Optimal control law for classical and multiconjugate adative optics
Commande optimale en Optique Adaptative Classique et Multiconjuguée
Résumé
Atmospheric turbulence disturbs the propagation of light coming from astronomical objects. One can observe a loss of resolution on the image given by a telescope. Adaptive optics allows to recover the diffraction limited resolution. Multiconjugate adaptive optics also allows to enlarge the isoplanatic field.
On new adaptive optics systems (high dynamics and large field of view), the control law has to be choosen in a way that minimizes the residual error, notably the temporal error and the anisoplanatism error. We propose an optimal control , optimal with respect to the minimization of the residual phase variance, for classical and multiconjugate adaptive optics. It is based on the estimation of the turbulent phase with a Kalman filter followed by a state feedback and is developped in the state vector formalism. It takes into account the prior knowledge as the measurement noise, the turbulence profile in altitude, Kolmogorov statistics and the wind speed. We quantify the gain provided by this approach with respect to a usual approach in numerical simulations in the cases of classical and multiconjugate adaptive optics. We discuss the robustness of the performances of the optimal reconstruction.
We also present the preparation of an experimental validation at Onera.
On new adaptive optics systems (high dynamics and large field of view), the control law has to be choosen in a way that minimizes the residual error, notably the temporal error and the anisoplanatism error. We propose an optimal control , optimal with respect to the minimization of the residual phase variance, for classical and multiconjugate adaptive optics. It is based on the estimation of the turbulent phase with a Kalman filter followed by a state feedback and is developped in the state vector formalism. It takes into account the prior knowledge as the measurement noise, the turbulence profile in altitude, Kolmogorov statistics and the wind speed. We quantify the gain provided by this approach with respect to a usual approach in numerical simulations in the cases of classical and multiconjugate adaptive optics. We discuss the robustness of the performances of the optimal reconstruction.
We also present the preparation of an experimental validation at Onera.
La turbulence atmosphérique perturbe la propagation de la lumière provenant d'objets astronomiques. Au foyer du télescope, on observe sur l'image obtenue une perte de résolution angulaire. L'optique adaptative permet de retrouver la résolution théorique du télescope. L'Optique Adaptative Multiconjuguée devrait de plus permettre d'élagir le champ isoplanétique en sortie du système.
Dans le contexte des futurs systèmes d'Optique Adaptative (à haute dynamique ou à grand champ), la loi de commande du système doit être choisie de façon à optimiser les performances. Elle doit notamment permettre de minimiser l'erreur temporelle ou l'anisoplanétisme résiduel. Nous proposons une commande optimale au sens de la variance de phase résiduelle minimale pour l'Optique Adaptative Classique et l'Optique Adaptative Multiconjuguée. L'approche que nous présentons est basée sur une estimation de la phase turbulente par filtrage de Kalman suivie d'une commande par retour d'état, développés dans un formalisme d'état. Cette approche prend en compte les connaissances a priori disponibles sur le bruit de mesure, le profil de turbulence en altitude, la statistique de Kolmogorov ou encore la vitesse d'évolution de la turbulence. Nous quantifions le gain apporté par cette loi de commande vis-à-vis d'une approche traditionnelle par des simulations numériques en OA classique et multiconjuguée et nous discutons la robustesse des performances approche optimale.
Nous présentons également une mise en place d'une validation expérimentale sur le banc BOA de l'Onera.
Dans le contexte des futurs systèmes d'Optique Adaptative (à haute dynamique ou à grand champ), la loi de commande du système doit être choisie de façon à optimiser les performances. Elle doit notamment permettre de minimiser l'erreur temporelle ou l'anisoplanétisme résiduel. Nous proposons une commande optimale au sens de la variance de phase résiduelle minimale pour l'Optique Adaptative Classique et l'Optique Adaptative Multiconjuguée. L'approche que nous présentons est basée sur une estimation de la phase turbulente par filtrage de Kalman suivie d'une commande par retour d'état, développés dans un formalisme d'état. Cette approche prend en compte les connaissances a priori disponibles sur le bruit de mesure, le profil de turbulence en altitude, la statistique de Kolmogorov ou encore la vitesse d'évolution de la turbulence. Nous quantifions le gain apporté par cette loi de commande vis-à-vis d'une approche traditionnelle par des simulations numériques en OA classique et multiconjuguée et nous discutons la robustesse des performances approche optimale.
Nous présentons également une mise en place d'une validation expérimentale sur le banc BOA de l'Onera.
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