Le choix de la longueur d’onde a un impact sur la disponibilité des canaux télécoms notamment en cas de brouillard : la disponibilité d’une liaison FSO sera augmentée en hiver en utilisant une longueur d’onde infrarouge moyen (λ = 4 µm et λ = 10 µm) au lieu d’une longueur d’onde infrarouge courte (λ = 1,55 µm). Nous avons par exemple vu dans ce chapitre qu’une liaison télécom à λ = 4 µm ou
λ= 10 µm gagne 30 heures de fonctionnement pour le mois de janvier 2017 à Vélizy-
Villacoublay. A noter que le mois de janvier était un mois avec beaucoup de faibles visibilités. Ce résultat montre les perspectives très intéressantes de l’utilisation de la longueur d’onde infrarouge moyen pour les futures liaisons FSO.
Dans ce chapitre, nous avons présenté la simulation d’une transmission sur une ligne de visée horizontale de 4 km, à basse altitude (40 m) en milieu urbain. Nous avons utilisé le logiciel de transfert radiatif MATISSE, qui intègre de nombreuses bases de données comme celles des aérosols et des profils atmosphériques. Nous avons développé un calcul de bilan de liaison en spécifiant la puissance émise, ici 70 mW. Ensuite, nous avons décrit et calculé les différents bruits de détection et estimé le BER de liaison FSO pour trois longueurs d’onde. Enfin, nous avons calculé et discuté la disponibilité de ces liaisons FSO pour les trois longueurs d’onde envisagées, à l’aide d’une base de données météo de visibilité annuelle.
On a pu en déduire que ce sont les liaisons à λ = 4 µm et λ = 10 µm qui ont les meilleures disponibilités. Cependant c’est la longueur d’onde λ = 4 µm que nous allons privilégier car c’est la liaison qui est la mieux transmise des trois liaisons.
Avec la version 3.6 de MATISSE qui sera lié aux bases de données Météo France, il sera possible d’évaluer des profils atmosphériques statistiques sur une longue période (5 ans) et partout dans le monde avec une assez bonne résolution spatiale (quelques
kilomètres en Europe occidentale). Cela permettra d’évaluer la disponibilité des liaisons FSO pour de nouvelles conditions comme la pluie et la turbulence qui seront ajoutées aux bases de données de particules déjà présentes. En effet l’atmosphère est un milieu complexe avec des caractérisations couplées de la turbulence et de l’atténuation c’est donc une piste à étudier dans le futur.
4. Base de données SCINDAR
Sommaire
4.1 Le but du SCINDAR . . . 82 4.1.1 Un profilomètre de la turbulence . . . 82 4.1.2 L’intérêt du SCINDAR pour une liaison télécom . . . 82 4.1.3 Créer une base de données pour les liaisons horizontales pour
différents sols et conditions météorologiques . . . 82 4.1.3.1 Les deux localisations de l’expérience . . . 82 4.1.3.2 Variabilité des conditions météorologiques . . . 84 4.2 Fonctionnement et informations délivrées par le SCINDAR . . . 84 4.2.1 Émission . . . 84 4.2.2 Réception . . . 85 4.2.3 L’enregistrement des données et pré-traitement . . . 86 4.2.4 Les mesures d’intensités et de pentes . . . 87 4.2.4.1 Les fenêtres mobiles . . . 87 4.2.4.2 Intensité . . . 87 4.2.4.3 Pentes . . . 88 4.3 Traitement des données d’intensités (Meudon) . . . 88 4.3.1 Temps de cohérence de l’intensité . . . 89 4.3.2 Étude des évanouissements (ou fadings) . . . 91 4.4 Estimation du temps de cohérence de la phase . . . 92 4.5 Conclusion et Perspectives . . . 94 Ce chapitre a pour objectif dans un premier temps de spécifier le but de l’ins- trument SCINDAR (SCINtillation Detection And Ranging) ainsi que de décrire les campagnes de mesures associées. Les sections suivantes développeront plus en détails l’instrument et les modèles numériques utilisés pour le traitement des données. Et nous finirons sur le traitement numérique effectué pour déterminer les différents temps de cohérence du canal pour deux conditions climatiques différentes.
4.1. Le but du SCINDAR
4.1.1. Un profilomètre de la turbulence
L’instrument SCINDAR développé au sein de l’ONERA est capable de mesurer le profil de l’intensité de la turbulence atmosphérique locale via la constante de structure de l’indice de réfraction C2
n, pour des lignes de visées horizontales de
plusieurs kilomètres.
Il est composé d’un analyseur de surface d’onde Shack Hartmann (SH) infrarouge qui vise deux sources coopératrices placées à distance. L’utilisation de l’infrarouge dans le cas de la caractérisation de la turbulence a l’avantage de rendre l’instrument moins sensible à la saturation des indices de la scintillation. Grâce à cela on peut déterminer un C2
n distribué le long d’une ligne de visée horizontale de plusieurs
kilomètre et proche de la surface, là ou turbulence est la plus intense. Cette capacité à obtenir un C2
n distribué horizontal est très originale car pour l’instant on ne lui
connaît pas de concurrent ; en effet les scintillomètres mesurent une valeur de C2
n
intégrée le long de la ligne de visée et les LIDARS délivrent un valeur indirecte, un rapport signal sur bruit, et dont le bruit est issu de la cible visée et non de la turbulence traversée par le laser [Belen’kii et al.2000].
4.1.2. L’intérêt du SCINDAR pour une liaison télécom
Connaître la variabilité de la force de turbulence le long d’une ligne de visée horizontale, en particulier les turbulences localisées au-dessus des sols est très intéressante pour des liaisons de télécommunication horizontales. En effet cela permettra de connaître et comprendre l’impact de la topographie du sol ainsi que celui des variations des conditions de turbulence suivant le cycle diurne.. Dans le cadre de cette thèse les données provenant des campagnes de mesure SCINDAR ont été utilisées pour caractériser l’évolution temporelle du canal de télécommunications en espace libre.
4.1.3. Créer une base de données pour les liaisons horizontales
pour différents sols et conditions météorologiques
Trois campagnes de mesures ont eu lieu au cours des 10 dernières années. Cela a permis de créer et d’enrichir une grande base de données de turbulence avec des conditions météorologiques et topographiques différentes.
4.1.3.1. Les deux localisations de l’expérience
La première campagne de mesure a eu lieu du 12 septembre 2012 au 22 octobre 2012 dans la commune de Lannemezan, située dans le département des Hautes Pyrénées. Le système de réception comprenant le SH présenté plus bas était installé au Centre de Recherches Atmosphériques (CRA) de Lannemezan et le système
d’émission, avec les deux lampes halogènes, dans le clocher de l’église de la commune de Campistrous. La ligne de visée avait une longueur de 2,7 km avec une hauteur moyenne de 22 m au-dessus du sol.
Figure 4.1. – Ligne de visée horizontale pour l’expérience de Lannemezan. Comme on peut le voir sur la photo satellite de la Figure4.1 la ligne de visée traverse principalement des champs, quelques bosquets et habitations éparses.
La deuxième campagne de mesure a eu lieu du 13 octobre 2015 au 30 octobre 2015 et et la troisième campagne du 10 juin 2016 au 28 juillet 2016. Elles se sont déroulées entre la tour solaire de l’observatoire de Meudon et le centre ONERA de Châtillon, tous les deux situés dans le département des Hauts de Seine. La ligne de visée horizontale avait une longueur de 4,2 km avec une hauteur moyenne de 40 m au-dessus du sol. Comme on peut le constater sur la photo satellite Figure 4.2, la ligne de visée survole une mosaïque de zones urbaines très denses et de zones boisées alors qu’à Lannemezan le sol est beaucoup plus homogène.
Figure 4.2. – Ligne de visée horizontale pour l’expérience de Meudon-Châtillon. On peut noter que l’environnement entre les deux sites est très différent. A Lannemezan nous sommes en zone rurale avec une densité de population et une
pollution plus faibles que sur la campagne de mesure Meudon-Châtillon, au sein d’une des zones les plus densément peuplée et polluée de France.
4.1.3.2. Variabilité des conditions météorologiques
Lors de la campagne de mesure de Lannemezan la météo était majoritairement ensoleillée avec des jours nuageux. La température durant cette campagne a varié entre 10°C et 23 °C avec une vitesse du vent comprise entre 1 et 4 m/s.
Lors de la campagne d’octobre 2015 de Meudon-Châtillon, il y a principalement eu deux conditions météorologiques. Une partie des mesures ont eu lieu par temps nuageux voir brumeux et l’autre partie par temps ensoleillé. La température a varié entre 6°C et 26°C et la vitesse du vent entre 0,5 et 4 m/s.
Lors de la campagne de juin-juillet 2016 de Meudon-Châtillon, les conditions météorologiques ont été très variées avec des phases de pluie, des phases nuageuses ou bien encore des phases ensoleillées. De plus une partie des mesures ont été faites de nuit. La température durant cette campagne a varié entre 8°C et 33 °C avec une vitesse du vent comprise entre 0,8 et 6 m/s.
Les variabilités d’environnement et des conditions météorologiques lors de ces trois campagnes apportent une richesse très importante afin de mieux cerner les effets de turbulences sur des lignes de visée horizontales.