FR2972806A1 - Method for detection and localization of ship within oceanic surface, involves associating accumulated signal strength with each partition, and implementing image processing step to isolate one or multiple objects in image - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui de la détection et de la localisation d'objets par analyse de la réflexion d'un signal d'opportunité sur la surface de la terre. Dans une application privilégiée, l'invention concerne le domaine de la sécurité maritime et propose un procédé et un système de localisation de navires par analyse de la réflexion de signaux GNSS (Global Navigation Satellite System) sur la surface océanique. FIELD OF THE INVENTION The field of the invention is that of the detection and location of objects by analyzing the reflection of a signal of opportunity on the surface of the earth. In a preferred application, the invention relates to the field of maritime safety and proposes a method and a system for locating vessels by analyzing the reflection of GNSS (Global Navigation Satellite System) signals on the ocean surface.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Le principe du GNSS-R (« Global Navigation Satellite System - Reflectometry ») réside dans la réception de signaux GNSS après réflexion de ceux-ci sur une surface, par exemple sur la surface océanique (ou autre surface d'eau). L'analyse de ces signaux permet de déduire certaines propriétés de la surface, telles que la hauteur ou la salinité d'une surface océanique par exemple. BACKGROUND OF THE INVENTION The principle of the GNSS-R ("Global Navigation Satellite System - Reflectometry") resides in the reception of GNSS signals after reflection of these GNSS on a surface, for example on the ocean surface (or other surface). 'water). The analysis of these signals makes it possible to deduce certain properties of the surface, such as the height or the salinity of an ocean surface, for example.
La technique GNSS-R est plus particulièrement basée sur l'exploitation de signaux de navigation satellite réfléchis de manière bistatique par la surface terrestre. Dès lors, un satellite en orbite basse (satellite LEO : « Low Earth Orbit ») peut recevoir plusieurs signaux transmis par les différents satellites de navigation visibles, en profitant ainsi des performances de visibilité de la constellation de satellites GNSS. L'analyse du signal GNSS-R peut comprendre l'élaboration d'une carte bidimensionnelle représentant la puissance GNSS reçue après réflexion autour du point spéculaire en fonction du délai et de la fréquence Doppler, dite carte Délai-Doppler (DDM : « Delay-Doppler Map »). Les cartes DDM peuvent être utilisées pour en déduire des caractéristiques de la surface de réflexion, dans la mesure où elles sont modifiées en fonction du niveau de rugosité de la surface. Le document EP 1 279 970 A2 propose ainsi d'exploiter les cartes Délai-Doppler à des fins de caractérisation de la surface océanique. Ce document propose notamment de construire un cube Délai-Doppler-Temps (une série temporelle de cartes DDM) le long de la trace de réflexion spéculaire, et ce afin d'améliorer la résolution le long de la trace. The GNSS-R technique is more particularly based on the exploitation of satellite navigation signals reflected bistatically by the Earth's surface. Therefore, a satellite in low orbit (LEO satellite: "Low Earth Orbit") can receive several signals transmitted by the different visible navigation satellites, thus taking advantage of the visibility performance of the constellation of GNSS satellites. The analysis of the GNSS-R signal may comprise the development of a two-dimensional map representing the GNSS power received after reflection around the specular point as a function of the delay and the Doppler frequency, called the Delay-Doppler map (DDM). Doppler Map "). DDM boards can be used to derive features of the reflection surface, as they are modified as a function of the roughness level of the surface. Document EP 1 279 970 A2 thus proposes to use the Doppler-Delay maps for the purpose of characterizing the ocean surface. In particular, this document proposes to construct a Time-Doppler-Time Cube (a time series of DDM cards) along the specular reflection trace, in order to improve the resolution along the trace.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention emploie une technique du type GNSS-R à des fins de détection et de localisation d'objets, tels que par exemple des navires sur la surface océanique, à la fois dans et en dehors de la zone spéculaire. DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention employs a GNSS-R type technique for the purpose of detecting and locating objects, such as for example ships on the ocean surface, both in and out of the specular area. .
A cet effet, l'invention propose selon un premier aspect un procédé de détection et de localisation d'un objet au sein d'une surface d'observation, le procédé mettant en oeuvre la réception, par une plateforme de réception en déplacement lors d'une période d'observation de la surface d'observation, d'un signal d'opportunité après réflexion de celui-ci sur la surface d'observation, et comprenant les étapes selon lesquelles : - la surface d'observation étant découpée en une pluralité de facettes, on estime la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par chaque facette au cours de la période d'observation, - on forme une image de la surface d'observation, l'image étant segmentée en partitions où chaque partition de l'image correspond à une facette de la surface d'observation, et on associe à chaque partition de l'image une accumulation de la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par la facette correspondant à la partition au cours de la période d'observation; et - on met en oeuvre un traitement d'image pour isoler un ou plusieurs objets dans l'image. For this purpose, according to a first aspect, the invention proposes a method for detecting and locating an object within an observation surface, the method implementing the reception, by a reception platform in motion while traveling. a period of observation of the observation surface, an opportunity signal after reflection thereof on the observation surface, and comprising the steps according to which: the observation surface being cut into a a plurality of facets, the power of the opportunity signal backscattered by each facet during the observation period is estimated; an image of the observation surface is formed, the image being segmented into partitions where each partition of the image corresponds to a facet of the observation surface, and we associate with each partition of the image an accumulation of the power of the opportunity signal backscattered by the facet corresponding to the partition during the peri ode of observation; and an image processing is used to isolate one or more objects in the image.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants : Some preferred, but not limiting, aspects of this method are as follows:
- on génère, à différents instants au cours de la période d'observation, une carte Délai-Doppler de la surface d'observation, - l'estimation de la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par une facette au cours de la période d'observation consiste à identifier une puissance correspondant à la facette dans chacune des cartes Délai-Doppler, et - l'accumulation de la puissance rétrodiffusée par une facette au cours de la période d'observation consiste à sommer la puissance correspondant à la facette dans chacune des cartes Délai-Doppler. at different times during the observation period, a Doppler-Doppler map of the observation surface is generated, the power estimate of the opportunity signal is retransmitted by a facet during the period of time; observation consists in identifying a power corresponding to the facet in each of the Doppler-Delay cards, and - the accumulation of the backscattered power by one facet during the observation period consists in summing the power corresponding to the facet in each Doppler delay cards.
- pour identifier la puissance correspondant à une facette dans une carte Délai-Doppler, on réalise une projection sur la surface d'observation des écarts en délai et fréquence Doppler de la carte Délai-Doppler. - le procédé comprend prétraitement des cartes Délai-Doppler consistant à soumettre chaque carte Délai-Doppler, dite première carte Délai-Doppler, aux opérations selon lesquelles : - on réalise une inversion de la première carte Délai-Doppler pour estimer un état de surface de chacune des facettes de la surface d'observation, - on élabore une seconde carte Délai-Doppler correspondant à la réflexion du signal d'opportunité sur une surface théorique ne présentant pas d'objet et où chaque facette présente l'état de surface précédemment estimé, - on vient soustraire la seconde carte Délai-Doppler à la première carte Délai-Doppler. - le signal d'opportunité est émis par une plateforme d'émission, les plateformes d'émission et de réception présentant une configuration bistatique. to identify the power corresponding to a facet in a Doppler-Delay card, a projection on the observation surface of the Doppler delay and frequency deviations of the Doppler-Delay card is made. the method comprises pretreatment of the Doppler-Delay cards consisting in subjecting each Doppler-Delay card, called the first Doppler Delay card, to the operations according to which: an inversion of the first Doppler-Delay card is performed to estimate a surface state of each of the facets of the observation surface, a second Doppler-Delay map corresponding to the reflection of the opportunity signal on a theoretical surface having no object and where each facet has the previously estimated surface state is developed. , we subtract the second Doppler-Delay card from the first Doppler-Delay card. the opportunity signal is transmitted by a transmission platform, the transmission and reception platforms having a bistatic configuration.
- la plateforme d'émission est une plate-forme satellitaire en orbite moyenne MEO et la plateforme de réception est une plateforme satellitaire en orbite basse LEO ou une plateforme aéroportée. - the transmission platform is an MEO medium orbit satellite platform and the receiving platform is a low LEO orbiting satellite platform or an airborne platform.
- la surface d'observation est une surface océanique. - le signal d'opportunité est un signal GNSS. - the observation surface is an ocean surface. the opportunity signal is a GNSS signal.
- le procédé est mis en oeuvre pour une pluralité de signaux d'opportunité, par exemple pour des signaux GNSS émis par une pluralité de satellites. the method is implemented for a plurality of opportunity signals, for example for GNSS signals transmitted by a plurality of satellites.
Selon un second aspect, l'invention concerne un système de détection et de location d'un objet au sein d'une surface d'observation, comprenant une plateforme de réception d'un signal d'opportunité après réflexion de celui-ci sur la surface According to a second aspect, the invention relates to a system for detecting and renting an object within an observation surface, comprising a platform for receiving an opportunity signal after reflection thereof on the area
d'observation, ladite plateforme de réception étant en déplacement lors d'une période d'observation de la surface d'observation et la surface d'observation étant découpée en une pluralité de facettes, le système comprenant : - une instrumentation embarquée au sein de la plateforme de réception configurée pour estimer la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par chaque facette de la surface d'observation au cours de la période d'observation, et - un module au sol apte à communiquer avec la plateforme de réception et configuré pour : - former une image de la surface d'observation, l'image étant segmentée en partitions où chaque partition de l'image correspond à une facette de la surface d'observation ; associer à chaque partition de l'image une accumulation de la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par la facette correspondant à la partition au cours de la période d'observation; et mettre en oeuvre un traitement d'image pour isoler un ou plusieurs objets dans l'image. of observation, said receiving platform being in motion during a period of observation of the observation surface and the observation surface being cut into a plurality of facets, the system comprising: an instrumentation embedded within the reception platform configured to estimate the power of the opportunity signal backscattered by each facet of the observation surface during the observation period, and - a ground module able to communicate with the reception platform and configured to : - form an image of the observation surface, the image being segmented into partitions where each partition of the image corresponds to a facet of the observation surface; associating with each partition of the image an accumulation of the power of the opportunity signal backscattered by the facet corresponding to the partition during the observation period; and implement image processing to isolate one or more objects in the image.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une surface d'observation sur laquelle sont rapportées lignes iso-délai et lignes iso-Doppler ; - la figure 2 représente une carte Délai-Doppler ; - la figure 3 représente un cube Délai-Doppler-Temps et l'excursion d'un point de la surface au cours du temps dans l'espace Délai-Doppler; - la figure 4a représente une carte d'une région d'observation observée dans laquelle sont présents deux objets ; - les figures 4b, 4c et 4d représentent respectivement l'excursion en délai de chacun des objets au cours du temps, l'excursion en fréquence Doppler de chacun BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other aspects, objects and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and with reference to the following: attached drawings in which: - Figure 1 shows an observation surface on which are reported iso-delay lines and iso-Doppler lines; FIG. 2 represents a Doppler delay card; FIG. 3 represents a time-Doppler-Time cube and the excursion of a point of the surface over time in the Doppler-Delay space; FIG. 4a represents a map of an observed observation region in which two objects are present; FIGS. 4b, 4c and 4d respectively represent the delay excursion of each of the objects over time, the Doppler frequency excursion of each
des objets au cours du temps, et l'excursion de chacun des objets dans l'espace Délai-Doppler au cours du temps ; - les figures 5a et 5b représentent la position relative d'un objet présent dans une région d'observation par rapport au point spéculaire, respectivement à l'instant initial et à l'instant final d'une séquence d'acquisition ; - les figures 6a-6f illustrent l'évolution de la signature de l'objet dans les cartes DDM à différents instants au cours de la séquence d'acquisition ; - la figure 7 correspond à l'image obtenue après « accumulation » des différentes DDM de la séquence d'acquisition. objects over time, and the excursion of each of the objects in the Doppler-Delay space over time; FIGS. 5a and 5b show the relative position of an object present in an observation region with respect to the specular point, respectively at the initial moment and at the final moment of an acquisition sequence; FIGS. 6a-6f illustrate the evolution of the signature of the object in the DDM cards at different times during the acquisition sequence; FIG. 7 corresponds to the image obtained after "accumulation" of the different DDMs of the acquisition sequence.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne la détection et la localisation d'objets par analyse de la réflexion d'un signal d'opportunité sur une surface considérée grande et homogène par rapport aux caractéristiques de l'objet recherché (exemple : détection et localisation de navires sur surface océanique). L'invention vise plus précisément la réalisation d'une telle localisation au moyen d'une plateforme de réception en mode bistatique passif, c'est-à-dire d'une plateforme de réception séparée de la plateforme d'émission du signal d'opportunité, et qui ne fait que recevoir le signal d'opportunité. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to the detection and localization of objects by analysis of the reflection of a signal of opportunity on a surface considered large and homogeneous with respect to the characteristics of the desired object (example: detection and location of ships on the ocean surface). The invention aims more precisely at achieving such a location by means of a reception platform in passive bistatic mode, that is to say a reception platform separated from the signal transmission platform. opportunity, and that only gets the signal of opportunity.
Le système GNSS est préférentiellement utilisé comme source d'opportunité. L'invention n'est toutefois pas limitée à cette source particulière d'opportunité, et s'étend de manière plus générale à toute source d'opportunité dont le signal peut être analysé après réflexion bistatique, telle que par exemple des signaux TV ou de télécommunication mobile. The GNSS system is preferentially used as a source of opportunity. The invention is however not limited to this particular source of opportunity, and extends more generally to any source of opportunity whose signal can be analyzed after bistatic reflection, such as for example TV signals or mobile telecommunication.
Dans une application privilégiée, l'invention concerne le domaine de la sécurité maritime et propose un procédé et un système de localisation de navires par analyse de la réflexion de signaux d'opportunité, notamment les signaux GNSS (également désignés par signaux GNSS-R) et plus particulièrement les signaux GPS (« Global Positioning System ») ou ceux de la future constellation GALILEO, sur la surface océanique. La description qui suit traitera plus particulièrement de cette application privilégiée par exploitation de signaux GNSS-R. In a preferred application, the invention relates to the field of maritime safety and proposes a method and a system for locating ships by analyzing the reflection of opportunity signals, in particular the GNSS signals (also designated by GNSS-R signals). and more particularly GPS signals ("Global Positioning System") or those of the future GALILEO constellation, on the ocean surface. The description which follows will deal more particularly with this application favored by GNSS-R signal exploitation.
Dans une configuration privilégiée, on considère l'émission du signal d'opportunité GNSS par une plate-forme satellitaire en orbite moyenne MEO (« Medium Earth Orbit ») et la réception du signal GNSS réfléchi par la surface océanique par une plate-forme satellitaire en orbite basse LEO. Selon une variante, on utilise une plateforme de réception aéroportée. Le signal généré par un récepteur GNSS-R est une « forme d'onde » similaire à celle de l'altimétrie radar classique (monostatique). II s'agit mathématiquement de la fonction de corrélation complexe entre le signal électromagnétique émis par un satellite GNSS, réfléchi par la surface de la mer puis reçu par l'antenne du récepteur et une réplique du code GNSS transmis (code PRN : « PseudoRandom Noise »), la réplique étant modulée par un terme de phase pour la correction de l'effet Doppler. En d'autres termes, la forme d'onde est obtenue en intégrant de façon cohérente pendant une période Ti (de l'ordre de la milliseconde pour un satellite LEO) le signal GNSS réfléchi et « démodulé » de son code PRN et de son Doppler. In a preferred configuration, we consider the emission of the GNSS opportunity signal by a medium earth orbit (MEO) satellite platform and the reception of the GNSS signal reflected by the ocean surface by a satellite platform. in LEO low orbit. According to one variant, an airborne reception platform is used. The signal generated by a GNSS-R receiver is a "waveform" similar to that of conventional (monostatic) radar altimetry. This is mathematically the complex correlation function between the electromagnetic signal emitted by a GNSS satellite, reflected by the sea surface and then received by the antenna of the receiver and a replica of the GNSS code transmitted (PRN code: "PseudoRandom Noise "), The replica being modulated by a phase term for the correction of the Doppler effect. In other words, the waveform is obtained by coherently integrating during a period Ti (of the order of a millisecond for a LEO satellite) the reflected and "demodulated" GNSS signal of its PRN code and its Doppler.
La stratégie habituelle consiste à générer le pic de corrélation sur le signal direct. La fréquence Doppler associée (appelée fréquence Doppler « centrale ») est ensuite appliquée sur le signal réfléchi afin d'obtenir la forme d'onde GNSS-R. Chaque point de la forme d'onde est alors caractéristique d'un retard du signal réfléchi par rapport au point spéculaire. On établit donc une correspondance entre les points de la forme d'onde et les zones de la surface de la mer à l'origine de la réflexion. L'amplitude maximale de la forme d'onde (son pic) est (à peu près) obtenue pour le point spéculaire de la configuration bistatique émetteur-surfacerécepteur. Les retards suivants traduisent l'amplitude diffusée par des lignes isodistance (semblables à des ellipses) concentriques autour du point spéculaire. The usual strategy is to generate the correlation peak on the direct signal. The associated Doppler frequency (called the "central" Doppler frequency) is then applied to the reflected signal to obtain the GNSS-R waveform. Each point of the waveform is then characteristic of a delay of the signal reflected from the specular point. We thus establish a correspondence between the points of the waveform and the areas of the surface of the sea at the origin of the reflection. The maximum amplitude of the waveform (its peak) is (approximately) obtained for the specular point of the emitter-surface-receptor bistatic configuration. The following delays translate the amplitude scattered by concentric (elliptical-like) isodistance lines around the specular point.
En considérant différentes fréquences Doppler autour de la fréquence Doppler centrale, on génère plusieurs formes d'onde qui permettent de dresser une carte du type de celle de la figure 1 représentant la réflectivité de la surface océanique observée pour une configuration bistatique donnée et sur laquelle on a rapporté les lignes iso-délai (sous la forme d'ellipses) et les lignes iso-Doppler (sous la forme d'hyperboles). Cette information peut également être représentée dans une carte Délai-Doppler (DDM : « Delay Doppler Map ») du type de celle représentée sur la figure 2. By considering different Doppler frequencies around the central Doppler frequency, several waveforms are generated which make it possible to draw a map of the type of that of FIG. 1 representing the reflectivity of the ocean surface observed for a given bistatic configuration and on which one reported iso-delay lines (in the form of ellipses) and iso-Doppler lines (in the form of hyperbolas). This information may also be represented in a Delay Doppler Map (DDM) of the type shown in FIG. 2.
Une formulation analytique de la forme d'onde FO en puissance d'un signal GNSS réfléchi sur une surface océanique a été proposée par l'article de Zavorotny, V. U. and A. G. Voronovich : « Scattering of GPS Signais from the Ocean with Wind Remote Sensing Application », IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 38, No. 2, 951-964, 2000. Cette formulation s'écrit dans un domaine à deux dimensions comprenant les retours en retard t et en Doppler (Do, et consiste en une intégrale sur la surface océanique : Y(T ,wDo) ) S~(7,y) Ae(ti do sm yx-2 +-2 c 2cRro Ps(sin y x 1 Y 2R,o smy 2R,o ) avec : S2. A2 la fonction d'ambiguïté radar, Ps la densité de probabilité des pentes de la surface océanique. An analytical formulation of the FO waveform in power of a GNSS signal reflected on an ocean surface has been proposed by the article by Zavorotny, VU and AG Voronovich: "Scattering of GPS Signals from the Ocean with Wind Remote Sensing Application IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 38, No. 2, 951-964, 2000. This formulation is written in a two-dimensional domain including late returns t and Doppler (Do, and consists of an integral on the ocean surface: Y (T, wDo )) S ~ (7, y) Ae (ti do sm yx-2 + -2c 2cRro Ps (sin yx 1 Y 2R, o smy 2R, o) with: S2, A2 the function of radar ambiguity, Ps la probability density of the slopes of the ocean surface.
Afin de permettre la localisation d'un objet au sein d'une surface d'observation, l'invention propose de considérer la surface d'observation comme étant formée d'une pluralité de facettes. Selon l'invention, on vient estimer la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par chaque facette au cours d'une période d'observation. Cette estimation exploite une série temporelle de cartes Delai-Doppler. On vient tout d'abord générer, à différents instants au cours de la période d'observation de la surface d'observation, une carte Délai-Doppler de la surface d'observation. La plateforme de réception (satellite LEO par exemple) étant en mouvement au cours de la période d'observation, chaque carte DDM correspond à une configuration bistatique différente. On obtient ainsi un cube Délai-Doppler-Temps comme représenté sur la figure 3. Sur cette figure 3, la courbe C représente l'excursion de la réponse d'une facette de la surface d'observation dans l'espace Délai-Doppler d'une acquisition à l'autre. La figure 4a représente une carte de la région d'observation observée par une 30 plateforme de réception en déplacement selon la direction V en biais par rapport à 2972806 s In order to allow the location of an object within an observation surface, the invention proposes to consider the viewing surface as being formed of a plurality of facets. According to the invention, the power of the opportunity signal backscattered by each facet is estimated during a period of observation. This estimate exploits a time series of Delay-Doppler maps. Firstly, at a different time during the period of observation of the observation surface, a Doppler-Doppler map of the observation surface is generated. The receiving platform (LEO satellite for example) being in motion during the observation period, each DDM card corresponds to a different bistatic configuration. Thus, a Doppler-Time-Time cube is obtained as shown in FIG. 3. In this FIG. 3, the curve C represents the excursion of the response of a facet of the observation surface in the Doppler-Doppler space. one acquisition to another. FIG. 4a shows a map of the observation region observed by a traveling reception platform in the V direction at an angle to 2972806 s
l'axe émetteur-récepteur. Les lignes iso-délai et iso-Doppler sont rapportées sur cette carte. Deux objets N1 et N2 sont par ailleurs présents dans la région d'observation. On a représenté sur la figure 4b l'excursion en délai de chacun des objets N1, 5 N2 au cours du temps, et sur la figure 4c l'excursion en fréquence Doppler de chacun des objets N1, N2 au cours du temps. La figure 4d représente quant à elle l'excursion de chacun des objets N1, N2 dans l'espace Délai-Doppler. Afin d'estimer la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par une facette au cours de la période d'observation, on vient identifier une puissance 10 correspondant à la facette dans chacune des cartes DDM. En d'autres termes, pour une facette donnée, on vient rechercher sa contribution au sein des DDM au cours du temps. Pour ce faire, on peut projeter les écarts en délai et fréquence Doppler (par rapport au point spéculaire) de chacune des cartes Délai-Doppler sur la surface d'observation. 15 Selon l'invention, on vient ensuite former une image de la surface d'observation, l'image étant segmentée en partitions où chaque partition de l'image correspond à une facette de la surface d'observation. Dans cette image, on associe à une partition une valeur correspondant à une accumulation de la puissance du signal d'opportunité rétrodiffusée par la facette correspondant à la partition au cours 20 de la période d'observation. Cette accumulation peut consister en la somme incohérente de la puissance correspondant à la facette dans chacune des cartes Délai-Doppler. Cette accumulation prend ainsi en considération l'excursion en délai et fréquence Doppler de la facette au cours du temps. On a représenté sur les figures 5a et 5b la position relative d'un objet N présent 25 dans région d'observation par rapport au point spéculaire S respectivement à l'instant initial (t=0s) et à l'instant final d'une séquence d'acquisition. Les projections sur la surface d'observation O des lignes iso-Doppler portent la référence D. La projection de la ligne iso-délai correspondant à une longueur de chip par rapport au point spéculaire (« First Chip Zone »), code de modulation du signal GPS dans le cas où ce type de signal est utilisé, porte la référence d, et les suivants d;. La référence G correspond à l'ouverture d'antenne a -3 dB. the transceiver axis. The iso-delay and iso-Doppler lines are reported on this map. Two objects N1 and N2 are also present in the observation region. FIG. 4b shows the delay excursion of each of the objects N1, N2 over time, and in FIG. 4c the Doppler frequency excursion of each of the objects N1, N2 over time. FIG. 4d represents the excursion of each of the objects N1, N2 in the Doppler-Delay space. In order to estimate the power of the opportunity signal backscattered by a facet during the observation period, a power corresponding to the facet is identified in each of the DDM cards. In other words, for a given facet, one comes to seek its contribution within the DDM over time. To do this, we can project the differences in delay and Doppler frequency (relative to the specular point) of each of the Doppler-Time cards on the observation surface. According to the invention, an image of the observation surface is then formed, the image being segmented into partitions where each partition of the image corresponds to a facet of the observation surface. In this image, a partition is associated with a value corresponding to an accumulation of the power of the opportunity signal backscattered by the facet corresponding to the partition during the observation period. This accumulation may consist of the incoherent sum of the power corresponding to the facet in each of the Doppler-Delay cards. This accumulation thus takes into consideration the delay and Doppler frequency excursion of the facet over time. FIGS. 5a and 5b show the relative position of an object N present in the observation region with respect to the specular point S respectively at the initial instant (t = 0s) and at the final instant of a acquisition sequence. The projections on the observation surface O of the iso-Doppler lines bear the reference D. The projection of the iso-delay line corresponding to a chip length with respect to the specular point ("First Chip Zone"), modulation code GPS signal in the case where this type of signal is used, carries the reference d, and the following d. Reference G corresponds to the antenna aperture at -3 dB.
Les figures 6a-6f sont des résultats de simulation qui illustrent l'évolution de la signature de l'objet N dans les DDM à différents instants au cours de la séquence d'acquisition. On identifie clairement la forme parabolique du chemin parcouru par l'objet N dans la DDM au cours du temps (cf. figure 4d). Figures 6a-6f are simulation results which illustrate the evolution of the signature of the object N in the DDM at different times during the acquisition sequence. The parabolic form of the path traversed by the object N in the DDM is clearly identified over time (see Figure 4d).
La figure 7 correspond à l'image obtenue après « accumulation » des différentes DDM en prenant en compte la projection sur la surface O des écarts en délai et fréquence Doppler. On identifie très bien sur cette figure 7 la rétrodiffusion spéculaire liée à la rugosité de surface ainsi que la position de l'objet N (avec l'ambigüité attendue du fait qu'à un couple Délai-Doppler correspond généralement deux points sur la surface d'observation. On notera ici que dans le cadre de l'invention, la détection et la localisation d'un objet est possible sur l'intégralité de la surface d'observation. Elle n'est pas limitée à la zone de réflexion spéculaire, et en particulier pas limitée aux seuls points spéculaires le long de la trace. Dans le cas d'une détection d'objets en dehors de la zone spéculaire (par exemple : antenne de réception dirigée à 180 degrés d'azimut du point spéculaire), la localisation peut se faire alors sans ambigüité. Selon une variante avantageuse de mise en oeuvre de l'invention, les cartes DDM sont soumises à un prétraitement visant à y supprimer la signature de la rugosité de surface de chacune des facettes la région d'observation. Ce prétraitement vise à ne conserver dans les cartes DDM que la signature du ou des objets que l'on cherche à détecter et localiser, et comprend d'une manière générale pour une carte DDM, dite première carte Délai-Doppler, es opérations selon lesquelles : - on réalise une inversion de la première carte Délai-Doppler pour estimer une rugosité de surface de chacune des facettes de la surface d'observation, - on élabore une seconde carte Délai-Doppler correspondant à la réflexion du signal d'opportunité sur une surface théorique ne présentant pas d'objet et où chaque facette présente la rugosité de surface précédemment estimée, - on vient soustraire la seconde carte Délai-Doppler à la première carte Délai- Doppler. L'inversion est réalisée selon les techniques d'inversion de signaux GNSS-R connues et rapportées dans la littérature, par exemple dans l'article de Germain, O., FIG. 7 corresponds to the image obtained after "accumulation" of the different DDMs by taking into account the projection on the surface O of the differences in delay and Doppler frequency. The specular backscattering related to the surface roughness as well as the position of the object N (with the expected ambiguity is clearly identified in this FIG. 7 because, in a Doppler Delay pair, there are generally two points on the surface of the object. It should be noted here that in the context of the invention, the detection and the localization of an object is possible over the entire observation surface and is not limited to the specular reflection zone. and in particular not limited to only the specular points along the trace In the case of detection of objects outside the specular area (for example: receiving antenna directed at 180 degrees of azimuth of the specular point), The location can then be unambiguous: According to an advantageous embodiment of the invention, the DDM boards are subjected to a pretreatment aimed at removing the signature of the surface roughness of each of the facets. This pretreatment aims to keep in the DDM cards only the signature of the object or objects that one seeks to detect and locate, and generally comprises a DDM card, called first Doppler-Delay card. the operations according to which: - an inversion of the first Doppler-Delay map is performed to estimate a surface roughness of each of the facets of the observation surface; - a second Doppler-Delay map corresponding to the signal reflection is produced; of opportunity on a theoretical surface having no object and where each facet has the surface roughness previously estimated, - we subtract the second Doppler-Delay card to the first Doppler delay card. The inversion is carried out according to the GNSS-R signal inversion techniques known and reported in the literature, for example in the article by Germain, O.,
G. Ruffini, F. Soulat, M. Caparrini, B. Chapron et P. Silvestrin : "The Eddy Experiment II: GNSS-R speculometry for directional sea-roughness retrieval from low aircraft", Geophys. Res. Lett., 31, L21307, 2004. Revenant à la description générale de l'invention, une fois l'image obtenue, on vient mettre en oeuvre un traitement d'image pour isoler un ou plusieurs objets dans l'image. Prenant l'exemple de la figure 7, ce traitement d'image permet d'isoler la signature de l'objet N, et donc de fournir une information de localisation de l'objet détecté dans la zone d'observation. Selon un mode de réalisation possible, le traitement d'image met en oeuvre un algorithme classique d'extraction d'information comme par exemple le seuillage, ou la détection de contours ou encore la segmentation. L'algorithme peut bien entendu être adapté à l'application visée. G. Ruffini, F. Soulat, M. Caparrini, B. Chapron and P. Silvestrin: "The Eddy Experiment II: GNSS-R speculometry for directional sea-roughness retrieval from low aircraft", Geophys. Res. Lett., 31, L21307, 2004. Returning to the general description of the invention, once the image is obtained, it implements an image processing to isolate one or more objects in the image. Taking the example of FIG. 7, this image processing makes it possible to isolate the signature of the object N, and thus to provide information on the location of the detected object in the observation zone. According to a possible embodiment, the image processing implements a conventional algorithm for extracting information such as, for example, thresholding, or edge detection or segmentation. The algorithm can of course be adapted to the intended application.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé décrit jusqu'à présent est mis en oeuvre pour une pluralité de signaux d'opportunité, par exemple pour des signaux GNSS émis par une pluralité de satellites. Dans ce mode de réalisation, on adopte ainsi une configuration multistatique selon laquelle la plateforme de réception reçoit des signaux en provenance d'une pluralité de plateformes d'émission. On comprend que la détection et la localisation d'un objet est alors plus fine. L'ambigüité mentionnée précédemment peut en outre être levée. Enfin, l'invention n'est pas limitée au procédé selon son premier aspect, mais s'étend également à un système configuré pour mettre en oeuvre ce procédé. Le système peut notamment comprendre d'une part une instrumentation dédiée à la réception spatiale de signaux GNSS embarquée au sein de la plateforme de réception et configurée pour générer à bord les cartes DDM en puissance, et d'autre part un module au sol apte à communiquer avec la plateforme de réception et configuré pour former les images et mettre en oeuvre le traitement associé pour la détection, ledit module au sol exploitant les données DDM le long de la trace ainsi que les informations de navigation.30 According to an advantageous embodiment of the invention, the method described up to now is implemented for a plurality of opportunity signals, for example for GNSS signals transmitted by a plurality of satellites. In this embodiment, a multistatic configuration is thus adopted in which the reception platform receives signals from a plurality of transmission platforms. We understand that the detection and location of an object is then finer. The ambiguity mentioned above can also be removed. Finally, the invention is not limited to the method according to its first aspect, but also extends to a system configured to implement this method. The system may in particular comprise, on the one hand, an instrumentation dedicated to the spatial reception of GNSS signals embedded in the reception platform and configured to generate on board the power DDM cards, and on the other hand a ground module able to communicate with the reception platform and configured to form the images and implement the associated processing for the detection, said ground module exploiting the DDM data along the track as well as the navigation information.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP3480622A1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-05-08 | Thales | Method of detecting target by gnss reflectometry and associated system |
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| CN115792995A (en) * | 2022-11-29 | 2023-03-14 | 北京卫星信息工程研究所 | Target detection system and method based on satellite-borne GNSS-S |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1262792A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-04 | Starlab Barcelona SL | System for monitoring a feature of a surface by reflected satellite navigation signals |
| EP1279970A2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-01-29 | Starlab Barcelona SL | A system for monitoring a feature of a surface with broad swath and high resolution |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1262792A1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-04 | Starlab Barcelona SL | System for monitoring a feature of a surface by reflected satellite navigation signals |
| EP1279970A2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-01-29 | Starlab Barcelona SL | A system for monitoring a feature of a surface with broad swath and high resolution |
| EP2144085A1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-13 | Agency Spatiale Europeenne | Altimetry method and system |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| GERMAIN O ET AL: "The Eddy Experiment: GNSS-R speculometry for directional sea-roughness retrieval from low altitude aircraft", GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS AMERICAN GEOPHYS. UNION USA, vol. 31, no. 21, 16 November 2004 (2004-11-16), pages 4 PP., XP009154430, ISSN: 0094-8276 * |
| SARAB TAY ET AL: "A tracking algorithm for GNSS reflected signals on sea surface", GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING SYMPOSIUM (IGARSS), 2010 IEEE INTERNATIONAL, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 25 July 2010 (2010-07-25), pages 3821 - 3824, XP031814770, ISBN: 978-1-4244-9565-8 * |
| VALERY U ZAVOROTNY ET AL: "Scattering of GPS Signals from the Ocean with Wind Remote Sensing Application", IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 38, no. 2, 1 March 2000 (2000-03-01), XP011021515, ISSN: 0196-2892 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104678416A (en) * | 2015-02-11 | 2015-06-03 | 北京航空航天大学 | GNSS-R-based normalized detection method for sea-surface target areas |
| EP3480622A1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-05-08 | Thales | Method of detecting target by gnss reflectometry and associated system |
| FR3073292A1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-05-10 | Thales | METHOD OF TARGET DETECTION BY GNSS REFLECTOMETRY AND ASSOCIATED SYSTEM |
| US10746860B2 (en) | 2017-11-07 | 2020-08-18 | Thales | Method for detecting a target by GNSS reflectometry and associated system |
| FR3094799A1 (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-09 | Thales | SYSTEM AND METHOD FOR DETECTION OF AT LEAST ONE SPACE OBJECT IN THE ENVIRONMENT OF A SATELLITE |
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| CN116825228A (en) * | 2023-06-19 | 2023-09-29 | 中国石油大学(华东) | Soil humidity inversion method and device based on DDM characteristics and underlying surface information |
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