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Optique théorique et appliquée
Le banc HOMER
Etapes de l'intégration et résultats
Mise en place de la commande LQG - Tests en LTAO [1] (Septembre 2008)
Nous présentons ici la suite de nos travaux d'implantation de loi de commande sur HOMER. Précédemment, nous avions testé une loi de commande de type intégrateur et les résultats se sont montrés très prometteurs. Nous avons ensuite mis en place la commande Linéaire Quadratique Gaussienne (LQG). Ce type de commande permet de réaliser l'estimation de la turbulence dans le volume puis sa correction en temps réel par projection sur les miroirs. Elle est basée sur l'utilisation d'un filtre de Kalman, pour l'estimation et la prédiction de la turbulence dans le volume. Elle présente un réel intérêt dans le cadre des tests d'OA tomographiques qui nécessitent la connaissance du volume turbulent. Ces travaux sur la commande LQG ont été réalisés en collaboration avec le L2TI
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Les conditions de turbulence sont légèrement différentes par rapport aux premiers résultats présentés. En effet, nous avons augmenté l'altitude de conjugaison du DM2 pour augmenter l'effet d'anisoplanétisme et la séparation entre les pupilles hors axe en altitude. La turbulence est toujours équi-répartie entre les deux couches turbulentes. Nous étudions l'évolution des performances, toujours quantifiés par la valeur du rapport de Strehl sur l'étoile, dans quatre directions : une étoile sur axe au centre du champ et 3 étoiles hors axe qui sont utilisées comme étoiles guides en multi-analyse.
Nous comparons les résultats obtenus en boucle ouverte (figure 1), en OA classique avec une commande de type intégrateur (figure 2), en GLAO [2] avec une commande intégrateur (figure 3), en OA tomographique (figure 4) avec une commande LQG et en OAMC [3] avec une commande intégrateur (figure 5).
Une correction de type Optique Adaptative Tomographique (OAT) réalise une analyse dans plusieurs directions pour reconstruire le volume turbulent, puis on projette la turbulence dans une direction d'intérêt. La correction est donc réalisée à l'aide d'un seul miroir conjugué de la pupille. Il s'agit donc d'un système optique similaire au GLAO (même nombre d'étoiles d'analyse et de DMs) cependant la méthode de reconstruction du front d'onde est différente et donc la commande.
Figure 1 : Image longue pose d'une boucle ouverte sur HOMER en présence de turbulence.
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Figure 2 : Image longue pose d'une boucle fermée en OA classique. L'étoile entourée en vert correspond à l'étoile guide sur axe qui est la direction de correction. On observe bien dans le champ l'effet de l'anisoplanétisme qui dégrade la correction.
Figure 3 : Image longue pose d'une correction de type GLAO avec une commande intégrateur. Les étoiles guides sont entourées d'un cercle rouge. La correction est uniforme dans le champ mais faible.
Figure 4 : Image longue pose d'une correction de type OAT utilisant une commande de type LQG. Les étoiles guides sont toujours entourées en rouge, la direction de correction est celle entourée en vert. On observe une amélioration de la correction au niveau de la direction sur axe, choisie pour l'optimisation. Au niveau des étoiles d'analyse, on observe l'effet de l'anisoplanétisme.
Figure 5 : Image longe pose obtenue en OAMC avec une commande intégrateur. Les étoiles guides sont entourées en rouge. Au centre du champ, la correction n'est pas parfaite à cause d'un résidu d'anisoplanétisme mais les performances sont très bonnes dans l'ensemble.
Ces résultats expérimentaux nous permettent de confirmer les avantages respectifs des différents concepts :
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l'OA permet une très bonne direction dans la direction d'analyse mais est limitée par l'anisoplanétisme,
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le GLAO réalise une correction uniforme dans le champ mais assez faible,
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l'OAT permet de corriger dans une direction du champ différente des directions d'analyse en utilisant un concept optique simple,
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l'OAMC permet une correction très bonne dans tout le champ.
Nous avons donc pu réaliser une première implantation expérimentale de la commande LQG sur HOMER. Les premiers résultats sont très encourageants. Nous devons maintenant implanter cette commande en OAMC pour voir le gain qu'elle peut apporter comparé à une commande de type intégrateur.
[1] LTAO : Laser Tomography Adaptive Optics : Système d’OA permettant d’analyser et de reconstruire le volume turbulent dans différentes directions du champ grâce à des étoiles guides laser puis de corriger la turbulence dans une unique direction du champ avec un MD dans la pupille.
[2] GLAO : Ground Layer Adaptive Optics : Système d’OA grand champ comprenant plusieurs ASO et un MD conjugué de la pupille. Il permet de corriger la turbulence en moyenne dans un grand champ. Les performances d’un tel système ne sont pas très élevées mais homogènes dans le champ.
[3] OAMC : Optique Adaptative Multi-Conjuguée : Système d’OA grand champ comprenant plusieurs ASO pour analyser le volume de turbulence et plusieurs MDs pour corriger la turbulence dans un grand champ.
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 Présentation L'optique adaptative et la multi-conjugaison Les éléments d'Homer Etapes de l'intégration et résultats Bibliographie Lien externe
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