le téléscope vise l'espace et cette durée est mise à profit pour modifier l'orientation du miroir, de façon qu'au tour suivant, il balaie au sol une bande contigüe à la précédente, mais plus au nord.
L'acquisition complète de  3712 lignes d'image à l'aide de 3 détecteurs exige environ1250 révolutions du satellite, accomplies en 12 minutes 30 s. Les 2 minutes 30 s suivantes sont consacrées au retour du miroir à sa position initiale. La phase de non-acquisition de données est mise à profit pour calibrer les détecteurs.