PROBLEMES LIES A L'IMAGERIE SPATIALE

Mise à jour 12/2001, sept 2011

I CONNAISSANCES UTILISEES :

Elles portent essentiellement sur :

- Paramètres orbitaux

- Points survolés, trace sol

- Visibilité d'une station.

- Héliosynchronisme et imagerie

II TRAVAIL PROPOSE :

1°) EBLOUISSEMENT LUMINEUX :

Un satellite est en orbite autour de la terre, équipé de dispositifs de prise de vue. Ses capteurs CCD sont extrêmement sensibles à l'éblouissement lumineux, qui peut mettre hors d'usage l'électronique de l'appareillage optique. Le nom attribué à ce problème est la SPECULARITE.

Avant donc une prise de vue, il faut s'assurer qu'une telle situation ne puisse se produire, notamment lorsque le satellite peut à loisir orienter l'axe de visée de son dispositif optique.

2°) EXPRESSION DU DANGER :

" On appelle contour de spécularité à une date t, l'ensemble des points de la terre observés, en visée verticale ou oblique, tels que l'angle entre la verticale locale du point visé et la bissectrice de l'angle formé par la direction du soleil et l'axe de visée optique, soit égal à une valeur e définie par la technologie de l'optique"

Typiquement :

e = 1° risque élevé d'éblouissement

e = 5° risque moyen d'éblouissement

Le risque au sol peut provenir de nombreuses surfaces réfléchissantes comme la mer, un étang, la neige, un glacier, le sable d'un désert ....avec le soleil mais aussi la lune.

3°) NOTATIONS :

Afin de correspondre au mieux au cours, nous adoptons pour la géométrie :

IJK	Repère absolu associé à J2000
XgYgZg	Repère des coordonnées Greenwich
PQW	Repère périfocal classique avec W unitaire du moment cinétique réduit, P pointant le périgée ou le nœud ascendant dans le cas d'une orbite circulaire
ZTW	Repère orbital avec Z radial ou verticale satellite, W comme précédemment, T orthoradial
	Unitaire de la direction du Soleil, fonction de la date
	Unitaire de la direction bissectrice des directions - V (opposé de l'axe de visée) et Us (direction du soleil)
	Unitaire de la verticale du point visé
	Unitaire de la direction de visée depuis le satellite

Ainsi le contour de spécularité est défini par :

4°) LA MISSION :

Le satellite est défini par ses paramètres orbitaux classiques, a, e, i, w, W, tp, éventuellement fonction du temps, en présence de perturbations, notamment celles dues à J2.

L'axe de visée V est donné dans le repère orbital ZTW, par ses cosinus directeurs a b g.

Une visée verticale correspond donc à a = -1, b = g = 0

Une visée oblique d'angle de "tilt" d se fera toujours par basculement d'un miroir, sans changer l'orientation satellite et exclusivement dans le plan ZW, donc a = -cosd, b = 0 , g = -sind, avec d > 0 si visée à droite du mouvement.

Bien qu'en général, l'imagerie spatiale utilise toujours une orbite héliosynchrone, nous traiterons le problème dans sa généralité, y compris si les paramètres orbitaux varient. On traitera le problème sur une année de 365 jours, admettant avec une excellente approximation, que le soleil est pointé par l'axe I (Ligne vernale) le 21 mars 2000 à12 h (Jour julien n° 80), ce temps pourra être pris pour origine t = 0 des temps.

Un premier travail consistera à établir la loi donnant, dans le repère IJK, la longitude vernale L* et la déclinaison D* (équivalente à la latitude géocentrique), du soleil en fonction de t. On rappelle que la déclinaison maximum du soleil sur l'équateur est de 23° 27'. Vous aurez ainsi accès à l'unitaire Us du soleil, dans tout repère, par changement d'axe. Voir cours

5°) EXPRESSION DES RESULTATS :

Vous exécuterez un travail permettant à un instant quelconque donné t et un "tilt" d ( vous renseignerez sur les possibilités techniques), de fournir:

 Le point de la terre survolé, par ses coordonnées géographiques : latitude et longitude.

 Les coordonnées géographiques du centre de la prise de vue.

Vous préciserez si le survol se fait de jour ou de nuit.

Vous indiquerez la hauteur du soleil au dessus du plan horizontal du point de la terre visé. Une prise de vue de jour, nécessite une hauteur d'au moins 8° au dessus de l'horizon.

 Le contour de spécularité à gros risque s'il existe, sous forme d'un graphe centré sur le point visé.

 Le contour de spécularité à risque moyen s'il existe, sous forme d'un graphe centré sur le point visé.

Vous compléterez votre travail, par l'étude spéciale d'un satellite héliosynchrone, d'heure locale H au nœud ascendant et d'altitude sol Z, par exemple Z = 822 km pour Spot. Vous étudierez, en plus des questions précédentes, l'influence de l'heure locale H sur des prises de vue spécialement entre 40 et 50° de latitude nord. Cas particulier H = 22 h 30 .

6°) DOCUMENTATION :

Il pourrait être intéressant de présenter les principaux équipements d'un satellite d'imagerie spatiale, notamment l'importance du système de prise de vue sur la définition de la mission.

Guiziou novembre 99, sept 2011