| Résumé : |
(Auteur) La télémétrie laser aéroportée à champ large, pour la surveillance des mouvements verticaux du sol (TAMS) est une nouvelle technique de géodésie développée à l'IGN, en collaboration avec l'École Supérieure des Géomètres et Topographes (ESGT) et, initialement, Elf Aquitaine [BOCK 95], [BOCK 99].
Son objectif est la mesure de phénomènes de subsidence terrestre de faible amplitude (1 mm), en un laps de temps très court (1 heure), dans un réseau d'une centaine de cibles terrestres réparties sur une surface d'environ 10 x 10 km. À l'heure actuelle, aucune autre méthode de géodésie, tant classique (nivellement, triangulation, etc.) que moderne (GPS, DORIS, SAR, etc.), ne permet de satisfaire à l'ensemble de ces contraintes.
Notre technique s'apparente aux systèmes aéroportés et spatiaux qui ont été étudiés par la NASA dans le passé, [KAHN 80], [KAHN 82], [COHEN 87], mais qui n'ont jamais vu le jour car ils étaient trop complexes d'un point de vue instrumental. Notre système utilise un faisceau laser fortement divergent (champ large) qui produit au sol une empreinte de grand diamètre et permet, pour une impulsion laser émise, de recevoir plusieurs échos des cibles au sol (rétroréflecteurs optiques de type "coins de cube"). L'avantage du champ large est, d'une part, de simplifier considérablement l'instrumentation (une simple lentille divergente au lieu de plusieurs faisceaux laser à asservir) et, d'autre part, de pouvoir réaliser des mesures de distances rigoureusement synchrones (de cinq à dix, en fonction du nombre de cibles dans le champ). Ceci permet ensuite d'ajuster la position du véhicule (avion transportant le télémètre) en même temps que l'on ajuste les positions relatives des cibles entre elles (principe de la multilatération).
L'inconvénient de cette méthode est qu'elle génère beaucoup de superpositions d'échos, qui sont de ce fait, inutilisables pour l'ajustement. L'estimation des distances avion-cibles, à partir du signal laser, ainsi que l'estimation des positions relatives des cibles nécessitent donc la mise au point de techniques robustes.
Plusieurs étapes de validation ont été menées jusqu'à présent. Une première campagne de mesure a été réalisée à Saint-Etienne-de-Tinée (août 1995), qui a permis de tester un premier prototype monté dans un véhicule terrestre (camionnette) [BOCK 95]. Ensuite, une seconde campagne (Combs-la-Ville, décembre 1995) a permis de valider les méthodes d'estimation, toujours dans une configuration terrestre [BOCK 96], [BOCK 98a], [BOCK 99a].
À partir d'analyses théoriques validées par ces expérimentations terrestres, des simulations aériennes ont été menées pour extrapoler ces résultats [BOCK 99b]. Il a été montré que les performances ultimes de la technique dépendaient essentiellement du bilan de liaison de l'instrumentation, du nombre de mesures et de la taille du réseau.
Les paramètres tels que l'altitude de l'avion, la divergence du faisceau et la densité de cibles au sol n'agissent qu'au second ordre. De plus, la scintillation due à la turbulence atmosphérique n'a qu'un effet marginal sur la précision finale.
Une expérimentation aérienne a été réalisée en mai 1998 avec l'Avion de Recherche Atmosphérique et de Télédétection (ARAT) de l'IGN, en collaboration avec l'INSU. Initialement, nous avions un créneau de quinze jours au mois de mars, mais il n'a pas suffi pour l'installation, la mise au point du matériel dans l'avion et la réalisation de vols concluants (pannes, grèves du contrôle aérien, météo défaillante, etc.).
Nous avons pu bénéficier d'un autre créneau, en mai, et en avons profité pour également changer de site et choisir une ancienne base aérienne près de Chartres, plus commode d'accès au sol et de survol. Le traitement des données de cette campagne a nécessité d'importantes modifications des algorithmes existants pour prendre en compte la spécificité des conditions expérimentales (réseau de petite taille).
Ce sont principalement ces aspects que nous allons développer dans cet article, en tentant d'une part de démontrer que les résultats obtenus sont compatibles avec l'attente d'un point de vue théorique et, d'autre part, en en tirant des conclusions sur les améliorations possibles de la méthode. |
Télémétrie laser aéroportée pour la surveillance des mouvements verticaux du sol (TAMS) : résultats de la première campagne aérienne in Bulletin d'information de l'Institut géographique national, n° 70 (novembre 1999)
