Etude d'un lidar doppler impulsionnel à laser Erbium fibré pour des mesures de champ de vent dans la couche limite de l'atmosphère

par Matthieu Valla

Thèse de doctorat en Électronique et communications

Sous la direction de Pierre Flamant.

Soutenue en 2005

à Paris, ENST .


  • Résumé

    Un travail de thèse a été entrepris pour la réalisation d'un anémomètre laser cohérent impulsionnel pour la mesure de champ de vent résolue en distance dans la basse atmosphère. Lors de sa propagation, l'impulsion permet de sonder graduellement l'atmosphère dans le sens ascendant. Il est ainsi possible de résoudre en distance la mesure de vitesse en découpant l'analyse du signal rétrodiffusé en multiples fenêtres temporelles. L'originalité de ce travail de thèse est l'utilisation d'une source laser fibrée 1,55 µm en régime impulsionnel nanoseconde. La technologie Erbium fibrée permet la réalisation d'instruments fiables, compacts et à sécurité oculaire. Un simulateur de performance instrumentale permet de calculer le rapport porteuse sur bruit d'un lidar mono ou bistatique, utilisant des configurations de faisceaux gaussiens tronqués avec ou sans turbulence atmosphérique. Pour la turbulence, le simulateur utilise un code de propagation par écran de phase. Le calcul exact de la borne de Cramér-Rao permet de dimensionner les performances du traitement numérique associé à l'instrument. Cette partie comporte un travail de modélisation fine du spectre du signal lidar qui met en évidence une forme de " spectral leakage " lié à la décorrélation du signal due à la nature impulsionnelle de l'instrument. La disponibilité d'une source de 20 µJ a permis la réalisation d'un prototype permettant la mesure simultanée de trois cases distances jusqu'à 130 mètres de distance et de valider par l'expérience le travail de modélisation entrepris au cours de cette thèse.

  • Titre traduit

    Study of a pulsed doppler lidar based on an erbium fiber amplifier for wind field measurements in the boundary layer of the atmosphere


  • Résumé

    A PhD work has been undertaken for the realization of an impulse coherent laser anemometer for the measurement of wind field solved in distance in the lower atmosphere. During its propagation, the pulse gradually probe the atmosphere in the ascending direction. It is thus possible to realize a distance resolved velocity measurement by cutting out the analysis of the signal retrodiffused in multiple temporal windows. The originality of this PhD work is the use of a 1. 55 µm erbium fiber amplifier in a nanosecond pulsed mode, which allows the realization of compact and reliable instruments, with ocular safety. The instrumental simulator calculates the carrier to noise ratio of a mono or bistatic lidar, using configurations of truncated Gaussian beams with or without atmospheric turbulence. In order to account for atmospheric turbulence, the simulator uses a screen phase propagation code. The exact calculation of the Cramér-Rao lower bound allows us to predict the performances of the digital processing associated with the instrument. This part contains a fine model of the spectrum of the lidar signal which highlights a form of "spectral leakage" related to the decorrelation of the signal due to the pulsed nature of the instrument. He availability of a laser able of 20 µJ pulses allowed the realization of a prototype which was able to make three simultaneous measurements at distances up to 130 meters, thus giving us the opportunity to validate by the experiment the spectrum model undertaken during this PhD work.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2005 par École nationale supérieure des télécommunications à Paris

Étude d'un lidar doppler impulsionnel à laser Erbium fibré pour des mesures de champ de vent dans la couche limite de l'atmosphère


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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : APublication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.169-172

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Télécom ParisTech. Bibliothèque scientifique et technique.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 3.458 VALL

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05 ENST 0030
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.
Cette thèse a donné lieu à 1 publication .

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2005 par École nationale supérieure des télécommunications à Paris

Informations

  • Sous le titre : Étude d'un lidar doppler impulsionnel à laser Erbium fibré pour des mesures de champ de vent dans la couche limite de l'atmosphère
  • Dans la collection : ENST , 2005 , 0751-1353
  • Détails : 1 vol. (XII-172 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-172
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