Description du projet
Identification de nouveau sites désertiques pour l’étalonnage satellite
NOVELTIS a réalisé une analyse de séries temporelles d’images optiques d’observation de la Terre pour identifier de nouveaux sites pour l’étalonnage en vol des satellites et la génération d’une base de données unique de propriétés optiques du sable.
L’estimation en vol des performances radiométriques des instruments spatiaux opérant dans le domaine optique peut être réalisé indirectement grâce à des mesures acquises au-dessus de sites d’étalonnage pseudo-invariant (Pseudo-Invariant Calibration Sites – PICS). Les PICS sont choisis principalement pour la stabilité temporelle de leur surface et propriétés optiques, ainsi que leur homogénéité spatiale.
Il s’agit pour l’essentiel de sites désertiques même si des étendues de neige ou de sel peuvent aussi être utilisées. La première liste de PICS au-dessus de déserts de sable, utiles pour l’étalonnage d’instruments à moyenne et large résolution spatiale (dizaine à centaine de km), a été définie il y a plus de 20 ans, à partir d’un jeu limité (six mois de données) d’observations spatiales par l’instrument Meteosat-4.
Les 20 sites identifiés se situent dans le désert du Sahara et dans la péninsule Arabique. Six d’entre eux sont approuvés par le groupe CEOS/WGCV/IVOS comme sites de référence pour l’étalonnage et la validation de radiomètres imageurs spatiaux. Exception faite de leurs propriétés optiques, ces sites souffrent d’un défaut majeur : ils sont difficiles d’accès, ce qui freine toute tentative de détermination in situ de leurs caractéristiques.
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Identification de nouveau sites désertiques pour l’étalonnage satellite
NOVELTIS a réalisé une analyse de séries temporelles d’images optiques d’observation de la Terre pour identifier de nouveaux sites pour l’étalonnage en vol des satellites et la génération d’une base de données unique de propriétés optiques du sable.
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L’estimation en vol des performances radiométriques des instruments spatiaux opérant dans le domaine optique peut être réalisé indirectement grâce à des mesures acquises au-dessus de sites d’étalonnage pseudo-invariant (Pseudo-Invariant Calibration Sites – PICS). Les PICS sont choisis principalement pour la stabilité temporelle de leur surface et propriétés optiques, ainsi que leur homogénéité spatiale.
Il s’agit pour l’essentiel de sites désertiques même si des étendues de neige ou de sel peuvent aussi être utilisées. La première liste de PICS au-dessus de déserts de sable, utiles pour l’étalonnage d’instruments à moyenne et large résolution spatiale (dizaine à centaine de km), a été définie il y a plus de 20 ans, à partir d’un jeu limité (six mois de données) d’observations spatiales par l’instrument Meteosat-4.
Les 20 sites identifiés se situent dans le désert du Sahara et dans la péninsule Arabique. Six d’entre eux sont approuvés par le groupe CEOS/WGCV/IVOS comme sites de référence pour l’étalonnage et la validation de radiomètres imageurs spatiaux. Exception faite de leurs propriétés optiques, ces sites souffrent d’un défaut majeur : ils sont difficiles d’accès, ce qui freine toute tentative de détermination in situ de leurs caractéristiques.
Il est apparu nécessaire de vérifier, à partir de données d’observation de la terre plus récentes, si ces 20 sites étaient encore “optimaux” pour les besoins d’étalonnage en vol, tout en identifiant d’autres sites potentiels d’intérêt, idéalement plus accessibles.
Par ailleurs, la mesure des propriétés optiques de ces sites (variation spectrale et directionnelle de leur réflectance) peut fournir des informations importantes pour l’inter-comparaison de capteurs spatiaux pour s’affranchir de leurs différences en termes de résolution spectrale et pour mieux comprendre le déterminisme des variations spectrales et directionnelles de la réflectance du sable en fonction de sa composition minéralogique et de sa rugosité.
Par ailleurs, la mesure des propriétés optiques de ces sites (variation spectrale et directionnelle de leur réflectance) peut fournir des informations importantes pour l’inter-comparaison de capteurs spatiaux pour s’affranchir de leurs différences en termes de résolution spectrale et pour mieux comprendre le déterminisme des variations spectrales et directionnelles de la réflectance du sable en fonction de sa composition minéralogique et de sa rugosité.
Moyens employés
- L’identification des PICS désertiques à l’échelle mondiale a reposé sur l’analyse de séries temporelles d’images satellites à large (PARASOL) et moyenne (MODIS) résolution spatiales. Nous avons défini un certain nombre de métriques pour caractériser ces sites, basées essentiellement sur des critères d’uniformité spatiale, de stabilité temporelle de leurs propriétés optiques, et d’anisotropie. Ces métriques ont été calculées à partir des données PARASOL et MODIS et les cartes ainsi générées ont permis d’identifier les sites les plus “optimaux”.
En parallèle, une base de données des propriétés optiques d’échantillons de sable a été déterminée. Cette base de données compile les mesures spectro-directionnelles de réflectance réalisées en laboratoire et des données fournies par plusieurs collaborateurs scientifiques. Les données ont été homogénéisées et formatées, puis mises à disposition sur un portail web interactif (picsand.noveltis.fr) permettant de les visualiser et de les télécharger.
Résultats
Nous avons pu vérifier la pertinence des sites PICS identifiés il y a plus de 20 ans, vis-à-vis des critères de sélection définis, et pour l’étalonnage des radiomètres imageurs aux moyenne et large résolution spatiale. D’autres sites potentiels dans d’autres régions ont pu être identifiés.
La base de données PICSAND, accessible à picsand.noveltis.fr, offre un accès gratuit à une compilation de mesure des variations spectrales (400-2500 nm) et directionnelles de la réflectance de divers échantillons de sable, effectuées en laboratoire ou in situ.
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