Données liées au LiDAR

Comme indiqué précédemment les profils LiDAR reçus résultent d’une moyenne temporelle sur 600 profils (d’environ une seconde chacun) et d’une moyenne spatiale évolutive (cf Tableau 5.3) de ce que fournit la carte de comptage.

Les derniers canaux de la carte de comptage correspondant aux altitudes entre 25.365km et 30.72km sont moyennés pour fournir une unique valeur représentant le bruit du profil. Un écart type pour chaque canal est également calculé et on reçoit donc pour chaque profil LIDAR un profil de l’écart type. Son calcul est basé sur la formule de Koenig :

σ= q

X²−X² (5.1)

Deux variables temporaires sont initialement créées et les étapes suivantes sont effectuées, après avoir moyenné spatialement le signal, à chaque nouveau cycle i (c’est à dire à l’accumulation par la carte de comptage du signal rétrodiffusé de 4096 tirs, correspondant à 1 profil LiDAR) :

C1 =C1+Xi

C₂ =C₂+X_i² (5.2)

5.1. Contexte et type de données 113

18km 801→ 1200 sur 8 canaux 120m 50

18.015km →

25.35km 1201→ 1690 sur 14 canaux 210m 35

Total des canaux moyennés pour un profil 380 TABLEAU 5.3 – Moyenne spatiale évolutive appliquée aux données fournies par la carte de comptage.

Le profil moyen et l’écart type sont alors obtenus de la façon suivante : Pmoy= C1

L’application au profil final d’une moyenne spatiale différente selon les zones d’altitude va conduire à l’apparition de "marches" entre ces zones, dont l’amplitude est, en cas de stabilité du signal (fond de ciel et/ ou signal utile, cf Annexe G) proportionnelle à

rnz+1

nz

, où nz+1 et nz correspondent respectivement au nombre de canaux compactés dans deux zones d’altitude consécutives.

Enfin dans le même fichier à la suite de ces profils sont répertoriées différentes informations techniques concernant le système, telles que les températures précé-demment citées (cf Tableau5.2).

5.1.3.2 Mesures et corrections

Avant d’étalonner les mesures, plusieurs corrections ont été appliquées au signal brut. Elles ont été précédemment décrites en détail (cf Part.1 3.1), et sont donc succinctement rappelées ici dans l’ordre d’application :

• correction de l’undershoot : cette correction ne concerne que les profils pré-sentant un signal intense (et donc souvent bas en altitude) entrainant une perte de signal sur plusieurs dizaines de canaux (cf AnnexeE).

• correction de la saturation du détecteur (cf Annexe E) : un temps mort de 22ns a été utilisé pour la campagne Barneo et 22ns pour la campagne N-ICE. Si un signal dépasse la valeur maximale indiquée par le fournisseur du

détecteur (34.5 Mc/s pour l’APD déployé à Barneo), alors la correction n’est pas appliquée et les valeurs des canaux concernés sont changées en "NaN".

• correction du bruit : la valeur moyenne des derniers canaux (entre 20 et 25km) est utilisée pour être soustraite au signal total corrigé du détecteur.

• correction de l’altitude : simple multiplication de chaque canal par la distance correspondante (en kilomètre) mise au carré.

• correction de la fonction de recouvrement : aucune observation n’a été effec-tuée à l’horizontale en air clair, avant le déploiement pour ces deux premières campagnes. Par conséquent la fonction de recouvrement est déterminée en moyennant celles pouvant être déterminées avec les profils verticaux présen-tant le plus probablement une couche homogène dans le premier kilomètre.

Ceci n’a pu être possible qu’avec le système de la première campagne (cf Fi-gure5.8) car trop peu de profils utilisables ont été obtenus lors de la seconde campagne à cause de la durée de cette dernière mais surtout à cause d’un givre important. Le même facteur de recouvrement sera donc utilisé pour cette seconde campagne. D’après la figure 5.8 le premier point restitué avec une erreur de 100% due à la correction géométrique se situe à environ 40m.

Il sera également possible d’utiliser le profil d’écart type pour obtenir des informations aux plus basses altitudes.

• correction de l’inclinaison : le profil est corrigé de la mesure maximale fourni par les accéléromètres.

L’application de toutes ces corrections permet alors d’obtenir le signal Pu.z² (cf Figure 5.9), dont l’étalonnage permettra de remonter aux informations géophy-siques. On remarque sur la figure 5.9b donnant les Pu.z² filtrés que les périodes d’observation restent apparentes en terme de portée, et qu’en moyenne elles sont plus élevées en période 1 à la fois parce que la bouée a une inclinaison verticale et que l’atténuation moyenne est plus faible.

5.1. Contexte et type de données 115

Figure5.8 – Haut gauche : facteurs géométriques déterminés pour différentes obser-vations sélectionnées dans la première campagne Barneo 2014 présentant a priori une zone semblant homogène. Haut droite : moyenne des facteurs géométriques (courbe rouge), utilisée pour la correction des observations des deux campagnes, et enveloppe d’écart type à chaque altitude. Bas : incertitude relative liée à la correc-tion du facteur de recouvrement (inférieure à 20% au delà de 200m).

Figure 5.9 – Haut : représentation temporelle du P_u.z² de l’ensemble des profils obtenus pendant la première campagne en 2014. L’effet de la correction de l’incli-naison est visible sur les périodes du 183^ieme au 229^ieme jour Julien, et du 281^ième au 318^ieme jour Julien. Les périodes définies sur la figure 5.7 sont séparées ici par des lignes blanches en pointillés. A cause d’une mauvaise adaptation d’impédance au niveau de l’électronique de comptage des "peignes" de bruit électronique régulier peuvent également être observés.

Bas : même représentation temporelle du Pu.z², mais en appliquant un traitement permettant de filtrer les bruits.

Figure5.10 – Haut : représentation temporelle filtrée des bruits des profils corrigés du détecteur, du bruit et de l’altitude obtenus pendant la première dérive du système non polarisé pendant la campagne N-ICE 2015. On notera l’inefficacité du système de chauffage, puisque quasiment aucune donnée utile n’a pu être mesurée après le 45^ième jour Julien. Bas : même représentation mais avec les profils obtenus sur la voie parallèle de la version polarisée pendant sa première dérive lors de la campagne N-ICE 2015.

L’axe temporel de la représentation temporelle inférieure de la figure5.10 a été ajusté sur celui de la représentation supérieure. La version polarisée a été déployée quelques jours plus tard, d’où le décalage à gauche, et récupérée suite à la formation de leads autour du bateau, contrairement à la version non polarisée, d’où le décalage à droite. La fréquence de mesure n’était parfois pas la même pour les deux systèmes.

Certains profils présentent des structures similaires sur les deux systèmes juste avant le 40^ième jour Julien, ce qui pourra permettre certaines comparaisons et validations du système polarisé dont l’étalonnage est plus difficile à suivre.