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L'altimètre Poséidon : un bilan très positif

Ouan-Zan Zanifé (CLS, France)

Entre le 21 août 1992 et le 1er Mars 1993 et en accord avec le plan de partage d'antenne avec l'altimètre de la Nasa, Poséidon a été allumé une quinzaine de fois, totalisant environ 650 heures de fonctionnement (13% du temps). La totalité de ces allumages s'est déroulée sans aucun problème et l'ensemble des commandes envoyées à Poséidon (1200) et des modes de Poséidon (13 au total) a été éxécuté avec succès.

La température moyenne de fonctionnement qui est atteinte dans l'heure qui suit l'allumage, se situe aux environs de 26°C.
Le suivi de l'altimètre est effectué au moyen de paramètres conventionnels (températures, courants) mais aussi à l'aide de deux modes internes de calibration, CAL I et CAL II.
Ils correspondent respectivement à la mesure de la réponse impulsionnelle de l'altimètre et à la mesure de la réponse des filtres passe-bas. Parmi les paramètres qui sont extraits du mode CAL I, on trouve le retard interne de l'altimètre et la puissance totale qui sert au calcul du coefficient de rétrodiffusion. Les évolutions de ces paramètres au cours du temps montrent la très grande stabilité de l'altimètre après les phases transitoires. En effet, depuis le premier allumage le retard interne et la puissance totale n'ont varié respectivement que de 0.3 cm et de 0.2 dB en 6 mois. Par ailleurs, la comparaison de la réponse impulsionnelle mesurée avec celle donnée par la théorie (sinx/x au carré) permet de détecter toute évolution suspecte. Jusqu'ici aucune évolution anormale n'a été détectée. Le mode CAL II, hormis la surveillance de l'évolution des filtres passe-bas, est utilisé pour extraire des coefficients qui servent dans le calcul de l'attitude. Dans ce mode aussi, on observe une très grande stabilité de l'altimètre.

Le niveau supérieur de suivi de l'altimètre consiste à contrôler ses performances. Ce contrôle s'effectue à partir des données brutes, de statistiques, d'histogrammes ou de logiciels plus complexes (points de croisement, calcul de biais de datation). On rappelle qu'on peut diviser la fonction "poursuite" en deux phases :

  • la phase acquisition qui consiste à rechercher le signal, à se verrouiller sur le signal et à stabiliser les boucles de poursuite,
  • la phase poursuite elle-même qui consiste à maintenir le signal dans la fenêtre d'analyse et à estimer précisément les paramètres altimétriques.

La durée de la phase d'acquisition varie entre 0.7 et 1.5 seconde. Cette variation est principalement liée à la position du satellite sur l'orbite.

En ce qui concerne la phase poursuite une synthèse des résultats sur les paramètres coefficients de rétrodiffusion et hauteurs des vagues est représentée sous forme d'histogrammes sur les figures 1 et 2. Comme pour la plupart des altimètres le pic de la distribution des vagues mesurées par Poséidon se situe à 2 m, tandis que celui de la distribution du coefficient de rétrodiffusion se trouve légèrement décalé (environ 1 dB) par rapport aux distributions données par Geosat (il n'a pas été introduit de biais empirique pour se recaler sur Geosat).
Les comparaisons faites avec l'altimètre de la Nasa sur des périodes équivalentes montrent que les deux altimètres mesurent les mêmes paramètres physiques et dans les mêmes proportions.
Pour qualifier la mesure de distance qui est la donnée la pus sensible de la mission, on procède à plusieurs analyses. La première d'entre elles consiste à déterminer le niveau de bruit par analyse spectrale de la donnée brute. Celui-ci est représenté sur la figure 3 en fonction de la hauteur des vagues pour les données à 1 Hz. On constate qu'il existe une dépendance linéaire en fonction du paramètre hauteur des vagues ; dépendance qui était prévue par les simulations. Par ailleurs, pour des hauteurs de vagues inférieures à 5 m, le niveau de bruit est inférieur à 3,5 cm. La deuxième méthode consiste à calculer l'écart type des écarts aux points de croisement. Dans le cas de la période de 3 jours à la transition des cycles 8 et 9 (même époque utilisée pour les histogrammes), cet écart type était de 13 cm. Intrinsèquement ce résultat est déjà très bon, car il contient principalement l'erreur d'orbite, mais une analyse plus fine des résultats nous montre qu'il peut encore être amélioré.

En effet la majorité des points se trouvent entre +20 et -20 cm (écart type d'environ 7 cm, les points qui sont en dehors de cet intervalle pourraient être éliminés en affinant les critères de sélection). Les premiers calculs à partir des points de croisement indiquent que le biais de datation est de l'ordre de la milliseconde. Cependant la précision associée à ce résultat étant elle aussi égale à quelques millisecondes (dû au faible nombre de points), il est fort probable que le biais réel de datation soit inférieur à cette valeur. Cela sera confirmé lors du cycle à 10 jours Poséidon programmé début avril.

Niveau de bruit en cm de l'altimètre Poséidon en fonction de la hauteur significative des vagues (origine B. Cugny).

 

En conclusion, l'ensemble des analyses menées jusqu'ici montrent :

  • une très grande stabilité de l'altimètre,
  • une mesure de la surface de la mer avec une précision inférieure à 3,5 cm,
  • une mesure de la hauteur des vagues avec une précision inférieure à 20 cm,
  • une mesure du coefficient de rétrodiffusion avec une précision inférieure à 0.5 dB.
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