L’activité "télémétrie laser" d’ARTEMIS a pour objet la mise au point de nouvelles méthodes et de nouveaux instruments de télémétrie utilisables pour la mesure des grandes distances (kilométriques) avec une exactitude sub-micronique et une résolution nanométrique
Ces mesures précises de distances sont indispensables à certaines missions spatiales utilisant le vol de satellites en formation, comme le projet Darwin de recherche de vie extraterrestre
Deux projets de recherche sont en cours au sein d’ARTEMIS, qui valorisent les compétences en interférométrie optique acquises dans le cadre du projet Virgo. Tous deux utilisent des faisceaux laser à intensité modulée :
- Le projet T2M [https://artemis.oca.eu/spip.php?rubrique106] repose sur la mesure de la fréquence qui permet d’annuler la phase de propagation aller-retour jusqu’à la cible. T2M propose un montage particulièrement léger et donc plus facilement embarquable.
- Le projet Iliade [https://artemis.oca.eu/spip.php?rubrique124] utilise une fréquence fixe au contraire de T2M : la distance est déduite de mesures de phase. Iliade recourt à des mesures de temps de vol pour déterminer la distance absolue. Le laboratoire GéoAzur (Observatoire de la Côte d’Azur) contribue au projet Iliade pour la mesure de temps de vol, et le laboratoire ICB (université de Dijon) pour la source d’impulsions picoseconde. Le laboratoire LAETITIA (CNAM Paris) prend en charge la réalisation d’une électronique programmable pour la gestion rapide des signaux.
Voir ci-dessous ("pour en savoir plus") les objectifs [https://artemis.oca.eu/spip.php?article302] et les méthodes [https://artemis.oca.eu/spip.php?article303] mises au point pour les projets de télémétrie de haute exactitude. Le fichier Courde_ARTEMIS_icso2010.pdf ci-dessous est une présentation rapide du travail réalisé dans le cadre de l’activité télémétrie à la fin 2010.
Quelques publications de l’équipe télémétrie : [Vers une exactitude sub-micronique dans la mesure des distances kilométriques sans interférométrie->http://i2m.revuesonline.com/article...] C. Courde, A. Brillet et M. Lintz, I2M (Instrumentation, Mesure, Métrologie) 10 (n°3-4), 2010, pp 81-101 [Multiple four-wave mixing in optical fibers : 1.5–3.4-THz femtosecond pulse sources and real-time monitoring of a 20-GHz picosecond source ->http://www.sciencedirect.com/scienc...] J. Fatome, S. Pitois, C. Fortier, B. Kibler, C. Finot, C. Courde, M. Lintz, E. Samain, Optics Communications 283, 2425-2429, (2010)
Une présentation rapide du téléméètre Iliade a été publiée dans Optics Letters, "Two-mode interference measurement for nanometer accuracy absolute ranging", http://www.opticsinfobase.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-38-3-281
Une présentation détaillée du télémètre Iliade est disponible dans les proceedings de la conférence ICSO 2012 : congrex.nl/icso/2012/papers/FP_ICSO-149.pdf, voir également la présentation : http://congrex.nl/icso/2012/presentations/149_Lintz.pdf
Dans le cadre de l’activité Télémétrie, des thèses sont susceptibles d’être proposées [https://artemis.oca.eu/spip.php?rub...] ainsi que des stages [https://artemis.oca.eu/spip.php?rubrique172].
Iliade
Mesures à haute exactitude et haute résolution : le projet Iliade Objectif : atteindre une exactitude nanométrique et une résolution sub-nanométrique sur la mesure de distance. Ce projet est le fruit d’une collaboration entre - l’ICB (Stéphane Pitois et coll., Université de Bourgogne) pour la source picoseconde haute cadence utilisée pour les mesures de temps de vol, - le laboratoire GéoAzur (Etienne Samain et coll.) de l’OCA pour la mise en œuvre des mesures de temps de vol à haute cadence, - et le laboratoire ARTEMIS. Plus récemment le laboratoire LAETITIA (Christophe Alexandre, CNAM Paris) s’est joint au projet, et prend en charge l’acquisition et le traitement numérique rapide des données télémétriques. Il est financé par l’ANR (ANR-07-BLAN-0309-01), et par le CNES Pour ce projet le [groupe SLCO du laboratoire ICB->http://icb.u-bourgogne.fr/omr/slco/...] met au point des sources pulsées à haute cadence utilisant le battement de deux lasers monomodes et la mise en forme du battement dans une fibre télécom longue. En effet la combinaison de la non-linéarité et de la dispersion de la fibre donne lieu à un mélange à quatre ondes adapté à la mise en forme impulsionnelle. Nous avons pu montrer que la source mise au point pour Iliade atteint une stabilité de timing de 65 fs jusque 1MHz, et que cette stabilité serait encore améliorée avec un verrouillage en phase de plus grande bande passante, cf J. Fatome, S. Pitois, C. Fortier, B. Kibler, C. Finot, C. Courde, M. Lintz, E. Samain : Multiple four-wave mixing in optical fibers : 1.5–3.4-THz femtosecond pulse sources and real-time monitoring of a 20-GHz picosecond source, [Optics Communications 283, 2425-2429, (2010)->http://www.sciencedirect.com/scienc...]
Le principe de la méthode Iliade est publié à Optics Letters :
Optics Letters vol. 38 (2013), pp. 281-283 (1er février 2013)
T2M
Projet T2M : "Télémètre à deux modes"
L’objectif de ce projet financé par le CNES est d’atteindre une résolution de l’ordre de 10nm et une exactitude sub-micronique sur un montage peu sophistiqué, embarquable.
Il est communément admis que des niveaux de précision nanométriques ne peuvent être atteintes qu’au moyen de dispositifs interférométriques. Nous avons montré qu’un montage simple de mesure de phase de modulation optique permet d’atteindre une résolution nanométrique grâce à une maîtrise rigoureuse des différents bruits optiques et microondes.
La stabilité atteinte pour le signal télémétrique est de 10 ou quelques dizaines de nm, le minimum de la déviation d’Allan étant au niveau de 7nm.
Entre les versions 1 et 2 du télémètre le travail a porté sur l’étude et la réduction des erreurs systématiques
Principe de base T2M exploite le principe de la télémétrie de la télémétrie par modulation : la distance est obtenue en mesurant la différence de phase entre deux signaux modulés : celui qui est allé jusque la cible, et celui qui sert de référence. On ajuste la fréquence de la modulation pour rester à différence de phase nulle : la mesure porte donc sur une fréquence et non sur une phase. L’exactitude peut être excellente car la mesure des fréquences est la métrologie la plus exacte.
principe du télémètre par modulation de porteuse optique
La valeur F de la fréquence qui annule la différence de phase fournit l’information télémétrique recherchée, l’entier K étant déterminé en changent de zéro. Dès lors on peut suivre l’évolution de Lmes-Lréf en enregistrant F(t).
Divers effets systématiques limitaient jusqu’à présent la qualité des résultats : - une fuite ("diaphonie") du signal micro-onde vers une des photodiodes donne lieu à une erreur cyclique - la réponse à haute fréquence des photodiodes n’est pas immuable (notamment en environnement spatial) - le positionnement (précision, stabilité) des photodiode n’est pas garanti au niveau du nanomètre.
Une première mise en œuvre a permis de montrer qu’à l’aide d’un "aiguillage optique" ces défauts peuvent être supprimés, et a permis des stabilités de l’ordre du micron (courbe noire (1) ci-dessus). Le travail a ensuite porté sur l’identification deseffets systématiques associés aux interférences. Puis une nouvelle mise en œuvre, très simple, éliminant les interférences, a permis d’atteindre des résolutions nanométriques (courbe (2) en bleu ci-dessus).
Participants :
BRILLET Alain (DR)
COULON Jean-Pierre (IE Electronique)
LINTZ Michel (CR)
MERZOUGUI Mourad (IE Mécanique)