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25 janvier 2021

Thèse à l'ONERA sur l'amélioration de la résolution spatiale des Lidars par traitement du signal


Catégorie : Doctorant


La technologie des lidars vent permet de réaliser la mesure de vitesse de vent à distance résolue
spatialement. L’amélioration de la résolution spatiale de la mesure de champs de vitesse de vent est
importante pour de nombreuses thématiques physiques: météorologie, turbulences atmosphériques diffusion
de polluants en ville, cisaillements de vent et vortex dans les aéroports, drones et dirigeables, optimisation du
rendement des éoliennes.

Cette thèse a pour objectif de mettre en place de nouvelles méthodes de traitement du signal lidar en utilisant
l'approche proposée récemment par les encadrants, et fondée sur une description parcimonieuse des
inconnues du problème (profil de vitesses de vent et profil des amplitudes de rétrodiffusion).

 

Début de la thèse : octobre 2021

Mots clés :
Light detection and ranging ; Signal processing; Image processing ; Turbulence; wind lidar

Profil et compétences recherchées :
Expérience avérée en traitement du signal et/ou d’image incluant une part d'algorithmie et de programmation
(Matlab). Des compétences et un goût pour l'expérimentation en optique seront également appréciés.

Présentation du projet doctoral, contexte et objectif :
La technologie des lidars vent permet de réaliser la mesure de vitesse de vent à distance résolue
spatialement. L’amélioration de la résolution spatiale de la mesure de champs de vitesse de vent est
importante pour de nombreuses thématiques physiques: météorologie, turbulences atmosphériques diffusion
de polluants en ville, cisaillements de vent et vortex dans les aéroports, drones et dirigeables, optimisation du
rendement des éoliennes. En particulier, elle pourrait conduire à une mesure plus précise des champs de
vent générés par les vortex créés par les avions et de déterminer leur circulation, paramètre déterminant pour
les avionneurs pour améliorer la sécurité aérienne. Un lidar vent résolu en distance consiste généralement à
utiliser une source laser impulsionnelle et à mesurer les impulsions rétrodiffusées par les particules de
l’atmosphère, la distance des diffuseurs étant évaluée à partir de la durée mise par l’impulsion pour arriver sur
le détecteur. La mesure de vitesse se fait par détection hétérodyne permettant de déterminer le décalage
spectral du signal rétrodiffusé dû à l’effet Doppler en passant par le calcul du spectre du signal retour.
Cependant, le processus de diffusion étant continu le long de l’axe laser, il n’est pas possible de distinguer les
impulsions rétrodiffusées et des méthodes de traitement du signal doivent être appliquées afin de résoudre
spatialement la vitesse du vent. L’amélioration de ces méthodes constituera un gain pour l’ensemble des
lidars vent utilisés sur terre.
Cette thèse a pour objectif de mettre en place de nouvelles méthodes de traitement du signal lidar en utilisant
la nouvelle approche proposée par les encadrants, et fondée sur une description parcimonieuse des
inconnues du problème (profil de vitesses de vent et profil des amplitudes de rétrodiffusion). Cette approche,
déjà testée, conduit à une amélioration significative de la résolution spatiale et en vitesse des lidars vents.
Elle sera réalisée au DOTA conjointement avec l’unité SLS spécialisée dans la réalisation et l’étude des lidars
vent et l’unité HRA qui dispose d’une expérience importante dans le traitement de signal
Cette thèse comporte deux étapes. La première étape consistera à développer des algorithmes de traitement
de signal en utilisant la nouvelle approche et à les valider sur données lidar simulées. Ce développement se
fera d’abord sur des spectres lidar classiques utilisant une seule porte temporelle pour analyser le signal
hétérodyne. Il sera ensuite étendu à des analyses multi-porte, i. e. en faisant varier la durée de la porte
temporelle d’analyse et enfin par le traitement de la matrice de covariance. Lors de la deuxième étape, les
algorithmes seront adaptés pour traiter des données expérimentales. En particulier, l’étudiant utilisera ces
algorithmes pour déterminer la circulation de vortex sur différentes données expérimentales.

Laboratoire d’accueil à l’ONERA
Département : Optique et techniques associées
Lieu: Centre ONERA de Palaiseau
Contact : David Tomline Michel
Tél. : 0180386424 Email : david-tomline.michel@onera.fr

 

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