EP3899459A1 - Procede d'analyse de l'environnement spatial et dispositif associe - Google Patents

Procede d'analyse de l'environnement spatial et dispositif associe

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Publication number
EP3899459A1
EP3899459A1 EP19828705.4A EP19828705A EP3899459A1 EP 3899459 A1 EP3899459 A1 EP 3899459A1 EP 19828705 A EP19828705 A EP 19828705A EP 3899459 A1 EP3899459 A1 EP 3899459A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collected
atmosphere
angle
optical element
polarization
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19828705.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean LILENSTEN
Sylvain ROCHAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Grenoble Alpes
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Grenoble Alpes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Grenoble Alpes filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3899459A1 publication Critical patent/EP3899459A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0224—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using polarising or depolarising elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means

Definitions

  • the present invention relates to the field of space weather.
  • the present invention relates in particular to the analysis and monitoring of the terrestrial space environment in order to measure and predict phenomena or incidents disturbing the terrestrial space environment and in particular the upper atmosphere.
  • phenomena or incidents can be, for example, intrinsic variations of the Earth's magnetic field and / or of electric fields present in the upper atmosphere and / or ionospheric currents.
  • External disturbances such as, for example, solar winds can also disturb the Earth's space environment.
  • a limited number of instruments for observing the space environment from the ground are known in the prior art.
  • magnetometers which measure the variations of the external magnetic field projected on the ground.
  • Interferometers are also known for measuring the wind at altitudes of the order of 200 km.
  • ion probes that measure the electronic profile of certain sections of the atmosphere between 80 and 200 km. In a much higher price range, requiring international collaborations, there are radars with coherent or inconsistent diffusion.
  • An object of the invention is in particular to:
  • parameters of the upper atmosphere such as, for example, variations in the Earth's magnetic field.
  • variable angle polarizer determines, from the values of 1 (0, t) collected on a rotation of at least n / 2 radians of the variable angle polarizer (preferably only from the values of 1 (0, t) collected on a rotation of at least n / 2 ra dians of the variable angle polarizer):
  • high atmosphere the part of the terrestrial space environment comprising, at least, the ionosphere and the thermosphere.
  • the upper atmosphere corresponds to the terrestrial atmospheric environment located at an altitude greater than 50 km and / or less than 400 km relative to the surface of the earth.
  • the beam from the direction (h, A) of the atmosphere is picked up at a defined solid angle.
  • the solid angle can be between 1 and 10 °.
  • Radiation emitted by the High Atmosphere corresponds to a discrete emission, for example a line, or limited in wavelength, for example a band, which can be spread over a range of wavelengths, of an element and / or a chemical molecule present in, and / or component, the Upper Atmosphere (HA).
  • the emission of RHA can be defined as being emitted during the passage of an element and / or of a chemical molecule composing HA from an excited state towards a more stable state.
  • the inventors have demonstrated that the polarization angle of the radiation which is emitted is related to the magnetic field lines.
  • the solar winds therefore directly influence the emissions in that the collision rate between the electrons and the elements and / or the chemical molecules composing the HA increases when the intensity of the solar winds increases.
  • the frequency range of the selected collected beam is such that the selected collected beam comprises at least one RHA.
  • the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere determined may include:
  • AoLP polarization angle
  • the electric field can be a local field.
  • Terrestrial magnetic field is understood to mean the external terrestrial magnetic field.
  • the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere may include a variation:
  • AoLP polarization angle
  • DoLP polarization rate
  • the determination step can be carried out:
  • Part of the collected beam may be the unpolarized collected beam from the direction (h, A) of the atmosphere and another part of the collected beam can be the polarized collected beam coming from the direction (h, A) of the atmosphere.
  • the collected non-polarized beam coming from the direction (h, A) of the atmosphere can be a collected beam distinct from the polarized collected beam coming from the direction (h, A) of the atmosphere.
  • the band pass filter may include a high pass filter and / or a low pass filter.
  • the probability of malfunction and / or degradation can be determined from the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere and / or from the variation of at least one physical parameter and / or chemical and / or electromagnetic of the determined upper atmosphere.
  • One or more steps of the method can be implemented, concomitantly or successively for several frequency ranges of the collected beam.
  • One or more steps of the method implemented, concomitantly or successively for several frequency ranges of the collected beam, are preferably, among others, the steps of selection and determination.
  • the at least one frequency range of the selected collected beam can be different from at least one other frequency range of the collected beam, or of another selected, collected beam.
  • the selection and determination step can be implemented, concomitantly or successively for several ranges of frequencies of the collected beam, or of collected beams, each of the selected frequency ranges being different from another of the selected frequency ranges.
  • the collection and determination step can be implemented, concomitantly or successively for several beams collected from different directions of the atmosphere.
  • the speed of variation of the angle 0 (t) during the polarization step can be variable over time.
  • the speed of variation of the angle 0 (t) can take a zero value.
  • the speed of variation of the angle 0 (t) can take a zero value at a given instant.
  • the variation of the angle over time can be disconti nued.
  • the speed of variation of the angle 0 (t) during the polarization step can be constant over time.
  • the at least one frequency range of the selected collected beam born during the selection step can be between 1.10 3 and 1.10 7 GHz.
  • the method may include a step of compensating the at least one frequency range of the collected beam selected by modulating an angle cp formed between a direction of propagation of the collected beam and an optical element used for the step of selecting at least one range of frequencies of the collected beam.
  • a device for analyzing the radiation emitted by the upper atmosphere comprising at least one detection channel, said at least one detection channel comprising:
  • variable angle polarizer arranged to select a direction of polarization of the collected beam for each value of an angle 0 (t) formed between an axis of polarization of the variable angle polarizer and a reference direction, the angle 0 (t) varying over time t,
  • an optical element arranged to select at least one range of frequencies of the collected beam
  • a photo-detector arranged to measure the intensity of the at least one frequency range of the collected and polarized beam (1 (0, t)) as a function of the angle 0 (t);
  • said device comprising a processing unit arranged and / or configured and / or programmed to determine, from values of 1 (0, t) collected on a rotation of at least n / 2 radians of the polarizer variable angle:
  • the device comprises a single detection channel or several detection channels, the single channel or each of the channels among the several detection channels comprising a collector, a variable angle polarizer and an optical element.
  • any optical device, or part of an optical device, inside which an optical beam is capable of propagating and intended to be detected can be understood by detection, any optical device, or part of an optical device, inside which an optical beam is capable of propagating and intended to be detected.
  • the device is preferably arranged to implement the method according to the invention.
  • the photo-detector can be of the mono-pixel type or of the matrix type.
  • the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere determined may include:
  • AoLP polarization angle
  • DoLP polarization rate
  • the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere may include a variation:
  • AoLP polarization angle
  • DoLP polarization rate
  • the processing unit can be arranged and / or configured and / or programmed to determine the at least one parameter and / or the variation of at least one parameter and / or the probability of malfunction and / or degradation in :
  • the processing unit can be arranged and / or configured and / or programmed to determine which the probability of malfunction and / or degradation from the at least one parameter and / or from the variation of at least one parameter .
  • the polarizer can be arranged to be rotated at a variable speed of rotation over time.
  • the polarizer can be arranged so that the speed of variation of the angle 0 (t) can take a zero value.
  • the polarizer can be arranged so that the speed of variation of the angle 0 (t) can take a zero value at a given instant.
  • the polarizer can be arranged so that the variation of the angle over time is discontinuous.
  • the polarizer can be arranged for the speed of variation of the angle 0 (t) to be constant over time.
  • the optical element can be arranged to select the at least one frequency range of the collected beam in a frequency range between 1.10 3 and 1.10 7 GHz.
  • the optical element can be arranged to select several frequency ranges of the collected beam.
  • the optical element can be arranged to select several different frequency ranges of the collected beam.
  • the optical element can be an optical filter.
  • the optical element can be arranged to scatter light.
  • the optical element can be a prism or a diffraction grating.
  • the optical element can be arranged so that an angle cp formed between a direction of propagation of the collected beam in the channel and the optical element is modular so as to modify the at least one range of frequencies of the collected beam selected by the optical element.
  • This characteristic can make it possible to remedy the shifts, in gendres by a temperature variation, of the at least one frequency range selected by the optical element by modifying the angle cp so as to compensate for the shift caused by the temperature variation .
  • This characteristic can also make it possible to voluntarily modify the at least one range of frequencies selected by the optical element by modifying the angle cp.
  • the device can include several detection channels and:
  • each of the detection channels may include an optical element, and / or - a detection channel can be arranged to collect a beam coming from a different direction of the atmosphere:
  • the collector and / or the photo-detector and / or the polarizer and / or the optical element may be common to all the channels.
  • each of the channels includes a polarizer.
  • An optical element of a detection channel can be arranged to select at least one frequency range of the collected beam different from at least one other frequency range of the collected beam, or of another collected beam, selected by a optical element of another detection channel.
  • the device may include one or more mechanisms for setting in motion being arranged to modify an orientation and / or an elevation:
  • FIGURE 1 is a schematic representation of the RHA emission process emitted in the HA as a function of altitude and collection of a beam coming from a given direction of the atmosphere and comprising RHAs,
  • FIGURE 2 shows four sets of measurements according to the invention carried out in the auroral region during an aurora borealis, each set relating to a different RHA,
  • FIGURE 3 shows four sets of measurements according to the invention carried out at medium latitude, each set relating to a different RHA,
  • FIGURE 4 shows a set of measurements according to the invention of a given RHA carried out at medium latitude for different azimuths
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a detection path of an embodiment of device 1 according to the invention for the analysis of RHA,
  • FIGURE 6 is a schematic representation of the device 1 for the analysis of RHA comprising a detection path
  • FIGURE 7 is a schematic representation of a variant of the device 1 for the analysis of RHA comprising two detection channels,
  • FIGURE 8 is a schematic representation of a variant of the device 1 for the analysis of RHA comprising four detection channels.
  • a first embodiment describes a method for analyzing radiation emitted by the upper atmosphere.
  • the method comprises a step of collecting a beam coming from a direction of the atmosphere (h, A).
  • the collection step is carried out by means of a collector 3.
  • the direction of the atmosphere (h, A) can be defined by a pair comprising an elevation, denoted h, and an azimuth, denoted A.
  • the method also comprises a step of polarizing the collected beam 8 by selecting a direction of polarization of the collected beam 8 for each value of an angle 0 (t) formed between a polarization axis of a variable angle polarizer 4 and a reference direction 6
  • the angle 0 (t) varies over time t. For simplification of the description, the speed of variation of the angle 0 (t) is constant over time.
  • the polarization step is carried out by means of a polarizer 4.
  • the method comprises a step of selecting at least one range of frequencies of the collected beam 8.
  • the selection step may consist in filtering the collected beam 8 and / or in dispersing the collected beam 8.
  • the selection step is implemented by means of an optical element 9 arranged to filter or scatter light.
  • a frequency range of the collected beam 8 is chosen so that it includes at least one RHA.
  • the method then comprises measuring an intensity of the at least one frequency range of the collected and polarized beam (1 (0, t)) 8 as a function of the angle 0 (t).
  • the measurement step is implemented by an optical detector 10.
  • the sampling rate of the measurements is 1 kHz.
  • the method comprises the step of determining at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere, and / or a variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere, from the values of 1 (0, t) collected on a rotation of at least n / 2 radians of the variable angle polarizer 4.
  • the step of determining according to the method comprises the determination of a probability of dysfunction and / or deterioration of networks and / or electrical and / or electronic installations and / or systems and / or devices.
  • the determination step is implemented by a processing unit (not shown).
  • the variation of a physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere is caused, among other things, by a disturbance of the terrestrial space environment.
  • networks, installations, systems, electrical and / or electronic devices are understood to mean satellite telecommunications, terrestrial radio telecommunications, electrical networks and / or underground guidance devices.
  • the method makes it possible to analyze a range of altitude of the given HA by selecting a frequency range of the collected beam 8 comprising a given RHA emitted by an element and / or a given chemical molecule.
  • a given emission of a given element and / or chemical molecule takes place at a given altitude of the HA.
  • the element and / or the chemical molecule of HA emitting one or more polarized radiations comprise an emission of oxygen in the singlet state S (0 1S 0 1D ) at a length d wave of 557.7 nm and emitted around 110 km altitude, an emission of oxygen in the singlet state D (0 1D 0 3P ) at a wavelength of 630 nm and emitted around 220 km altitude, an emission of the cation N 2 + at a wavelength of 391.4 nm and emitted between 85 and 90 km of altitude, an emission of the cation N 2 + at a wavelength of 427, 8 nm and emitted between 85 and 90 km altitude, these two emissions being due to the transition
  • FIGURE 1 illustrates the principle of RHA analysis. It is illustrated there that the collected beam comprises a set of RHAs emitted in the HA. Also shown are the electrons entering the HA and precipitating along the magnetic field lines. These electrons are at the origin of the wise step of the elements and / or chemical molecules in an excited state which will then relax towards a more stable state by emitting a particular discrete radiation. This discrete radiation will generally be between 1.10 3 and 1.10 7 GHz.
  • Two main sources of excitation can be the source of emissions by the elements and / or by chemical molecules.
  • One of the sources consists of electrons created in the HA on the side of the planet exposed to solar emissions by photo-ionization, the latter can drift on the side of the earth not exposed to solar emissions, and another of the sources consists of electrons coming from the magnetosphere, in particular from the tail current of the magnetosphere.
  • the at least one frequency range of the collected beam 8 selected during the selection step is between 1.10 3 and 1.10 7 GHz.
  • the measurement and determination steps are carried out successively at the selection step.
  • the at least one frequency range of the read col beam 8 is arranged so as to include an RHA, for example, one of the RHA previously described.
  • the frequency range of the collected beam 8 selected is centered on the frequency of the RHA chosen and extends over a range of wavelengths less than 15 nm, preferably less than 10 nm around the frequency of the RHA chosen.
  • the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere determined comprises a polarization angle (AoLP) of radiation emitted by the upper atmosphere in a polarized manner at a wavelength in the frequency range of the collected beam 8 selected and / or a polarization rate (DoLP), before collection, of the collected beam 8.
  • AoLP polarization angle
  • DoLP polarization rate
  • Particles present or traveling through HA are also considered to be constituents of HA. These are for example electrons, neutral or charged particles, ions, gas molecules. The ions and electrons constitute the ionosphere while neutral gases constitute the thermosphere. The mixture of the ionosphere and the thermosphere constitutes the HA. The mixture of neutral particles and electrically charged particles constitutes what is called a plasma. The elements and / or chemical molecules of HA are constituents of HA.
  • the AoLP represents the ratio between the polarized portion of the collected beam 8, that is to say the RHA, and the non-polarized portion of the collected beam 8.
  • the inventors have demonstrated that the AoLP of the RHA tells us about the configuration of the external magnetic field and the DoLP provides information on geomagnetic activity. These two parameters make it possible to analyze and control the HA.
  • AoLP can, in particular, be used to analyze the Earth's magnetic field and its variations, especially those caused by solar activity.
  • the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere comprises a variation of a concentration and / or of a temperature and / or of a composition and / or of a velocity of at least one of the constituents of the upper atmosphere.
  • the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere comprises a variation of a value of the ter restricted magnetic field and / or of an ionospheric current and / or a value of the electric field and / or of a polarization angle (AoLP) of a radiation emitted by the upper atmosphere in a polarized manner at a wavelength included in the frequency range of the collected beam 8 selected and / or a polarization rate (DoLP), before collection, of the collected beam 8.
  • AoLP polarization angle
  • DoLP polarization rate
  • the disturbance of the Earth's space environment includes, among other things, an intrinsic variation of the Earth's magnetic field and / or a solar storm.
  • the determining step is carried out by averaging, over a time interval corresponding to a rotation of at least n / 2 radians of the variable angle polarizer 4, 1 (0, t) and the product of 1 (0, t) per sin (20 (t)) and / or cos (20 (t)).
  • the angle of rotation of the polarizer 40 (t) varies as a function of time.
  • the polarizer 4 has a rotation period T 0 .
  • the number of photons collected is in the following form:
  • l 0 and l are the fractions of non-polarized and polarized photons respectively and 0 and d are the angles formed between the reference direction 6 and respectively an axis of polarization of the variable angle polarizer 4 and the axis of polarization of the radiation of the upper atmosphere observed.
  • the number of photons can be considered as a random variable that follows Poisson's law. When the number of photons detected is greater than a few tens, the Poisson variable can be approximated by a value Gaussian riable of the same mean and variance. The intensity measured at the output of the detector 10 can therefore be considered as a Gaussian process I t equal to:
  • the inventors have verified that the correlation time is significantly smaller than the period T 0 . This makes it possible to consider that w t is a Gaussian white noise. Therefore, the DoPL corresponds to the ratio l / (l + l 0 ) or to B / A and the AoPL corresponds to d.
  • the determining step is carried out by calculating a ratio between an intensity, twice the frequency of rotation of the polarizer, of a Fourier transform of 1 (0, t), and an intensity, at zero frequency, of a Fourier transform of the at least one frequency range of a non-polarized collected beam 8 coming from the direction (h, A) of l 'atmosphere.
  • the polarized collected beam 8 and the non-polarized collected beam come from two separately collected beams 8. In this case, the non-polarized collected beam and the polarized collected beam 8 pro preferably come from the same direction (h, A) of the atmosphere.
  • the determination step comprises a low pass filter which is applied to the signal 1 (0, t).
  • the central frequency depends on the speed of variation of the angle 0 (t) and is chosen so that 1 (0, t) has two maxima and two minima. Consequently, the power spectral density of signal 1 (0, t) presents a maximum in the vicinity of a frequency corresponding to twice the frequency of rotation.
  • An inverse Fourier transform is then applied to the filtered signal 1 (0, t).
  • the determination step according to the first and third variants is carried out without using a non-polarized collected beam 8 coming from the direction (h, A) of the atmosphere.
  • the step of determining according to the first and third variants is not carried out from a non-polarized collected beam 8 coming from the direction (h, A) of the atmosphere but is carried out only from the signal 1 (0, t).
  • the term "only” means the data, or the signal they constitute, from which the determination is made.
  • the term “only from” therefore refers to the signal from which the determination is made.
  • the term “only” does not exclude the physical, chemical or mathematical parameters that can be used during the determination, that is to say when processing the signal of 1 (0, t).
  • the signal can be processed, corrected or modified (for example by means of a product, a transform or a convolution, etc.), prior to or concomitantly at the processing stage, by using example of physical or chemical parameters such as for example temperature, pressure or quantities without unit (such as corrective factors).
  • the determination step according to the second variant is carried out on the basis of signal 1 (0, t) and from a non-polarized collected beam 8.
  • the determination step is carried out by implementing the steps consisting in applying a bandpass filter at 1 (0, t) and adjusting by a cos 2 the filtered value of 1 (0, t).
  • a bandpass filter at 1 (0, t)
  • a cos 2 the filtered value of 1 (0, t)
  • an adjustment is made with a cos 2 on the value of the filtered signal. Therefore, the DoPL corresponds to the ratio l / (l + l 0 ) and the phase of cos 2 resulting from the adjustment corresponds to the AoLP.
  • FIGURES 2 and 3 show four sets each consisting of three graphs, each set relates to a different RHA and FIGURE 4 shows a set of three graphs relating to the same RHA.
  • Each set includes 3 separate superimposed graphs, the top graph represents the intensity 1 (0, t), in arbitrary units, measured as a function of local time in hours expressed in decimal units, the middle graph shows the DoLP, expressed in percentage of total intensity, determined from 1 (0, t) and plotted as a function of local time in hours expressed in decimal units and the bottom graph shows the AoLP, is the value of the angle of polarization expressed in degrees, determined from 1 (0, t) and plotted as a function of local time in hours expressed in decimal units.
  • FIGURE 2 The AoLP and DoLP graphs presented in FIGURE 2, 3 and 4 were determined according to the first variant of the determination step. Concerning FIGURE 4, the three graphs are taken from measurements carried out on the RHA corresponding to the green emission line of atomic oxygen at 577.7 nm.
  • the set of graphics in the upper left relates to the measurements made on the RHA corresponding to the red emission line of atomic oxygen at 630 nm
  • the set of graphics in the upper right relates to the measurements carried out on the RHA corresponding to the green emission line of atomic oxygen at 577.7 nm
  • the set of graphics in the lower left relates to the measurements carried out on the RHA corresponding to the line of violet emission of the dinitrogen cation at 391.4 nm
  • all of graphics at bottom right relate to the measurements carried out on the RHA corresponding to the blue emission line of the dinitrogen cation at 427.8 nm.
  • the dotted lines indicate the average value of the quantity determined over the observation period.
  • FIGURE 2 shows four sets of measurements made in the auroral region at coordinates (69 ° 23'27 "N, 20 ° 16'02" E) during an aurora borealis.
  • the direction of the atmosphere in which the beam is collected, and therefore from which the RHAs come, is defined by an elevation of 30 ° from the horizon and an azimuth equal to 270 °.
  • the anti-correlation between the DoLP and the intensity of 1 (0, t) demonstrates the observation of a magnetic phenomenon. Collisions between high-energy electrons (a few hundred to a few tens of thousands of electronvolts) from solar rain and the elements and / or chemical molecules composing HA generate depolarization of emissions. The consequent and rapid variations in intensity over time are characteristic of the phenomena linked to polar rains, energetic electrons constantly precipitate in the HA and cause permanent polarization of the emissions.
  • FIGURE 3 shows four sets of measurements made at mid latitude at coordinates (44 ° 83'N, 5 ° 76'E).
  • the direction of the atmosphere in which the beam is collected, and therefore from which the RHAs come, is defined by an elevation of 45 ° from the horizon and an azimuth equal to 270 °.
  • FIGURE 3 illustrates measurements made at medium latitude in the absence of auroral phenomena. Under these conditions, on the side of the earth exposed to the sun, the external terrestrial magnetic field is constantly disturbed by perpendicular electric currents flowing from the side of the earth exposed to the sun and by the variations of the local electric field generated, inter alia , by the tail current of the magnetosphere.
  • DoLP re eiie is the actual DoLP and e is the angle between the direction of the atmosphere in which the beam is collected and the local magnetic field line.
  • the DoLP ob s therefore corresponds to the projection of the real DoLP on the direction of the atmosphere according to which the beam is collected.
  • FIGURE 4 illustrates the effect of the azimuth on the polarization of the RHA emitted at 577.7 nm.
  • the direction of the atmosphere in which the beam is picked up is modified by performing an azimuthal rotation of 2n in a time interval of four minutes extending from north to east then to south then to west .
  • the solid lines were determined for each 30n rotation of the angle 0 (t).
  • the dash-dot curve represents the angle formed by the magnetic field line with the direction of the atmosphere (45, 270) along which the beam is collected.
  • the source of the excitations of the elements and / or the chemical molecules composing the HA are electrons of low energies, called "thermalized", whose energies are typically lower than ten electronvolts, and most often of order of the electronvolt.
  • thermalized electrons of low energies
  • the AoLP and the theoretical angle of the magnetic field are considerably different in the part of the curve corresponding to the south direction (around 180 ° on the axis of the curve).
  • the AoLP and the theoretical angle of the magnetic field are extremely close in that corresponding to the direction extending from north west to north east (90 to 270 ° on the axis of the curve) and decrease according to the same slope.
  • a thunderstorm device further south during the experiment could explain this observation. They deduce that the method makes it possible to follow the variations of the magnetic field in a calm sky and the variations of the electric field during sequences with strong electric fields.
  • the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere comprises a concentration and / or a temperature and / or a composition and / or a speed of at least one of the constituents of the upper atmosphere and / or a value of the ter restricted magnetic field and / or an ionospheric current and / or an electric field value and / or a polarization angle (AoLP) of a radiation emitted by the upper atmosphere in a polarized manner at a wavelength included in the frequency range of the collected beam 8 selected and / or a polarization rate (DoLP), before collection, of the collected beam 8.
  • the electric field is a local electric field in the region of the atmosphere analyzed. In the same way, the value of the terrestrial magnetic field determined is a local
  • the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere comprises a variation of a concentration and / or of a temperature and / or of a composition and / or of a speed of at least one of the constituents of the upper atmosphere and / or of a value of the earth's magnetic field and / or of an ionospheric current and / or of a value of the electric field.
  • the disturbance of the restricted space environment includes, among other things, an intrinsic variation of the Earth's magnetic field and / or a solar storm.
  • the value of the magnetic field and / or of the electric field is determined by carrying out a preliminary calibration of the RHA analysis device.
  • the standard used can be the intensity signal (1 (0, t)) and / or the AoLP and / or the DoLP.
  • the value of the magnetic field and / or the electric field and / or the ionospheric current can also be deduced from the signal (1 (0, t)) and / or the AoLP and / or the DoLP by using, between others, the relationship
  • the probability of malfunction and / or degradation is determined from one or more physical and / or chemical and / or electromagnetic parameters of the HA determined.
  • the probability of malfunction and / or degradation is determined from the variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the determined upper atmosphere.
  • the determination of the variation in time and in space of (1 (0, t)) is used to predict the areas of the ter restricted space environment and / or the areas of the terrestrial surface and / or terrestrial underground zones in which a malfunction and / or degradation is to be expected.
  • One or more steps of the method are implemented, concomitantly or successively for several frequency ranges of the collected beam 8.
  • One or more steps of the method implemented, concomitantly or successively for several frequency ranges of the collected beam 8 are preferably, inter alia, the steps of selection and determination. This aspect of the process allows the analysis of several RHA from several emissions and / or from several directions of the atmosphere.
  • the selection and determination step is implemented, concomitantly or successively for several ranges of frequencies of the collected beam 8, or of collected beams 8, each of the frequency ranges selected being different from another of the ranges of frequencies selected.
  • This aspect of the method allows the analysis of several RHAs from different emissions, and therefore of several altitudes of the HA.
  • the collection and determination stage are implemented, concomitantly or successively for several collected beams 8 coming from different directions of the atmosphere.
  • a device 1 is proposed for the analysis of radiation emitted by the upper atmosphere.
  • This device is arranged to implement the method according to the first aspect of the invention.
  • any characteristic of the method according to the first aspect of the invention can be implemented by the characteristic of the corresponding device 1.
  • any characteristic of the method according to the first aspect of the invention can be associated and / or incorporated into the corresponding characteristic of the device 1 according to the second aspect of the invention.
  • the device 1 according to the second aspect of the invention comprises at least one detection path 2.
  • a detection path is illustrated in FIGURE 5.
  • the detection path 2 comprises the reader neck 3 arranged to collect a beam coming from a given direction of the atmosphere (h, A).
  • the collector 3, the lens 11 and the surface of the detector 10 are arranged to collect a beam 8 coming from the atmosphere with a solid angle of approximately 2 °.
  • the device 1 comprises the variable angle polarizer 4 arranged to select a direction of polarization of the collected beam 8 for each value of an angle 0 (t) formed between the axis of polarization of the variable angle polarizer 4 and a reference direction 6, the angle 0 (t) varying over time t.
  • the device uses a Hoya brand polarizing filter of the H RT CIR-PL UV type.
  • the speed of rotation of the variable angle polarizer 4 is constant over time.
  • the variable angle polarizer 4 is a rotary polarizer
  • the device comprises the optical element 9 arranged to select at least one range of frequencies of the collected beam 8.
  • the optical element 9 is arranged to select the at least one range of frequencies of the collected beam 8 in a frequency range between 1.10 3 and 1.10 7 GHz.
  • the optical element 9 is an optical filter 9 arranged to select a frequency range.
  • the device uses filters from the Omega Optical brand.
  • the red filter is a 3056943 630 NB1, with a bandwidth of 2 nm.
  • the other color filters are from the Edmund Optics brand, type CWL. They have a bandwidth of 10 nm or 25 nm because the wavelengths observed are well isolated in the spectrum of HA.
  • the central wavelengths are 390 nm (purple N 2 + ), 430 nm (blue N 2 + ) and 560 nm (green O).
  • the device 1 com takes a photo-detector 10 arranged to measure the intensity of the at least one frequency range of the collected beam 8 and polarized (1 (0, t)) as a function of the angle 0 (t).
  • the device 1 uses a Hamamatsu brand photo detector of the H7422-40 type for high sensitivities (use in mid-latitude for example) and of the H10721-20 type for high dynamics and a greater number of photons requiring less sensitivity (for auroral conditions for example).
  • the device 1 comprises a lens 11 arranged to focus the collected beam 8 on the photo-detector 10.
  • the device 1 uses a lens of the Opto-sigma brand of the SLB 08B type.
  • the optical axis 5 of the device 1 coincides with the axis of rotation
  • the positive device 1 comprises a processing unit (not shown) arranged and / or configured and / or programmed to determine, from the values of I ( q, t) collected on a rotation of at least n / 2 radians of the variable angle polarizer 4, the at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter, and / or a variation of at least one physical and / or chemical and / or electromagnetic parameter of the upper atmosphere.
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine, from values of 1 (0, t) re collected on a rotation of at least n / 2 radians of the angle polarizer will reliable 4 at least a probability of malfunction and / or degradation of networks and / or installations and / or electrical and / or electronic systems and / or devices.
  • a processing unit is understood to mean a computer, a calculation unit and / or a central unit, an analog electronic circuit (preferably dedicated), a digital electronic circuit (preferably dedicated), and / or a microprocessor (preferably dedicated), and / or software resources.
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine the at least one parameter and / or the variation of at least one parameter and / or the probability of malfunction and / or degradation by averaging, over a time interval corresponding to a rotation of at least n / 2 radians of the variable angle polarizer, 1 (0 , t) and the product of 1 (0, t) per sin (20 (t)) and / or cos (20 (t)).
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, as shown in FIGURE 6, or several detection channels 2, as shown in FIGURE 8.
  • a detection channel 2 comprises, at a minimum, a polarizer d variable angle 4.
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine at least one parameter and / or the variation of at least one parameter and / or the probability of dysfunction and / or degradation by implementing the steps consisting in applying a bandpass filter to 1 (0, t) and adjusting by cos 2 the filtered value of 1 (0 , t).
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, as shown in FIGURE 6, or several detection channels 2.
  • a detection channel 2 comprises, at a minimum, a variable angle polarizer 4. From preferably, the device 1 comprises a single detection channel 2, as shown in FIGURE 6, or several detection channels 2, as illustrated in FIGURE 8.
  • a detection channel 2 comprises, at a minimum, an angle polarizer variable 4.
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine the at least one parameter and / or the variation of at least one parameter. meter and / or the probability of malfunction and / or degradation by calculating a ratio between an intensity, twice the frequency of rotation of the polarizer, the Fourier transform of 1 (0, t), and an intensity, at zero frequency, of a Fourier transform of the at least one frequency range of a non-polarized collected beam 8 coming from the direction (h, A) of the atmosphere.
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, as shown in FIGURE 7, or several detection channels 2.
  • the device 1 can comprise, as illustrated in FIGURE 7, two detection channels 2, 21, 22 or more.
  • One of the detection channels 2, 22, called the reference channel is arranged to collect a beam coming from the same direction (h, A) of the atmosphere as the other detection channel 2, 21, called the measurement channel.
  • the beam collected by the reference channel 22 comprises an optical filter 9 arranged to select the same frequency range identical to the frequency range selected by the optical filter 9 of the measurement channel 21.
  • the device 1 can comprise one or respectively several measurement channels 2, 21, as illustrated respectively in FIGURES 6 and 8.
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine at least one parameter and / or the variation of at least one parameter and / or the probability of malfunction and / or degradation by calculating a ratio between the intensity, double the frequency of rotation of the polarizer, of the Fourier formed trans of 1 (0, t), and the intensity, at zero frequency, of the Fourier formed trans of 1 (0, t).
  • the processing unit is arranged and / or configured and / or programmed to determine the at least one parameter and / or the variation of the at least one parameter and / or the probability of malfunction and / or degradation from the at least one parameter and / or from the variation of at least one parameter.
  • the method is implemented successively or concomitantly for several collected beams 8, and / or
  • the speed of variation of the angle 0 (t) during the polarization step is variable over time, and / or
  • the at least one frequency range of the selected collected beam may be different from at least one other frequency range of the collected beam, or of another collected, selected beam, and / or
  • the speed of variation of the angle 0 (t) during the step of polarization of a collected beam 8 is different from the speeds of varia tion of the angles 0 (t) during the step, or steps, of polarization of the other collected beams 8, and / or
  • the method comprises a phase shift applied to the collected beams 8, the phase shift of a collected beam 8 being different from the phase shifts of the other collected beams 8, and or
  • the method comprises a step of compensating the at least one frequency range of the collected beam 8 selected by modulation of an angle cp formed between a direction of propagation of the collected beam 8 and an optical element 9 used for the step of selecting the at least one range of frequencies of the collected beam 8, and / or
  • the at least one frequency range of the collected beam 8 is arranged so as to include several RHAs, and / or
  • the collected and polarized beam 8 and the non-polarized collected beam constitute the collected beam 8, and / or a part of the collected beam 8 is polarized, and constitutes the polarized collected beam, and another part of the collected beam 8 is not polarized, this part, and constitutes the collected non-polarized beam, and / or
  • the frequency range of the selected collected beam 8 extends over a range of wavelengths less than 8 nm, preferably less than 6 nm, preferably less than 5 nm, and / or
  • the optical element 9 is arranged to select several frequency ranges of the collected beam 8, and / or
  • the photo-detector 10 is of the mono-pixel or matrix type, and / or
  • the optical element 9 is arranged to scatter the light, and / or
  • the optical element 9 is a prism or a diffraction grating, and / or
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, and / or
  • the speed of rotation of the variable angle polarizer 4 is variable over time, and / or
  • the speed of rotation of the variable angle polarizer 4 is preferably variable, and / or
  • the speed of rotation of the variable angle polarizer 4 assumes in termittence a zero value so that the rotation is discontinuous, and / or
  • the optical element 9 is arranged so that an angle cp formed between a direction of propagation of the collected beam 8 in the detection channel 2 and the optical element 9 is modular so as to modify the at least one range of frequencies of the collected beam 8 selected by the optical element 9, and / or
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, the single channel comprises a variable angle polarizer and an optical element, and / or
  • the device 1 comprises a single detection channel 2, the single channel comprises a collector, a variable angle polarizer and an optical element, and / or the device 1 comprises several detection channels 2, each of the channels among the several detection channels comprises a variable angle polarizer and an optical element, and / or
  • the device 1 comprises several detection channels 2, each of the channels among the several detection channels comprises a collector, a variable angle polarizer and an optical element, and / or
  • the device 1 comprises several detection channels 2 and in which:
  • Each of the detection channels 2 comprises an optical element 9 as previously described, and / or
  • a detection channel 2 is arranged to collect a beam coming from a different direction of the atmosphere:
  • the collector 3 and / or the photo-detector 10 and / or the variable angle polarizer 4 and / or the optical element 9 are common to all the channels 2, and or
  • each of the channels 2 comprises a variable angle polarizer 4, and / or
  • each of the channels 2 comprises an angle polarizer 4, each polarizer 4 having a different speed of rotation, and / or
  • the optical element 9 of the device 1 common to all the channels 2 is a prism 9 or a network diffraction 9, and / or preferably, when the device 1 comprises several detection channels 1000, an optical element 9 of a detection channel 2 is arranged to select at least one range of frequencies of the collected beam 8 different from at least another frequency range of the collected beam 8, or of another collected beam 8, selected by an optical element 9 of another detection channel 2, and / or
  • the device 1 comprises one or more movement mechanisms being arranged to modify an orientation and / or an elevation:
  • the device comprises one or more sensors from a positioning sensor and / or gyrometer and / or a compass.

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Abstract

Procédé d'analyse de l'environnement spatial et dispositif associé L'invention se rapporte à un procédé d'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère comprenant les étapes consistant à collecter un faisceau provenant d'une direction (h, A) de l'atmosphère, à polariser le faisceau collecté, à sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté et à mesurer une intensité de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté et polarisé (I(θ,t)) en fonction de l'angle θ(t). Le procédé comprend l'étape consistant à déterminer, à partir des valeurs de I(θ,t) recueillies sur une rotation d'au moins Π/2 radians du polariseur d'angle variable: ● au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou ●une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques.

Description

Procédé d'analyse de l'environnement spatial et dispositif associé
Domaine technique
La présente invention se rapporte au domaine de la météorologie de l'espace.
La présente invention concerne en particulier l'analyse et la surveillance de l'environnement spatial terrestre afin de mesurer et prévoir des phénomènes ou incidents perturbant l'environnement spatial terrestre et en particulier la haute atmosphère. Ces phénomènes ou incidents peuvent être, par exemple, des variations intrinsèques du champ magnétique terrestre et/ou de champs électriques présents de la haute atmosphère et/ou des courants ionosphériques. Des perturbations extérieures telles que, par exemple, les vents solaires peuvent également perturber l'environnement spatial terrestre.
Ces perturbations impactent directement les satellites, réseaux, installations et systèmes électriques ou électroniques et affectent les services et fonctionnalités mis en œuvre par ces derniers. Cela se traduit, par exemple, par le brouillage des télécommunications, la perte de précision de plusieurs dizaines de mètres des systèmes de localisation et positionnement (GPS) ou encore l'interruption des forages guidés par la mesure du champ magnétique interne.
Etat de la technique antérieure
On connaît dans l'état de la technique antérieure un nombre restreint d'instruments pour l'observation depuis le sol de l'environnement spatial. Il existe des magnétomètres qui mesurent les variations du champ magnétique externe projeté au sol. On connaît également des interféromètres pour la mesure du vent à des altitudes de l'ordre de 200 km. Il existe également des iono-sondes qui mesurent le profil électronique de certaines tranches de l'atmosphère comprises entre 80 et 200 km. Dans une gamme de prix bien supérieure, exigeant des collaborations internationales, se trouves les radars à diffusion cohérente ou incohérente.
On connaît également des stations géodésiques équipées de récepteurs permettant de mesurer le contenu électronique total dans l'ionosphère. Un but de l'invention est notamment de :
- prévoir des perturbations des télécommunications satellitaires ou terrestres, et/ou
- corriger les effets engendrés par des perturbations de la haute atmosphère sur les satellites, réseaux, installations et systèmes électriques ou électroniques, et/ou
- anticiper des dégradations causées aux satellites, réseaux, installations et systèmes électriques ou électroniques, et/ou
- surveiller l'environnement spatial terrestre, et/ou
- mesurer, depuis la surface de la terre, des paramètres de la haute atmosphère, tel que, par exemple les variations du champ magnétique terrestre.
Présentation de l'invention
A cet effet, il est proposé un procédé d'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère comprenant les étapes consistant à :
- collecter un faisceau provenant d'une direction (h, A) de l'atmosphère,
- polariser le faisceau collecté en sélectionnant une direction de polarisation du faisceau collecté pour chaque valeur d'un angle 0(t) variant au cours du temps t, l'angle 0(t) étant formé entre un axe de polarisation d'un polari- seur d'angle variable et une direction de référence,
- sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté,
- mesurer une intensité de l'au moins une gamme de fréquences du fais ceau collecté et polarisé (1(0, t)) en fonction de l'angle 0(t),
- déterminer, à partir des valeurs de 1(0, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable (de préférence uniquement à partir des valeurs de 1(0, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 ra dians du polariseur d'angle variable) :
• au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou une variation d'au moins un paramètre phy sique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou
• une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques.
Il est entendu par haute atmosphère (HA), la partie de l'environnement spatial terrestre comprenant, au moins, l'ionosphère et la thermosphère. Selon l'invention, la haute atmosphère correspond à l'environnement atmosphérique terrestre situé à une altitude supérieure à 50 km et/ou inférieure à 400 km par rapport à la surface de la terre.
Le faisceau provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère est col lecté selon un angle solide défini. L'angle solide peut être compris entre 1 et 10° .
Un Rayonnement émis par la Haute Atmosphère (RHA) correspond à une émission discrète, par exemple une raie, ou limitée en longueur d'onde, par exemple une bande, pouvant être étalée sur une plage de longueurs d'onde, d'un élément et/ou d'une molécule chimique présent dans, et/ou composant, la Haute Atmosphère (HA). L'émission du RHA peut être définie comme étant émise lors du passage d'un élément et/ou d'une molécule chimique composant la HA depuis un état excité vers un état plus stable. Les inventeurs ont démontré que l'angle de polarisation du rayonnement qui est émis est lié aux lignes de champ magnétique. Les vents solaires influen cent donc directement les émissions en ce que le taux de collision entre les électrons et les éléments et/ou les molécules chimiques composant la HA augmente lorsque l'intensité des vents solaires augmente.
La gamme de fréquence du faisceau collecté sélectionnée est telle que le faisceau collecté sélectionné comprend au moins un RHA.
L'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électroma gnétique de la haute atmosphère déterminé peut comprendre :
- une concentration et/ou une température et/ou une composition et/ou une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
- un courant ionosphérique, et/ou
- une valeur du champ électrique, et/ou
- un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
- un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté
Le champ électrique peut être un champ local.
Il est entendu par champ magnétique terrestre le champ magnétique terrestre externe.
La variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée peut comprendre une variation :
- d'une concentration et/ou d'une température et/ou d'une composition et/ou d'une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- d'une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
- d'un courant ionosphérique, et/ou
- d'une valeur du champ électrique, et/ou
- d'un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
- d'un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté.
L'étape de détermination peut être réalisée :
- en moyennant, sur un intervalle de temps correspondant à une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable, 1(0, t) et le produit de 1(0, t) par sin (20(t)) et/ou cos(20(t)), et/ou
- en calculant un rapport entre :
• une intensité, au double d'une fréquence de rotation du polariseur, d'une transformée de Fourier de 1(0, t), et
• une intensité, à fréquence nulle, d'une transformée de Fourier de l'au moins une gamme de fréquences d'un faisceau collecté non polarisé prove nant de la direction (h, A) de l'atmosphère, et/ou
- en mettant en œuvre les étapes consistant à :
• appliquer un filtre passe bande à 1(0, t),
• ajuster par un cos2 la valeur filtrée de 1(0, t).
Une partie du faisceau collecté peut être le faisceau collecté non pola risé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère et une autre partie du faisceau collecté peut être le faisceau collecté polarisé provenant de la di rection (h, A) de l'atmosphère.
Le faisceau collecté non polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère peut être un faisceau collecté distinctement du faisceau collec té polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère.
Le filtre passe bande peut comprendre un filtre passe haut et/ou un filtre passe bas.
La probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation peut être déterminée à partir de l'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminé et/ou de la va riation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électroma gnétique de la haute atmosphère déterminée.
Une ou plusieurs étapes du procédé peuvent être mises en œuvre, concomitamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté.
L'une ou plusieurs étapes du procédé mises en œuvre, concomitam ment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté sont, de préférence, entre autres, les étapes de sélection et de dé termination.
L'au moins une gamme de fréquence du faisceau collecté sélectionnée peut être différente d'au moins une autre gamme de fréquence du faisceau collecté, ou d'un autre faisceau collecté, sélectionnée.
L'étape de sélection et de détermination peuvent être mises en œuvre, concomitamment ou successivement pour plusieurs gammes de fré quences du faisceau collecté, ou de faisceaux collectés, chacune des gammes de fréquences sélectionnée étant différente d'une autre des gammes de fréquences sélectionnée.
L'étape de collecte et de détermination peuvent être mises en œuvre, concomitamment ou successivement pour plusieurs faisceaux collectés pro venant de directions de l'atmosphère différentes. La vitesse de variation de l'angle 0(t) au cours de l'étape de polarisa tion peut être variable au cours du temps.
La vitesse de variation de l'angle 0(t) peut prendre une valeur nulle. La vitesse de variation de l'angle 0(t) peut prendre une valeur nulle à un instant donné. La variation de l'angle au cours du temps peut être disconti nue.
La vitesse de variation de l'angle 0(t) au cours de l'étape de polarisa tion peut être constante au cours du temps.
L'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté sélection née durant l'étape de sélection peut être comprise entre 1.103 et 1.107 GHz.
Le procédé peut comprendre une étape de compensation de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée par mo dulation d'un angle cp formé entre une direction de propagation du faisceau collecté et un élément optique utilisé pour l'étape de sélection de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté.
Il est également proposé un dispositif pour l'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère comprenant au moins une voie de détection, ladite au moins une voie de détection comprenant :
- un collecteur agencé pour collecter un faisceau provenant d'une direction de l'atmosphère (h, A),
- un polariseur d'angle variable agencé pour sélectionner une direction de polarisation du faisceau collecté pour chaque valeur d'un angle 0(t) formé entre un axe de polarisation du polariseur d'angle variable et une direction de référence, l'angle 0(t) variant au cours du temps t,
- un élément optique agencé pour sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté,
- un photo-détecteur agencé pour mesurer l'intensité de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté et polarisé (1(0, t)) en fonction de l'angle 0(t) ;
ledit dispositif comprenant une unité de traitement agencée et/ou configurée et/ou programmée pour déterminer, à partir des valeurs de 1(0, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable :
• au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou
• une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques.
De préférence, le dispositif comprend une voie de détection unique ou plusieurs voies de détection, la voie unique ou chacune des voies parmi les plusieurs voies de détection comprenant un collecteur, un polariseur d'angle variable et un élément optique.
Il peut être entendu par voie de détection, tout dispositif optique, ou partie d'un dispositif optique, à l'intérieur duquel un faisceau optique est apte à se propager et destiné à être détecté.
Le dispositif est, de préférence, agencé pour mettre en œuvre le pro cédé selon l'invention.
Le photo-détecteur peut être de type mono-pixel ou de type matri ciel.
L'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électroma gnétique de la haute atmosphère déterminé peut comprendre :
- une concentration et/ou une température et/ou une composition et/ou une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
- un courant ionosphérique, et/ou
- une valeur du champ électrique, et/ou
- un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at- mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
- un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté.
La variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée peut comprendre une variation :
- d'une concentration et/ou d'une température et/ou d'une composition et/ou d'une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- d'une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
- d'un courant ionosphérique, et/ou
- d'une valeur du champ électrique, et/ou
- d'un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
- d'un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté.
L'unité de traitement peut être agencée et/ou configurée et/ou pro grammée pour déterminer l'au moins un paramètre et/ou de la variation d'au moins un paramètre et/ou la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation en :
- moyennant, sur un intervalle de temps correspondant à une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable, 1(0, t) et le produit de 1(0, t) par sin (20(t)) et/ou cos(20(t)), et/ou
- en calculant un rapport entre :
• une intensité, au double d'une fréquence de rotation du polariseur, d'une transformée de Fourier de 1(0, t), et
• une intensité, à fréquence nulle, d'une transformée de Fourier de l'au moins une gamme de fréquences d'un faisceau collecté non polarisé prove nant de la direction (h, A) de l'atmosphère, et/ou
- mettant en œuvre les étapes consistant à :
• appliquer un filtre passe bande à 1(0, t),
• ajuster par un cos2 la valeur filtrée de 1(0, t).
L'unité de traitement peut être agencée et/ou configurée et/ou pro grammée pour déterminer lequel la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation à partir de l'au moins un paramètre et/ou de la variation d'au moins un paramètre.
Le polariseur peut être agencé pour être mis en rotation à une vitesse de rotation variable au cours du temps. Le polariseur peut être agencé pour que la vitesse de variation de l'angle 0(t) puisse prendre une valeur nulle. Le polariseur peut être agencé pour que la vitesse de variation de l'angle 0(t) puisse prendre une valeur nulle à un instant donné. Le polariseur peut être agencé pour que la varia tion de l'angle au cours du temps soit discontinue.
Le polariseur peut être agencé pour la vitesse de variation de l'angle 0(t) soit constante au cours du temps.
L'élément optique peut être agencé pour sélectionner l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté dans une gamme de fréquences comprise entre 1.103 et 1.107 GHz.
L'élément optique peut être agencé pour sélectionner plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté.
L'élément optique peut être agencé pour sélectionner plusieurs gammes de fréquences différentes du faisceau collecté.
L'élément optique peut être un filtre optique.
L'élément optique peut être agencé pour disperser la lumière.
L'élément optique peut être un prisme ou un réseau de diffraction.
L'élément optique peut être agencé pour qu'un angle cp formé entre une direction de propagation du faisceau collecté dans la voie et l'élément optique soit modulable de sorte à modifier l'au moins une gamme de fré quences du faisceau collecté sélectionnée par l'élément optique.
Cette caractéristique peut permettre de remédier aux décalages, en gendrés par une variation de température, de l'au moins une gamme de fréquences sélectionnée par l'élément optique en modifiant l'angle cp de sorte à compenser le décalage provoquer par la variation de température.
Cette caractéristique peut également permettre de modifier volontai rement l'au moins une gamme de fréquences sélectionnée par l'élément optique en modifiant l'angle cp.
Le dispositif peut comprendre plusieurs voies de détection et :
- chacune des voies de détection peut comprendre un élément optique, et/ou - une voie de détection peut être agencée pour collecter un faisceau prove nant d'une direction de l'atmosphère différente :
• d'une direction de l'atmosphère de laquelle provient un faisceau collecté par une autre voie de détection, ou
• de directions de l'atmosphère desquelles proviennent des faisceaux collec tés par d'autres voies de détection, ou
• de l'ensemble des directions de l'atmosphère desquelles proviennent les faisceaux collectés par les autres voies de détection.
Lorsque le dispositif comprend plusieurs voies de détection, le collec teur et/ou le photo-détecteur et/ou le polariseur et/ou l'élément optique peuvent être commun à toutes les voies. De préférence, lorsque le photo détecteur est commun à toutes les voies, chacune des voies comprend un polariseur.
Un élément optique d'une voie de détection peut être agencé pour sé lectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté diffé rente d'au moins une autre gamme de fréquences du faisceau collecté, ou d'un autre faisceau collecté, sélectionnée par un élément optique d'une autre voie de détection.
Le dispositif peut comprendre un ou plusieurs mécanismes de mise en mouvement étant agencés pour modifier une orientation et/ou une éléva tion :
- d'une voie de détection indépendamment d'une orientation et/ou d'une élévation d'une autre voie de détection, ou
- de plusieurs voies de détection indépendamment d'une orientation et/ou d'une élévation d'une ou de plusieurs autres voies de détection, ou
- de l'ensemble des voies de détection simultanément.
Description des figures
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
[Fig. 1] la FIGURE 1 est une représentation schématique du processus d'émission des RHA émis dans la HA en fonction de l'altitude et de la collecte d'un faisceau provenant d'une direction de l'atmosphère donnée et comprenant des RHA,
[Fig. 2] la FIGURE 2 montre quatre ensembles de mesures selon l'invention réalisées dans la région aurorale durant une aurore boréale, chaque ensemble se rapportant à un RHA différent,
[Fig. 3] la FIGURE 3 montre quatre ensembles de mesures selon l'invention réalisées à moyenne latitude, chaque ensemble se rapportant à un RHA différent,
[Fig. 4] la FIGURE 4 montre un ensemble de mesures selon l'invention d'un RHA donné réalisées à moyenne latitude pour différents azimuts,
[Fig. 5] la FIGURE 5 est une représentation schématique d'une voie de détection d'un mode de réalisation de dispositif 1 selon l'invention pour l'analyse de RHA,
[Fig. 6] la FIGURE 6 est une représentation schématique du dispositif 1 pour l'analyse de RHA comprenant une voie de détection,
[Fig. 7] la FIGURE 7 est une représentation schématique d'une variante du dispositif 1 pour l'analyse de RHA comprenant deux voies de détection,
[Fig. 8] la FIGURE 8 est une représentation schématique d'une variante du dispositif 1 pour l'analyse de RHA comprenant quatre voies de détection.
Description des modes de réalisation
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. En référence aux FIGURES 1 à 8, il est décrit dans un premier mode de réalisation un procédé d'analyse de rayonnement émis par la haute at mosphère. Le procédé comprend une étape de collecte d'un faisceau prove nant d'une direction de l'atmosphère (h, A). L'étape de collecte est réalisée au moyen d'un collecteur 3. La direction de l'atmosphère (h, A) peut être définie par un couple comprenant une élévation, notée h, et un azimut, noté A. Le procédé comprend également une étape de polarisation du faisceau collecté 8 en sélectionnant une direction de polarisation du faisceau collecté 8 pour chaque valeur d'un angle 0(t) formé entre un axe de polarisation d'un polariseur d'angle variable 4 et une direction de référence 6. L'angle 0(t) varie au cours du temps t. A des fins de simplification de la description, la vitesse de variation de l'angle 0(t) est constante au cours du temps. L'étape de polarisation est réalisée au moyen d'un polariseur 4. Pour chaque valeur de l'angle 0(t), une direction de polarisation donnée du faisceau col lecté 8 est filtrée. La direction de référence 6 est définie relativement au polariseur 4 mais elle peut être définie relativement à la direction de l'atmosphère (h, A). La direction de polarisation filtrée varie au cours du temps. Le procédé comprend une étape de sélection d'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8. L'étape de sélection peut consister en la filtration du faisceau collecté 8 et/ou en la dispersion du faisceau collecté 8. L'étape de sélection est mise en œuvre au moyen d'un élément optique 9 agencé pour filtrer ou disperser la lumière. Une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 est choisie de sorte qu'elle comprenne au moins un RHA. Le procédé comprend ensuite la mesure d'une intensité de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté et polarisé (1(0, t)) 8 en fonction de l'angle 0(t). L'étape de mesure est mise en œuvre par un détecteur op tique 10. A titre d'exemple non limitatif, le taux d'échantillonnage des me sures est de 1 kHz. Le procédé comprend l'étape de détermination d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, à partir des valeurs de 1(0, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable 4. De manière alternative ou conjointe, l'étape de détermination selon le procédé comprend la détermination d'une proba bilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électro niques. L'étape de détermination est mise en œuvre par une unité de trai tement (non représentée). La variation d'un paramètre physique et/ou chi mique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère est engendrée, entre autres, par une perturbation de l'environnement spatial terrestre. A titre d'exemple non limitatif, il est entendu par réseaux, installations, sys tèmes, dispositifs électriques et/ou électroniques les télécommunications satellitaires, les télécommunications radioélectriques terrestres, les réseaux électriques et/ou les dispositifs de guidage souterrain.
Le procédé permet d'analyser une gamme d'altitude de la HA donnée en sélectionnant une gamme de fréquence du faisceau collecté 8 compre nant un RHA donné émis par un élément et/ou une molécule chimique don né. Une émission donnée d'un élément et/ou d'une molécule chimique don née se déroule à une altitude donnée de la HA. A titre d'exemple non limita tif, l'élément et/ou la molécule chimique de la HA émettant un ou des rayonnements polarisés comprennent une émission de l'oxygène dans l'état singulet S (01S 01D) à une longueur d'onde de 557,7 nm et émis autour de 110 km d'altitude, une émission de l'oxygène dans l'état singulet D (01D 03P) à une longueur d'onde de 630 nm et émis autour de 220 km d'altitude, une émission du cation N2 + à une longueur d'onde de 391,4 nm et émis entre 85 et 90 km d'altitude, une émission du cation N2 + à une lon gueur d'onde de 427,8 nm et émis entre 85 et 90 km d'altitude, ces deux émissions étant dues à la transition
[Math 1]
La FIGURE 1 illustre le principe de l'analyse de RHA. Il y est illustré que le faisceau collecté comprend un ensemble de RHA émis dans la HA. Il y est également représenté les électrons entrant dans la HA et précipitant le long des lignes de champ magnétique. Ces électrons sont à l'origine du pas sage des éléments et/ou des molécules chimiques dans un état excité qui va ensuite relaxer vers un état plus stable en émettant un rayonnement discret particulier. Ce rayonnement discret sera généralement compris entre 1.103 et 1.107 GHz. Deux principales sources d'excitation peuvent être à l'origine des émissions par les éléments et/ou par les molécules chimiques. Une des sources est constituée d'électrons créées dans la HA du côté de la planète exposé aux émissions solaires par photo-ionisation, ces derniers peuvent dériver du côté de la terre non exposé aux émissions solaires, et une autre des sources est constituée d'électrons provenant la magnétos phère, en particulier du courant de queue de la magnétosphère.
L'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélec tionnée durant l'étape de sélection est comprise entre 1.103 et 1.107 GHz. Les étapes de mesure et de détermination sont réalisées successivement à l'étape de sélection. L'au moins une gamme de fréquence du faisceau col lecté 8 est agencée de sorte à comprendre un RHA, par exemple, un des RHA précédemment décrits. En pratique, la gamme de fréquence du fais ceau collecté 8 sélectionnée est centrée sur la fréquence du RHA choisi et s'étend sur une gamme de longueurs d'onde inférieure à 15 nm, de préfé rence inférieure à 10 nm autour de la fréquence du RHA choisi.
L'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électroma gnétique de la haute atmosphère déterminé comprend un angle de polarisa tion (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute atmosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélectionnée et/ou un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté 8.
Les particules présentes ou voyageant à travers la HA sont également considérées comme des constituants de la HA. Il s'agit par exemple d'électrons, de particules neutre ou chargées, d'ions, de molécules gaz. Les ions et électrons constituent l'ionosphère tandis que des gaz neutres consti tuent la thermosphère. Le mélange de l'ionosphère et de la thermosphère constitue la HA. Le mélange de particules neutres et de particules chargées électriquement constitue ce que l'on appelle un plasma. Les éléments et/ou les molécules chimiques de la HA sont des constituants de la HA.
L'AoLP représente le rapport entre la portion polarisée du faisceau collecté 8, c'est-à-dire le RHA, et la portion non polarisée du faisceau collec té 8. Les inventeurs ont démontrés que l'AoLP du RHA nous renseigne sur la configuration du champ magnétique externe et le DoLP nous renseigne sur l'activité géomagnétique. Ces deux paramètres permettent d'analyser et de contrôler la HA. L'AoLP peut, en particulier, être utilisé pour analyser le champ magnétique terrestre et ses variations, en particulier celles provo quées par l'activité solaire.
La variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée comprend une varia tion d'une concentration et/ou d'une température et/ou d'une composition et/ou d'une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère. De manière alternative ou conjointe, la variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée comprend une variation d'une valeur du champ magnétique ter restre et/ou d'un courant ionosphérique et/ou d'une valeur du champ élec trique et/ou d'un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute atmosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélectionnée et/ou d'un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté 8.
La perturbation de l'environnement spatial terrestre comprend, entre autres, une variation intrinsèque du champ magnétique terrestre et/ou un orage solaire.
De manière préférée, selon une première variante du premier mode de réalisation, l'étape de détermination est réalisée en moyennant, sur un intervalle de temps correspondant à une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable 4, 1(0, t) et le produit de 1(0, t) par sin (20(t)) et/ou cos(20(t)). L'angle de rotation du polariseur 4 0(t) varie en fonction du temps. Le polariseur 4 présente une période de rotation T0. Le nombre de photons collectés est de la forme suivante :
[Math 2]
At = A o/2 + Acos2 2 (0t— 5) (équation 1),
où l0 et l sont les fractions de photons respectivement non polarisés et polarisés et 0 et d sont les angles formés entre la direction de référence 6 et respectivement un axe de polarisation du polariseur d'angle variable 4 et l'axe de polarisation du rayonnement de la haute atmosphère observé. Le nombre de photons peut être considéré comme une variable aléatoire qui suit la loi de Poisson. Lorsque le nombre de photons détecté est supérieur à quelques dizaines, la variable de Poisson peut être approximée par une va- riable Gaussienne de même moyenne et variance. L'intensité mesurée en sortie du détecteur 10 peut donc être considérée comme un processus Gaussien It égale à :
[Math.3]
It = A + B cos(29t + 25) + ] A + B cos(29t + 25) wt (équation 2), où A=(l0 +l)/2, B= K/2 et wt est un processus Gaussien présentant une moyenne nulle et une variance constante dépendant de l'efficacité quan tique et de la bande passante du système de détection. Les inventeurs ont vérifié que le temps de corrélation est significativement plus petit que la période T0. Cela permet de considérer que wt est un bruit blanc Gaussien. Dès lors, le DoPL correspond au ratio l/(l+l0) ou à B/A et l'AoPL corres pond à d.
Afin de remonter aux informations modulées dans le signal It sinusoïdal , il faut multiplier le signal It par un signal périodique similaire et moyenner le produit sur une au moins une période. Le modèle comprenant deux va riables, ce traitement doit être réalisé deux fois avec deux signaux pério diques orthogonaux. Pour chaque rotation i donnée, de valeur d'angle 0(t), ou 0t dans les équations 1 et 2, supérieure ou égale à n/2 :
[Math 4]
1 c
Xj = — J Itcos20tdt , avec 28 = arccos 1 A J, (équation 3),
M) Jo '
[Math 5]
ation 4),
Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation, non exclusive de la première variante, l'étape de détermination est réalisée en calculant un rapport entre une intensité, au double d'une fréquence de rota tion du polariseur, d'une transformée de Fourier de 1(0, t), et une intensité, à fréquence nulle, d'une transformée de Fourier de l'au moins une gamme de fréquences d'un faisceau collecté 8 non polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère. Selon une amélioration de la deuxième variante du premier mode de réalisation, le faisceau collecté polarisé 8 et le faisceau collecté non polarisé proviennent de deux faisceaux collectés 8 de manière distincte. Dans ce cas, le faisceau collecté non polarisé et le faisceau collecté polarisé 8 pro viennent, de préférence, de la même direction (h, A) de l'atmosphère. De préférence, l'étape de détermination comprend un filtre passe bas qui est appliqué au signal 1(0, t). La fréquence centrale dépend de la vitesse de va riation de l'angle 0(t) et est choisie de sorte que 1(0, t) présente deux maxima et deux minima. Dès lors, la densité spectrale de puissance du si gnal 1(0, t) présente un maximum au voisinage d'une fréquence correspon dant à deux fois la fréquence de rotation. Une transformée de Fourier in verse est ensuite appliquée au signal 1(0, t) filtré.
On remarque directement et sans ambiguïté que l'étape de détermi nation selon les première et troisième variantes est réalisée uniquement à partir du signal 1(0, t).
On remarque directement et sans ambiguïté que l'étape de détermi nation selon les première et troisième variantes est réalisée sans utiliser de faisceau collecté 8 non polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère. Autrement dit, l'étape de détermination selon les première et troisième variantes n'est pas réalisée à partir d'un faisceau collecté 8 non polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère mais est réalisée uniquement à partir du signal 1(0, t).
Le terme « uniquement » s'entend des données, ou du signal qu'elles constituent, à partir desquelles la détermination est réalisée. Le terme « uniquement à partir » se rapporte donc au signal à partir duquel la dé termination est réalisée. Le terme « uniquement » n'exclue pas les para mètres physiques, chimiques ou mathématiques qui peuvent être utilisés lors de la détermination, c'est-à-dire lors du traitement du signal de 1(0, t). Par exemple, le signal peut être traité, corrigé ou modifié (par exemple au moyen d'un produit, d'une transformée ou d'une convolution...), préalable ment ou concomitamment à l'étape de traitement, en utilisant par exemple des paramètres physiques ou chimiques tels que par exemple la tempéra ture, la pression ou des grandeurs sans unité (tels que des facteurs correc tifs). On remarque, par contre, directement et sans ambiguïté que l'étape de détermination selon la deuxième variante est réalisée à partir du signal 1(0, t) et à partir d'un faisceau collecté 8 non polarisé.
Selon une troisième variante du premier mode de réalisation, non ex clusive des première et deuxième variantes, l'étape de détermination est réalisée en mettant en œuvre les étapes consistant à appliquer un filtre passe bande à 1(0, t) et ajuster par un cos2 la valeur filtrée de 1(0, t). En pratique il est procédé à un ajustement avec un cos2 sur la valeur du signal filtré. Dès lors, le DoPL correspond au ratio l/(l+l0) et la phase du cos2 issue de l'ajustement correspond à l'AoLP.
Les FIGURES 2 et 3 montrent quatre ensembles constitués chacun de trois graphiques, chaque ensemble se rapporte à un RHA différent et la FIGURE 4 montre un ensemble de trois graphiques se rapportant à un même RHA. Chaque ensemble comprend 3 graphiques distincts superposés, le graphique du haut représente l'intensité 1(0, t), en unités arbitraires, mesurée en fonction du temps local en heures exprimé en unité décimale, le graphique du milieu montre le DoLP, exprimé en pourcentage de l'intensité totale, déterminé à partir de 1(0, t) et tracé en fonction du temps local en heures exprimé en unité décimale et le graphique du bas milieu montre l'AoLP, est la valeur de l'angle de polarisation exprimé en degrés, déterminé à partir de 1(0, t) et tracé en fonction du temps local en heures exprimé en unité décimale. Les graphiques d'AoLP et de DoLP présentées sur la FIGURE 2, 3 et 4 ont été déterminées selon la première variante de l'étape de détermination. Concernant la FIGURE 4, les trois graphiques sont issus des mesures réalisées sur le RHA correspondant à la raie d'émission verte de l'oxygène atomique à 577,7 nm. Concernant les FIGURES 2 et 3, l'ensemble de graphiques en haut à gauche se rapporte aux mesures réalisées sur le RHA correspondant à la raie d'émission rouge de l'oxygène atomique à 630 nm, l'ensemble de graphiques en haut à droite se rapporte aux mesures réalisées sur le RHA correspondant à la raie d'émission verte de l'oxygène atomique à 577,7 nm, l'ensemble de graphiques en bas à gauche se rapporte aux mesures réalisées sur le RHA correspondant à la raie d'émission violette du cation diazote à 391,4 nm et l'ensemble de graphiques en bas à droite se rapporte aux mesures réalisées sur le RHA correspondant à la raie d'émission bleue du cation diazote à 427,8 nm. Sur les FIGURES 2 et 3, les lignes en pointillées indiquent la valeur moyenne de la grandeur déterminée sur la période d'observation.
La FIGURE 2 montre quatre ensembles de mesures réalisées en région aurorale aux coordonnées (69°23'27"N, 20°16'02"E) durant une aurore boréale. La direction de l'atmosphère selon laquelle le faisceau est collecté, et donc de laquelle proviennent les RHA, est définie par une élévation de 30° par rapport à l'horizon et un azimut égal à 270°. En référence à la FIGURE 2, l'anti-corrélation entre la DoLP et l'intensité de 1(0, t) démontre l'observation d'un phénomène magnétique. Les collisions entre les électrons à haute énergie (quelques centaines à quelques dizaines de milliers d'électronvolts) des pluies solaires et les éléments et/ou les molécules chimiques composant la HA engendre une dépolarisation des émissions. Les variations conséquentes et rapides d'intensité au cours du temps sont caractéristiques des phénomènes liés aux pluies polaires, des électrons énergétiques précipitent constamment dans la HA et entraîne une polarisation permanente des émissions.
La FIGURE 3 montre quatre ensembles de mesures réalisées à moyenne latitude aux coordonnées (44°83'N, 5°76'E). La direction de l'atmosphère selon laquelle le faisceau est collecté, et donc de laquelle proviennent les RHA, est définie par une élévation de 45° par rapport à l'horizon et un azimut égal à 270°. Contrairement aux mesures présentées sur la FIGURE 2, la FIGURE 3 illustre des mesures réalisées à moyenne latitude en l'absence de phénomènes auroraux. Dans ces conditions, du côté de la terre exposé au soleil, le champ magnétique terrestre externe est constamment perturbé par des courants électriques perpendiculaires s'écoulant depuis le côté de la terre exposé au soleil et par les variations du champ électrique local engendrées, entre autres, par le courant de queue de la magnétosphère. En effet, les inventeurs ont déduits de la FIGURE 3 que les électrons provenant des vents solaires précipitent le long des lignes de champ magnétiques et excitent les éléments et/ou les molécules chimiques de la HA dans une direction qui est, en moyenne, parallèle aux lignes de champ magnétiques. Dès lors, la DoLP déterminée, dite observée DoLPobs, est égale à : [Math 7]
(équation 6),
où DoLPréeiie est la DoLP réelle et e est l'angle entre la direction de l'atmosphère selon laquelle le faisceau est collecté et la ligne de champ magnétique locale. La DoLPobs correspond donc à la projection de la DoLPréeiie sur la direction de l'atmosphère selon laquelle le faisceau est collecté.
La FIGURE 4 illustre l'effet de l'azimut sur la polarisation du RHA émis à 577,7 nm. La direction de l'atmosphère selon laquelle le faisceau est col lecté est modifiée en effectuant une rotation azimutale de 2n en un inter valle de temps de quatre minutes s'étendant depuis le nord vers l'est puis vers le sud puis vers l'ouest. Les courbes en trait plein ont été déterminées pour chaque rotation de 30n de l'angle 0(t). La courbe en points-tiret repré sente l'angle que forme la ligne de champ magnétique avec la direction de l'atmosphère (45, 270) selon laquelle le faisceau est collecté. Contrairement aux phénomènes auroraux, la source des excitations des éléments et/ou les molécules chimiques composant la HA sont des électrons de basses éner gies, dits « thermalisés », dont les énergies sont typiquement inférieures à dix électronvolts, et le plus souvent de l'ordre de l'électronvolt. En référence au graphique du bas de la FIGURE 4, l'AoLP et l'angle théorique du champ magnétique sont considérablement différents dans la partie de la courbe correspondant à la direction sud (autour de 180° sur l'axe de la courbe). L'AoLP et l'angle théorique du champ magnétique sont extrêmement proches dans celle correspondant à la direction s'étendant du nord ouest au nord est (90 à 270° sur l'axe de la courbe) et décroissent selon la même pente. Selon les inventeurs, un appareil orageux plus au sud lors de l'expérience pourrait expliquer cette observation. Ils en déduisent que le procédé permet de suivre les variations du champ magnétique dans un ciel calme et les variations du champ électrique lors de séquences avec de forts champs électriques.
Bien qu'à ce stade de développement de ce nouveau procédé, l'AoLP et la DoLP soient utilisées comme principaux paramètres pour l'analyse des RHA, un ensemble d'autres paramètres peuvent également être déduits di rectement à partir de (1(0, t)). De manière alternative ou conjointe, l'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminé comprend une concentration et/ou une tempé rature et/ou une composition et/ou une vitesse d'au moins un des consti tuants de la haute atmosphère et/ou une valeur du champ magnétique ter restre et/ou un courant ionosphérique et/ou une valeur du champ électrique et/ou un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute atmosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélectionnée et/ou un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté 8. Le champ élec trique est un champ électrique local dans la région de l'atmosphère analy sée. De la même manière, la valeur du champ magnétique terrestre déter minée est une valeur locale que prend le champ magnétique dans la région de l'atmosphère analysée.
Pareillement, de manière alternative ou conjointe, la variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée comprend une variation d'une concentration et/ou d'une température et/ou d'une composition et/ou d'une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère et/ou d'une valeur du champ magnétique terrestre et/ou d'un courant ionosphérique et/ou d'une valeur du champ électrique. La perturbation de l'environnement spatial ter restre comprend, entre autres, une variation intrinsèque du champ magné tique terrestre et/ou un orage solaire.
A titre d'exemple non limitatif, la valeur du champ magnétique et/ou du champ électrique est déterminée en procédant à un étalonnage préalable du dispositif d'analyse de RHA. L'étalon utilisé peut être le signal de l'intensité (1(0, t)) et/ou l'AoLP et/ou le DoLP. La valeur du champ magné tique et/ou du champ électrique et/ou du courant ionosphérique peut éga lement être déduite à partir du signal (1(0, t)) et/ou l'AoLP et/ou le DoLP en utilisant, entre autres, la relation
[Math 8]
VH = /C
où H est l'excitation magnétique et Jc la densité de courant,
et/ou à partir des équations de Maxwell et/ou en résolvant l'équation ciné tique de transport de Boltzmann décrivant les collisions entre particules énergétiques et les cibles thermalisées et permettant la modélisation théo rique de la polarisation observée. Des observations coordonnées avec par exemple les radars à grande couverture spatiale SuperDarn, qui mesurent le champ électrique terrestre, peuvent permettre de contraindre les équa tions de Maxwell et, par la mesure des paramètres de polarisation, en dé duire le champ magnétique et/ou les courants de la HA. Des mesures coor données avec des radars à diffusion incohérente permettront de déduire les paramètres ionosphériques (concentration électronique et ionique, tempéra tures électroniques et ioniques, vitesse ionique) pour contraindre les mo dèles de transport et collision de particules permettant la modélisation de la polarisation. La prise en compte des réseaux de magnétomètres qui mesu rent le champ magnétique intégré depuis le sol permettront de caractériser les effets locaux (en altitude) et globaux sur les variations de champ ma gnétique.
La probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation est déter minée à partir d'un, ou de plusieurs, paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la HA déterminé. De manière préférée, la pro babilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation est déterminée à partir de la variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée. A titre d'exemple non limitatif, la détermination de la variation dans le temps et dans l'espace de (1(0, t)) est utilisée pour prévoir les zones de l'environnement spatial ter restre et/ou les zones de la surface terrestre et/ou les zones souterraines terrestres dans lesquelles un dysfonctionnement et/ou une dégradation est à prévoir. En fonction d'amplitudes de variations seuils d'au moins un para mètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmos phère déterminée préalablement définies, le degré d'impact des phéno mènes et/ou perturbations, allant du simple dysfonctionnement temporaire aux dégâts matériels irréversibles, sera déterminé.
Une ou plusieurs étapes du procédé sont mises en œuvre, concomi tamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du fais ceau collecté 8. L'une ou plusieurs étapes du procédé mises en œuvre, con comitamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté 8 sont, de préférence, entre autres, les étapes de sélection et de détermination. Cet aspect du procédé permet l'analyse de plusieurs RHA provenant de plusieurs émissions et/ou de plusieurs directions de l'atmosphère.
L'étape de sélection et de détermination est mise en œuvre, concomi tamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du fais ceau collecté 8, ou de faisceaux collectés 8, chacune des gammes de fré quences sélectionnée étant différente d'une autre des gammes de fré quences sélectionnée. Cet aspect du procédé permet l'analyse de plusieurs RHA provenant d'émission différentes, et donc de plusieurs altitudes de la HA.
L'étape de collecte et de détermination sont mises en œuvre, conco mitamment ou successivement pour plusieurs faisceaux collectés 8 prove nant de directions de l'atmosphère différentes.
En référence aux FIGURES 5, 6, 7 et 8 selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un dispositif 1 pour l'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère. Ce dispositif est agencé pour mettre en œuvre le procédé selon le premier aspect de l'invention. Aussi, toute carac téristique du procédé selon le premier aspect de l'invention peut être mise en œuvre par la caractéristique du dispositif 1 correspondante. Ainsi, toute caractéristique du procédé selon le premier aspect de l'invention peut être associée et/ou incorporée à la caractéristique correspondante du dispositif 1 selon le second aspect de l'invention. Le dispositif 1 selon le second aspect de l'invention comprend au moins une voie de détection 2. Une voie de dé tection est illustrée sur la FIGURE 5. La voie de détection 2 comprend le col lecteur 3 agencé pour collecter un faisceau provenant d'une direction de l'atmosphère (h, A) donnée. Le collecteur 3, la lentille 11 et la surface du detecteur 10 sont agencé pour collecter un faisceau 8 provenant de l'atmosphère avec un angle solide d'environ 2°. Le dispositif 1 comprend le polariseur d'angle variable 4 agencé pour sélectionner une direction de po larisation du faisceau collecté 8 pour chaque valeur d'un angle 0(t) formé entre l'axe de polarisation du polariseur d'angle variable 4 et une direction de référence 6, l'angle 0(t) variant au cours du temps t. A titre d'exemple, le dispositif utilise un filtre polariseur de marque Hoya de type H RT CIR-PL UV. A des fins de simplification de la description, la vitesse de rotation du polariseur d'angle variable 4 est constante au cours du temps. Selon le mode de réalisation, le polariseur d'angle variable 4 est un polariseur rotatif
4 mis en rotation par un moteur 7. Le dispositif comprend l'élément optique 9 agencé pour sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8. En pratique, l'élément optique 9 est agencé pour sélectionner l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 dans une gamme de fréquences comprise entre 1.103 et 1.107 GHz.
Selon le mode de réalisation, l'élément optique 9 est un filtre optique 9 agencé pour sélectionner une gamme de fréquence. A titre d'exemple, le dispositif utilise des filtres de marque Oméga Optical. Le filtre rouge est une 3056943 630 NB1, de largeur de bande 2 nm. Les autres filtres de couleur sont de la marque Edmund Optics de type CWL. Ils ont une largeur de bande de 10 nm ou 25 nm car les longueurs d'onde observées sont bien isolées dans le spectre de la HA. Les longueurs d'onde centrales sont 390 nm (violet N2 +), 430 nm (bleu N2 +) et 560 nm (vert O). Le dispositif 1 com prend un photo-détecteur 10 agencé pour mesurer l'intensité de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 et polarisé (1(0, t)) en fonction de l'angle 0(t). A titre d'exemple, le dispositif 1 utilise un photo détecteur de marque Hamamatsu de type H7422-40 pour les hautes sensi bilités (utilisation en moyenne latitude par exemple) et de type H10721-20 pour une grande dynamique et un plus grand nombre de photons nécessi tant une moindre sensibilité (pour des conditions aurorales par exemple). Selon le mode de réalisation, le dispositif 1 comprend une lentille 11 agen cée pour focaliser le faisceau collecté 8 sur le photo-détecteur 10. A titre d'exemple, le dispositif 1 utilise une lentille de marque Opto-sigma de type SLB 08B. L'axe optique 5 du dispositif 1 est confondu avec l'axe de rotation
5 du polariseur rotatif 4 ainsi qu'avec l'axe optique de la lentille 11. Le dis positif 1 comprend une unité de traitement (non représentée) agencée et/ou configurée et/ou programmée pour déterminer, à partir des valeurs de I(q, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable 4, l'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère. De ma nière alternative ou conjointe, l'unité de traitement est agencée et/ou confi gurée et/ou programmée pour déterminer, à partir des valeurs de 1(0, t) re cueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle va- riable 4 l'au moins une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégrada tion de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques. Il est entendu par unité de traitement un ordinateur, une unité de calcul et/ou une unité centrale, un circuit électro nique analogique (de préférence dédié), un circuit électronique numérique (de préférence dédié), et/ou un microprocesseur (de préférence dédié), et/ou des moyens logiciels.
De manière préférée, selon une première variante du second mode de réalisation et en référence à la FIGURE 6, l'unité de traitement est agen cée et/ou configurée et/ou programmée pour déterminer l'au moins un pa ramètre et/ou de la variation d'au moins un paramètre et/ou la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation en moyennant, sur un intervalle de temps correspondant à une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable, 1(0, t) et le produit de 1(0, t) par sin (20(t)) et/ou cos(20(t)). Dans ce cas, le dispositif 1 comprend une seule voie de détec tion 2, comme représenté sur la FIGURE 6, ou plusieurs voies de détection 2, comme représenté sur la FIGURE 8. Une voie de détection 2 comprend, à minima, un polariseur d'angle variable 4.
Selon une seconde variante du second mode de réalisation, non ex clusive de la première variante, l'unité de traitement est agencée et/ou con figurée et/ou programmée pour déterminer l'au moins un paramètre et/ou de la variation d'au moins un paramètre et/ou la probabilité de dysfonction nement et/ou de dégradation en mettant en œuvre les étapes consistant à appliquer un filtre passe bande à 1(0, t) et ajuster par un cos2 la valeur filtrée de 1(0, t). Dans ce cas, le dispositif 1 comprend une seule voie de dé tection 2, comme représenté sur la FIGURE 6, ou plusieurs voies de détec tion 2. Une voie de détection 2 comprend, à minima, un polariseur d'angle variable 4. De préférence, le dispositif 1 comprend une seule voie de détec tion 2, comme représenté sur la FIGURE 6, ou plusieurs voies de détection 2, comme illustré sur la FIGURE 8. Une voie de détection 2 comprend, à minima, un polariseur d'angle variable 4.
Selon une troisième variante du second mode de réalisation, l'unité de traitement est agencée et/ou configurée et/ou programmée pour déter miner l'au moins un paramètre et/ou de la variation d'au moins un para- mètre et/ou la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation en calculant un rapport entre une intensité, au double de la fréquence de rota tion du polariseur, de la transformée de Fourier de 1(0, t), et une intensité, à fréquence nulle, d'une transformée de Fourier de l'au moins une gamme de fréquences d'un faisceau collecté 8 non polarisé provenant de la direction (h, A) de l'atmosphère. Dans ce cas, le dispositif 1 comprend une seule voie de détection 2, comme représenté sur la FIGURE 7, ou plusieurs voies de détection 2.
Selon la troisième variante, le dispositif 1 peut comprendre, tel qu'illustré sur la FIGURE 7, deux voies de détection 2, 21, 22 ou plus. Une des voies de détection 2, 22, dite de référence, est agencée pour collecter un faisceau provenant de la même direction (h, A) de l'atmosphère que l'autre voie de détection 2, 21, dite de mesure. Le faisceau collecté par la voie de référence 22 comprend un filtre optique 9 agencé pour sélectionner une même gamme de fréquence identique à la gamme de fréquence sélec tionnée par le filtre optique 9 de la voie de mesure 21.
Selon la troisième variante, le dispositif 1 peut comprendre, une ou respectivement plusieurs voies de mesure 2, 21, tel qu'illustré respective ment sur les FIGURES 6 et 8. Dans ce cas, l'unité de traitement est agencée et/ou configurée et/ou programmée pour déterminer l'au moins un para mètre et/ou de la variation d'au moins un paramètre et/ou la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation en calculant un rapport entre l'intensité, au double de la fréquence de rotation du polariseur, de la trans formée de Fourier de 1(0, t), et l'intensité, à la fréquence nulle, de la trans formée de Fourier de 1(0, t).
De préférence, l'unité de traitement est agencée et/ou configurée et/ou programmée pour déterminer l'au moins un paramètre et/ou la varia tion de l'au moins un paramètre et/ou la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation à partir de l'au moins un paramètre et/ou de la varia tion d'au moins un paramètre.
Toute caractéristique du dispositif selon le second aspect de l'invention peut être associée et/ou incorporée à toute caractéristique cor respondante du procédé selon le premier aspect de l'invention. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, dans des variantes combinables entre elles des modes de réalisation précédemment décrits :
- selon le premier mode de réalisation, le procédé est mis en œuvre successivement ou concomitamment pour plusieurs faisceaux collecté 8, et/ou
- selon le premier mode de réalisation, la vitesse de variation de l'angle 0(t) au cours de l'étape de polarisation est variable au cours du temps, et/ou
- l'au moins une gamme de fréquence du faisceau collecté sélectionnée peut être différente d'au moins une autre gamme de fréquence du faisceau collecté, ou d'un autre faisceau collecté, sélectionnée, et/ou
- de préférence, lorsque le procédé est mis en œuvre pour plusieurs fais ceaux collectés 8, la vitesse de variation de l'angle 0(t) au cours de l'étape de polarisation d'un faisceau collecté 8 est différente des vitesses de varia tion des angles 0(t) au cours de l'étape, ou des étapes, de polarisation des autres faisceaux collectés 8, et/ou
- de préférence, lorsque le procédé est mis en œuvre pour plusieurs fais ceaux collectés 8, le procédé comprend une étape de déphasage appliquée aux faisceaux collectés 8, le déphasage d'un faisceau collecté 8 étant diffé rent des déphasages des autres faisceaux collectés 8, et/ou
- selon le premier mode de réalisation, le procédé comprend une étape de compensation de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélectionnée par modulation d'un angle cp formé entre une direction de propagation du faisceau collecté 8 et un élément optique 9 utilisé pour l'étape de sélection de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8, et/ou
- l'au moins une gamme de fréquence du faisceau collecté 8 est agencée de sorte à comprendre plusieurs RHA, et/ou
- le faisceau collecté et polarisé 8 et le faisceau collecté non polarisé constituent le faisceau collecté 8, et/ou - une partie du faisceau collecté 8 est polarisée, et constitue le faisceau collecté polarisé, et une autre partie du faisceau collecté 8 n'est pas polarisée, cette partie, et constitue le faisceau collecté non polarisé, et/ou
- la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée 8 s'étend sur une gamme de longueurs d'onde inférieure à 8 nm, de préférence inférieure à 6 nm, de préférence inférieure à 5 nm, et/ou
- la vitesse de variation de l'angle 0(t) prend une valeur nulle à un instant donné, et/ou
- la variation de l'angle 0(t) au cours du temps est discontinue, et/ou
- selon le second mode de réalisation, l'élément optique 9 est agencé pour sélectionner plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté 8, et/ou
- le photo-détecteur 10 est de type mono-pixel ou de type matriciel, et/ou
- l'élément optique 9 est agencé pour disperser la lumière, et/ou
- l'élément optique 9 est un prisme ou un réseau de diffraction, et/ou
- selon la troisième variante du second mode de réalisation, le dispositif 1 comprend une seule voie de détection 2, et/ou
- la vitesse de rotation de polariseur d'angle variable 4 est variable au cours du temps, et/ou
- selon la deuxième variante du second mode de réalisation, la vitesse de rotation de polariseur d'angle variable 4 est, de préférence, variable, et/ou
- de préférence encore, selon la deuxième variante du second mode de réa lisation, la vitesse de rotation de polariseur d'angle variable 4 prend par in termittence une valeur nulle de sorte que la rotation soit discontinue, et/ou
- l'élément optique 9 est agencé pour qu'un angle cp formé entre une direc tion de propagation du faisceau collecté 8 dans la voie de détection 2 et l'élément optique 9 soit modulable de sorte à modifier l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 sélectionnée par l'élément op tique 9, et/ou
- le dispositif 1 comprend une unique voie de détection 2, la voie unique comprend un polariseur d'angle variable et un élément optique, et/ou
- le dispositif 1 comprend une unique voie de détection 2, la voie unique comprend un collecteur, un polariseur d'angle variable et un élément op tique, et/ou - le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détection 2, chacune des voies parmi les plusieurs voies de détection comprend un polariseur d'angle va riable et un élément optique, et/ou
- le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détection 2, chacune des voies parmi les plusieurs voies de détection comprend un collecteur, un polariseur d'angle variable et un élément optique, et/ou
- le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détection 2 et dans lequel :
• chacune des voies de détection 2 comprend un élément optique 9 tel que précédemment décrit, et/ou
• une voie de détection 2 est agencée pour collecter un faisceau prove nant d'une direction de l'atmosphère différente :
o d'une direction de l'atmosphère de laquelle provient un faisceau collecté 8 par une autre voie de détection 2, ou
o de directions de l'atmosphère desquelles proviennent des faisceaux collec tés 8 par d'autres voies de détection 2, ou
o de l'ensemble des directions de l'atmosphère desquelles proviennent les faisceaux collectés 8 par les autres voies de détection 2.
- lorsque le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détection 2, le collec teur 3 et/ou le photo-détecteur 10 et/ou le polariseur d'angle variable 4 et/ou l'élément optique 9 sont communs à toutes les voies 2, et/ou
- de préférence, lorsque le photo-détecteur 10 est commun à toutes les voies 2, chacune des voies 2 comprend un polariseur d'angle variable 4, et/ou
- lorsque le photo-détecteur 10 est commun à toutes les voies 2, chacune des voies 2 comprend un polariseur d'angle 4, chaque polariseur 4 ayant une vitesse de rotation différente, et/ou
- lorsque le photo-détecteur 10 est commun à toutes les voies 2, un dépha sage est appliqué au faisceau collecté 8 de chacune des voies 2, le dépha sage d'un faisceau collecté 8 étant différent des déphasages des faisceaux collectés 8 des autres voies 2, et/ou
- lorsque le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détection 2 et qu'une voie de détection 2 comprend uniquement le polariseur d'angle variable 4, l'élément optique 9 du dispositif 1 commun à toutes les voies 2 est un prisme 9 ou un réseau de diffraction 9, et/ou - de préférence, lorsque le dispositif 1 comprend plusieurs voies de détec- 1000 tion 2, un élément optique 9 d'une voie de détection 2 est agencé pour sé lectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté 8 diffé rente d'au moins une autre gamme de fréquence du faisceau collecté 8, ou d'un autre faisceau collecté 8, sélectionnée par un élément optique 9 d'une autre voie de détection 2, et/ou
1005 - le dispositif 1 comprend un ou plusieurs mécanismes de mise en mouve ment étant agencés pour modifier une orientation et/ou une élévation :
• d'une voie de détection 2 indépendamment d'une orientation et/ou d'une élévation d'une autre voie de détection 2, ou
• de plusieurs voies de détection 2 indépendamment d'une orientation 1010 et/ou d'une élévation d'une ou de plusieurs autres voies de détection 2, ou
• de l'ensemble des voies de détection 2 simultanément, et/ou
- le dispositif comprend un ou des capteurs parmi un capteur de position nement et/ou gyromètre et/ou une boussole.
1015 De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1020 1. Procédé d'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère com prenant les étapes consistant à :
- collecter un faisceau provenant d'une direction (h, A) de l'atmosphère,
- polariser le faisceau collecté en sélectionnant une direction de polarisation du faisceau collecté pour chaque valeur d'un angle 0(t) variant au cours du
1025 temps t, l'angle 0(t) étant formé entre un axe de polarisation d'un polari- seur d'angle variable et une direction de référence,
- sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté,
- mesurer une intensité de l'au moins une gamme de fréquences du fais ceau collecté et polarisé (1(0, t)) en fonction de l'angle 0(t),
1030 - déterminer, uniquement à partir des valeurs de 1(0, t) recueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable :
• au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagné tique de la haute atmosphère, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère,
1035 et/ou
• une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'au moins un paramètre
1040 physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminé comprend :
- une concentration et/ou une température et/ou une composition et/ou une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
1045 - un courant ionosphérique, et/ou
- une valeur du champ électrique, et/ou
- un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
1050 - un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel dans lequel la varia tion d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagné tique de la haute atmosphère déterminée comprend une variation : - d'une concentration et/ou d'une température et/ou d'une composition
1055 et/ou d'une vitesse d'au moins un des constituants de la haute atmosphère, et/ou
- d'une valeur du champ magnétique terrestre, et/ou
- d'un courant ionosphérique, et/ou
- d'une valeur du champ électrique, et/ou
1060 - d'un angle de polarisation (AoLP) d'un rayonnement émis par la haute at mosphère de manière polarisé à une longueur d'onde comprise dans la gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée, et/ou
- d'un taux de polarisation (DoLP), avant collecte, du faisceau collecté.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans
1065 lequel l'étape de détermination est réalisée :
- en moyennant, sur un intervalle de temps correspondant à une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle variable, 1(0, t) et le produit de 1(0, t) par sin (20(t)) et/ou cos(20(t)), et/ou
- en mettant en œuvre les étapes consistant à :
1070 • appliquer un filtre passe bande à 1(0, t),
•ajuster par un cos2 la valeur filtrée de 1(0, t).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation est déter minée à partir de l'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou
1075 électromagnétique de la haute atmosphère déterminé et/ou de la variation d'au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère déterminée.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une ou plusieurs étapes du procédé sont mises en œuvre, concomi
1080 tamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du fais ceau collecté.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de sélection et de détermination sont mises en œuvre, con comitamment ou successivement pour plusieurs gammes de fréquences du
1085 faisceau collecté, ou de faisceaux collectés, chacune des gammes de fré quences sélectionnée étant différente d'une autre des gammes de fré quences sélectionnée.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de collecte et de détermination sont mises en œuvre, conco
1090 mitamment ou successivement pour plusieurs faisceaux collectés provenant de directions de l'atmosphère différentes.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de variation de l'angle 0(t) au cours de l'étape de polarisa tion est variable au cours du temps.
1095 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté sélection née durant l'étape de sélection est comprise entre 1.103 et 1.107 GHz.
11. Procédé selon la revendication l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de compensation de l'au moins une
1100 gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée par modulation d'un angle cp formé entre une direction de propagation du faisceau collecté et un élément optique utilisé pour l'étape de sélection de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté.
12. Dispositif pour l'analyse de rayonnement émis par la haute atmosphère
1105 comprenant au moins une voie de détection, ladite au moins une voie de détection comprenant :
- un collecteur agencé pour collecter un faisceau provenant d'une direction de l'atmosphère (h, A),
- un polariseur d'angle variable agencé pour sélectionner une direction de
1110 polarisation du faisceau collecté pour chaque valeur d'un angle 0(t) formé entre un axe de polarisation du polariseur d'angle variable et une direction de référence, l'angle 0(t) variant au cours du temps t,
- un élément optique agencé pour sélectionner au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté,
1115 - un photo-détecteur agencé pour mesurer l'intensité de l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté et polarisé (1(0, t)) en fonction de l'angle 0(t) ;
ledit dispositif comprenant une unité de traitement agencée et/ou configu rée et/ou programmée pour déterminer, à partir des valeurs de 1(0, t) re
1120 cueillies sur une rotation d'au moins n/2 radians du polariseur d'angle va riable :
• au moins un paramètre physique et/ou chimique et/ou électromagné- tique, et/ou une variation d'au moins un paramètre physique et/ou chi mique et/ou électromagnétique de la haute atmosphère, et/ou
1125 • une probabilité de dysfonctionnement et/ou de dégradation de réseaux et/ou d'installations et/ou de systèmes et/ou dispositifs électriques et/ou électroniques, et
le dispositif comprend une voie de détection unique ou plusieurs voies de détection, la voie unique ou chacune des voies parmi les plusieurs voies de
1130 détection comprenant un collecteur, un polariseur d'angle variable et un élément optique.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le polariseur est agen cé pour être mis en rotation à une vitesse de rotation variable au cours du temps.
1135 14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, dans lequel l'élément op tique est agencé pour sélectionner l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté dans une gamme de fréquences comprise entre 1.103 et 1.107 GHz.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans le
1140 quel l'élément optique est agencé pour sélectionner plusieurs gammes de fréquences du faisceau collecté.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans le quel l'élément optique est agencé pour qu'un angle cp formé entre une di rection de propagation du faisceau collecté dans la voie et l'élément optique
1145 soit modulable de sorte à modifier l'au moins une gamme de fréquences du faisceau collecté sélectionnée par l'élément optique.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, compre nant plusieurs voies de détection et :
- chacune des voies de détection comprend un élément optique, et/ou
1150 - une voie de détection est agencée pour collecter un faisceau provenant d'une direction de l'atmosphère différente :
• d'une direction de l'atmosphère de laquelle provient un faisceau collec té par une autre voie de détection, ou
• de directions de l'atmosphère desquelles proviennent des faisceaux col
1155 lectés par d'autres voies de détection, ou
• de l'ensemble des directions de l'atmosphère desquelles proviennent les faisceaux collectés par les autres voies de détection.
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