Modèle numérique de MUSE
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Modèle numérique de MUSE Aurélien Jarno 7 novembre 2007 Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Pourquoi un simulateur d’instrument ? MUSE est un instrument complexe : 24 modules spectrographes (IFU) grand volume de données (400 Mpixels / 90 000 spectres) optique adaptative Nous avons donc besoin d’un outil pour : générer des poses détecteurs synthétiques pour développer le logiciel de réduction de données aider à la phase d’assemblage, d’intégration et de tests (AIT) aider au développement des procédures de calibration vérifier les performances de l’instrument Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Limite des logiciels commerciaux Certains logiciels commerciaux (principalement ASAP et Zemax) sont capables de simuler des instruments complexes en tenant compte des aberrations et de la diffraction. Ils sont toutefois limités : ne proposent pas la flexibilité nécessaire à ces simulations pas de contrôle sur les calculs effectués difficiles à intégrer dans l’environnement logiciel de MUSE utilisé par des utilisateurs allant de l’ingénieur à l’astronome. simulation optique uniquement Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Développement d’un logiciel ad-hoc Fonctionnalités : modélisation de type end-to-end simulation de l’instrument dans tous ses modes opérationnels (champ large, champ étroit, calibration) calculs de PSF synthétiques entre les plans clés modélisation des transformées de coordonnées calculs de la réponse radiométrique génération de poses synthétiques (sorties détecteur) Effets pris en compte : aberrations optiques et diffraction ; atmosphère et optique adaptative (simulés par ATMOS) détecteurs CCD Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE L’INM dans l’environnement logiciel de MUSE ATMOS : Atmosphère + VLT + simulateur d’instrument INM : Instrument Numerical Model DRS : Data Reduction Software DAST : Data Analysis Software and Tools Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Simulation : Zemax Description de l’instrument Extraction des paramètres optiques Génération de cartes de transformées de coordonnées en utilisant les fonctionnalités de lancer de rayon Calcul de cartes de front d’onde (aberrations) Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Simulation : optique de Fourier Régime de diffraction de Fraunhofer à l’infini Transformées de Fourier de l’amplitude complexe entre les plans conjugués Cartes de front d’onde calculées par Zemax Transformées de Fresnel pour les masques qui ne sont pas dans un plan pupille ou plan image Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Simulation : transformées de coordonnées Cartes de transformées de coordonnées produites par Zemax Possibilité d’introduire des cartes mesurées Paramétrisation des cartes de transformées de coordonnées à une longueur d’onde donnée par un polynôme bi-dimensionnel (jusqu’à un degré 10) dans les deux sens Linéarisation des coefficients du polynôme en fonction de la longueur d’onde Modélisation du VPHG par un modèle analytique Calcul de la distortion Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Simulation : simulateur de poses (1/2) Utilise les données produites par les autres modules logiciel pour générer des poses détecteur. La (( force brute )) prendrait trop de temps Propagation objet par objet (petits cubes 3D), en utilisant les informations spatiales et spectrales pour diminuer le temps de calcul : 3 classes d’objets spatiaux Point source Source étendue Source diffuse 3 classes d’objets spectraux Raie d’émission non résolue Raie d’émission résolue Continuum Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Simulation : simulateur de poses (2/2) Propagation cohérente (point source) : propagation en une seule fois depuis le ciel utilisation des écrans de phase de l’atmosphère et de l’optique adaptative Propagation non cohérente : calcul de la PSF de chaque module propagation dans l’instrument par convolution effets de l’atmosphère et de l’optique adaptative introduit par ATMOS Simulation du détecteur : échantillonnage, courant d’obscurité, non linéarité, diffusion de charge, CTE, rayons cosmiques, fringing. Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Limites de la simulation Données astrophysique d’entrée dans un format non standard, et qui détermine fortement le temps de calcul Fortement dépendant des données et informations accumulées pendant le design, la fabrication et les AIT. Simulation de l’atmosphère (actuellement) incomplète dans le cas d’objets ponctuel Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE Statut et perspectives Statut Limité à un seul IFU Calcul de PSF Calculs de transformées de coordonnées Calculs de poses pour certain types d’objets Travail restant à faire Calculs de pose pour tous les objets Simulation plus complète de l’atmosphère (objets ponctuels) Prendre en compte les 24 IFU Aurélien Jarno Modèle numérique de MUSE
