ETUDE SUR LA DEZ'ECTION DES PUENOMENES BEBOSPATIAUX RUES
IV, SOLUT 1 ONS PROPOSEES. 
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Enfin c e r t a i n s radars, comme l e s radars météorolo-giques 
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Sachant que la numérisation e t l e traitement sur calculateur 
d'un signal video sont aujourd'hui techniquement réalisabl...
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L'ouverture conditionne directement lléclairement d e r r i è r e 1' 
objectif e t , dans la. mesure où l e s diverses abe...
A t i t r e i n d i c a t i f , l e t a b l e a u s u i v a n t f o u r n i t l e s v a l e u r s p r i - 
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au standard de 25 Hz. Une étude du marché mondial des consoles 
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Procédures de c a l i b r a t i o n : 
Pour permettre aux u t i l i s a t e u r s de ce système de t i r e r l e 
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Réduction des données : 
Le traitement en temps d i f f é r é des données stockées dans l e s 
s t a t i o n s ne fait pas...
précise e t d'un premier d o s s i e r j u s t i f i c a t i f ( s u r la 
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R E F E R E N C E S 
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( 1 ) "L' étude des phénomènes aérospatiaux n o n - i d e n t i f i é s - 
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"Optical systems f o r UV space researches", G. Courtès, 
IAU symposium no 41 i n Munich (Aoht 70) : New Techniques 
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session on aeteorologicd s a t e l l i t e s at AIAA, 20th Aero-space 
Sciences meeting (Janvier 82). 
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(35) "Multiple fa11 of Pribraas meteorites photographed", C. 
3agolia, N. Bhandari, IV. Sinha, J.N. Goswami, D. Ld, 
J.C. ...
SOMMAIRE DU VOLUME No 5 
I.V. SOLUT IONS PROPOSEES 
IV. 1. U t i l i s a t i o n de systèmes existaints 
IV.l.l. Systèmes ...
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Detection louange 5

  1. 1. ETUDE SUR LA DEZ'ECTION DES PUENOMENES BEBOSPATIAUX RUES
  2. 2. IV, SOLUT 1 ONS PROPOSEES. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 IV, 1. U t i l i s a t i o n de systèmes e x i s t a n t s . Le thème de r é f l e x i o n no 5 de l'étude (cf. para, 1.2.) condui-sait à examiner l e s p o s s i b i l i t é s t ethniques d1 adaptation des systèmes e x i s t a n t s ou en cours de développement, D1une façon plus générale, il convenait d ' i d e n t i f i e r l e s systèmes suscep-t i b l e s de f o u r n i r systématiquement des données u t i l e s s u r l e s phénomènes aérospatiaux r a r e s , a i n s i qus l e s modifications techniques e t l e s procédures d'échange dtinformation éventuel-lement requises. A l'issue de c e t t e é tude , il s'avère que l e s ~ossibilitésd ans ce domaine sont t r è s l i m i t é e s , ce qui contribue a j u s t i f i e r l e recours à un développement originail. Les systèmes concernés sont regroupés en t r o i s c a t é g o r i e s : systèmes f r a n ç a i s exis-t a n t ~ , pro j e t s f r a n ç a i s , systèmes étrangers. L'étude a montré que l e s grands réseaux de couverture radar ne pouvaient pas assursr une détection à c a r a c t è r e systématique des phénomènes razes : en e f f e t , l e système CAUTRA de llAvia-tion Civile e t son homologue m i l i t a i r e STRIDA o f f r e n t aux ope-r a t e u r s des o u t i l s t r è s sophistiqués pour contr8ler ltespace aérien; cependant, s'il e x i s t e des o p t i o n s q u i permettreent la détection d ' o b j e t s ou de phénomènes imprévus (échos b r u t s de radars primaires, par exemple), c e l l e s - c i ne sont générde-ment pas u t i l i s é e s en mode r o u t i n e , et s e u l s l e s aéronefs s o n t systématiquement contr8lés (dains c e r t a i n e s plages p r é d é f i n i e s d' a l t i t u d e e t de v i t e s s e ) . Il e s t à n o t e r , en ce qui concerne l e s observations occasion-n e l l e s de phénomènes r a r e s , que les'procédures en vigueur pour informer le GEPAN sont tout-a-fait .appropriées.
  3. 3. Dans l e domaine de la détection systématique, objet de l'&tu-de, l e seul réseau français susceptible de fournir des données e s t celui du LDG (Laboratoire de Détection e t de Géophysique, du Commissariat à llEnergie Atomique), particulièrement en ce qui concerne l ' é l e c t r i c i t é atmosphérique (cf. CR .51/0782). Pour cela, il serait nécessaire de mettre en place une procédure de transmission dt information au GEPAR (systématiquement ou sur demandes p a r t i c u l i è r e s ) . Le LDG a déjà collaboré avec l e CIüET en 1978 à Saint-Privat d'Allier, dans l e cadre d'études sur la foudre . On peut rappeler pour mémoire 2' observatoire de Chanbon-la-Fo-r8t de l'Institut de Physique du Globe de Paris, qui peut four-nir en permanence la valeur du champ magnétique t e r r e s t r e à Ir près, a raison d'un point de mesure pair minute. Enfin, sur un plan beaucoup plus locâil e t temporaire, l e s cm-pagnes de p r i s e s de vues du c i e l nocturne récemment e n t r e p r i s e s par l e CESR (Centre dlEtude Spatiale des Rayonnements de Toulou-se) fournissent des données intéressantes pour c e t t e étude. En e f f e t l e CESR, qui esséde de mettre en évidence des é c l a i r s op-tiques associés aux sursauts gamma de certaines é t o i l e s , a mis au point e t u t i l i s é une caméra spéciale TELEPHOT (cf. CR 36/0582, 60/0982, 68/lO82). Le rapprochement évident entre c e t t e recher-che e t l e s préoccupations du GEPAN en matière de détection don-ne un i n t é r ê t p a r t i c u l i e r aux r é s u l t a t s stockés sur c a s s e t t e s video, notitmnrent pour l'étude d'un système optique o r i g i n a l (cf. para. IV.2.). -IV-.1.2-. - P-r-o j-e t-s -f r a-n-ç a-i s-. Certains systèmes en cours de développement ou encore à l ' é t a t de p r o j e t s présentent un intéret p o t e n t i e l pour la détection de phénomènes aérospatiaux rares. .La prochaine version EMIR 2 du sous-système informatique d'ex-t r a c t i o n de données du système militadre STRIDA comportera de nouvelles fonctions prenant en compte l e s Nainomalieslt de l'en-
  4. 4. vironnement électromagnétique (cf. CR 40/0682). Il paraît donc intéressant de suivre de près l e développement e t l1expérimen-tation de ce nouveau produit, en tenant compte de son caractè- 4 re c l a s s i f i é . .La Météorologie Nationale prévoit d'équiper tout un réseau de radars RODIN (5 cm) interconnectés, dans l e but de r é a l i s e r des animations avec l e s "vues radart1 du c i e l français. Des données de ce type, produites dans un mode opérationnel, seraient évi-demment réc ci eus es pour la détection des phénomènes rares. .En ce qui concerne la détection à distance de la foudre, 1'ONERA a évoqué la p o s s i b i l i t é de s' équiper de matériel standard mé-r i c a i n LLP (portée de 300 Km). Si c e t t e a c q u i s i t i o n d o i t se ré-a l i s e r , l e s données fournies seront u t i l e s , au moins à t i t r e de compléments, pour la détection du GEPAN (voir plus l o i n l e cas du Benelux). .Le LSEE2 abor oratoire de Sondages Electromagnétiques de l'Envi-ronnement T e r r e s t r e ) , qui u t i l i s e à Toulon un radar ST (~tra-tosphère- Troposphère) pour sonder verticalement l'atmosphère en air c l a i r , a étudié avec l e CRPE e t l e CEPHAG d i f f é r e n t s ty-pes de sondeurs (radars ST, MsT). Dans ses projets a long t e r - me figure la création d'un observatoire de l'environnement, équipé d'un sondeur HF-VHF. Il semble u t i l e de se t e n i r infor-m é s de l'évolution de ce p r o j e t , qui pourrait peut-8tre fournir des données systématiques intéressantes. .Une u t i l i s a t i o n systématique des images fournies pm des s a t e l - l i t e s d'observation de la t e r r e peut 8tre envisagée pour 1' ave-n i r , au moins en tant que source dtinforrnations complément~res. En ce qui concerne l e s s a t e l l i t e s météorologiques (MMIEOSAT), la l o c a l i s a t i o n des foyers orageux e s t possible (voir R.F.A. au para. 111.2.3.). La p o s s i b i l i t é d'extraire des informations u t i l e s des images transmises par des s a t e l l i t e s de télédétection (LANDSAT, e t sur-tout SPOT) devrait ê t r e étudiée. En p a r t i c u l i e r , ltintérét po-t e n t i e l de "récupérern l e s images brutes éliminées au premier exanen ("Quick-Loakw) en raison de la couverture nuageuse pour-
  5. 5. rait &tre examiné, en tenant compte des c a r a c t é r i s t i q u e s des capteurs ( s e u i l s de saturation, dl éblouissement,. . . ) e t des scènes nuageuses (albedo, . . . ) . -IV.- 1 --3-. -Sy-stè-m-es- é-tra-n-ge-rs-, Les prises de contact avec divers organismes ou l a b o r a t o i r e s étrangers, qui font l'objet du chapitre III, ont permis de dé-couvrir des idées intéressantes e t des expériences acquises dont il faudra t e n i r compte pour la d é f i n i t i o n d'un système o r i g i n a l de détection (cf. para. IV.2.). En outre, c e r t a i n e s r é a l i s a t i o n s étrangères sont susceptibles de fournir des don-nées concernant directement l ' a p p a r i t i o n éventuelle de phéno-mènes r a r e s au-dessus du s o l français; e l l e s font l'objet de ce paragraphe. .Au Benelux, il existe des réseaux de détecteurs de foudre à distance ("sfericsw à 10 KHz), e t il se peut que leur couver-ture déborde sur l e t e r r i t o i r e français (à v é r i f i e r ) , Il s e r a i t intéressant qu'an contact s o i t é t a b l i , si ce n'est déjà f a i t , pour évaluer l'intér8t quiil pourrait éventuellement y avoir à étendre ces réseaux vers l'ouest, ne fat-ce qu'avec un détec-teur à t i t r e expérimental. .Le système de l o c a l i s a t i o n à t r è s grande distance des centres orageux i n s t a l l é à Berlin (R.F.A.), Tel-Aviv et P r e t o r i a couvre entre a u t r e s la t o t a l i t é de l'Europe. Les r é s u l t a t s du t r a i t e - ment concernant l e s o l français sont donc disponibles quelque part e t seraient certainement "bons à prendret1, en dépit des i n c e r t i t u d e s de l o c a l i s a t i o n . Il faudrait pour cela é t a b l i r un contact avec l'Institut Astronomique de l'Université de Bonn e t convenir d'un mode dt approvisionnement des r é s u l t a t s graphi-ques concernant la France, voire d'une participation plus acti-ve au fonctionnement du réseau (pouvant a l l e r jusqu'à l'appro-visionnement dl une s t a t i o n : voir para. III .2,3. ) ,
  6. 6. .Aux Etats-Unis, plusieurs programmes d'observation e t de loca-l i s a t i o n des orages à p a r t i r de s a t e l l i t e s sont opératiannels. Par principe-meme, l e s données r e c u e i l l i e s yar des s a t e l l i t e s à défilement concernent la quasi-totdité du globe, e t donc en-t r e autres la France. Il semble cependant i l l u s o i r e d'espérer obtenir systématiquement ce type de données, dans la mesure O& il s1 agit de programmes militaiires ( s a t e l l i t e s DMSP : Defense Meteorological S a t e l l i t e prograna). Il e s t sans doute plus r é a l i s t e de s ' i n t é r e s s e r aux r é s u l t a t s du projet NOSL (~ighttime/daylight Optical Survey of Lightning) qui concerne une caméra spécialisée manoeuvrée par un astronau-t e de l a navette s p a t i a l e , bien que par principe il ne s ' a g i s - se pas d'un système de surveillance systéaatique. Enfin la r é a l i s a t i o n éventuelle de deux projets de la NASA mé-r i t e d18tre suivie de près : - l e s a t e l l i t e à défilement UARS (Upper Atmosphere Research S a t e l l i t e ) , muni de senseurs optiques, - l e s a t e l l i t e géosynchrone STORMSAT, s t a b i l i s é sur 3 axes au-dessus des Etats-Unis, e t équipé de deux b a r r e t t e s de photo-diodes échantillonnées à 1 MHz. Le projet GEODSS n ' e s t pas mentionné dans ce paragraphe, en dé-p i t du grand intérgt q u ' i l présente sur l e plan technique, par-ce qu'il e s t conçu pour t r a v a i l l e r de façon programmée e t n'a pas pour vocation une surveillance du c i e l (champs angulaires des instruments t r è s étroits). .Dans l e domaine de la détection des météores, il convient de rappeler que l e réseau européen de s t a t i o n s photographiques s1 étend depuis l ' e s t de la Tchécoslovaquie jusqulà la f r o n t i è r e franco-allemande. Son champ d'observation déborde sur l e t e r r i - t o i r e français, et une chute de rnétéorite(s) en Haute-Savoie dans la nuit du 12 au 13 Juin 1977 a été calculée e t signalée (sans que l'on puisse retrouver ces objets dans la zone monta-gneuse désignée).
  7. 7. L'équipement standard m i s au point en Tchécoslovaquie (objec-t i f "fish-eyen) e t sa mise en oeuvre sont d'une grande simpli-c i t é , et l e système optique e t informatique de réduction des données apérationnel à Prague e s t bien au point. Pour ces rai-sons, e t compte tenu de l'absence t o t a l e de moyens de détec-tion dans notre pays, il paraît t o u t - à - f a i t souhaitable e t j u s t i f i é de prolonger dans l e nord-est de la France l e réseau européen, ne seraiit-ce qu'avec une ou deux staitions. En e f f e t , m&me si par dlleurç un système plus élaboré devait &tre développé (ce qui prendra du temps), un t e l investissement r e s t e r a i t j u s t i f i é en tant que point de compraiison bien é t a b l i par une longue expérience. On notera l e s encouragements formu-l é s dans ce sens par Monsieur Pellas (cf. CR 57/08821, Monsieur Kiko (cf. para. III.5.1., R.F.A.) e t Monsieur Ceplecha (cf. CR 59/0982) ; ce dernier, responsable du réseau européen, st est dé-claré pret à soutenir e t à f a v o r i s e r t o u t e i n i t i a t i v e dans ce sens. IV.2. Etude d'un système o r i g i n a l de détection optique. En premier l i e u , c e t t e étude a permis de confirmer ltimpression i n i t i a l e sur l e s u j e t : il n'existe actuellement en Fraace au-cun système de détection capable d'enregistrer systématiquement la présence d'un phénomène aérospatial r a r e , a l o r s qu'il e x i s t e un besoin pour des données de ce type (plus ou moins pressant) dans des organismes ou laboratoires t r è s divers : - Météores : laboratoires dtastronomie e t de minéralogie. - Foudre : organismes ayant des équipements à protéger, laboratoires de recherche sur 1' é l e c t r i c i t é atmosphérique. . - S a t e l l i t e s : défense nationale. - Tous phénomènes r a r e s : CaES/GEPAN. Le recensement de moyens techniques existant en France et à lt étranger, susceptibles dt&tre m i s en oeuvre, a permis de deux cerner l e s q u a l i t é s e t l e s l i m i t a t i o n s des d i f f é r e n t e s c l a s s e s
  8. 8. de capteurs envisageables pour une s t a t i o n de détection. Les conclusions générales qui se dégagent sont l e s suivantes : - Détection sismique : sans grand i n t é r ê t pour la classe de phénomènes concernée par l'étude. - Détection acoustique : mettant en jeu des microphones, voire des micro-barographes, e l l e peut apporter des informations complémentaires u t i l e s , miais ne peut pas constituer la base dtun système de surveillance (météores, s a t e l l i t e s , . . . ) . - Détection électromagnétique : la détection e t la l o c a l i - sation à distance de la foudre par triangulation à l'aide de récepteurs r a d i o accordés entre quelques KHz et quelques dizaines de KHz e s t t r è s efficace. Par a i l l e u r s , la datation d'une rentrée de météore dans l'atmosphère à l'aide d'un simple récepteur à modulation de fréquence du commerce e s t pratiqu6e par des astronomes amateurs. On ne peut cependant considérer ce mode de détection que comme compl6mien-t a i r e d'un autre, ne seradt-ce qu'en r a i s o n d e s i m - précisions s u r l e s évaluations de distances e t d'an-gles obtenues avec ces basses fréquences. - Détection radar : l e s radars de surveillance comme ceux des aviations c i v i l e e t m i l i t a i r e , e t l e s systèmes informatiques associés, sont extrêmement complexes e t coQteux. De plus, l e u r u t i l i s a t i o n pour détecter des c i b l e s par d é f i n i t i o n imprévues poserait de sé-rieux problèmes techniques (pas de c r i t è r e s d'extrac-t i o n , etc..]. Les sondeurs t r a v a i l l a n t entre 30 e t 50 MHz, comme l e radar ST du LSEET e t l e radar transhorizon du la-boratoire de physique de lt exosyhère, sont bien adap-tes à l a détection de phSnomènes quelconques dans 1' atmosphère, mais ont un encombrement tellement impor-tant q u ' i l est difficilement pensable d'en équiper un réseau de s t a t i o n s .
  9. 9. Enfin c e r t a i n s radars, comme l e s radars météorolo-giques ou l e s radars météoriques, présentent un cer-t a i n i n t é r ê t pour la détection des phénomènes r a r e s , mais ne sont pas f a i t s pour la surveillance du c i e l en raison de leur d i r e c t i v i t é . Ils ne pourraient par conséquent contribuer à fournir des données u t i l e s que d'une façon complémentaire, par exemple en étant asservis à un autre dispsitif de surveillaince (mode poursuite) . - Détection optique : bien que l e u r s performances dépen-dent fortement de la position du s o l e i l e t de la cou-verture nuageuse, l e s systèmes optiques sont l e s deux adaptés à une détection systématique des phé-nomènes aérospatiaux rares. En e f f e t , ils peuvent à la f o i s s u r v e i l l e r en permanence un champ angulaire important e t fournir des données riches en informa-t i o n s u r l e s phénomènes détectés (bonnes résolutions angulaires e t radiométriques) . On reimarquera, dans l e s volumes précédents, que seu-l e la détection optique a donné l i e u à la r é a l i s a - t i o n concrgte de systèmes de surveillance pour cha-cun des phénomènes évoqués, e t que l e s moyens tech-niques mis en jeu peuvent ê t r e t r è s simples (réseau européen de détection des météores). Il en r e s s o r t que, meme s ' i l e s t envisageable de développer un jour une s t a t i o n de détection complexe avec plusieurs capteurs de natures d i f f é r e n t e s dont l e s données seraient combinées, 1' élésent central de la surveillance, à mettre au poiit en'pre-der l i e u , doit ê t r e un d i s p o s i t i f de détection optique. En f a i t , c e t t e p r i o r i t é e s t appazue t r è s t8t au cours de 1' é-tude, ainsi que l ' i n t é r ê t potentiel d'un système optique qui s e r a i t c-able de stocker sélectivement l e s séquences d'images comportant des phénomènes rares. Ces idées s'ëtant confirmées, c'est la r é a l i s a t i o n d'un système de ce type qui est proposée, e t l e s paragraphes suivants en présentent des éléments de jus-t i f i c a t i o n e t de spécification.
  10. 10. .IV..2..1. . .P.r i.n c.i p.e. d.e .lt.ar.ch.iv.a;.ge. s.é.l e.c t i f . Quel que s o i t l e capteur, une s t a t i o n de d é t e c t i o n d e s phéno-menes aérospatiaux r a r e s d o i t &tre capable d ' e n r e g i s t r e r l e s données reçues au cours des périodes de surveillance. Dans l e cas de la détection oytique se pose l e problème du choix du mode de stockage des données imaqges. Les d i f f é r e n t e s s o l u t i o n s p o s s i b l e s , qui ont é t é successivement envisagées, sont l e s suivantes : - Photographie : c ' e s t la s o l u t i o n simple adoptée pour l e s t r o i s réseaux *de détection des météores présentés précédeament (cf. para. III.3.). E l l e c o n s i s t e à ef-f e c t u e r de longues poses ( p l u s i e u r s heures) s u r des plaques ou des f i l m s s e n s i b l e s , Les phénomènes r a r e s se distinguent nettement des sources lumineuses f i x e s ( é t o i l e s ) , e t l e u r s évolutions dans l e temps peuvent Atre reconstituéesgr%ce à un système d ' o b t u r a t i o n pé-riodique qui f a i t appardtre la t r a j e c t o i r e d'une* source lumineuse comme un p o i n t i l l é s u r la photo. S i l'enregistrement photographique e s t encore à 1' heure a c t u e l l e c e l u i qui o f f r e l e s meilleures perfor-mances en r é s o l u t i o n s p a t i a l e , il e s t extrhement li-mité quant aux mesures radiométriques, car sa réponse e s t essentiellement non l i n é a i r e . De plus, en r a i s o n du principe-même de la pose, l e problème de la data-t i o n des évènements e n r e g i s t r é s n'est pas simple à resoudre ( v o i r l e s d i f f é r e n t e s s o l u t i o n s adoptées pour l e réseau européen e t l e réseau canadien). M8me si la numérisation de c e s c l i c h é s avec un pas t r è s f i n (de l ' o r d r e du micron) était r é a l i s a b l e , 1' apport de l e u r traitement par un c a l c u l a t e u r ne s e r a i t probablement pas déterminant, car les bancs optiques e x i s t a n t s ( cf. Ondre jov) permettent dl e x t r a i r e toute l'information présente. - Cinéma : en admettant que l ' o n sache résoudre l e problè- 2e de la s e n s i b i l i t é , ce supoort permettrait seulement
  11. 11. de f a c i l i t e r la datation des évènements. En e f f e t , l e s sévères l i m i t a t i o n s en q u a l i t é radiométrique, qui sont inhérentes la photographie, seraient conservées. De plus, ltalimentation des film pour l e s prises de vues et 1' exploitation des stocks de données pose-raient des problèmes de gestion insurmontables. - Video : l'utilisation d'un tube de t é l é v i s i o n approprié, ou d'autres capteurs opto-électroniques, e t ltenregis-trement des données sous forme de séquences video ou-vrent des perspectives i n t é r e s s a n t e s au-delà des lid-tations l i é e s aux procédés photographiques. Dl une part la q u a l i t é des réponses, en p a r t i c u l i e r sur l e plan radiométrique, peut Ptre considérablement améliorée par un bon "designtr et g&ce à des procédures souples de c a l i b r a t i o n ; d'autre p a r t , l e support video se pr8- t e bien 3 la numérisation des images en ligne pour un ' traitement sur un système informatique spécialisé. Les campagnes de prise de vues effectuées par l e CESR au Pic du M i d i avec une caméra TELEPHOT, e t l e s stocks de video-cassettes qui en sont i s s u s , constituent un bon exemple de ce type dl approche (cf. para. II. 1.7.). Stil est c l a i r que ce type de technique, avec en p a r t i c u l i e r llutilisation de capteurs opto-électroniques CCD, e s t appelé à succéder aux d i s p o s i t i f s photographiques actuellement en opé-ration dans l e s réseaux de détection des météores, il pose né-anmoins un nouveau problème qu'il s e r a i t dangereux de sous-es-timer : la gestion des données brutes enregistrées. En e f f e t , en matière d'imagerie, l e s quantités d'information manipulées deviennent t r è s rapidement énormes. O r il e s t i l l u s o i r e dtac-cumuler des données en vue d'un éventuel traitement u l t é r i e u r si e l l e s sont trop volumineuses (c'est ltexpérience qu'a ac-quise l'auteur -endant de nombreuses amnées à 1lESA avec l e s données de s a t e l l i t e s ) . La fatigue provoquée par la visualisa-t i o n de quelques video-cassettes du stock accumulé par l e CESR a contribué à renforcer ce point de vue (cf. CR 68/1082).
  12. 12. Sachant que la numérisation e t l e traitement sur calculateur d'un signal video sont aujourd'hui techniquement réalisables, l ' i d é e est venue d'effectuer en aval du d i s p o s i t i f de prise de vue un prétraitement en ligne, pour i d e n t i f i e r l e s séquen-ces video 05 "il se passe probablement quelque chosert e t l e s stocker de façon sélective. Etant donnée la nature imprévue des évènements à détecter, il est évident que l e s algorithmes de sélection devront admettre un c e r t a i n taux de fausse alarme, mais l'objectif est seule-ment de réduire dans un rapport important (estimé ai p r i o r i en-t r e 10 e t 100) l e volume des enregistrements. Afin de j u s t i - f i e r c e t t e idée d'une manière q u a n t i t a t i v e , un t r a v a i l a été entrepris dans l e s locaux du CESR à Toulouse : l e stock de vi-deo- cas set tes e n r e g i s t r é e s l'été d e r n i e r e s t visu~isépa r d e s étudiants pour é t a b l i r des s t a t i s t i q u e s sur la f r a c t i o n du temps correspondant à des évènements dans l e c i e l nocturne, l e s fréquences d'apparition des avions, s a t e l l i t e s , etc... A p a r t i r des r é s u l t a t s obtenus, il s e r a passible d'estimer l e rapport de réduction du volume des données qu'on pourrait es-pérer avec t e l ou t e l algorithme de prétraitement. L'intérêt de ce type de s o l u t i o n é t a n t apparu dès l e début de l ' é t u d e , e t compte tenu de l ' a p p a r i t i o n t r è s récente des maté-r i e l s à mettre en oeuvre (capteurs opto-électroniques, systè-me de traitement d'images en temps r é e l ) , plusieurs actions ont été prises "en avance de phaseu : - Visites de laboratoires s p é c i a l i s é s en opto-électronique ou aymt à résoudre des problèmes voisins (cf. para. II. 1 .12). Ces v i s i t e s avaient principailement pour buts de se f a m i l i a r i s e r avec l e s techniques modernes de dé-tection optique et de rassembler une documentation i n i - t i a l e sur l e s matériels o f f e r t s sur l e marché. - Stage sur ce sujet pour deux élèves de troisième année de llENSTA. Pour des raisons pratiques, e t à la s u i t e dl un accord entre l e GEPAN e t l e CTME, la première partie de ce stage s ' e s t déroulée en Septembre 1982 à ltETCA. Messieurs Cathala e t Flament ont rassemblé des documen-
  13. 13. tations techniques sur l e s d i f f é r e n t s composants possi-bles de la chdne optique d'une s t a t i o n de détection, et étudié sur l e papier l'esquisse d'une solution pour un cahier des charges (simplifié) donné. Ces travaux ont f a i t l'objet d'un rapport préliminaire (réf. (41 )). La s u i t e de ce stage, de Février à Juin 1983, s e r a consacrée d'une part à l'approfondissement de ce thème, e t d'autre part à une réflexion sur l e s algorithmes de prétraitement en temps r é e l envisageables pour l e tri des séquences à mémoriser. Ces travaux s'appuieront principalement sur l e s t r o i s sources d1 information suivantes : - l e présent rapport, e t notamment l e s paragr-hes qui suivent, - l e rapport de Septembre mentionné precédemment (réf. (41 11, - l e s r é s u l t a t s du dépouillement des video-cassettes du CESR, attendus pour f i n Janvier. .IV..2..2. . .S.p é.c.i f.i c.a t.i o.n .Te.c.hn.iq.ue. d.e. B.es.oi ns. Pour l e système de détection envisagé, l e s spécifications de besoins se classent en deux grandes catégories : - c a r a c t é r i s t i q u e s apparentes des phénomènes que l'on veut pouvoir détecter e t de l e u r s mouvements, - couverture que l ' o n veut r é a l i s e r avec l e système (angle solide pour une s t a t i o n , surface du t e r r i t o i r e couvert pour un réseau de s t a t i o n s ) . La nature-m&me du problème ?osé rend un peu a r b i t r a i r e s l e s valeurs c h o i s i e s pour ces d i f f é r e n t s paramètres, e t il faut s1 attendre de toute façon à devoir f a i r e des compromis tenant
  14. 14. compte de la f a i s a b i l i t é ( l i m i t e de technologie). Dans cet es-p r i t , l e s spécifications proposées ci-dessous r e f l è t e n t l'état des réflexions à la f i n de c e t t e étude, mais seront certaine-ment appelées à évoluer dans l ' a v e n i r si l e développement d'u-ne maquette doit gtre entrepris. Caractéristiques apparent e s des phénomènes : Il s'agit des c a r a c t é r i s t i q u e s observées au sol à l ' e n t r é e du d i s p o s i t i f optique d'une s t a t i o n , indépendamment des contribu-t i o n s respectives des phénomènes eux-memes, de la transmission atmosphérique, de l'éclairement du fond du c i e l , etc... On ca-r a c t é r i s e r a d'abord chacun des paramètres dimensionnants p r i s séparément, puis on décrira un phénomène-modèle,représentatif des problèmes de b i l a n s énergétiques à résoudre. ~&l>-qgul@ye-dgsj&é~o~è~e= : il n'existe pas réellement de limite supérieure, car on peut imaginer un feu de Saint- Elme ou un f l a s h lumineux t r è s proche qui illumine la qua-s i - t o t a l i t é du demi-essace entourant la s t a t i o n . Un grand coup de foudre peut a t t e i n d r e une dimension im-portante dans une direction. Cependant la majorité des phénomènes détectés à grande distance (météores, s a t e l l i t e s ) se présentent comme des sources lumineuses ponctuelles, car seul un télescope per-met d'en apprécier l e s dimensions angulaires. Cette limite i n f é r i e u r e é t a n t l e cas l e plus défavorable au point de vue &ergétique ( l e oixel illuminé à un i n s t a n t ne 1' e s t que partiellement), on la r e t i e n d r a pour d é f i n i r l e phé-nomène- modèle. Spgc-2 l-u@oegx : l e s phénomhes lumineux l e s plus ténus é-mettent une lumière assez blanche (lumière s o l a i r e réflé- . chie par l e s s a t e l l i t e s , par exemple) dont on pourra, pour l e s calculs, rapprocher l e spectre v i s i b l e du stan-dard utilisk pour l a mesure des nagnitudes (Tungstène à 2854 OKJ.
  15. 15. g~~x-i.zs+gtgn& : ce paramètre, e s s e n t i e l pour lai d é f i n i t i o n du matériel r e q u i s , peut v a r i e r dans une t r è s large four-chette. Mesuré en W/m 2 , il e s t directenent l i é à l a magni-tude v i s u e l l e qu' u t i l i s e n t l e s astronomes. En ce qui concerne l e s flux importants, la s t a t i o n peut se trouver exposée de nuit à la pleine lune (magnitude z -15) ou de jour au s o l e i l (magnitude r -26,7), ou encore à un violent é c l a i r , et e l l e doit donc etre protégée en consé-quenc e. En revanche, il n'y a pas de l i m i t e n a t u r e l l e vers l e bas, car il existe probablement des phénomènes lumineux r a r e s aussi ténus que l ' o n veut ( s a t e l l i t e s t r è s l o i n t a i n s , mé-téores minuscules ou bw sur l'horizon, novae,...); plus l e système sera sensible, plus l e nombre d9 observations sera élevé. On peut cependant noter quelques valeurs s i g n i f i c a t i v e s : . Le réseau européen de détection des météorites per-met actuellenient d'atteindre la magnitude O, e t ma-me parfois de la dépasser (+1, +2,..). . De n u i t , la magnitude apparente d'un s a t e l l i t e à dé-filement standard e s t de l ' o r d r e de 2 à 3. . Le système m i l i t a i r e américain GEODSS, qui n'est pas directement comparable, est sensible à des ma-gnitudes de l'ordre de 18,5 ( s a t e l l i t e s géosynchro-nes, à 36000 Km d ' a l t i t u d e ) . -V ikegsg -p&a;irg : indépendamment de s phénomènes q u i , comme la foudre, apparaissent e t disparaissent pratiquement sur place, on peut r e t e n i r quelques valeurs tyyiques pour l e s sources -0nctue1les classiques : . Les é t o i l e s ont une vitesse angulaire *parente de 15 O/h ( r o t a t i o n de la t e r r e ) . . La vitesse anguldre apparente des météores peut va-r i e r de O (cas du aétéore r a d i a l ) à 60 O/s. D'une façon typique, e l l e est de l'ordre d'une dizaine de degrés par seconde, sur une t r a j e c t o i r e de quelques dizaines de degrés dans l e c i e l . . Un s a t e l l i t e à défilement en orbite basse (télédé-tection) a généralement une vitesse angulaire de 1'
  16. 16. ordre de O,5 O/s au zénith ( a l t i t u d e entre 800 e t 1000 Km, durée de l'orbite d'environ 90 m). -V a-ri =t&og ge-f&ux : en dehors de l ' a p p a r i t i o n e t de l a dispa-rition des phénomènes détectés, Ifimage qu'on en reçoit peut présenter des fluctuations radiométriques. En ce qui concerne l e s sources ponctuelles l o i n t a i n e s ( s a t e l l i t e s , météores, é t o i l e s ) il e x i s t e une v a r i a t i o n l e n t e propor-tionnelle a l'inverse du sinus de l ' é l é v a t i o n angulaire, due à l'absorption atmosphérique. Pour l e s v a r i a t i o n s ra-pides, on peut noter l e s points suivants : . Certains s a t e l l i t e s semblent clignoter, en raison des variations de réflexion de la ludère s o l a i r e provoquées par l e u r r o t a t i o n s u r eux-m&mes. La fré-quence de ce phénomène e s t de l ' o r d r e du Hertz en général (tout comme 1,es feux de position des avions). . La v a r i a t i o n de flux la plus rqide enregistrée sur un météore pâr l e réseau européen é t a i t de l'ordre de 100 magnitudes/s. -Ph &n~m&ng-~o~èl-:e à l'aide d'un c a l c u l sinple, on peut justi-f i e r l e choix d'un phénomène-modèle r e p r é s e n t a t i f à la f o i s d'un météore-type et d'un s a t e l l i t e : . En supposant suffisamment basse la fréquence d'é-chantillonnage de l'image (réf.(41), page 11, on constate que l'énergie reçue pas un pixel (point é-lémentaire) est proportionnelle à P/V, où P est la puissance reçue e t v la vitesse angulaire apparente. . La magnitude M varie comme -log(P) par aéfinition. . 2 sources ponctuelles ayant respectivement pour ma-gnitudes Ml et M2, et pour v i t e s s e s angulaires ap-parentes v e t v2, apportent l a meme énergie à un 1 pixel si l'on v é r i f i e : Ml - M2 = log (v2/v1 . Cette é g a l i t é sst v é r i f i é e pour l e s 2 ohénomènes suivants : Ml = 2'5 et V, = 0,4 O/s ( s a t e l l i t e ) M2 = 1 e t v2 = IO O/S (météore)
  17. 17. Comme on l e v e r r a plus l o i n , à b i l a n énergétique égal, l e cas d'une grande v i t e s s e angulaire e s t plus contraignant pour la d é f i n i t i o n des m a t é r i e l s (problèmes de choix de la fréquence video, de rémanence,...). C'est donc c e l u i - l à qui e s t proposé comme modèle de t r a v a i l : Phénomène-modèle = source ponctuelle de magnitude +1 par-courant de n u i t la vofite c é l e s t e à la v i t e s s e apparente de 10 O/s. Couverture à r é a l i s e r : Le but f i n a l e s t de r é a l i s e r un réseau de d é t e c t i o n fournis-sant des données à p a r t i r desquelles on puisse cailculer, par triangulation, la p o s i t i o n e t la t r a j e c t o i r e éventuelle des phénomènes observés dans une c e r t a i n e zone de couverture. . Celle-ci correspond au volume d'un demi-cylindre v e r t i c a l ou-v e r t vers l e haut, d é f i n i par une surface ( i n t e r s e c t i o n de son prolongement avec l e s o l ) e t une a l t i t u d e minimale. Par principe, t o u t phénomène détectable s i t u é dans c e t t e zone de-vrat ê t r e e n r e g i s t r é par au moins deux s t a t i o n s d i s t i n c t e s . Idé a l ement , il s e r a i t s o u h a i t a b l e de c o u v r i r l e s 55 1500 Km 2 du t e r r i t o i r e m é t r o p o l i t a i n , en abAssant l e plus près possi-ble de O la valeur de l'altitude minimale. Il faut cependant t e n i r compte du r e l i e f e t des d i f f i c u l t é s p r a t i q u e s de mise en oeuvre des s t a t i o n s si e l l e s sont t r o p nombreuses. Dans la pratique, avec l ' e x p é r i e n c e acquise s u r l e s réseaux de détection elastaats, il e s t raisonnable de se l i m i t e r aux s p é c i f i c a t i o n s e t c o n t r a i n t e s d'implantation suivantes : - Surface couverte par eu moins 2. s t a t i o n s : a 100000 Khid - Altitude minimale pour la t r i a n g u l a t i o n : 20 Km - Nombre de s t a t i o n s à implanter < 10 Un t e l réseau permettraLt en e f f e t de couvrir la zone nord-nord-e s t de la France en prolongement du réseau européen.
  18. 18. Par a i l l e u r s , si l ' i m p l a n t a t i o n de s t a t i o n s i s o l é e s devait 8- t r e envisagée (repoussant beaucoup plus haut ltaltitude mini-male de couverture Far au moins deux s t a t i o n s ) , il f a u d r a i t imposer comme s p é c i f i c a t i o n de besoin une valeur minimale pour 1 ' angle s o l i d e de couverture dl une s t a t i o n . Compte tenu des expériences r e s p e c t i v e s des réseaux de détec-t i o n des météores e t du CESR de Toulouse, un bon compromis se-rait r é a l i s é avec un champ angulaire minimal de l'ordre de 120° dans chaque d i r e c t i o n ( s o i t 71 stéradians). En marge de c e s s p é c i f i c a t i o n s g é n é r a l e s s u r l a couv~rtureà r é a l i s e r , il f a u t souligner dès l e début des travaux de d é f i - n i t i o n l'intérêt des optiques " p l e i n c i e l n qui couvrent effec-tivement 2Tfstér. (dans l e s l i m i t e s imposées pâr l e r e l i e f ) . Zn e f f e t , ce sont l e s s e u l e s dont on puisse espérer une bonne e f f i c a c i t é vis-à-vis de la foudre, e t en p a r t i c u l i e r des é-clArs nuage-sol qui se trouvent fréquemment au-dessous de 10 Km d ' a l t i t u d e . Une s t a t i o n de détection du type envisagé se présente comme une chdne de sous-ensembles implantés en s é r i e , mettant en jeu des équipements optiques, opto-électroniques e t micro-in-formatiques. A p a r t i r des s p é c i f i c a t i o n s techniques de besoins préliminaires présentées au paragraphe précédent, e t s u r la base des informations r e c u e i l l i e s par l e s stagidres e t au cours des v i s i t e s de l a b o r a t o i r e s , il e s t possible de donner des élhents de d é f i n i t i o n oour chacun des sous-ensembles. Sous-ensemble optique : Il s'agit de ltobjectif placé à l ' e n t r é e de la chaîne optique de la s t a t i o n , e t dont l e s deux paramètres fondamentaux sont l ' o u v e r t u r e e t l e champ angulaire.
  19. 19. L'ouverture conditionne directement lléclairement d e r r i è r e 1' objectif e t , dans la. mesure où l e s diverses aberrations res-tent t o l é r a b l e s , une ouverture aussi grande que possible fa-vorisera un bon bilan énergétique. Cependant, si l'on doit u-t i l i s e r un o b j e c t i f du commerce, l e choix pour ce paramètre r e s t e r a l i m i t é , en p a r t i c u l i e r s'il s ' a g i t d'un t r è s grand an-gle. En ce qui concerne l e champ angulaire (qu'on supposera défini par un c8ne dl angle au sommet 8), la l i m i t e i n f é r i e u r e est dé-terminée par l e s spécifications de besoins en couverture pour l e réseau. La figure ci-dessous i l l u s t r e l e principe du calcul à effectuer, en négligeant l e r e l i e f e t la rotondité de later-re, et en se ramenant à une seule dimension (réseau l i n é a i r e ) . 'C r Stations D est la distance entre s t a t i o n s , h l ' a l t i t u d e minimale à par-tir de l a q u e l l e t o u t point s i t u é au-dessus du réseau (entre l e s v e r t i c a l e s en p o i n t i l l é s ) e s t vu pa~au moins 2 s t a t i o n s . On remarque qu'au-dessus de l ' a l t i t u d e h/2 tout point est vu Fair au moins 1 s t a t i o n ( l e s c h i f f r e s cerclés indiquent pour chaque p e t i t e zone l e nombre de s t a t i o n s qui la couvrent). On verifie la r e l a t i o n : Si on étend l e problème à un réseau bidimensionnel à mailles cairrées, la forme conique des champs angulaires i n t r o d u i t un f a c t e u r c o r r e c t i f égal à 62 (voir f i g u r e c i - c o n t r e ) , e t on véri Ti e : D = h/fi tg(9/2) (coupe horizontale à h)
  20. 20. A t i t r e i n d i c a t i f , l e t a b l e a u s u i v a n t f o u r n i t l e s v a l e u r s p r i - s e s par la distance e n t r e s t a t i o n s D pour quelques v a l e u r s si-g n i f i c a t i v e s de h e t e, exprimée en Hm : Pour s a t i s f a i r e l e s besoins exprimés au paragraphe précédent - (h=20 2 Km, moins de 10 s t a t i o n s pour couvrir 100000 Km 1, on v o i t qu'il f a u t une ouverture d1 au moins 1 70 O , correspondant à une distance e n t r e s t a t i o n s adjacentes d'environ 160 Kiir. Les o b j e c t i f s du commerce de type l'fish-eye", dont l e champ angulaire e s t d1 environ 1800 , sont suffisamment performants du point de vue géonétrique pour &tre envisagés pour la sta-t i o n de d é t e c t i o n (exemple : fish-eye 8 mm: f/2.8 de Nikkon). Capteur / Amplificateur : L ' u t i l i s a t i o n de capteurs opto-électronlques directement der-r i è r e l ' o p t i q u e e s t impossible en r a i s o n de la f a i b l e s s e des f l u x lumineux s p é c i f i é s . En e f f e t , aucun tube de type t é l é v i - sion n'est envisageable (Vidicon, Nocticon, Su9er-nocticon,..) compte tenu de l e u r f o r t e rémanence incompatible avec la de-t e c t i o n de phénomènes sporadiques, e t aucun des d i s p o s i t i f s de type CCD, CID ou diodes cornmutées ne s e r a i t assez sensible. L'étude de d é f i n i t i o n c o n s i s t e r a donc, pour ce sous-ensemble, 5 trouver un montage approprié comportant un amplificateur de b r i l l a n c e s u i v i d'un d i s p o s i t i f de d é t e c t i o n opto-électronique,
  21. 21. LI amplification de la lumière incidente pourra probablement 8tre r é a l i s é e par une ou plusieurs g a l e t t e s de micro-canaux, ou encore à l'aide d'un-amplificateur à vvfocalisation de pro-ximité'' (cf. CR 63/1082). C'est l e calcul final du gain glo-bal de la chdne d'acquisition, tenant compte des pertes, du bruit e t des i n t e r f a c e s , qui permettra de déterminer l e gain requis pour l'amplification de brillance. En ce qui concerne l e s capteurs q u ' i l faudra couyler (proba-blement par f i b r e s optiques) d e r r i è r e 1' amplificateur , il sem-ble que la meilleure solution consiste en une matrice de CCD ou de comrnutés. Il n'est, en e f f e t , pas envisageable de recou-rir à une b a r r e t t e monodimensionnelle qui b a l a i e r a i t la surfa-ce u t i l e , comme cela est r é a l i s é dans plusieurs caméras CCD : 1' énergie reçue par un pixel se trouverait a l o r s divisée par l e nombre de l i g n e s d'une image, ce qui s e r a i t en contradic-tion avec la recherche d'une s e n s i b i l i t é acceptable pour la s t a t i o n ( e t probablement d i f f i c i l e 5 a t t e i n d r e !). Les commutés (Reticon par exemple) semblent plus performants que l e s CCD sur plusieurs points (conditions d'éclairage moins c r i t i q u e s , plus grande dynamique, meilleure précision, meilleur rapport signal/bruit), mais sont plus lents. De nombreuses ré-férences techniques sont c i t é e s dans l e rapport des stagiaires (réf . (4 1 ) ) . On r e t i e n d r a que l e s natrices actuellement dispo-nibles sur l e marché ont une t a i l l e maximale d'environ 500~400 pixels, e t que leur s e n s i b i l i t é peut ê t r e considérablement a-méliorée si on l e s r e f r o i d i t (diminution exponentielle du cou-rant d' obscurit é avec la température pour l e s CCD). Deux paramètres sont particulièrement importants à calculer en prenant en compte la t o t a l i t é de la chalne optique e t opto-électronique : a - l'angle solide associé à un pixel : l'énergie reçue par ce pixel l o r s de l'apparition d'un nphénomène-modèle" en dépend (bilan énergétique), a i n s i que la précision de l o c a l i s a t i o n e t de trajectographie (sur ces points, au-cun besoin q u a n t i t a t i f n'a été formulé, car de toute é-vidence il faudra f a i r e "le mieux possible").
  22. 22. 9n p a r t i c u l i e r , un compromis devra p eut-8tre &tre trouvé e n t r e l e champ angulaire de l'objectif e t la t a i l l e en p i x e l s de la matrice retenue, - la fréquence de l e c t u r e des images : pas t r o p haute pour ne pas dégrader l e b i l a n énergétique de chaque pixel (cf. réf.(41) page 41, e l l e d o i t 8tre s u f f i s a n t e pour suivre l e s v a r i a t i o n s e t l e s mouvements éventuels des phénomè-nes détectés. Comme il e s t hors de question d'envisager une fréquence assez haute pour décomposer l e s étapes de formation des é c l a i r s , il semble, au vu du réseau canadien MORP de dé-t e c t i o n des météores ( c f , para. III,~,~.), qu'une valeur de quelques Hertz p o u r r a i t convenir. Ce paramètre conditionne directement, en aval, l e volu-me des données stockées, pour une séquence d'une durée totale donnée. Bien que peu d'informations a i e n t é t é r e c u e i l l i e s jusqulici s u r ce point, il sera i n t é r e s s a n t de chercher si une s o l u t i o n technique ne nécessitant pas une double conversion photons/&- l e c t r o n s e s t envisageable. Il en résulteraiit certainement une amélioration notable de la FTM (Fonction de Transfert de Modu-l a t i o n ) du système. Prétraitement en temps r é e l : Ce sous-ensemble e s t à la f o i s l e plus c r i t i q u e e t l e plus o-r i g i n a l du système. Il comporte principalement une conversion numérique des images, l e u r soumission à des algorithmes de dé-cision e t un d i s p o s i t i f de stockage s é l e c t i f de séquences por-teuses d'informations u t i l e s . Le fait de numériser e t de f a i r e l i r e 5 un calculateur en temps r é e l un s i g n a l video n'a r i e n d'utopique a l'heure a c t u e l l e , surtout si la fréquence video choisi+ e s t nrttement i n f é r i e u r e
  23. 23. au standard de 25 Hz. Une étude du marché mondial des consoles de traitement dlimages e f f e c t u é e pær l'auteur a permis de vé-r i f i e r que p l u s i e u r s constructeurs o f f r e n t en standard des couplages d'entrée video, e t d e s processeurs de traitement en temps r é e l des séquences d'images numérisées (par exemple, la console américaine VICOM sur l a q u e l l e se connecte la caméra CCD développée pax 1'INRIA : cf. CR 61/0982). Les algorithmes qui devront déterminer l e début e t la f i n des séquences "probablement i n t é r e s s a n t e s " effectueront des compa-r a i s o n s e n t r e trames successives, e t pourront donc déterminer a p o s t e r i o r i qu'une séquence à stocker a comaencé ou s'est terminée quelques trames plus t8t. Ce type de s t r a t é g i e impli-que nécessairement que t o u t e s l e s images reçues soient mémori-sées temporairement sur une mémoire-tampon c i r c u l a i r e dont il faudra déterminer la nature e t la t a i l l e . A p r i o r i , il pour-rait s'agir typiquement de 4 némoires vives d'images au for-m a t standard de 512 x 512 p i x e l s (un peu plus grand que la t a i l l e d'une matrice CCD courante de type F a i r c h i l d 221). Le point de départ du prétraitement c o n s i s t e en un caicul de la différence e n t r e chaque trame et celle qui la précède. L' étude pourra s'inspirer dans une c e r t a i n e mesure de la métho-de u t i l i s é e pour l e système m i l i t a i r e amiéricain GEODSS (cf. para. 11.4.1, e t de la; logique de décision implantée dans l e s s t a t i o n s du réseau NORP (cf. para. 111.3.3.). Le développement e t la mise au point des l o g i c i e l s devront 8- t r e e f f e c t u é s sur un système i n t e r a c t i f de traitement d'ima-ges, ma3.s l ' i m p l a n t a t i o n du sous-ensemble opérationnel s e r a r é a l i s é e sur un ou p l u s i e u r s micro-processeur(s). L1op~ortuni-t é de tabler, par exemole, l'opération de s o u s t r a c t i o n de tra-mes consécutives devra &tre étudiée. En ce qui concerne l e sup~ort à c h o i s i r pour e n r e g i s t r e r l e s séquences i n t é r e s s a n t e s , l'étude de d é f i n i t i o n devra t e n i r comp-t e des volumes de données attendus. Le choix se f e r a entre un YU-port inf3rrnatique nagnétique (bande CCT 5 6250 bpi par exem- ?le) e t un support video classique (moyennant une reconversion en l i g n e ) .
  24. 24. Procédures de c a l i b r a t i o n : Pour permettre aux u t i l i s a t e u r s de ce système de t i r e r l e meilleur p a r t i des données images e n r e g i s t r é e s , il faut ?ou-voir l e u r f o u r n i r des données a u x i l i a i r e s de calibration. C e l l e s - c i s o n t n6cessaires pour e f f e c t u e r des c o r r e c t i o n s de deux c a t é g o r i e s : - Corrections géométriques : l e premier ~roblème consis-t e à calibrer l e s déformations géométriques i n t r o - d u i t e s par l e sous-ensemble optique. Pour c e l a , on produit l'image d'une f i g u r e géométrique simple (ré-seau de p o i n t s é q u i d i s t a n t s , oar exemple), e t on dé-d u i t des déformations observées e t mesurées sur l'i-mage un modèle mathématique dont on se s e r t e n s u i t e pour "redresserw l e s images. Le second problème concerne la FTM de la chaîne op-tique globale, que l'on peut dvaluer en observant des mires, e t grâce à l a q u e l l e on peut améliorer l e c o n t r a s t e des images par déconuolution. Bien q u ' e l l e s ne doivent pas v a r i e r beaucoup avec l e temps, l e s données de c a l i o r a t i o n de c e t t e caté-gorie devront gtre v é r i f i é e s de temps en temps, car c e r t a i n e s évolutions d'origine thermique ne s o n t p a s exclues. - Corrections radiométriques : e l l e s sont de deux natures. D'abord, des corrections r e l a t i v e s peuvent ê t r e ap-pliquées à chaque pixel sous la forme d'une FTL (fonc-t i o n de t r a n s f e r t de luminance) obtenue par calibra-tion e t codée sous forme de quelques points. Ensui-t e , des c o r r e c t i o n s globales peuvent 3tre apportées à l'ensemble des p i x e l s d'une image. Les données de c a l i b r a t i o n de c e t t e nature sont obtenues en obser-vant des sources lumineuses calibrées (ou l'obscuri-tg). E l l e s doivent 8tre remises à jour périodiquement. Des procédures de c a l i b r a t i o n devront donc ê t r e a i s e s au point, ainsi que des sources c a l i b r é e s , mires, etc... Les données cor-respondantes seront stockées coame des images p a r t i c u l i è r e s .
  25. 25. Réduction des données : Le traitement en temps d i f f é r é des données stockées dans l e s s t a t i o n s ne fait pas p a r t i e du s u j e t de 1' &tude. Il e s t seu-lement évoqué i c i pour mémoire. Les données p r é t r a i t é e s consistant en séquences d'images bru-t e s comportant, avec une c e r t a i n e probabilite, des phénomènes aérospatiaux r a r e s , il faudra f o u r n i r aux s p é c i a l i s t e s des d i f f é r e n t e s c l a s s e s de ~h4nomènes concernées l e s moyens d'ex-p l o i t e r ces images . Sans e n t r e r dans l e s d é t a i l s , on peut i-d e n t i f i e r 3 c a t é g o r i e s d'outils informatiques à prévoir : - O u t i l s i n t e r a c t i f s c l a s s i q u e s dv manipulation e t de trai-tement d'images numériques ( écran, c l a v i e r , o u t i l de dé-s i g n a t i o n sur image, l o g i c i e l i n t e r a c t i f ) pour é t u d i e r qualitativement les phénomènes. - Logiciels de c o r r e c t i o n à l'&de de données de caïibra-tion en vue de mesures f i n e s sur des images. - Logiciel de réduction d e s données de t r a j e c t o g r a p h i e : désignation e t positionnement dans l'espace e t dans l e temps des >bénornènes, triangulation e n t r e vues i s s u e s de s t a t i o n s d i f f é r e n t e s , etc... -IV-.2.-4. - -Ca-l e-n d-r i-e r- e-t -co-ht-s . Il e s t c l a i r qu'à ce stade, l e s propositions de cdendrier e t l e s estimations des codts ne peuvent ê t r e que t r è s approxima-t i v e s . Compte tenu des i d é e s e t des pro j e t s au moment de la rédaction de ce rapoort, l e schéma à envisager p o u r r a i t etre l e suivant : - Février à J u i n 1983 : 4 mois de f i n de stage pour l e s 2 s t a g i a i r e s de 1'ZNSTA com-ortant une première appro-che du prétraitement (algorithmique), e t la prépara-t i o n d'une s p é c i f i c a t i o n technique de besoins plus
  26. 26. précise e t d'un premier d o s s i e r j u s t i f i c a t i f ( s u r la base des données du CES% - Zté 83 à é t é 85 : thèse de Docteur-Ingknieur portant s u r l ' é t u d e e t la r é a l i s a t i o n (plus ou moins complète en fonction de la main-d'oeuvre techinique disponible) d'une maquette. A ce s t a d e , la patrtie informatique pourradt ê t r e implantée en l o g i c i e l sur un système à usage général. P r i x du m a t é r i e l r e q u i s : de l ' o r d r e de 200 à 300 KF, - Eté 85 à é t é 86 : r é a l i s a t i o n d'un orototype 1 c%blé. - Eté 86 à f i n 86 : expérimentation du prototype 1 (au Pic du Midi ou au CERGA) . - Fin 86 à é t é 87 : isise à jour du prototype 1 e t récelisa-t i o n du prototype 2. - Eté 87 à f i n 87 : expérimentation simultanée des proto-types 1 e t 2 (-.sur 2 sites eloignés l'un de l'autre). (.*o.) D'une façon t r è s générale, au vu des r é s u l t a t s de c e t t e étude, il e s t recommandé de prendre des a c t i o n s concrêtes e t si possi-ble rapides dans l e s 3 axes suivants : - Prendre contact avec l e LDG et l e s responsables .des ré-seaux de d é t e c t i o n électronagnétique de la foudre en Eu-rope (Benelux e t s u r t o u t R.F.A.), pour d é f i n i r des pro-cédures d'échange d'information, voire de p a r t i c i p a t i o n , e t acquérir un s a v o i r - f a i r e s u r ce mode de détection. - Encourager par tous l e s moyens des u n i v e r s i t a i r e s à se charger de la gestion d'une ou deux s t a t i o n s de d é t e c t i o n
  27. 27. photographique de météores du type "Ceslechatt , qu'il fau-d r a i t instiller dams l e nord-est pour l e s r a t t a c h e r au réseau européen e t u t i l i s e r , au moins dans un ~remier temps, l e système de réduction des données Tchèque ou ce-l u i des Allemands. - Lancer l ' é t u d e d'une s t a t i o n de d é t e c t i o n optique à stoc-kage s é l e c t i f de données, au minimum jusqulâ la réalisa-t i o n d'une maquette. Son i n t é r ê t p o t e n t i e l pour la détec-t i o n des s a t e l l i t e s pourra éventuellement j u s t i f i e r une participation de la DGA aux codts de développement.
  28. 28. R E F E R E N C E S OOOOOOOOOOOOOOOCOOO ( 1 ) "L' étude des phénomènes aérospatiaux n o n - i d e n t i f i é s - 1977-81 : R é s u l t a t s e t perspectives", D0.c. de travail n04. (21 Plaquette de présentation du GEPAN (1982). 3 ) "2ème s é r i e d'avis e t recontnandations du Conseil scien-t i f i q u e du GEPAN" (07/06/78). (4 1. llAvis e t recommandations du Conseil s c i e n t i f i q u e du GEPAN" (21/01/82). (5) Annuaire du CNRS : Sciences de la t e r r e , de l'océan, de 1' atmosphère e t de 1' espace ( 1980). (6) Plaquette de présentation du système CAUTRA I V , éditée par l e STNA (Ministère des t r a n s p o r t s ) . (7) "Comment prévoit-an l e temps ?", brochure d'information de la Météorologie Nationale (Mars 75). (8) "L'armement", b u l l e t i n d'information e t de l i a i s o n , no 68 (~écembre 81 ). (9) "La foudr e : e f f e t s à distan~e~J.~ ,H amelin e t C, Letein-t u r i e r , L'écho des recherches no 109 ( J u i l l e t 82), p. 15 à 22. (10) Rapport d ' a c t i v i t é CRPE pour 1980 (filote technique CRPE/ 105). (111 "5tude expérimentale de la rgpartition des traînées mé-t é o r i q u e s dans la haute atmosphèren, thèse de 3ème cycle de P. Robert, Université de Paris V I (10/06/74). (12) "A very-aide-field, high luminosity and high s p e c t r a l resolution camerai'?, G. Courtès, J.P. Sivan e t M. Saisse, Astronomy and Physics 97, o. 334-341 (1983).
  29. 29. "Optical systems f o r UV space researches", G. Courtès, IAU symposium no 41 i n Munich (Aoht 70) : New Techniques i n space Astronorny, p. 273-301. lrCaméra TELEPHOT" - CNRS, Observatoire de Haute-Provence - H. Fehrrnbach e t J.L. Chevassut - LA-032 (Novembre 81). "Le CERGAM, brochure de présentation (1981). "La s c i n t i l l a t i o n des é t o i l e s comme diagnostic à distan-ce de la turbulence atmosphériquer1, thèse d'Et& de J. Vernin, Université de Rice (21/02/79). "Les météorites", P. Nolot, Mondes e t minéraux no 23 ai-Juin 78), p. 512-520. ItRadarmét éorologie-T élédét ection a c t i v e de 1' atmosphèrert, H. Sauvageot , Ed. Eyrolles e t CNET-ENST 1982. " I n t e r n a t i o n a l d i r e c t o r y of amateur astronoaicâl socie-tiesw, A. Heck e t J. Manfroid ( a u t e u r s e t é d i t e u r s ) . "Dossier Persades 198011, Ciel e t Espace no 182 (Juillet- Aodt 81). lrL1observation des perse?desW, P. Kohler, Ciel e t Espace no 188 (Juillet-~obt 82). "La foudr e en boule", document inte~ned e synthè s e du GE PAN. IlNASA Proceedings : Workçhop on the need f o r l i g h t n i n g observations f rom spacelr (NASA CP-2095 > , L. S. Christ ensen, W. F r o s t , W.W. Vaughan (Février 79). "NASA/MSFC FY-81 Atmospheric Processes Research Reviewn (NASA Conference publication 2204), R.E. Turner (Septem-bre 81 ). "Meteorological s a t e l l i t e s - Past, present and futuren (NASA Conference Fublication 2227), Proceedings of the
  30. 30. session on aeteorologicd s a t e l l i t e s at AIAA, 20th Aero-space Sciences meeting (Janvier 82). 113imultaneous observations of lightning r a d i a t i o n s from above and below cloudsw, ?JBIr,o ok, R. Tenni s , Ca Rhodes, P, Xrehbiel, B, Vonnegut e t O.K. Vaughan Jr., Geophysi-c a l Research Le t t e r s , vol . 7, no 4 , p. 267-270 (~vri8l0 ). "80-1 934-CP Thunderstorm overf l i g h t programI1 , O .Ho Vaughan Jr., B. Vonnegut, R. Orville, M. Brook, R. Tennis, C. Rhodes et D, Rust, AIAA Sensor systems for the 80's con-ference (2 au 4/12/80). llDetection of lightning Superboltstl, B.N. Turman, Journal of Geophysical Research, vol. 82, no 18, p. 2566-2568 (Juin 77). tlAnaiyçis of lightning data from the DMSP s a t e l l i t e w , B. N. Turnran, Journal of Geophysical Research, vol. 83, no CIO, p. 5019-5024 (Octobre 78). "Global lightning f l a s h frequency", R.E. Orville e t D.1, Spencer, Monthly Weather Review, vol. 107, p. 934-943 ( J u i l l e t 79). "Global d i s t r i b u t i o n of midnight lightning - September to Hovember 19 77", R.E. Orville, Xonthly Weather Review, vol. 109, p. 391-395 (Février 81 ), "Tape recorder photocell instrument Îor detecting and recording lightning strokes", R.F. Griffiths e t B. Vonne-gat, Weather, p. 244-257 (~oflt 751. "Modified cine sourtd camera for photographing thunder-storms and recording lightning", B. Vonnegut e t R.E. P a s s a r e l l i Jr., Journal of Applied Meteorology , vol. 17, no 7, p. 1079-1081 ( J u i l l e t 78). llNi&ttime/daytine optical survey of lightning and con-vective phenomena ex-eriment (NOSL)", B. Vonnegut, O.H. Vaughan Jr. et M. Brook, NASA Technical memorandum 78261 (Février 80).
  31. 31. (35) "Multiple fa11 of Pribraas meteorites photographed", C. 3agolia, N. Bhandari, IV. Sinha, J.N. Goswami, D. Ld, J.C. Lorin, P. Pellas, Bull. Astron. Inst. Czechosl. 31, p. 51-58 (1980). (36) "Lost City meteorite - Its recovery and a cornparison with other fireballsT1, R.E. Mc Crosky, A. Posen, G. Schwartz et C.Y. Shao , Journal of Geophysical Research, vol. 76, no 17, p. 4090-1;108 .(l971). (3?), tlFirebàlls and heights : a diagnostic for the s t r u c t u r e of meteoric material", 2. Ceplecha e t R.E. Mc Crosky, Journal of Geophysics, vol. 81, no 35, p. 6257-6275 (1976). (38) nPrairie network fireball data - Trajectories and light curvesH, R.E. Mc Crosky, C.Y. Shao e t A. Posen, Center for Astrophysics, Preprint series no 721 ( f o r Neteoritika, USSR), Avril 77. (39) "The GEODSS dif ference", J.K. Beatty, Sky and Telescope, P. 469-473 ( M a i 82). (40) llGSODSS astronomicaJ data syst em demonstrationw , S.H. Magon, Notice of research project, University of Washing-ton. (41) "Système de détection de phénomènes aérospattiaiux r a r e s (Résumé du mois de Se~tembre)", rapport de !JIM. Cathala e t Flament (30/09/82). .
  32. 32. SOMMAIRE DU VOLUME No 5 I.V. SOLUT IONS PROPOSEES IV. 1. U t i l i s a t i o n de systèmes existaints IV.l.l. Systèmes français existants IV.1 .2. Pro j e t s français IV. 1.3. Syst &mes étrangers IV.2. Etude d'un système original de détection optique R E F E R E N C E S Principe de l'archivage s é l e c t i f Spécification Technique de Besoins Caractéristiques apparentes des phénomènes Couverture à r é a l i s e r Eléments de d é f i n i t i o n préliminaire Sous-ensemble optique Cæ~teur/ Ampl i f icateur Prétraitement en temps r é e l Procédures de calibration Réduction des données Calendrier e t coQts Recommandations f i n a l e s F. Louange

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