Calibration des Données Satellitaires : Types et Normes

Il est essentiel de comprendre la logique derrière la définition des produits d'observation de la terre pour mieux retenir leurs noms. Cet article détaille les différents aspects de la calibration des données satellitaires, les normes associées et les exemples de missions qui utilisent ces techniques.

Normes du CEOS et Niveaux de Produits

Les normes du CEOS (Committee on Earth Observation Satellites) sont cruciales pour la calibration des données satellitaires. La norme du CEOS, inspirée de celle de la NASA, permet de rééchantillonner les données dès le Niveau 1 et de les exprimer en grandeurs physiques.

La norme du CEOS ne détaille pas les sous-niveaux de produits (1A, 1B), mais elle définit les niveaux de données suivants :

Level 0: Données d'instrument reconstruites non traitées à pleine résolution spatio-temporelle avec toutes les informations supplémentaires disponibles (par exemple, éphémérides, santé et sécurité).
Level 1: Données de niveau 0 décompressées et reformatées, avec toutes les informations supplémentaires. Correction radiométrique et géométrique optionnelle pour produire des paramètres en unités physiques.
Level 2: Variables environnementales extraites (par exemple, hauteur des vagues océaniques, humidité du sol, concentration de glace) à la même résolution et emplacement que les données source de niveau 1.
Level 3: Données ou variables environnementales extraites qui ont été rééchantillonnées spatialement et/ou temporellement (c'est-à-dire dérivées des produits de niveau 1 ou 2).

Selon OH, les niveaux de produits peuvent être définis comme suit :

Level 0: Données reconstruites mais non traitées, fournies à pleine résolution, accompagnées de toutes les informations nécessaires pour les traitements de niveaux supérieurs.
Level 1: Produit dont tous les pixels ont été acquis à la même date et dont le traitement ne fait pas d’hypothèses sur la nature du paysage observé. Chaque pixel de l’image est traité de la même manière, quelle que soit sa nature. Le produit exprime les données en grandeur physique ou fournit toutes les informations nécessaires pour les convertir.
Level 2: Produit acquis en quelques instants, mais avec des traitements différenciés par type de pixel, en faisant des hypothèses sur l’atmosphère, l’état de la végétation ou de la mer.
Level 3: Données acquises à des dates différentes, avec des emprises différentes, et les traitements peuvent faire des hypothèses sur ce qui est observé.

Pour Sentinel-2, les produits de niveau 1A et 1B sont des produits internes assez proches de la norme de la NASA, mais le produit de niveau 1C fournit des données ortho-rectifiées dans une projection cartographique. Seul le niveau 1C devrait être distribué aux utilisateurs normaux.

Calibration Absolue des Radars Altimétriques

La calibration absolue d'un radar altimétrique a été utilisée dans le passé pour ERS-1 à Venise, POSEIDON à Lampedusa, et TOPEX à Harvest. Aujourd'hui, seul le maintien de l'expérience d'Harvest a permis d'aboutir à un suivi régulier et permanent de la calibration absolue.

La multiplicité des sites de calibration absolue dans le monde, ainsi que la multiplicité des techniques de calibration, sont d'un grand intérêt pour le suivi des performances des missions d'altimétrie spatiale à ce niveau de précision. L'extension de ces notions vise à mieux établir le positionnement vertical permanent de sites marégraphiques intéressant l'altimétrie, avec un objectif de stabilité de l'ordre de 1 mm/an.

Un site semi-permanent a été développé en Corse, avec des équipements permanents et des campagnes géodésiques régulières. Ce site comprend deux emplacements : Aspretto et le Cap de Sénétosa.

Aspretto: Installation d'instruments de géodésie permanents et de la station laser ultra mobile.
Cap de Sénétosa: Installation de marégraphes et de points géodésiques de référence.

Les principales difficultés rencontrées dans cette expérience incluent l'évaluation de la pente du géoïde sous la trace de l'altimètre et l'erreur d'orbite du satellite altimétrique.

Calibration des Instruments de Gaia

Pendant la phase de mise en route et d’étalonnage de Gaia, plusieurs opérations sont effectuées, notamment :

Lire aussi: Sonde de calibration : location

Détermination de la résolution spectrale du Radial Velocity Spectrometer (RVS).
Test de l’instrument spectrophotométrique.
Test du système de détection à bord avec les "Repéreurs d’objets célestes".
Ajustement du mouvement de rotation du satellite sur lui-même.
Alignement et mise au point des télescopes.
Calibration des instruments.

Calibration du Spectrographe

La qualité des mesures du spectrographe de Gaia dépend de sa résolution spectrale. La comparaison des spectres obtenus avec le RVS et ceux obtenus au sol montre que la résolution spectrale du RVS est très bonne.

Test du Spectrophotomètre

Le spectrophotomètre mesure la lumière des étoiles observées par Gaia dans deux bandes de longueurs d’onde : 330 à 680 nm (spectrophotomètre bleu) et 640 à 1050 nm (spectrophotomètre rouge). Les observations effectuées avec les spectrophotomètres permettent de distinguer les différents types d’objets observés par Gaia.

Mission CO3D (Constellation Optique en 3D)

Les quatre satellites CO3D cartographieront le globe en 3D depuis l’orbite basse à partir de 2025. Cette mission vise à fournir un Modèle Numérique de Surface (MNS) des terres émergées avec une précision altimétrique métrique. La constellation offre une nouvelle flexibilité dans les configurations géométriques d’acquisition pour améliorer la génération des MNS.

Trois niveaux de produits 2D sont disponibles :

PRIMARY (niveau L2A): Rééchantillonnés dans une géométrie capteur « lissée » avec un modèle RPC.
PROJECTED (niveau L2B): Rééchantillonnés dans un référentiel cartographique grâce à une projection à altitude constante.
ORTHO (niveau L2C): Rééchantillonnés dans un référentiel cartographique après orthorectification avec un MNS externe.

Deux niveaux de produits 3D sont disponibles (L3 et L4), qui sont des MNS raster fournis à différentes résolutions. Le niveau L3 est dédié à des productions spécifiques limitées à des zones locales, tandis que le niveau L4 est utilisé pour des zones plus vastes.

Applications des Données CO3D

Les données produites par la constellation CO3D alimentent des cas d’usage variés, notamment :

Mobilité : prise en compte du relief pour déterminer le meilleur itinéraire.
Création de maquettes urbaines physiques 3D.
Détection d’obstacles pour le vol à très basse altitude.
Gestion des risques naturels ou technologiques.
Suivi des glaciers.
Reconstruction 3D des bassins versants.
Aménagement urbain.

La capacité de CO3D d’acquérir une séquence d’images sur la même zone permet également de mesurer la topographie sous-marine grâce à une technique appelée inversion cinématique des vagues.

Calibration des Analyseurs de Réseaux Vectoriels (VNA)

Les VNA sont utilisés pour l'évaluation de l'amplitude et de la phase des signaux RF. La calibration de mesure est le processus de suppression des erreurs systématiques d'un système de mesure. Les erreurs systématiques peuvent être supprimées à l'aide de la calibration en reliant des étalons de calibration conçus spécialement au plan de référence.

Les types de calibration incluent :