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International Telemetering Conference Proceedings / October 22-25, 2001 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / Synthetic-aperture microwave imaging with ground penetrating radar systems has become a research topic of great importance for the potential applications in sensing and profiling of civil and geophysical structures. It allows us to visualize subsurface structures for nondestructive evaluation with microwave tomographic images. This paper provides an overview of the research program, ranging from the formation of the concepts, physical and mathematical modeling, formulation and development of the image reconstruction algorithms, laboratory experiments, and full-scale field tests.

L'analyse de la Polarimétrie SAR pour la détection des structures archéologiques de surface et de subsurface du site de Gebel Barkal (Sudan), inscrit dans la Liste du Patrimoine Mondial depuis 2003, est l'objectif des travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse de doctorat. En particulier, les capacités de pénétration dans le sol des bandes C et L ont été analysées grâce à l'utilisation des images des capteurs ALOS PALSAR (archivées) et RADARSAT-2 (spécifiquement acquises). En outre, l'activité de recherche illustre les potentialités de l'intégration des données satellitaires polSAR et optiques dans un projet SIG dédié, réalisé grâce à une collaboration avec les Universités de Turin et de Venise (Italie). La surveillance des sites archéologiques au moyen des images satellitaires polSAR représente un avantage considérable pour la recherche archéologique, alors que les anomalies détectées peuvent concerner les opérations de fouille ou être vérifiées au sol, comme démontré dans ce manuscrit, ou encore elles peuvent contribuer à la réalisation des plans d'intervention pour les sites archéologiques en péril. / Aim of PhD research is to exploit SAR Polarimetry technique for the identification of surface and subsurface archaeological features in the site of Gebel Barkal (Sudan), inscribed in the UNESCO World Heritage List since 2003. Sand penetration capability of both C-band and L-band sensors are discussed analysing archived ALOS PALSAR and RADARSAT-2 specifically acquired (2012-2013) images. Moreover, the research activity illustrates the potential of integrating SAR polarimetric and optical satellite data in a dedicated GIS project, realised in collaboration with the Universities of Turin and Venice (Italy). The monitoring of ancient sites by means of remotely acquired polarimetric SAR data represents a benefit for the archaeological research, where detected anomalies can address archaeological excavations or ground truth verification, as shown in the PhD dissertation, and where threatening factors affect the integrity of a cultural site.

Cette recherche a pour objectif d'étudier l'impact des micro-ondes sur des structures archéologiques toujours visibles de l'ancienne cité de Samarra, la capitale de l'ancien Abbasside Califat situé en Iraq. Trois zones ont été sélectionnées pour cette recherche Doctorale : une cité octogonale, trois champs de courses et la cité de al-Mutawakkiliyya. Les menaces à lesquelles le site est exposé et son importance historique ont permis d'inscrire la cité sur la liste UNESCO des sites en danger (2007). Cela a donné une raison de plus pour enquêter sur cette zone au moyen des capteurs SAR RADARSAT-2 et ALOS PALSAR. Le potentiel de l'imagerie SAR, en fait, est bien connu, en particulier pour les régions du Monde où des enquêtes in situ ne sont pas autorisées en raison de l'instabilité politique (comme dans le cas de Samarra) et en raison de la possibilité d'acquérir quelque soit la couverture nuageuse et dans tout genre d'illumination (jour / nuit). / This work has as goal to study the microwaves behavior over the archaeological structures still visible in the historical city of Samarra, the capital of the ancient Abbasid Caliphate located in Iraq. Three areas were taken into account for the Ph.D. research: an octagonal city, three racecourses stadiums and the city of al-Mutawakkiliyya. Threats to which the site is exposed and its historical importance let the city to be inscribed in the list of UNESCO sites in danger (2007). This gave a reason more to investigate this area by means of SAR RADARSAT-2 and ALOS PALSAR satellites. SAR potentiality, in fact, is well known, in particular for those areas of the World where surveys in situ are not allowed because of political instability (as in the case of Samarra) and because of the possibility of acquiring with any cloud cover conditions and in any kind of illumination (day/night).

Les travaux menés dans le cadre de cette thèse portent sur la mesure de la variabilité de déplacement de surface de glaciers alpins, par GNSS et imagerie radar. Le glacier tempéré d'Argentière, situé dans le massif du Mont-Blanc et équipé de stations GPS et de coins réflecteurs, est plus particulièrement choisi comme site d'étude. A l'aide de la méthode de corrélation d'amplitude, 44 images TerraSAR-X acquises en 2009 et 2011 sont traitées, permettant d'obtenir 38 champs de déplacement 2D, ainsi que 6 champs de déplacement 3D. En parallèle, l'analyse de 5 années de données GPS continues issues de 2 stations implantées sur le glacier, permet de connaître la vérité terrain. Une stratégie d'analyse GPS, qui optimise la précision de la mesure de position sur un objet en mouvement, a été choisie. Les résultats GPS révèlent plusieurs régimes dynamiques du glacier d'Argentière. La variabilité journalière indique un déplacement de surface en stick-slip et la variabilité intra-annuelle permet de mettre en évidence un amincissement constant du glacier d'Argentière. Au printemps 2011, les résultats GPS permettent de suivre la mise en place d'un système de drainage sous-glaciaire. Les résultats radar permettent une visualisation des variations du déplacement de surface d'une grande résolution spatiale. Au niveau temporel, des accélérations du déplacement sont mises en évidence pendant les périodes de fonte importante. Si une bonne corrélation entre les variations générales du déplacement du glacier d'Argentière issues des deux sources de données est obtenue, les travaux de cette thèse révèlent une importante complémentarité entre le GPS et l'imagerie radar. / The aim of this PhD thesis is to measure the surface displacement variability of alpine glaciers with GNSS and radar imagery. The temperate Argentière glacier, located in the Mont Blanc massif and equiped with GPS station and corners reflectors is prticularly considered. 44 TerraSAR_X images, acquired in 2009 and 2011, are processed by offset power tracking,allowing to obtain 38 2D displacement field and 6 3D displacement fields. At the same time, 5 years of continuous GPS data from 2 stations et up on the glacier are processed, allowing to have a ground truth. GPS processing has been carefully chosen to mximise the positionning accuracy on a moving object. GPS results highlight the existence of several dynamic regimes of the Argentière surface displacement. The daily variability shows a stick slip behaviour of the displacement and the annual variability reveals a constant thinning of hte ice. Moreover, in spring 2011 the particular signal of the installation of the subglacial drainage system is identified. Synthetic Aperture Radar (SAR) results allow the monitoring of thesurface displacement with a high spatial resolution. Temporally, a seasonnal variability is found, with large accelerations over relatively short times in melting periods. While a good correlation is obtained between the mean displacement variability of the Argentière glacier from both data sources, the thesis results highlight a significant complementarity between GPS and SAR imagery.

Ce mémoire présente la conception d'un radar Ultra Large Bande à déclenchement optoélectronique dédié au rayonnement d'impulsions ultra-courtes dans une bande de travail comprise entre 300MHz et 3GHz pour réaliser des opérations de détection à courte et moyenne portée. A l'émission, ce radar est composé de plusieurs sources de rayonnement élémentaires constituées d'une antenne au sein de laquelle un générateur optoélectronique est intégré, d'un générateur de haute tension pulsée et d'un système commande optique. Des mesures de validation ont été menées pour s'assurer du bon fonctionnement d'une source. Cette association garantit une excellente synchronisation entre les sources et autorise un balayage électromagnétique autonome rapide en ajustant les fréquences de répétition (quelques dizaines de MHz) de chaque générateur de manière à décaler proportionnellement à l'angle visé, l'instant d'alimentation. A la réception, une antenne ou plusieurs antennes sont utilisées pour récupérer les signaux diffractés par les cibles et un traitement de signal est appliqué pour reconstruire l'image. Ce traitement spécifique permet de s'affranchir de la limite de détection en distance imposée par la fréquence de répétition en utilisant une association entre des calculs de corrélation et une déconvolution itérative. Un des vecteurs d'amélioration de la qualité de l'image a également été développé. Il concerne la génération de forme d'ondes et plus particulièrement le façonnage spectral par profilage temporel en utilisant un algorithme d'optimisation évolutionnaire. / This thesis presents the design of an Ultra Wide Band radar triggered by an optoelectronic generator which is dedicated to ultra short pulses radiation for short and medium range detection. The emitting part of this radar is based on transmitting array composed of several UWB antennas with an integrated photoswitch device triggered using optical pulses and a receiving UWB antenna. A specific signal processing method has been proposed and implemented for UWB optoelectronic radar involving autonomous beam scanning capability in order to overcome the limitation in the depth of detection encountered while using standard imaging algorithm. Indeed, this hybrid correlation/CLEAN algorithm considers the whole measured burst and finds the relevant information to rebuilt a radar map with a very good accuracy. In order to improve the radar map quality, the waveform generation technique has been discussed and, more precisely, the temporal shaping method to obtain specific spectrum using evolutionary algorithm.

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