Analyse des données brutes des RADAR spatioportés Sentinel-1 : traitement des signaux radiofréquences

Magazine
Marque
Hackable
Numéro
39
Mois de parution
octobre 2021
Spécialité(s)


Résumé

L’agence spatiale européenne (ESA) diffuse librement les données acquises par les RADAR spatioportés Sentinel-1. Au-delà de la mesure de distance à une cible, l’exploitation de ces données permet d’extraire bien des informations sur les conditions de propagation et de réflexion des ondes électromagnétiques émises autour de 5,405 GHz. L’analyse des données brutes permet d’atteindre un tel objectif, de l’utilisation des phases d’écoute du satellite comme radiomètre à la détection des émetteurs au sol autour de sa bande de fréquence de fonctionnement C civile ou G militaire. L’ESA ne supporte pas officiellement le décodage des données brutes... qu’à cela ne tienne, nous allons pallier cette déficience en analysant le format des données et en fournissant la solution au décodage des informations brutes disponibles sur le site Copernicus, validée par la compression en azimut et en distance des impulsions... et bien plus !


1. Introduction

Nous avons dans ces pages [1] présenté l’exploitation des données acquises par les RADAR spatioportés de l’ESA Sentinel-1 pour une mesure interférométrique des déplacements fins de la surface du globe sous impact anthropique (exploitation de la nappe phréatique ou des ressources minières) ou naturel (tremblement de terre). Pour ce faire, nous avons tiré parti de données complexes, au sens qu’elles sont caractérisées par une partie réelle et une partie imaginaire, fournies par l’ESA après traitement pour transformer les mesures brutes acquises dans le temps (range) et le long de l’orbite du satellite (azimut) en coordonnées spatiales géographiques de longitude et latitude. Ce faisant, nous avons exploité les données dites de niveau 1 (Level 1), convenablement traitées par l’ESA, mais nettoyées de bien des données des signaux radiofréquences bruts dont nous pourrions tirer parti si nous savions les lire. Pourquoi avoir mis des...

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Références

[1] J.-M Friedt, P. Abbé, Parler à un RADAR spatioporté : traitement et analyse des données de Sentinel-1, GNU/Linux Magazine France 246 (mars 2021) - https://connect.ed-diamond.com/GNU-Linux-Magazine/glmf-246/parler-a-un-radar-spatioporte-traitement-et-analyse-des-donnees-de-sentinel-1

[2] J.W. Caddeel Jr. Corona over Cuba: The Missile Crisis and the Early Limitations of Satellite Imagery Intelligence, Intelligence and National Security 31 (3) 416-438 (2016) à https://www.researchgate.net/publication/273520282_Corona_over_Cuba_The_Missile_Crisis_and_the_Early_Limitations_of_Satellite_Imagery_Intelligence

[3] Utilisateur « nuno.miranda » du forum step de l’ESA à https://forum.step.esa.int/t/how-to-decode-sentinel-a-l0-raw-data-how-to-accomplish-range-compression-correctly/8117/15 selon l’argument très raisonnable que « we never made available RAW decoding software ... My personal opinion is that people willing to process S-1 RAW data (or any other mission) needs to learn about the sensor specificities. If you want to process S-1 TOPS data, you have to learn about S-1. » (où S-1 réfère à Sentinel-1).

[4] N. Franceschi & al., RFI Monitoring and Classificationin C-band Using Sentinel-1 Noise Pulses à http://www.ursi.org/proceedings/2019/rfi2019/23p4.pdf et A. Monti-Guarnieri & al., Identification of C-Band Radio Frequency Interferences from Sentinel-1 Data, MDPI Remote Sensing 9 1183 (2017).

[5] D. Harel, X Marks The Spot: Identifying MIM-104 Patriot Batteries From Sentinel-1 SAR Multi-temporal Imagery (2018) à https://medium.com/@HarelDan/x-marks-the-spot-579cdb1f534b

[6] H.I Sutton, Hidden Threat To Navies: How Freely Available Satellite Imagery Can Track Radars (2020) à https://www.navalnews.com/naval-news/2020/12/hidden-threat-to-navies-how-freely-available-satellite-imagery-can-track-radars

[7] A.A. Mouche & al., On the Use of Doppler Shift for Sea Surface Wind Retrieval From SAR, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing 50 (7), 2901 (2012) ou T. Ahsbahs, Wind Farm Wakes from SAR and Doppler Radar, MDPI Remote Sensing 12 462 (2020).

[8] ESA, Sentinel-1 - ESA’s Radar Observatory Mission for GMES Operational Services, SP-1322/1, p.20, (mars 2012) à https://sentinel.esa.int/documents/247904/349449/S1_SP-1322_1.pdf

[9] J.-M. Friedt, Décodage d’images numériques issues de satellites météorologiques en orbite basse : le protocole LRPT de Meteor-M2, GNU/Linux Magazine France, en 3 parties entre mai et juillet 2019 - https://connect.ed-diamond.com/search/node?keys=Meteor-M2&date_interval=0&brands%5B%5D=1&authors%5B%5D=71197

[10] H. Flachs, Sentinel-1 SAR Instrument - SAR Space Packet Protocol Data Unit, ESA (22/05/2015) à https://sentinel.esa.int/documents/247904/2142675/Sentinel-1-SAR-Space-Packet-Protocol-Data-Unit.pdf/d47f3009-a37a-43f9-8b65-da858f6fb1ca?t=1547146144000

[11] R. Piantanida, Level 1 Detailed Algorithm Definition, ESA (07/06/2019) à https://sentinel.esa.int/documents/247904/1877131/Sentinel-1-Level-1-Detailed-Algorithm-Definition

[12] P. Guccione & al., Sentinel-1A: Analysis of FDBAQ Performance on Real Data, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing 53 (12), 6804 (2015).

[13] D. Huffman, A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes, Proc. IRE 40 (9) 1098-1101 (1952).

[14] S.N. Madsen, Estimating the Doppler centroid of SAR data, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 25 (2) 134-140 1989.

[15] J.-M. Friedt, Introduction à l’analyseur de réseau : le NanoVNA pour la caractérisation spectrale de dispositifs radiofréquences, Hackable 36 (jan.-mars 2021) - https://connect.ed-diamond.com/Hackable/hk-036/introduction-a-l-analyseur-de-reseau-le-nanovna-pour-la-caracterisation-spectrale-de-dispositifs-radiofrequences

[16] J.-M Friedt, W. Feng, Analyse et réalisation d’un RADAR à synthèse d’ouverture (SAR) par radio logicielle (2/3), GNU/Linux Magazine France 242 (nov. 2020) - https://connect.ed-diamond.com/GNU-Linux-Magazine/glmf-242/resolution-azimutale-d-un-radar-a-bruit-analyse-et-realisation-d-un-radar-a-synthese-d-ouverture-sar-par-radio-logicielle

[17] A. Moreira & al., A tutorial on Synthetic Aperture Radar, IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine 6-43 (March 2013).

[18] D. Sandwell & al., GMTSAR: An InSAR Processing System Based on Generic Mapping Tools (2nd Ed.), pp.51-59 (2016), à https://topex.ucsd.edu/gmtsar/tar/GMTSAR_2ND_TEX.pdf

[19] C.A. Balanis, Antenna Theory - Analysis and design, 3rd Ed., Wiley Interscience (2005).

[20] J.-M Friedt, Le télescope à particules cosmiques : principe de la mesure par coïncidence, Opensilicium 11 (juin-août 2014) - https://connect.ed-diamond.com/Open-Silicium/os-011/le-telescope-a-particules-cosmiques-principe-de-la-mesure-par-coincidence

[21] A. Anghel & al., Bistatic SAR imaging with Sentinel-1 operating in TOPSAR mode, IEEE Radar Conference (RadarConf) 2017.

[22] Émettre dans une bande interdite ne semble pas gêner la Chine : https://labo.obs-mip.fr/multitemp/le-cesbio-pique-la-chine/ et https://labo.obs-mip.fr/smos-blog/a-gigantic-rfi-source-in-china-is-still-on-and-doing-lots-of-damage/

[23] M. J. Murrian & al., GNSS Interference Monitoring fromLow Earth Orbit (2020) à https://arxiv.org/pdf/2009.04093.pdf

[24] P. Tabary, L. Perier, J. Gagneux, & J. Parent-du-Chatelet Test of a staggered PRT scheme for the French radar network, J. Atmospheric and Oceanic Technology 22(4) 352-364 (2005) à https://journals.ametsoc.org/view/journals/atot/22/4/jtech1709_1.xml

[25] A. Capaccio, U.S. Builds Ground-Based Arsenal to Jam Russia, China Satellites, Bloomberg (17 avril 2020) à https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-04-17/u-s-space-force-is-arming-to-jam-russian-and-chinese-satellites



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