Etude de la commande optimale en Optique Adaptative et Optique Adaptative Multi-Conjuguée, validation numérique et<br />expérimentale. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Analysis of optimal control for Adaptive Optics and Multi-Conjugate Adaptive Optics, numerical and laboratory validation.

Etude de la commande optimale en Optique Adaptative et Optique Adaptative Multi-Conjuguée, validation numérique et
expérimentale.

Cyril Petit
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 838509

Résumé

Astronomical imaging from ground-based telescopes is strongly degraded by the
atmospheric turbulence. Adaptive Optics (AO) provides real time correction
of the turbulence effects, increasing angular resolution.
However, technological and fundamental limitations restrict the performance of
AO. High dynamic AO (or eXtreme AO - XAO) and wide field of view AO
(Multi-Conjugate AO - MCAO) have been proposed to overcome these effects. But
control laws classically used in AO are unsuited for these more complex
applications.

The goal of this thesis is to investigate an optimal control law, in terms of
minimum variance, on both theoretical and experimental grounds. This Linear
Quadratic Gaussian (LQG) type
control law is analysed and its implementation constraints are evaluated in
terms of algorithms and models. We also propose to deal with additive
perturbations such as vibrations, present on most systems. Finally, we present
the first laboratory validation of this kind of control law in AO and on a
simplified MCAO system. A huge gain in performance is brought by our control
law compared to more classical ones. These results are comforted by numerical
simulations. Performance of the LQG control on VLT-like MCAO systems is then
estimated thanks to numerical simulation. All these results confirm the
significant gain brought by our approach and its flexibility to handle both
complex wave-front sensing geometries and optimisation of the correction in
specific fields of interest.
La turbulence atmosphérique limite sévèrement la formation d'images par les
télescopes astronomiques au sol. L'Optique Adaptative (OA) est une technique
de correction en temps réel des effets de la turbulence permettant d'améliorer
la résolution angulaire des télescopes. Aujourd'hui mûre, cette technique se
heurte toutefois à certaines limitations technologiques et fondamentales ayant
amené au développement de nouveaux concepts d'OA, à très haute dynamique ou à
grand champ (OA Multi-Conjuguée ou OAMC). Les lois de commande classiquement
utilisées dans les systèmes d'OA sont toutefois peu adaptées à ces nouveaux
concepts plus complexes.

L'objectif de cette thèse est d'étudier une commande optimale au sens de la
variance minimale, à la fois sur le plan théorique et expérimental, dans un
contexte d'OA et d'OAMC. La loi de commande obtenue, de type Linéaire
Quadratique Gaussienne (LQG), est analysée et les contraintes d'implantation,
du point de vue algorithmique et modélisation, sont évaluées. Nous proposons
également de gérer des perturbations additionnelles généralement rencontrées
sur les systèmes (vibrations...). Enfin, nous présentons les premières
validations expérimentales d'une commande de ce type en OA et dans un cadre
d'OAMC simplifiée. Le gain en performance, par rapport à des lois de commande
classiques, est très important et corrobore les résultats de simulation
numérique. Nous évaluons enfin les performances de la commande LQG sur des
systèmes d'OAMC pour le VLT par le biais d'une simulation numérique réaliste.
L'ensemble des résultats obtenus confirment l'apport très significatif de
cette approche et sa souplesse pour gérer à la fois des géométries d'analyse
complexes et l'optimisation de la correction dans des champs d'intérêt
spécifiques.
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Dates et versions

tel-00134154 , version 1 (01-03-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00134154 , version 1

Citer

Cyril Petit. Etude de la commande optimale en Optique Adaptative et Optique Adaptative Multi-Conjuguée, validation numérique et
expérimentale.. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00134154⟩

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