Notions fondamentales de la polarimétrie par radar à synthèse d'ouverture

Ondes électromagnétiques

Onde électromagnétique, de propagation, polarisée.
La flèche rouge représente le total du champ électrique qui souligne le lieu elliptique durant un cycle.

Une onde électromagnétique plane est constituée d'un champ électrique et d'un champ magnétique mutuellement orthogonaux qui oscillent dans le plan perpendiculaire à la direction de sa propagation Born et Wolf. Les ondes électromagnétiques sont décrites par les équations de Maxwell. Ces champs se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide et dans l'air - pour la plupart des conditions atmosphériques. Trois paramètres permettent de décrire complètement la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu donné : la constante diélectrique (ou permittivité), la perméabilité et la conductivité.

En général, une onde électromagnétique émise d'une source - une antenne radar par exemple - se propage dans toutes les directions avec, pour chaque direction, une intensité et une phase particulières. À une grande distance de l'antenne, on peut supposer que le front d'onde est plan, plutôt que sphérique. Puisque nous ne sommes intéressés qu'à ce qui arrive à l'onde le long d'une trajectoire donnée, l'hypothèse de l'onde plane est valide.

Saviez-vous que?

La composante prévisible d'une onde électromagnétique montre une structure géométrique caractéristique qui définit ses propriétés polarimétriques. Si on pose des axes horizontal et vertical relativement à un système de coordonnées particulier (par exemple les axes définis parallèlement aux long et petit côtés de l'antenne radar), la pointe du vecteur du champ électrique décrit une courbe régulière, lorsqu'on l'observe le long de la direction de sa propagation. La longueur et le taux de rotation du vecteur sont respectivement l'amplitude et la fréquence de l'onde. La polarisation réfère à l'orientation et à la forme de la courbe tracée par la pointe du vecteur. Nous en discutons dans la prochaine section.

La polarisation est une propriété importante de l'onde électromagnétique. La polarisation décrit l'alignement et la régularité des champs électriques et magnétiques de l'onde dans le plan transverse à sa propagation. Par convention, on s'intéresse à la composante électrique des champs de l'onde puisque, selon les équations de Maxwell, elle précède le champ magnétique orthogonal. (Le champ magnétique est directement lié au champ électrique et on peut toujours le calculer à partir de ce dernier.) C'est pourquoi on peut représenter l'onde électromagnétique en décrivant seulement la variation du champ électrique en fonction du temps. La figure 1.1 montre la propagation d'une onde électromagnétique.

Propagation d'une onde électromagnétique plane.

Figure 1-1 La ligne tracée par la pointe du vecteur du champ électrique (en rouge) est la résultante de ses composantes horizontale (en vert) et verticale (en bleu). Le lieu tracé par la pointe du vecteur du champ électrique (en kaki) montre un cycle complet de l'onde dans le plan perpendiculaire à sa propagation. (Avec la permission de Martin Hellmann, http://epsilon.nought.de/.)

La forme de l'onde du vecteur du champ électrique peut être prévisible, aléatoire ou combiner les deux. Une composante aléatoire est analogue à un bruit pur : ni sa fréquence ni la forme de son amplitude ne sont définies. Un exemple de composante prévisible est une onde sinusoïdale monochromatique dont la fréquence et l'amplitude sont constantes. On dit d'une onde électromagnétique qui n'a pas de composante aléatoire qu'elle est « complètement polarisée ».