L’utilisation de la polarimétrie radar et de la décomposition de Touzi pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales des milieux humides : le cas du Lac Saint-Pierre.

Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d’importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s’il existe une reconnaissance croissante sur l’importante de protéger ces milieux, il n’en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L’inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d’atteindre ce but. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d’espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l’information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l’apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l’inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l’orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d’une cible à l’aide d’une série de paramètres extraits d’une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d’étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L’un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu’il n’existe pas de système standard énumérant l’ensemble possible des classes physionomiques ni d’indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d’images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l’évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L’algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l’hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu’il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l’aide d’un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d’identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d’une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l’arbre hiérarchique de classification. L’exploitation d’une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d’obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d’eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l’hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.

Aircraft down-range profiles formed from simulated and compact-range radar backscatter

Compact-range radar backscatter measurements are taken of aircraft scale models. In addition, computer software is used to predict the RCS of the aircraft. Synthetic down-range profiles formed from the two sources of backscatter data are compared and visualized in an innovative manner. Similar discrimination rates between the two aircraft are obtained on data from both source

A novel radar-absorbing-material based on EBG structure

An innovative phaseshifterless, wideband, micrustrip leaky-wave antenna with an electronically steerable dual-pencil-beam pattern in the H-plane is presented. The log-periodic geometry of the leaky slots of the antenna results in a wide bandwidth of 25.19%. The Jan beam can he steered up to 14° over the wide resonating band of the anteww. The beam is also steerable at a fixed frequency. by reactivelty loading the slots and a maximum steering angle of about 14° is ohserved. for different capacitor values with an improved bandwidth of 33 _i%. This concept is studied using passive components but it can be extended to varactors

Applications of Fractal Based Structures in Radar Cross Section Reduction

This thesis presents the Radar Cross Section measurements of different geometric structures such as flat plate,cylinder, corner reflector and circular cone loaded with fractal based metallo dielectric structures.Use of different fractal geometris,metallizations of different shapes as well as the frequency tanability is investigated for TE and TM polarization of the incident electromagnetic field.Application of fractal based metallo-dielectric structures results in RCS reduction over a wide range of frequency bands.RCS enhancement of dihedral corner is observed at certain acute and obtuse corner angles.The experimental results are validated using electromagnetic simulation softwares.

Radar cross-section enhancement of dihedral corner reflector using fractal-based metallo-dielectric structures

Effective use of fractal-based metallo-dielectric structures for enhancing the radar cross-section (RCS) of dihedral corner reflectors is reported. RCS enhancement of about 30 dBsm is obtained for corner reflectors with corner angles other than 90deg. This may find application in remote sensing and synthetic aperture radar.

Anàlisi d'observacions de superfície en relació al diagnòstic de tipus de precipitació observat amb radar

Màster en Meteorologia

Estrategia para el fortalecimiento del patrimonio musical de municipio Vianí Escuela musical, Banda de Vientos, y coros

Recuperar y fortalecer el patrimonio musical del Municipio de Vianí, compuesto por la Escuela Musical, la Banda de Vientos y Coros, para el beneficio cultural local y de los municipios de la Provincia del Magdalena Centro del Departamento de Cundinamarca: Bituima, Beltrán, Chaguaní

Perfil logístico del sector cemento en Colombia

Este proyecto caracteriza la logística del sector cemento en Colombia al identificar y describir los principales actores, procesos y materiales involucrados en la cadena de suministros del sector. Este documento compila la información logística relevante para la producción de cemento en Colombia. Esta información se obtuvo sintetizando estudios y reportes acerca de las prácticas logísticas y las condiciones en las que éstas se desarrollan. Adicionalmente se realizaron visitas empresariales en diferentes plantas de producción de cemento y entrevistas semiestructuradas a expertos en logística de los diferentes eslabones. Con la información primaria y secundaria se caracteriza del producto, las materias primas e insumos necesarios para la producción de cemento. Se identifican los principales agentes que componen el sector y se describen los procesos logísticos relacionados con el cemento en cada uno de ellos. Para las cementeras y canteras se hace un análisis de entradas y salidas de los procesos principales de su cadena de valor. Adicionalmente se expone la operación de transporte como un elemento clave en el sector y se presentan las simulaciones de fletes, rutas y cubicaje. Por último, se incluye un caso de optimización de transporte aplicando teorías de investigación de operaciones.

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Theory and observations of ice particle evolution in cirrus using Doppler radar: evidence for aggregation

Vertically pointing Doppler radar has been used to study the evolution of ice particles as they sediment through a cirrus cloud. The measured Doppler fall speeds, together with radar-derived estimates for the altitude of cloud top, are used to estimate a characteristic fall time tc for the `average' ice particle. The change in radar reflectivity Z is studied as a function of tc, and is found to increase exponentially with fall time. We use the idea of dynamically scaling particle size distributions to show that this behaviour implies exponential growth of the average particle size, and argue that this exponential growth is a signature of ice crystal aggregation.

Cloud-radar observations of insects in the UK convective boundary layer

Radar has been applied to the study of insect migration for almost 40 years, but most entomological radars operate at X-band (9.4 GHz, 3.2 cm wavelength), and can only detect individuals of relatively large species, such as migratory grasshoppers and noctuid moths, over all of their flight altitudes. Many insects (including economically important species) are much smaller than this, but development of the requisite higher power and/or higher frequency radar systems to detect these species is often prohibitively expensive. In this paper, attention is focussed upon the uses of some recently-deployed meteorological sensing devices to investigate insect migratory flight behaviour, and especially its interactions with boundary layer processes. Records were examined from the vertically-pointing 35 GHz ‘Copernicus’ and 94 GHz ‘Galileo’ cloud radars at Chilbolton (Hampshire, England) for 12 cloudless and convective occasions in summer 2003, and one of these occasions (13 July) is presented in detail. Insects were frequently found at heights above aerosol particles, which represent passive tracers, indicating active insect movement. It was found that insect flight above the convective boundary layer occurs most often during the morning. The maximum radar reflectivity (an indicator of aerial insect biomass) was found to be positively correlated with maximum screen temperature.

Radar studies of the vertical distribution of insects migrating over southern Britain: the influence of temperature inversions on nocturnal layer concentrations

Insects migrating over two sites in southern UK (Malvern in Worcestershire, and Harpenden in Hertfordshire) have been monitored continuously with nutating vertical-looking radars (VLRs) equipped with powerful control and analysis software. These observations make possible, for the first time, a systematic investigation of the vertical distribution of insect aerial density in the atmosphere, over temporal scales ranging from the short (instantaneous vertical profiles updated every 15 min) to the very long (profiles aggregated over whole seasons or even years). In the present paper, an outline is given of some general features of insect stratification as revealed by the radars, followed by a description of occasions during warm nights in the summer months when intense insect layers developed. Some of these nocturnal layers were due to the insects flying preferentially at the top of strong surface temperature inversions, and in other cases, layering was associated with higher-altitude temperature maxima, such as those due to subsidence inversions. The layers were formed from insects of a great variety of sizes, but peaks in the mass distributions pointed to a preponderance of medium-sized noctuid moths on certain occasions.

Sensitivity of radar backscatter to desert surface roughness

Synthetic aperture radar (SAR) data have proved useful in remote sensing studies of deserts, enabling different surfaces to be discriminated by differences in roughness properties. Roughness is characterized in SAR backscatter models using the standard deviation of surface heights (sigma), correlation length (L) and autocorrelation function (rho(xi)). Previous research has suggested that these parameters are of limited use for characterizing surface roughness, and are often unreliable due to the collection of too few roughness profiles, or under-sampling in terms of resolution or profile length (L-p). This paper reports on work aimed at establishing the effects of L-p and sampling resolution on SAR backscatter estimations and site discrimination. Results indicate significant relationships between the average roughness parameters and L-p, but large variability in roughness parameters prevents any clear understanding of these relationships. Integral equation model simulations demonstrate limited change with L-p and under-estimate backscatter relative to SAR observations. However, modelled and observed backscatter conform in pattern and magnitude for C-band systems but not for L-band data. Variation in surface roughness alone does not explain variability in site discrimination. Other factors (possibly sub-surface scattering) appear to play a significant role in controlling backscatter characteristics at lower frequencies.