Book Description
La résolution des télescopes astronomiques d'observation de l'Espace est sévèrement limitée par les aberrations évolutives liées à la turbulence atmosphérique. L'optique adaptative (OA) est une technique qui permet de corriger des dégradations apportées par la turbulence grâce à une mesure et une correction temps réel de ces aberrations à partir d'une ou de plusieurs sources de référence. Néanmoins, cette correction n'est pas optimale et les hautes fréquences sont souvent atténuées. Pour remédier à ce problème, un traitement d'image est nécessaire. Il comprend l'estimation de la fonction d'étalement du point (FEP) du système en temps réel et la déconvolution de celle-ci permettant ainsi d'améliorer la qualité de l'image acquise. L'étude effectuée ici consiste à la modélisation d'un système d'optique adaptative grand champ et d'un spectroimageur permettant de reconstruire la FEP à partir des données télémétriques enregistrées lors des observations. Elle porte plus précisément sur l'instrument de deuxième génération MUSE installé au VLT dans son mode grand champ (1arcmin2) et son système d'optique adaptative GALACSI associé. La particularité de l'instrument MUSE-GALACSI est d'avoir une analyse multidirectionnelles grand champ avec des étoiles laser et un système de correction de type GLAO (on somme l'ensemble des mesures pour une correction moyenne dans le champ). Le but de la thèse est d'estimer la FEP de l'instrument MUSE-GALACSI en tout point de son champ scientifique et pour l'ensemble des longueurs d'onde couvertes par son spectrographe. Pour cela, une étude complète du système a été effectuée pour en déterminer les sources d'erreurs principales. A partir de cette analyse, un algorithme innovant de reconstruction de la FEP a été proposé. Basé sur une approche analytique intégrant des inter corrélations angulaires dans les diverses directions d'analyse et de correction dans le champ, cet algorithme a été validé dans un premier temps grâce à des modèles End-to-End complexes puis testé sur des données réelles en utilisant l'instrument Gems, le module MCAO du telescope Gemini-Sud. Les données Gems, obtenues en mode GLAO, montrent que l'algorithme propose permet une estimation de la FEP avec une precision inférieure à quelques pourcents. La combinaison de validité par simulation et expérimentale ont permis de valider l'ensemble de l'approche proposée qui va à présent être complètement intégrée dans le processus d'acquisition des données de l'instrument MUSE.
Author: Anne Costille Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'Optique Adaptative (OA) permet de corriger en temps-réel à l'aide d'un Miroir déformable (MD) les perturbations atmosphériques grâce à l'analyse de la turbulence par un Analyseur de Surface d'Onde (ASO). L'OA est soumise à deux limitations principales : l'anisoplanétisme et la couverture de ciel. Pour les pallier, des concepts d'OA grand champ ont été proposés. Ils permettent une reconstruction tomographique de la turbulence grâce à l'utilisation de plusieurs ASO. Ces systèmes peuvent réaliser une correction dans une direction spécifique (OA Tomographique Laser LTAO) avec un MD ou dans un large champ (OA MultiConjuguée MCAO) avec plusieurs MD. L'objectif des travaux menés au cours de cette thèse est d'étudier le dimensionnement des systèmes d'OA grand champ et la validation expérimentale de ces concepts. Pour cela, un banc dédié aux OA grand champ, appelé HOMER, a été développé. Son intégration a permis l'étude et la mise en place de procédures de calibration du système, nécessaires à l'obtention de très bonnes performances. Ces calibrations ont notamment été utilisées dans le cadre de l'implantation d'une commande optimale de type Linéaire Quadratique Gaussienne (LQG) permettant de reconstruire le volume turbulent. Cette commande a été mise en oeuvre sur HOMER en MCAO et en LTAO. Nous avons mis en évidence le gain apporté comparé à une solution plus classique. Ces travaux constituent les premiers résultats expérimentaux obtenus grâce à l'implantation d'une commande LQG en OA grand champ ainsi qu'en LTAO boucle fermée. Ces études expérimentales ont été complétées par des études théoriques sur le dimensionnement de systèmes d'OA grand champ et des MD.
Author: Jonathan Exposito Cano Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 198
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Pour obtenir la meilleure qualité d'image issue d'un système optique en terme de contraste, il est de coutume de déconvoluer l'image de la fonction d'étalement de point (FEP). Pour que cette méthode soit efficace, il faut que la fonction de transfert optique du système télescope + atmosphère résiduelle soit bien caractérisée. Une déconvolution dite myope est parfois utilisée pour pallier ce problème. Cette méthode permet d'estimer à la fois l'objet et la FEP à partir d'une FEP moyenne obtenue durant l'observation de la source étalon, d'une densité spectrale de puissance de la FEP et de l'image. Cependant, comme tout algorithme d'inversion, la déconvolution myope a besoin de conditions initiales assez proche de la solution finale pour converger vers la bonne solution. Les résultats peuvent être aléatoires si l'incertitude sur la FEP est trop grande. La reconstruction de FEP est alors une solution. La boucle d'optique adaptative analyse à chaque instant l'état de la turbulence et les mesures de l'analyseur ainsi que les commandes sont enregistrées. Il est alors possible d'utiliser une méthode qui permet de reconstruire la fonction de transfert optique (FTO ou la FEP) de l'atmosphère résiduelle durant l'observation en utilisant les données de télémétrie en temps réel fournies par la boucle d'OA. La reconstruction est faite en post-traitement et ne nécessite pas de temps supplémentaire, ce qui maximise le temps réservé à la source scientifique et présente donc un intérêt certain pour les observations. J'ai développé durant cette thèse un nouvel outil permettant la reconstruction de la FEP basé sur une approche du maximum de vraisemblance. En parallèle, j'ai étudié les régions proche du noyaux actif de la galaxie NGC 1068 à l'aide de NACO, un spectro-imageur muni d'une optique adaptative sur le VLT.
Author: Carlos Correia Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L'optique adaptative (OA) permet de corriger les effets induits par la turbulence atmosphérique, qui dégradent la résolution des télescopes et donc la qualité des images. Introduits dans les années 1990, les systèmes d'OA deviennent désormais tomographiques, permettant l'analyse du volume turbulent pour une correction à grand champ. Ceci s'accompagne d'une forte augmentation de la complexité des OA des futurs grands télescopes. Les nouveaux concepts d'OA souvent à grands nombres de degrés de liberté (GNDL) requièrent des lois de commande innovantes respectant les contraintes temps réel. Plusieurs aspects originaux sont abordés. Pour les GNDL, le point d'entrée est le choix de la base de représentation de la phase. Deux voies sont explorées : avec une formulation zonale, des méthodes Fourier sont étudiées pour la reconstruction statique de front d'onde ; une nouvelle stratégie combinant méthodes Fourier et méthodes itératives est développée pour adapter la commande optimale linéaire quadratique gaussienne (LQG) aux GNDL. On traite ensuite le problème des dynamiques temporelles des grands miroirs déformables. Pour des dynamiques linéaires, la commande optimale minimisant la variance résiduelle est obtenue comme solution d'un problème LQG à temps discret. Ceci permet aussi de quantifier la dégradation de performances pour des commandes sous-optimales. Cette approche est appliquée à la commande des miroirs de basculement destinés aux grands télescopes. On montre que négliger la dynamique conduit à une dégradation significative des performances. Une autre application est traitée : la coordination d'un miroir lent et d'un miroir rapide (concept woofer-tweeter)
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L'OPTIQUE ADAPTATIVE CORRIGE EN TEMPS REEL LES EFFETS DE LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE ET PERMET D'ATTEINDRE DES IMAGES A HAUTE RESOLUTION AVEC DES INSTRUMENTS ASTRONOMIQUES. CEPENDANT, LA QUALITE DE CORRECTION EST LIMITEE A DE PETITS CHAMPS D'OBSERVATION PAR LE PHENOMENE D'ANISOPLANETISME. CET EFFET SE PRODUIT, PAR EXEMPLE, LORSQUE L'OBJET ASTRONOMIQUE OBSERVE EST SEPARE ANGULAIREMENT DE LA SOURCE DE REFERENCE DU SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE. UNE ANALYSE THEORIQUE GENERALE DES FONCTIONS DE CORRELATION PERMET UNE BONNE MODELISATION DES DIFFERENTES VARIETES D'ANISOPLANETISME. J'ETUDIE LA QUALITE DES IMAGES DONNEES PAR LE SYSTEME D'OPTIQUE ADAPTATIVE EN CONSIDERANT LA PROJECTION MODALE DES SURFACES D'ONDE SUR LA BASE DES POLYNOMES DE ZERNIKE. DE CES RESULTATS, JE DEDUIS LES PERFORMANCES DES GRANDS TELESCOPES EQUIPES D'UNE ETOILE GUIDE ARTIFICIELLE. JE DISCUTE DES TECHNIQUES DE CORRECTION DE L'IMAGE EN ASTRONOMIE SOLAIRE EN UTILISANT UNE ESTIMATION DES FONCTIONS DE TRANSFERT OPTIQUE A LARGE CHAMP APRES CORRECTION DU SYSTEME. J'APPLIQUE NOTAMMENT CES RESULTATS AU CAS PARTICULIER DU MAGNETOGRAPHE THEMIS. JE MONTRE QUE LA STABILISATION DE L'IMAGE EST PARTICULIEREMENT ADAPTEE AUX CAS DES CORRECTIONS A GRAND CHAMP D'OBSERVATION AVEC UNE RESOLUTION DE L'IMAGE MOYENNE ALORS QUE LA CORRECTION DES MODES D'ORDRE ELEVE PERMET D'OBTENIR UNE RESOLUTION DE TRES HAUTE QUALITE AU PRIX D'UN CHAMP D'OBSERVATION TRES REDUIT. FINALEMENT, LES RESULTATS OBTENUS SUR LE SITE ASTRONOMIQUE DU CERGA AVEC L'EXPERIENCE ATLAS POUR MESURER LES EFFETS D'ANISOPLANETISME AVEC UNE ETOILE GUIDE ARTIFICIELLE SONT PRESENTES
Author: Manal Chebbo Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 165
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Refined simulation tools for wide field AO systems on ELTs present new challenges. Increasing the number of degrees of freedom makes the standard simulation's codes useless due to the huge number of operations to be performed at each step of the AO loop process. The classical matrix inversion and the VMM have to be replaced by a cleverer iterative resolution of the Least Square or Minimum Mean Square Error criterion. For this new generation of AO systems, concepts themselves will become more complex: data fusion coming from multiple LGS and NGS will have to be optimized, mirrors covering all the field of view associated to dedicated mirrors inside the scientific instrument itself will have to be coupled using split or integrated tomography schemes, differential pupil or/and field rotations will have to be considered.All these new entries should be carefully simulated, analysed and quantified in terms of performance before any implementation in AO systems. For those reasons i developed, in collaboration with the ONERA, a full simulation code, based on iterative solution of linear systems with many parameters (sparse matrices). On this basis, I introduced new concepts of filtering and data fusion to effectively manage modes such as tip, tilt and defoc in the entire process of tomographic reconstruction. The code will also eventually help to develop and test complex control laws who have to manage a combination of adaptive telescope and post-focal instrument including dedicated DM.
Author: Anaïs Bernard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Nous allons assister au cours de la prochaine décennie, à la première lumière des nouveaux Extremely Large Telescopes. Leur grande taille (de 25 à 39 m de diamètre) permet d'augmenter à la fois leur sensibilité et leur résolution angulaire. Cependant, la résolution angulaire d'un télescope terrestre, est toujours limitée par la turbulence atmosphérique. Pour pallier à ce problème, les grands télescopes sont désormais équipés d'instruments d'Optique Adaptative (OA). L'OA est une technique qui permet d'analyser les effets de la turbulence et de les compenser en temps réel à l'aide de miroirs déformables. En complément, la plupart des télescopes de la génération 8-10 m sont maintenant équipés de systèmes d'étoiles lasers qui permettent d'augmenter la proportion du ciel pouvant bénéficier d'une correction par OA: on parle alors d'Optique Adaptative Grand Champ (OAGC). Malgré les excellentes performances de ces systèmes, la correction apportée aux images reste partielle et des résidus de correction limitent encore leur qualité. Pour extraire les meilleurs résultats scientifiques des images issues de l'OAGC, il est donc essentiel d'optimiser les outils de réduction et d'analyse de données. La première partie de cette thèse détaille une analyse astrophysique de données OAGC ayant pour but d'étudier la formation des étoiles massives dans un environnement extra-galactique. Au delà des résultats scientifiques nouveaux, cette étude a permis de mettre en évidence les termes d'erreur limitant l'analyse scientifique de données OAGC. La seconde partie de cette thèse est dédiée au développement d'un nouvel outil de correction de la distorsion permettant de réduire ces termes d'erreurs.
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L'optique adaptative classique est limitée par l'anisoplanétisme. Pour remédier à cette limitation, de nouveaux concepts, appelés optiques adaptatives grand champ, ont été développés. Ces systèmes analysent la turbulence atmosphérique dans le volume, ce qui accroît le champ de correction. Ces techniques requièrent une connaissance précise du profil de Cn2. Mon étude consiste à valider sur le ciel une nouvelle technique de mesure du profil de Cn2, appelée CO-SLIDAR, à partir des corrélations des mesures de pentes et de scintillation réalisées avec un analyseur Shack-Hartmann sur étoile binaire. Elle s'organise autour de deux grands axes. On réalise d'abord une simulation bout-en-bout de la reconstruction du profil de Cn2 dans un cas concret d'observation astronomique. On peut ainsi étudier l'impact des différentes sources d'erreur sur la reconstruction du profil de Cn2. Ceci nous permet d'améliorer la procédure d'estimation du profil de Cn2, en prenant en compte les bruits de détection. La deuxième partie de mon étude se consacre à la validation expérimentale. On dimensionne et caractérise en laboratoire un banc d'acquisition, le banc ProMeO. Ceci conduit à une bonne connaissance du fonctionnement du banc et nous permet de corriger certains effets instrumentaux. Le banc ProMeO est finalement couplé au télescope MeO de 1,5 m de diamètre. Les données acquises permettent une reconstruction du profil de Cn2, du sol jusqu'à 17 km, avec une résolution de 600 m. Les profils obtenus par la méthode CO-SLIDAR sont comparés avec succès à des profils issus de données météorologiques. L'ensemble de ces travaux constitue la première validation sur le ciel de la méthode CO-SLIDAR.
Author: Rémy Villecroze
Author: Anne Costille
Author: Jonathan Exposito Cano
Author: Carlos Correia
Author: Guillaume Molodij
Author: Manal Chebbo
Author: Anaïs Bernard
Author: Juliette Voyez