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Clutter ou la poutze dans le signal radar météo

18 juin 2020, 14 Commentaire(s)
Thèmes: Météo

Le radar est un instrument de télédétection très sophistiqué. En tirer l'intensité des précipitations n'est pas une tâche aisée. Afin de pouvoir observer ce qui nous intéresse, il est nécessaire d'interpréter correctement les mesures et d'éliminer tout ce qui n'est pas hydrométéores. C'est ce que l'on appelle dans notre jargon clutter, autrement dit les signaux parasites.

Radar meteorologique, Plaine Morte, 2922 m d'altitude
Radar meteorologique, Plaine Morte, 2922 m d'altitude

Tout ce qui brille n'est pas de l'or

En regardant l'image radar ci-dessous, on pourrait penser que ce qui est représenté sous forme d'échos radar est une forme d'hydrométéore comme la pluie ou la neige. Cependant, après une observation plus approfondie, vous remarquerez peut-être que la structure représentée n'est pas typique d'un champ de précipitations. C'est en fait ce qu'on appelle dans le jargon le clutter - un terme anglais qui signifie désordre/fouillis- et dans le domaine des radars météorologiques, il indique l'ensemble des signaux renvoyés par des cibles non météorologiques.

Affichage aggrandi: Fig.1 : Un œil non entraîné voyant cette image issue du radar de l'Albis (ZH), pourrait penser à une journée particulièrement pluvieuse au Nord des Alpes. Mais, comme il s'agit d'une image radar d'une journée sans pluie, elle met en évidence l'ensemble du signal renvoyé au récepteur radar par des cibles non météorologiques. Remarquez, par exemple, la chaîne du Jura, au nord-ouest de la Suisse.
Fig.1 : Un œil non entraîné voyant cette image issue du radar de l'Albis (ZH), pourrait penser à une journée particulièrement pluvieuse au Nord des Alpes. Mais, comme il s'agit d'une image radar d'une journée sans pluie, elle met en évidence l'ensemble du signal renvoyé au récepteur radar par des cibles non météorologiques. Remarquez, par exemple, la chaîne du Jura, au nord-ouest de la Suisse.

Alors, quel signal enlever ?

En fonction du type de radar, le clutter a une définition différente. Par exemple, dans le cas des radars utilisés dans l'aviation, ce qui est d'origine météorologique est défini comme du clutter, alors qu'en météorologie c'est exactement l'inverse. Dans le domaine de l'ornithologie, l'étude des mouvements des oiseaux à l'aide de radar, le clutter sera évidemment donné par tout ce qui n'est pas un oiseau. Dans ce cas, il s'agira plutôt du sol et des diverses constructions que l'on y trouve telles que des bâtiments ou des poteaux.

Et voici la solution...

L'avènement de la technologie de double polarisation dans les systèmes radar a permis d'augmenter la précision de l'algorithme utilisé pour éliminer le clutter. Grâce à elle, il a été possible d'introduire de nouveaux critères pour la classification du signal. L'algorithme classe le signal radar en quatre catégories : précipitations, "zone sèche", signal dû à une source de transmission externe et clutter. Différents paramètres sont comparés à certains seuils afin de pouvoir discerner les différents types de signaux. Par exemple le test Doppler, basé sur la vitesse de l'écho radar : si l'écho radar est en mouvement, le signal est alors classé comme précipitation.

 

Affichage aggrandi: Schéma décrivant le concept de suppression automatique du clutter sous la forme d'un arbre de décision pour la classification des signaux.
Schéma décrivant le concept de suppression automatique du clutter sous la forme d'un arbre de décision pour la classification des signaux.

...mais tout le clutter n'est pas parasitaire

Bien que le clutter complique l'exercice consistant à voir ce que nous voulons voir à travers la jungle des échos renvoyés vers notre radar, une application intéressante qui implique directement le clutter permet de surveiller la stabilité d'un système radar. En supposant en fait que le clutter soit relativement stable, des sauts soudains dans son intensité pourraient indiquer une erreur dans le canal de l'émetteur-récepteur.

Et cette citation en guise de conclusion

“La perfection est atteinte, non pas lorsqu'il n'y a plus rien à ajouter, mais lorsqu'il n'y a plus rien à retirer.”

Antoine de Saint-Exupéry

Pour les plus curieux

Germann, U.; Joss, J. Operational measurement of precipitation in mountainous terrain. In Weather Radar: Principles and advanced applications; Meischner, P. (Ed.); Springer: Berlin, Germany:, 2004; pp. 52-77.

Commentaires (14)

  1. Jérôme Jolidon, 23.06.2020, 15:43

    Bonjour, et merci pour cet article intéressant.
    Je crois me souvenir du cas d'une défaillance d'un radar qui avait induit des mesures erronées de précipitations curieusement cylindriques, centrées sur La Dôle. L'article mentionnait que le problème était résolu, toutefois sans entrer dans les détails, il me semble. S'agissait-il d'un problème en rapport avec l'élimination du clutter? Ou au contraire, le système de filtrage avait-il permis de détecter ce problème plus rapidement ?

    1. MétéoSuisse, 25.06.2020, 17:30

      Bonjour, nous ne sommes pas sûr de quelle défaillance vous parlez, mais le problème devait probablement venir d'une autre source que le clutter. Il est peut probable que des obstacles aient généré ce signal cylindrique.

  2. Thomas, 19.06.2020, 13:28

    Bonjour,
    Quand vous écrivez: "dans le cas des radars utilisés dans l'aviation", voulez-vous en fait parler du domaine des radars pour détecter les avions utilisés dans le contrôle aérien?
    Les contrôleurs aériens fournissent aux pilotes des informations sur l'évolution des Cb et congestus. Les avions munis de radars affichent aussi ces nuages: http://www.a320dp.com/A320_DP/warning-systems/sys-16.2.0.html
    Voir aussi l'utilisation pour le contrôle aérien d'un radar primaire (météo + objets volants) et secondaire (interrogation des transpondeurs embarqués):
    https://www.sust.admin.ch/inhalte/pdf/Spezielle_Untersuchungen/1744f.pdf

    Merci pour votre article remarquablement bien illustré.
    Salutations,
    Thomas

  3. AM Ansermet, 19.06.2020, 09:40

    Très intéressant ! Merci pour la pertinence des informations. Et surtout pour avoir pensé à les partager avec tous ceux qui ignorent tout de la complexité de ces domaines spécifiques. Notre Terre est décidément bien passionnante et les Humains qui tentent de la comprendre admirables!!

  4. Julien, 19.06.2020, 07:58

    Merci beaucoup pour ces articles qui sortent du lot et qui sont très instructives ! :D

  5. Jeannine, 19.06.2020, 06:14

    Article comme toujours très intéressant! Pour les lecteurs non suisses, il faudrait traduire le mot « poutze » ;) sauf erreur « ménage » ou « nettoyage », sujet sur lequel se développe votre article.
    Très belle conclusion avec la citation de Saint-Exupéry! En fait ce qui se passe avec vos radars est courant pour toute technique d’imagerie, mais également valable pour toute oeuvre qui vise à la perfection, donc à l’essentiel, même lorsque l’essentiel est complexe.
    Je vous souhaite une très belle journée!

  6. Laurent Bardy, 18.06.2020, 23:54

    Très intéressante explication, merci ! Pourriez-vous donner quelques exemples de sources à l'origine de 'clutter' pour les radars météo ? Est-ce que par exemples les sommets se trouvant dans l'horizon du radar (comme celui de la Plaine-Morte) retourne le signal radar mais que ce dernier est éliminé par l'algorithme de filtrage parce que provenant d'une source immobile ? Existe-t-il pour les radar météo des clutters issus d'objets/sources naturels en mouvement ?

    En vous remerciant encore pour ces explications et le remarquable qualité de votre site et de vos services !

    L. Bardy

    1. MétéoSuisse, 21.06.2020, 02:05

      Comme vous pouvez le voir sur les images, les montagnes sont la principale source de clutter. Les oiseaux peuvent également être détectés par les radars météorologiques. Les tempêtes de sable également, mais cela ne concerne pas la Suisse.

  7. Un néophyte, 18.06.2020, 23:17

    Merci beaucoup pour ces commentaires qui sont très intéressant pour un non initié comme moi.
    Concernant ces "clutter", ne serait-il pas possible de prendre une image radar par un jour de grand beau temps, puis de déduire ensuite cette "image de fond" de référence des images radar prise par temp de pluie pour supprimer ce "bruit de fond" ?

    1. MétéoSuisse, 21.06.2020, 02:01

      Si l'on ne procède qu'à une simple soustraction du clutter (principalement les montagnes), il y aura un blanc là où sont les montagnes lors de précipitations.

  8. BeauFixe, 18.06.2020, 22:16

    Très intéressant comme d'habitude. Sur les 2 images placées côte à côte on ne peut que constater que l'élimination du cluster fonctionne parfaitenent, les zones de précipitation se déplaçant sont les mêmes à gauche et à droite.
    N'est-ce néanmoins pas à cause de ce filtrage que particulièrement en hiver lors de chutes de neige il arrive assez souvent qu'il neige même parfois assez fort, mais que le radar ne montre rien?

    1. MétéoSuisse, 21.06.2020, 01:56

      Cela vient principalement du fait que les radars détectent moins facilement la neige que la pluie.

  9. Gonin, 18.06.2020, 22:08

    Bonjour, très bon article, comme toujours. Mais je me demande qu'est-ce qui provoque ce clutter? Vous le l'avez pas précisé.

    1. MétéoSuisse, 21.06.2020, 01:51

      En Suisse, c'est principalement les montagnes qui sont détectées par les radars, mais le clutter peut aussi venir d'oiseaux par exemple.