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PR NAIADE Présentation DSB

07/06/2012

T. Fusco DOTA/HRA

NAIADE NEW APPROACHES IN IMAGING WITH ADAPTIVE-OPTICS AND DECONVOLUTION

(Nouvelles Approches d’Imagerie par optique Adaptative et DEconvolution)

Thierry Fusco

ONERADOTA/HRA

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De grands défits scientifiques …

détection et caractérisation d'exo-terres

Transits

Radial Velocity

Galaxies à grand red-shift

Naissance & évolution de l'univers

EPICS

Contraste = 109

SR 100 %

Maitrise sub-nanométrique

du front d'onde

SPHERE

Contraste = 106

SR ~ 90%

Objets très faibles + Etude statistique

Couverture de ciel : 100 % -- SR ~ 50 %

Champ = 25 arcmin² (25x plus que l'existant VLT)

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… reliés à des innovations technologiques

LIFTHigh Flux

LIFTLow Flux

Tip Tilt Focus Sphere

Etude des premiers ages de l'univers

Analyse de front d'onde "mixte"(étoiles laser et naturelles)

Senseur dédié "Natural Guide Star" (LIFT)

Senseur dédié "Laser Guide Star"

Fusion de données

Reconstruction tomographique du volume turbulent

Etalonnages & opérations sur le ciel

Lois de commande complexes

(gd nombre de degrés de liberté)

Traitement de données

Reconstruction de PSF

déconvolution de données 3D

Concepts à optimiser et à valider "on-sky"

détection et caractérisation d'exo-terres

Maitrise nanométrique du front d'onde

Multi-stage Wavefront sensing

1er étage (rapide et sensible)

Pyramid WFS

2ième étage (lent et ultra précis)

coronographique WFS

l'étalonnage, operation & post-traitement

Identification/correction de perturbations externes

windshake, vibrations, residus de cophasage …

Traitement d'image multi-spectrales coronographiques

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Contexte instrumental : nouveaux concepts d'OA et d'imagerie pour les futures générations de télescopes géants

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Un context idéal : les instruments de 2nd génération de l'E-ELT

Instrumentation 1ière lumière

"simple"

Financement ESO

Instrumentation 2ième génération

"complexe"

Besoin de validation de concepts

EAGLE EPICS

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Un socle existant : RG et PRF Cassiopee

Etudes amons de concepts innovants

Demonstration orientée VLT

OA Grand champs Haute dynamiqueHOMER – MCAO- tomography - LQG BOA / SH-Filtré diversité de phase

Etudes spécifiques liées

aux contraintes ELT Ciblées sur les composants et sur

l'extrapolation VLT ELT

& instrumentation de 1ière génération

Etudes spécifiques

Liées aux instruments

de 2ième génération E-ELTEPICS & EAGLE

RG

SPHERE/SAXO

FP7-OPTICON

Démonstration HOMER

Démonstration CANARY

CASSIOPEE

NAIADE

Etudes de phase A E-ELT M4, MAORY, ATLAS, EAGLE

Réalisation instruments 1ière lumière Harmoni, Micado, Metis

Réalisation de composants RAPID, ANDROMEDA, LIFT

Réalisation Instruments 2ième génération

Validation ciel de concepts

essentiels à la réalisation des

instruments EAGLE & EPICS

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Objectifs du projet NAIADE

Disposer des briques conceptuelles

et technologiques essentielles à la

definition et à la réalisation des

systèmes d'OA pour les instruments

de 2ième génération de l'E-ELT

EAGLE & EPICS

OA grand champ & étoiles laser OA extrême Nouveaux challenges liées à l'ELT

Objectifs du PR Grandes thématiques scientifiques

Development de nouveaux concepts d'OA dans leurs environements complexes

• procédures d'identifications de perturbations exogènes • Optimisation globale (AO + instrument + telescope)• Etalonnage fin

Propositions de concepts & améliorations des composants et sous-systèmes clés

• Nouvelles approches d'analyse de front d'onde• Fusion de données • Nouvelles lois de controle (pb spécifiques liés à l'E-ELT)

Validations expérimentales avec en particulier tests sur télescopes

Traitements a posteriori pour une expolitation efficace des données obtenues derrière l'OA

• Reconstruction de PSF • developpement d'algorithmes de post-traitements s'appuyant sur un modèle comportemental fin de l'OA et des instruments

Déclinaison en besoins instrumentaux

Phase de réalisation : 2017 2025

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Description de projet NAIADE

Déclinaisons en besoins instrumentaux

Workpakages

WP 0

Management

WP1

Analyse de FO sur étoiles laser & naturelle

WP2

Etalonnage & opération de système complexes

WP3

Contrôle pour les nouvelles génération d'OA

WP4

Traitement a posteriori après OA

T. Fusco T. Fusco J-M Conan C. Petit L. Mugnier

Suivi du projet

Interactions avec PHASE

Interactions avec astronomes

Interactions avec ESO

Interactions avec partenaires Européens

WFS bas ordres ultra-sensible = LIFT

on-sky tests

Développement et implantion dans une boucle d'OA

on-sky tests

Pyramid WFS

simulation, developpement

lab & on-sky

Specific WFS for LGS

Nouveaux concepts

validations expérimentales

Sub-nanometric

Coronographic WFS = COFFEE Tests sur SPHERE Tests on-sky

Identification de perturbations exogènes

Tests on-sky

Opération de systèmes complexes & impact sur le design et les etallonages

utilisation de HOMER

Tests on sky

Fusion de données LGS/NGS

Tests en labos (HOMER)

Stratégies de simulation et de contrôle pour systèmes d'OA complexes Tests en labo (Homer)

Reconstruction de PSF pour OA grand champ Tests en labo (HOMER)Tests on-sky (MUSE)

Traitement d'imgas coronographiques multi-spectrales

Test on-sky (SPHERE)

Thématiques scientifiques HRASystème / Analyse de FO / Commande / Traitement

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Planning & Manpower

ETP (h) 3000 32000 2300

ETP (h)

WP0 600

3200

1750

1900

1050

TOTAL : 8500 h

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Fournitures

Deliverables (see WP for details) WP Associated ELT instrument

New WFS devices (tested in labs and on-sky) : - LIFT- Pyramid WFS

1MOS (ELT-4/ELT-5) = EAGLEELT-MIR, ELT-EPC = EPICS

Modified HOMER bench 2 MOS (ELT-4 /ELT-5) = EAGLE

Modified ODISSEE bench 1 ELT-MIR, ELT-EPC = EPICS

New control algorithms (tested in labs and on-sky) 3 All

New post processing algorithms (tested on-sky)-wide field AO PSF -Coronagraphic post-processing

4MOS (ELT-4/ELT-5) = EAGLEELT-PCS = EPICS

New calibration procedures (tested in labs and on-sky) 2 All

New simulation tools (dedicated to E-ELT simulations) 3 All

Red = Hardware

Green = software

Italique = on sky test !

+ au moins 1 papier (conf / revue) par an & par WP

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Synergies

Principales Collaborations LAM : WP1, 2, 3

collaborations scientifiquesacces Tel OHP, manpower & materielco-financement / co-direction deTheses

OCA : WP1 acces Tel MEO, support manpower.

IPAG : WP2, 4collaborations scientifiquesco-financement / co-direction deThesesaccees aux données SPHERE, banc FFREE

CRAL : WP4collaborations scientifiquesco-financement / co-direction deThesesaccès aux données MUSE (VLT)

LESIA/Durahm : WP1, 2collaborations scientifiquesAccès au banc CANARY et Tel WHT

L2TI : WP1, 2, 3 collaborations scientifiquesco-financement / co-direction deTheses

ESO : WP1, 2, 4collaborations scientifiquesaccès données VLT

Gemini & Keck observatory : WP1 collaborations scientifiquesaccès données GEMS (MCAO sur GEMINI)

Synergies contractuelles Obtenues

OPTICON 2013-2017- 6000 heures- 100k€ missions / equipements

FUI RAPID 2010-2014

Soumises ERC "IMAKA"

ANR "Compass"

Carnot

Espérées

PEA VISIO

ERC "starting grant" (T. Fusco)

R&T CNES

ERIS (VLT 3ième génération)

E-ELT : phase de construction 1ière génération

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Activités duales : retours attendus pour les activités "défense"

Application directe : Observation de l'espace developpement d'un senseur Pyramide dans NAIADE Essentiel pour VISIO afin de gagner

• en bande passante (70 120 Hz) • En nombre de degré de liberté (8x8 16x16)

Réutilisation des déveleppement NAIADE "quasi" en l'état.

Liens applications astro / defense : une synergie gagnante depuis 20 ans Dévelopements de nouveaux concepts : OA grand champ – XAO

Dévelopements & tests de nouveaux composants : IR WFS, micro-DM, RTC

Imagerie endo-atmosphérique (grand champ, IR-WFS, RTC)

NAIADE : péréniser cette synergie !

Lien avec l'Arme Laser Developpements liés à aux "Laser Guide Star"

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Conclusion

2nd Génération d'instruments pour l'E-ELT OA Extreme (Haute dynamique) : x 1000 en contraste par rapport au VLT (SPHERE) MOAO (grand champ multiplexage) : x 25 en champ par rapport au VLT (MUSE) X 50-100 en terme de nombre de degrés de liberté (VLT ELT)

Une simple mise à l'echelle de solutions techniques déjà éprouvées sur le VLT ne répond pas aux besoins Besoin de nouvelles idées, de nouveaux concepts, de nouveaux composants Critique pour le positionnement de l'ONERA dans les futures phases de réalisation

NAIADE : Développe de nouveaux concepts Tests sur le ciel Propose de nouvelles stratégies d'étalonnage, d'opération et de traitement d'images

Le tout dans un cadre bien défini : instrumentation E-ELT / spécifications des instruments

Fort potentiel d'innovation dans un cadre "systeme" cohérent permettant

de borner et structuer les développements Activites essentielles pour le positionnement de l'ONERA à horizon 2017

sur l'instrumentation astronomique à haute résolution Structuration des activités sur plusieurs années indispensable pour garantir

la pérénisation d'un démarche scientifique ambitieuse le developpement de nouveaux concepts jusqu'aux tests sur le ciel