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Mesures optiques de profils de turbulence pour les futurs systèmes d'optique adaptative et d'observation

Authors
  • Nguyen, Khanh Linh
Publication Date
Dec 18, 2018
Source
HAL-UPMC
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Cn² est la constante de structure de l'indice de réfraction provoquée par les variations de température, d'humidité et de pression dans l'atmosphère. Le profil de Cn² caractérise localement la force de la turbulence. La méthode CO-SLIDAR, développée par l’ONERA, permet de réaliser des profils de Cn² le long de la ligne de visée d'un télescope à partir des pentes et des scintillations mesurées par un Analyseur de Shack-Hartmann sur source double. Les deux expériences à Lannemezan et à Châtillon-Meudon ont vu la mise en place d'un nouveau profilomètre de Cn² doté d'un Shack-Hartmann Infrarouge : le SCINDAR. Elles ont été réalisées sur des surfaces respectivement hétérogène et homogène par morceaux, et elles participent à la validation de la méthode pour des applications agronomiques et écologiques.Mon étude consiste à améliorer le traitement du signal du profilomètre SCINDAR et à valider la méthode CO-SLIDAR pour des mesures de la turbulence atmosphérique proche du sol. Cette méthode a été adaptée en utilisant un formalisme de propagation en onde sphérique.L'étude a permis d'identifier et prendre en compte des sources d'erreur dans le traitement : à savoir la vibration de la machine à froid de l'analyseur de front d'onde cryogénique du SCINDAR et l'étendue des sources dans les fonctions de poids du modèle direct posé pour le traitement des données. La régularisation L1L2, qui est adaptée pour des mesures de Cn² proches du sol, a été choisie. La méthode de réglage des hyperparamètres de cette régularisation est non-supervisée. Mon étude se consacre ainsi aux améliorations du traitement des données du SCINDAR et à la validation expérimentale des profils de Cn² obtenus avec des mesures acquises par des scintillomètres. Ces améliorations permettent d’augmenter la fiabilité et la précision de l’estimation du profil de Cn² de façon pragmatique à l'aide des erreurs relatives sur les paramètres turbulents : paramètre de Fried et taux de scintillation. Leur application aux données SCINDAR acquises sur un paysage rural hétérogène à Lannemezan montre la possibilité d’obtenir une résolution de 170 m sur une ligne de visée de 2,7 km. Pour l'expérience de Meudon, le profil Cn² est estimé sur les quatre zones urbaines et forestières. Les différentes natures du sol et la topographie le long de la ligne de visée expliquent la variabilité spatiale du Cn². Le profilomètre SCINDAR avec la méthode CO-SLIDAR produit finalement des profils de Cn² d'excellente qualité avec de petites barres d'erreur statistique, qui sont comparés avec succès aux mesures des scintillomètres. La connaissance précise de la turbulence atmosphérique en visée horizontale permettra de mieux appréhender la physique des flux de chaleur à l’interface sol-atmosphère.

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