Los Radares de Apertura Sintética, o sistemas SAR, representan el mejorejemplo de sistemas activos de teledetección por microondas. Debido a su naturaleza coherente, un sistema SAR es capaz de adquirir información dedispersión electromagnética con una alta resolución espacial, pero por otro lado, esta naturaleza coherente provoca también la aparición de speckle.A pesar de que el speckle es una medida electromagnética, sólo puede ser analizada como una componente de ruido debido a la complejidad asociadacon el proceso de dispersión electromagnética.Para eliminar los efectos del ruido speckle adecuadamente, es necesario un modelo de ruido, capaz de identificar las fuentes de ruido y como éstasdegradan la información útil. Mientras que este modelo existe para sistemasSAR unidimensionales, conocido como modelo de ruido speckle multiplicativo,éste no existe en el caso de sistemas SAR multidimensionales.El trabajo presentado en esta tesis presenta la definición y completa validación de nuevos modelos de ruido speckle para sistemas SAR multidimensionales,junto con su aplicación para la reducción de ruido speckle y la extracción de información.En esta tesis, los datos SAR multidimensionales, se consideran bajo una formulación basada en la matriz de covarianza, ya que permite el análisisde datos sobre la base del producto complejo Hermítico de pares de imágenesSAR. Debido a que el mantenimiento de la resolución especial es un aspectoimportante del procesado de imágenes SAR, la reducción de ruido speckleestá basada, en este trabajo, en la teoría de análisis wavelet.

Las técnicas de Interferometría Diferencial se basan en la combinación de varias imágenes SAR con distinta separación temporal y permiten la recuperación de las componentes lineales y no-lineales del proceso de deformación ocurrida en el entorno de interés durante el entero periodo de observación. Condición imprescindible para una correcta estimación de los fenómenos geodéticos es la elevada estabilidad de la plataforma que embarca el sensor SAR. Por esta razón, a nivel operativo se utilizan datos SAR satelitales.El objetivo de la Polarimetría SAR es describir el entorno de interés analizando las propiedades de la señal que éste dispersa cuando se utilizan diferentes combinaciones de polarización de las antenas transmisora y receptora, definidas canales polarimétricos. La polarimetría interferométrica SAR junta la capacidad de la polarimetría de separar mecanismos de dispersión independientes con la sensibilidad de la Interferometría a la altura de los correspondientes centros de fase, y permite describir la distribución volumétrica de los dispersores dentro de la escena observada. Debido a la falta de conjuntos de datos polarimétricos SAR satelitales que cubran tramos temporales suficientemente largos, hay aún un gran interés en las mejoras que la polarimetría podría aportar a técnicas ya consolidadas como las de Interferometría Diferencial.La actividad de investigación que se presentará en esta tesis doctoral abarca, por primera vez conjuntamente, las dos áreas de la Polarimetría SAR y de la Interferometría Diferencial utilizando el sensor radar terrestre de corto alcance (gbSAR) desarrollado por la Universitat Politècnica de Catalunyua (UPC). El trabajo constará de dos bloques principales.El primer bloque describirá las técnicas que se han desarrollado para convertir el sistema UPC gbSAR en un instrumento operativo y simplificar la utilización de sus adquisiciones, incluyendo la formulación matemática de los principios de funcionamiento del sistema, la cadena de procesado de los raw data y su calibración polarimétrica, los procedimientos de georeferenciación, y las técnicas de compensación de los artefactos atmosféricos presentes en sus medidas diferenciales.La segunda parte se ocupará de demostrar los beneficios que los datos SAR polarimétricos ofrecen respecto a la medición de un único canal polarimétrico para aplicaciones diferenciales. A fin de llevar a cabo esta tarea, se analizarán los datos gbSAR adquiridos durante una campaña de medidas de un año realizada en el pueblo de Sallent, en Cataluña, afectado por un fenómeno de subsidencia. En esta parte se analizarán tres temas principales. El primero es el comportamiento no estacionario en tiempo del entorno urbano bajo la geometría de observación del sensor terrestre. Se estudiarán en detalle los efectos de su inestabilidad y se propondrá una técnica de filtrado novedosa entallada a las propiedades de los blancos deterministas con el fin de preservar la información de la fase diferencial. El segundo tema abarca el problema de los efectos de troposfera en datos diferenciales con separación temporal superior al mes y de su separación de las variaciones de fase inducidas por el proceso de deformación. El tercer tema es la utilización de toda la información polarimétrica diferencial. Con fin de superar las limitaciones propias de las técnicas DInSAR clásicas, se propondrá un nuevo modelo polarimétrico de dispersión y se demostrarán las ventajas de la nueva formulación enseñando la mejor estimación del proceso de subsidencia en Sallent. En la parte final de este apartado se explorará también el potencial de las técnicas polarimétricas de optimización de la coherencia para aplicaciones diferenciales. / Differential SAR interferometry (DInSAR) deals with the combination of multi-temporal SAR images for the estimation of the linear and non-linear components of the deformation process within an area of interest during the whole observation period. A high stability of the platform is required for a reliable estimation of the geodetic phenomena. Accordingly, space-borne SAR images are operatively employed for DInSAR estimation, air-borne DInSAR still constituting a challenging research issue. SARPolarimetry aims at charactering the illuminated area through the analysis of its response under different combinations of transmitting and receiving antennas polarization, called polarimetric channels. The Polarimetric SAR Interferometry joins the capability of Polarimetry to separate independent scattering mechanisms and the sensitivity of Interferometry to the corresponding phase centers' elevation, making it possible to describe the volumetric distribution of the scatterers within the observed area. Owing to the lack of long-time collections of polarimetric space-borne SAR data, the studies carried out in this research field have been mainly based on air-borne acquisitions. Yet, there is a great expectation for the improvements that polarimetry may bring to assessed single-polarization techniques such as the DinSAR.The research described in this PhD dissertation fills for the first time the gap between SAR Polarimetry and SAR Differential Interferometry through the employment of an X-band ground-based SAR (gbSAR) sensor developed by the Remote Sensing Lab of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).The work is divided into two main blocks. The first part deals with the algorithms that have been developed to make the UPC system operative and its acquisitions easy to use. Summarily, they include the mathematical formulation of the sensor's working principles, the raw data processing chain and the polarimetric calibration method, the geocoding procedures, and the techniques compensating for the atmospheric artefacts affecting gbSAR zero-baseline acquisitions.The second part is concerned with demonstrating the benefits that polarimetric SAR measurements provide with respect to single-polarization data for differential applications. In order to cope with this task, the data sets acquired during a one-year measurement campaign carried out in the village of Sallent, northeastern Spain, are analyzed. The experiment was focused on monitoring the subsidence phenomenon affecting a district of the village with the UPC gbSAR sensor. Three main issues are here argued. The first one is the time non-stationary behaviors characterizing the urban environment at X-band in the gbSAR observation geometry. Their effects are analyzed in detail and a novel non-stationary filtering technique tailored to deterministic scatterers' properties is introduced to preserve the differential phase information. The second one is the compensation of the troposphere changes in long-time span gbSAR differential interferograms. A new technique is worked out to effectively separate the differential phase variations due to the atmospheric artefacts from the deformation components. The third one is the use of the whole polarimetric differential information. A novel polarimetric differential scattering model is put forward to relax the constraints of an advanced DInSAR technique, the Coherent Pixel Technique, and to propose an innovative polarimetric approach. The advantages offered by Polarimetric DInSAR are demonstrated in terms of quality of the deformation-rate map describing the subsidence phenomenon in Sallent. In the end, the potentials of coherence-optimization techniques for the further improvement of the deformation process estimation are stressed.

Synthetic Aperture Radar interferometry (InSAR) is a powerful and established technique, which is based on exploiting the phase difference between pairs of SAR images, and which aims to measure changes in the Earth’s surface. The quality of the interferometric phase is therefore the most crucial factor for deriving reliable products by means of this technique. Unfortunately, the quality of the phase is often degraded due to multiple decorrelation factors, such as the geometrical or temporal decorrelation. Accordingly, central to this PhD thesis is the development of advanced processing techniques and algorithms to extensively reduce such disturbing effects caused by decorrelation. These new techniques include an improved range spectral filter which fully utilizes an external Digital Elevation Model (DEM) to reduce geometrical decorrelation between pairs of SAR images, especially in areas strongly influenced by topography where conventional methods are limited; an improved filter for the final interferometric phase the goal of which is to remove any remaining noise (for instance, noise caused by temporal decorrelation) while, simultaneously, phase details are appropriately preserved; and polarimetric optimization algorithms which also try to enhance the quality of the phase by exploring all the polarization diversity. Moreover, the exploitation of InSAR data for crop type mapping has also been evaluated in this thesis. Specifically, we have tested if the multitemporal interferometric coherence is a valuable feature which can be used as input to a machine learning algorithm to generate thematic maps of crop types. We have shown that InSAR data are sensitive to the temporal evolution of crops, and, hence, they constitute an alternative or a complement to conventional radiometric, SAR-based, classifications.

Lake Vostok, der größte der über 70 subglazialen Seen in der Antarktis, ist derzeit einer der Forschungsschwerpunkte der geowissenschaftlichen Polarforschung. Der See erstreckt sich unter einer 4 000 m dicken Eisschicht auf über 250 km Länge mit einer Wassertiefe von bis zu 1 000 m. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Gezeiten auf den Wasserstand des Sees, die eine bisher nicht betrachtete Komponente in der Zirkulation im See darstellen. Auf Grund seiner Ausdehnung ist das Gezeitenpotential an verschiedenen Punkten auf dem See nicht gleich, sondern weist differentielle Unterschiede auf. Unter der Annahme, dass sich die Seeoberfläche entlang einer Äquipotentialfläche ausrichtet, ergeben sich Gleichgewichtsgezeiten des Sees mit Amplituden von bis zu 4,6 mm für die größte ganztägige Tide K1 und 1,8 mm für die größte halbtägige Tide M2. Differenzen des Luftdruckes zwischen Nord- und Südteil des Sees rufen zusätzlich einen differentiellen inversen Barometer-Effekt hervor. Der inverse Barometer-Effekt besitzt im wesentlichen die spektralen Eigenschaften eines roten Rauschens. Die Variationen erreichen bis zu +/- 20 mm. Zum messtechnischen Nachweis derartiger Höhenänderungen an der Eisoberfläche über dem See wurden drei unterschiedliche Verfahren herangezogen. Differentielle GPS-Messungen zwischen einem Punkt auf aufliegendem Eis und einem zweiten in der südlichen Seemitte bestätigen die Modellvorstellungen und zeigen sowohl mit der Luftdruckdifferenz korrelierte Höhenänderungen als auch Höhenänderungen mit ganz- und halbtägigen Perioden. Die SAR-Interferometrie als flächenhaft arbeitende Methode zur Bestimmung von Höhenänderungen lässt den räumlichen Verlauf der Deformation erkennen. Dabei zeigt sich, dass sich die Aufsetzzone auf dem etwa 50 km breiten See bis in die Seemitte ersteckt. Erdgezeitenregistrierungen, die im Jahr 1969 in der Station Vostok durchgeführt wurden, zeigen zwar Auffälligkeiten wie etwa einen stark erhöhten Luftdruckregressionskoeffzienten und einen Phasenvorlauf der K1-Tide, diese können jedoch nicht eindeutig als Resultat von Höhenänderungen der Seeoberfläche identifiziert werden. Auf Grund der Lage der Station Vostok nahe dem Ufer des Sees ist die Deformation dort schon stark gedämpft. Die zu erwartenden Effekte liegen daher unterhalb der Auflösung der damaligen Messungen. Damit sind die theoretischen Grundvorstellungen über die Reaktion des subglazialen Sees auf Gezeiten- und Luftdruckanregungen herausgearbeitet, sowie diese Effekte mit zwei unabhängigen und komplementären Messverfahren nachgewiesen. / Lake Vostok, the largest of more than 70 subglacial lakes in the Antarctic, is one of the prominent topics of recent geoscientific polar research. The lake extends beneath the 4,000 m thick ice sheet to a length of more than 250 km with a water depth of up to 1,000 m. This thesis aims to investigate the influence of tides on the lake level which has not been considered so far in the discussion of water circulation within the lake. Due to the extent of the lake the tidal potential at different positions on its surface is not equal but exhibits a differential effect. Under the assumption of the lake level to be parallel to an equipotential surface the equilibrium tides of the lake yield amplitudes of up to 4.6 mm for the largest diurnal tidal constituent K1 and 1.8 mm for the largest semi-diurnal wave M2. In addition, differences in air pressure between the northern and the southern part of the lake result in a differential inverse barometric effect. This effect shows red noise characteristics with variations of up to +/- 20 mm. Three different types of measurements were used to verify corresponding height changes of the ice surface above the lake. Differential GPS measurements between one station on grounded ice and one in the southern centre of the lake confirm the concept and show height changes correlated to air pressure differences as well as changes with diurnal and semi-diurnal periods. SAR interferometry as a spatial method to determine height changes reveals the areal extent of the deformation with a grounding zone extending to the centre of the about 50 km wide lake. Gravimetric earth tide data recorded at Vostok Station in 1969 show pecularities such as an increased regression with air pressure and a phase lead of the K1 tide. However, these effects cannot be explicitly attributed to height changes of the lake surface. Due to the position of the station near the edge of the lake the effect is highly attenuated and below the noise level of these measurements. This work introduces the concept of the response of the subglacial lake to the tidal potential and to air pressure forcings and presents evidence for the effect by two different techniques proving the validity of the model.

Persistent Scatterer Interferometric techniques are very powerful geodetic tools for land deformation monitoring that offer the typical advantages of the satellite remote sensing SAR (Synthetic Aperture Radar) systems : a wide coverage at a relatively high resolution. Those techniques are based on the analysis of a set of SAR images acquired over a given area. They overcome the decorrelation problem by identifying elements (in resolution cells) with a high quality returned SAR signal which remains stable in a series of interferograms. These techniques have been useful for the analysis of urban areas, where man-made objects produce good reflections that dominate over the background scattering, as well as in field areas where the density of infrastructures is more limited. Typically, PSI technique requires an approximate a priori temporal model for the detection of the deformation, even though characterizing the temporal evolution of a deformation is commonly one of the objectives of any study.This work is focused on a particular PSI technique, which is named Stable Point Network (SPN) and that it has been completely developed by Altamira Information in 2003. The work concisely outlines the main characteristics of this technique, and describes its main products: average deformation maps, deformation time series of the measured points, and the so-called maps of the residual topographic error, which are used to precisely geocode the PSI products. The main objectives of this PhD are the identification and analysis of the drawbacks of this processing chain, and the development of new tools and methodologies in order to overcome them. First, the performances of the SPN technique are examined and illustrated by means of practical cases (based on real test sites made with data coming from different sensors) and simulated scenarios.Thus, the main drawbacks of the technique are identified and discussed, such as the lack of automatic quality control parameters, the evaluation of the input data quality, the selection of good points for the measurements and the use of a functional model to unwrap the phases based on a linear deformation trend in time. Then, different enhancements are proposed. In particular, the automatic quality control of the coregistration procedure has been introduced through the analysis of the inter-pixel position of some natural point targets-like pixels identified within the images. The enhancements in the selection of the final points of measurements (the final PSI map) come by means of the analysis of the SAR signal signature of the strong targets presented within the image, in order to select only the center of the main lobe as point of measurement. The introduction of robustness within some critical steps of the technique is done by means of the analysis of the rotational of the estimates in close loops within a network of relative measurements, and by means of the implementation of a different integration methodology, which can be ran in parallel in order to compare it with the classical one. Finally, the main drawback of the technique, the use of a linear model for the detection of ground deformations, is addressed with the development of a new fitting methodology which allows possible change of trends within the analyzed time span. All those enhancements are evaluated with the use of real examples of applications and with simulated data. In particular, the new methodology for detecting non-linear ground deformations has been tested in the city of Paris, where a large stacking of ERS1/2 and ENVISAT SAR images are available. Those images are covering a very large time period of analysis at where some known non-linear ground deformations where occurring

Pendant ces dix dernières années, les lancements successifs de satellites pour l´observation de la Terre dotés de capteurs SAR (Synthetic Aperture Radar) ont permis de montrer son fort potentiel, car ces systèmes sont capables de couvrir de vastes régions avec une résolution élevée, ce qui représente un avantage pour le suivi terrain. Cette thèse propose d’élargir les applications conventionnelles, en s’occupant d´investiguer le potentiel et les limites de l’interférométrie SAR pour la mesure de la déformation du terrain dans la région amazonienne, qui n’a pas encore été étudiée dans ce cadre spécifique. L´application consiste à estimer le déplacement de la surface de la Terre sur la zone urbaine de Manaus, la plus grande ville de l'État d'Amazonas au Brésil, qui représente un site important pour l'exploration pétrolière et gazière et pour le transport. Ce site est entouré par des écosystèmes fragiles, qui le rendent très sensible à la présence de l'industrie pétrolière. Dans ce contexte, une compréhension de la dynamique temporelle et de la distribution spatiale des phénomènes de néotectonique est fondamentale pour la définition de bonnes pratiques de gestion de l'environnement. Au niveau méthodologique, afin de lever les principales difficultés rencontrées pour l’application de l’interférométrie différentielle sur une pile de données Radarsat-1, une stratégie multi-échelles et “model free”, basée sur l´information de déformation non-linéaire au cours du temps est adoptée avec succès. La caractéristique essentielle de cette procédure est la séparation du signal de phase en différentes échelles spatiales pour simplifier la séparation des trois composantes de phase (topographie, atmosphère et déplacement). Cela conduit à une plus grande robustesse et permet l'inversion de composantes de phase pour les petites piles d’images. Au niveau géophysique, l’application de l’interférométrie à l’étude du déplacement du terrain est réalisée pour la première fois sur le milieu de l´Amazonie, en complétant les études de géologie structurale antérieures basées sur les mesures issues de la corrélation des images optiques et les mesures de terrain. En complément des connaissances antérieures, la présente étude apporte une information précise sur l'hypothèse de mouvements de la croûte récents liés aux activités néotectoniques du bassin de l'Amazonie. Les résultats indiquent une zone de mouvement de la croûte adjacente à une structure de drainage circulaire dans la ville de Manaus. Les images Radarsat-1 et 2 acquises sur cette région apportent une meilleure compréhension des activités géologiques et du mouvement de la croûte dans le bassin de l'Amazonie. / During the past decade, successive satellites launches for Earth observation with SAR (Synthetic Aperture Radar) sensors onboard have shown its potential, once these systems are able to cover large areas with high resolution, which represents an advantage for surface monitoring. The mass of data generated has enabled the development of radar interferometry and its relevance to the study of small deformations in urban areas or in fault zones, showing that the technique was able to focus on different spatial scales of deformation, as well as temporal scales ranging from a few weeks to more than a decade. Usually, these types of applications have been limited to non-equatorial regions of the world due to the presence of atmospheric disturbances that affect the radar signal. Given the large size and the remote location of tropical basins such as the Amazon, satellite observations remain as a viable approach to validate existing geophysical models. In this context, this thesis proposes to extend conventional applications, taking care to investigate the potential and limitations of SAR interferometry for the measurement of ground deformation in the Amazon region, not yet studied in this specific context. The research aim is to estimate the displacement at the surface of the Earth on the urban area of Manaus, the largest city in the state of Amazonas in Brazil, which is an important site for oil and gas exploration and the transport. This site is surrounded by fragile ecosystems, which make it very sensitive to the presence of the oil industry. Considering this, an understanding of the temporal dynamics and spatial distribution of neotectonic phenomena is fundamental to the development of best practice environmental management. At the methodological level, to overcome the major challenges of the application of differential interferometry on the data stack Radarsat-1, a multi-scale and "model free" strategy, based on the information of a non-linear deformation over time is passed successfully. The essential feature of this process is the separation of the phase signal into small and large scale spatial contributions to simplify the separation of the three phase components (topography, atmosphere and movement). This leads to a more robust processing and allows the phase component inversion for small piles of images. In the geophysical level, the application of interferometry to investigate the ground movement is performed for the first time in the middle of the Amazon, complementing previous studies of structural geology based on measurements from the correlation of optical images and field measurements. In addition to prior knowledge, this study provides accurate information on the hypothesis of recent crustal movements associated with neotectonic activities of the Amazon basin. The results indicate a range of motion of the adjacent crust structure circular drainage in the city of Manaus. The Radarsat-1 and 2 acquired in this region provide a better understanding of geological activity and crustal movement in the Amazon basin.

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Dams are man-made structures that in order to keep functioning and to be considered structurally healthy need constant monitoring. Assessing the deformation of dams can be time consuming and economically costly. Recently, the technique of Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) has proved its potential to measure ground and structural deformation. This geodetic method represents a cost-effective way to monitor millimetre-level displacements and can be used as supplemental analysis to detect movements in the structure and its surroundings. The objective of this work is to assess the practicality of the method through the analysis of the surface deformation of the Ajaure dam located in northern Sweden, in the period 2014-2017, using the freely available Sentinel-1A images. The scenes, 51 in ascending and 47 in descending mode, were processed exploiting the Persistent Scatterer (PS) technique and deformation trends, and time series were produced. Built in the 60’s, the Ajaure embankment dam is considered as high consequence, meaning that a failure would cause socio-economic damages to the communities involved and, for this reason, the dam needs constant attention. So far, a program of automatic measurements in situ has been collecting data, which have been used partly to compare with InSAR results. Results of the multi temporal analysis of the limited PS points on/around the dam show that the dam has been subsiding more intensely toward the centre, where maximum values are of approximately 5 ± 1.25 mm/year (descending) and 2 ± 1.27 mm/year (ascending) at different locations (separated of approximately 70 m). Outermost points instead show values within -0.7 and 0.9 mm/year, describing a stable behaviour. The decomposition of the rate has furthermore revealed that the crest in the observation period has laterally moved toward the reservoir. It has been observed that the operation of loading and unloading the reservoir influence the dam behaviour. The movements recorded by the PS points on the dam also correlate with the air temperature (i.e. seasonal cycle). The research revealed that the snow cover and the vegetation could have interfered with the signal, that resulted in a relative low correlation. Therefore, the number of PS points on and around the dam is limited, and comparison with the geodetic data is only based on a few points. The comparison shows general agreement, showing the capacities of the InSAR method. The study constitutes a starting point for further improvements, for example observation in longer period when more Sentinel1 images of the study area are collected. Installation of corner reflectors at the dam site and/or by use of high resolution SAR data is also suggested.

Les techniques d'interférométrie sur réflecteurs persistants, ou points stables (PSI), sont des outils particulièrement efficaces pour le suivi des déformations du sol et offrent les avantages typiques des systèmes de télédétection radar à synthèse d'ouverture (RSO) : une large couverture spatiale combinée à une résolution relativement élevée. Ces techniques sont basées sur l'analyse d'un jeu d'images RSO acquises sur une zone donnée. Elles permettent de régler le problème de décorrélation grâce à l'identification d'éléments particuliers (au sein de la cellule de résolution) dont la rétrodiffusion radar est de haute qualité et stable sur toute une série d'interférogrammes. Ces techniques sont fort efficaces (utiles ?) pour l'analyse de zones urbaines où les constructions constituent de bons réflecteurs avec une réflexion supérieure à celle du sol ; il en va de même pour des zones de campagne où la densité d'infrastructures est plus limitée. La technique PSI requiert un modèle temporel approximatif a priori pour la détection des déformations, bien que la caractérisation de l'évolution temporelle de la déformation soit communément l'un des objectifs des études. Le travail réalisé porte sur une technique PSI particulière, appelée Stable Point Network (SPN), Réseau de Points Stables, qui a été totalement développée par Altamira Information en 2003. Le travail présente de manière concise les caractéristiques de la technique et décrit les principaux produits générés : carte moyenne de déformation, séries temporelles de déformation des points mesurés, et les cartes de résidu d'erreur topographique utilisées pour géocoder de façon précise les produits PSI. Le principal objectif de cette thèse est l'identification et l'analyse des points faibles de la chaîne de traitement SPN et le développement de nouveaux outils et méthodologies pour résoudre les problèmes identifiés. Dans un premier temps, les performances de la technique SPN sont examinées et illustrées sur des cas pratiques (basés sur des sites test réels et à partir de données provenant de différents capteurs) et à l'aide de simulations. Les principaux points faibles de la technique sont identifiés et commentés, notamment le manque de paramètres automatiques de contrôle qualité, l'évaluation de la qualité des données d'entrée, la sélection de bons points pour la mesure ainsi que l'utilisation d'un modèle fonctionnel pour le déroulement de phase (franges interferometriques) basé sur une tendance linéaire de la déformation dans le temps. Différentes solutions sont ensuite envisagées. Nous nous intéressons tout particulièrement au contrôle qualité automatique dans la procédure de coregistration, en utilisant l'analyse du positionnement inter-pixel de certains points naturels, comme par exemple des pixels identifiés dans les images. L'amélioration de la sélection finale des points de mesure (carte PSI) s'obtient grâce à l'analyse de la signature du signal radar des cibles les plus puissantes présentes au sein de l'image, afin de sélectionner uniquement le centre du lobe principal du point de mesure. D'autres développements apportent plus de robustesse dans des étapes clefs, ainsi l'analyse du rotationel des estimations en lien étroit avec un réseau de mesures relatives, ou l'implémentation d'une méthodologie différente pour l'intégration qui peut être lancée en parallèle afin d'être comparée avec l'intégration classique. Enfin le principal inconvénient de la technique, c'est-à-dire l'utilisation d'un modèle linéaire de détection des déformations du sol fait l'objet d'un développement d'une nouvelle méthode d'ajustement qui permet des changements de tendance durant la période de temps considérée(...) / Persistent Scatterer Interferometric techniques are very powerful geodetic tools for land deformation monitoring that offer the typical advantages of the satellite remote sensing SAR (Synthetic Aperture Radar) systems : a wide coverage at a relatively high resolution. Those techniques are based on the analysis of a set of SAR images acquired over a given area. They overcome the decorrelation problem by identifying elements (in resolution cells) with a high quality returned SAR signal which remains stable in a series of interferograms. These techniques have been useful for the analysis of urban areas, where man-made objects produce good reflections that dominate over the background scattering, as well as in field areas where the density of infrastructures is more limited. Typically, PSI technique requires an approximate a priori temporal model for the detection of the deformation, even though characterizing the temporal evolution of a deformation is commonly one of the objectives of any study.This work is focused on a particular PSI technique, which is named Stable Point Network (SPN) and that it has been completely developed by Altamira Information in 2003. The work concisely outlines the main characteristics of this technique, and describes its main products: average deformation maps, deformation time series of the measured points, and the so-called maps of the residual topographic error, which are used to precisely geocode the PSI products. The main objectives of this PhD are the identification and analysis of the drawbacks of this processing chain, and the development of new tools and methodologies in order to overcome them. First, the performances of the SPN technique are examined and illustrated by means of practical cases (based on real test sites made with data coming from different sensors) and simulated scenarios.Thus, the main drawbacks of the technique are identified and discussed, such as the lack of automatic quality control parameters, the evaluation of the input data quality, the selection of good points for the measurements and the use of a functional model to unwrap the phases based on a linear deformation trend in time. Then, different enhancements are proposed. In particular, the automatic quality control of the coregistration procedure has been introduced through the analysis of the inter-pixel position of some natural point targets-like pixels identified within the images. The enhancements in the selection of the final points of measurements (the final PSI map) come by means of the analysis of the SAR signal signature of the strong targets presented within the image, in order to select only the center of the main lobe as point of measurement. The introduction of robustness within some critical steps of the technique is done by means of the analysis of the rotational of the estimates in close loops within a network of relative measurements, and by means of the implementation of a different integration methodology, which can be ran in parallel in order to compare it with the classical one. Finally, the main drawback of the technique, the use of a linear model for the detection of ground deformations, is addressed with the development of a new fitting methodology which allows possible change of trends within the analyzed time span. All those enhancements are evaluated with the use of real examples of applications and with simulated data. In particular, the new methodology for detecting non-linear ground deformations has been tested in the city of Paris, where a large stacking of ERS1/2 and ENVISAT SAR images are available. Those images are covering a very large time period of analysis at where some known non-linear ground deformations where occurring

L'île de Taiwan résulte de la collision active entre les plaques Eurasienne et Philippine. Ce travail de thèse porte sur la détection et la mesure des déformations tectoniques inter-sismiques engendrées par cette collision. Pour réaliser ce travail, l'interférométrie radar différentielle, et plus précisément la méthode des réflecteurs permanents, a été choisie pour l'étude de Taiwan. Cette méthode repose sur l'analyse d'une série d'images radar acquises à différentes dates sur une même zone. Au final, une carte des déplacements moyens du sol est obtenue, ainsi qu'une série temporelle des déplacements du sol consistant en une mesure par date (la référence étant la date la plus ancienne). Les résultats obtenus présentent une densité de point et une qualité de mesure très riche pour le suivi et l'analyse des déformations tectoniques. Après un état de l'art sur l'interférométrie radar et la mesure des déplacements, abordant tour à tour le principe, les méthodes et les limites de cette mesure, le potentiel de son application à Taiwan est détaillé. Cette méthode est ensuite appliquée, avec des données ALOS PALSAR, à trois zones clés de l'orogène taiwanais : (1) la Vallée Longitudinale, à l'Est de l'île ; située entre la Chaîne Centrale et la Chaîne Côtière, le raccourcissement horizontal à travers la vallée est d'environ 3 cm/an. Grâce à la carte des déplacements moyens entre 2007 et 2010, la faille inverse de la Vallée Longitudinale a pu être localisée avec une grande précision (entre 50 et 100 mètres), améliorant grandement les précédentes cartes. Le taux de glissement inter-sismique a ainsi été estimé (entre 1 et 3,2 cm/an) et sa variation spatiale analysée. Les résultats obtenus ont été comparés avec les données GPS avec succès. (2) la péninsule de Hengchun, au Sud de l'île ; il s'agit des déformations les plus récentes observables à Taiwan. La péninsule, située au sommet du prisme d'accrétion actuel, la structure tectonique majeure est la faille inverse de Hengchun. A partir de la carte des déplacements du sol obtenue, la trace de la faille de Hengchun a été mise en évidence, de même que son glissement inter-sismique (environ 1 cm/an). (3) le front de déformation, à l'Ouest de l'île ; il s'agit d'une étude préliminaire des déformations affectant la Plaine Côtière. Plusieurs types de déformations ont pu être observés entre 1995 et 2010 : le soulèvement de l'anticlinal de Tainan, la subsidence de la plaine de Pingtung, l'activité de la faille de Fengshan et la subsidence près de la rivière Choshui / Pas de résumé en anglais