Contrôle non-supervisé des systèmes d’optique adaptative

Le projet développera de nouvelles approches pour optimiser le contrôle en optique adaptative pour l’astronomie et les télécommunications. Nos avancées seront déterminantes pour améliorer la qualité des images en astronomie, repousser les limites de contraste pour la détection d’exo-planètes et limiter les pertes du signal transmis en télécommunications.

  • Éric THIEBAULT, Michel TALLON, Isabelle TALLON-BOSC & Maud LANGLOIS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), Laboratoire Charles Fabry (LCF)
  • Caroline KULCSAR & Henri-François RAYNAUD , Institut d’Optique Graduate School (IOGS)
  • Loïc DENIS, Laboratoire Hubert Curien (LHC), Université Jean Monnet Saint-Etienne (UJM)
  • Cyril PETIT & Laurent MUGNIER, ONERA
  • Damien GRATADOUR, LESIA

Notre objectif est de faire évoluer les méthodes classiques de contrôle temps réel pour approcher ou atteindre les performances ultimes que devrait permettre un système donné dans toutes les conditions d’observation.

Notre approche sera fondée sur la modélisation de l’ensemble des composantes en jeu (turbulence, miroir déformable, analyseur de surface d’onde) tout en visant la maîtrise des approximations qui devront être faites pour rester compatible avec les contraintes du temps réel (temps de calcul et complexité numérique très limités puisqu’il faut typiquement traiter, en moins d’une milliseconde, les 100,000 à 1,000,000 de pixels délivrés par les analyseurs de surface d’onde pour en déduire les 100 à 10,000 commandes des miroirs déformables) afin de garantir la meilleure correction possible et en suivant l’évolution temporelle du système. /

En nous affranchissant d’une loi de commande matricielle relativement figée telle qu’utilisée par les calculateurs temps réel (RTC) classiques, nous nous donnons les moyens de prendre en compte des modèles des composantes du système et de la turbulence plus flexibles et donc plus pertinents à tout moment à condition de mener, en parallèle du contrôle, des tâches de mise à jour (notamment par auto-calibration) de ces modèles (statistiques de la turbulence, comportement de l’analyseur de surface d’onde et covariance des mesures en particulier).


Modélisation des analyseurs de surface d’onde

Développer des modèles rapides y compris pour les analyseurs non-linéaires (pyramide et Mach-Zehnder) et fournissant une estimation de la matrice de covariance des mesures.


Modélisation de la turbulence

Développer un modèle statistique spatio-temporel du front d’onde qui puisse servir pour prédire l’évolution du front d’onde.


Modèle dynamique du miroir déformable

Établir un modèle de la réponse spatio-temporelle du miroir déformable.


Apprentissage des modèles

Développer des stratégies pour calibrer et mettre à jour en temps réel les paramètres des modèles ci-dessus. En particulier, la possibilité de calibrer ces modèles d’après le comportement du système pendant les observations (auto-calibration) sera étudiée.


Réduction de la complexité

Adaptation des modèles (e.g. approximations parcimonieuses) et développement de méthodes numériques rapides pour les tâches de contrôle et d’apprentissage en temps réel.


Prédiction

Faire évoluer la boucle de contrôle pour exploiter la prédiction du comportement du système (turbulence et instrument) et réduire les dégradations dues au retard.


Contrôle non-supervisé

Développer des méthodes d’estimation automatiques des paramètres de contrôle pour garantir un fonctionnement optimal quelques soient les conditions d’opération.

Université de Poitiers, de Paris Est val de Marne et Paris cité


Des attendus scientifiques

Nous contribuerons à développer de nouveau RTC pour les instruments SPHERE+ sur le VLT et PCS sur l’ELT exploitant au mieux les possibilités de ces instruments quelques soient les conditions d’observation, en particulier grâce à la commande globale et à la prédiction. Pour les utilisateurs cela se traduira en termes de résolution d’image et de stabilité de la réponse instrumentale et donc en termes de contraste atteignable par les méthodes de post-traitement. 

Nos développements permettrons d’améliorer les performences et de limiter les pertes de signal optique avec les satellites de télécommunications comme LEO (Low Earth Orbit) ou GEO (Geostationnary Earth Orbit).


Des impacts sociétaux

De par notre approche générale (approche fondée sur la modélisation), les avancées que nous envisageons seront assez largement applicables à tout système d’optique adaptative pour peu qu’il soit possible de modifier la méthode de contrôle implantée. Cela inclus, assez directement, des applications en ophtalmologie et, au prix de développements supplémentaires, sur des systèmes d’OA plus complexes. Témoin de la versatilité de notre approche, nos développements pour l’astronomie et les télécommunications seront en grande partie communs.


Développement de compétences

Une communauté de 10 chercheurs, enseignements chercheurs et ingénieurs permanents, mobilisant en outre 3 doctorants, 4 post-doctorants et 1 ingénieur de recherche contractuel.