Control systems design for satellite active optics

The major obstacle to imaging Earth from space is the severe degradation in the image quality induced by thermo-elastic deformations in the satellite optical path. Active Optics (AO) provides a means for removing most of perturbation effects on the satel-lite observation instrument. Before entering the telescope, light from a distant object forms essentially plane waves. However, propagating through the satellite optical path, the wave-front is no longer flat, but severely distorted because of the telescope mechanical deformations mainly due to thermal fluxes coming from the Sun and the Earth. AO compensates for the wave-front phase errors by sensing perturbations with a Wave-Front Sensor and adding the estimated conjugated phase by adjusting the optical path length differences with a Deformable Mirror. In this work, developed at the RT/SO department of Thales Alenia Space France, several control strategies were implemented and their performance discussed. First, an optimal control approach was developed in Matlab/Simulink environment, it was compared with an adaptive control methodology and then with a predictive control strategy. All the simulations were carried out using Pléiades-1A satellite data.

La principale difficoltà nell’osservazione della Terra dallo spazio è data dal deterioramento delle immagini per le deformazioni termo-elastiche della strumentazione ottica del satellite, dovute principalmente ai flussi termici provenienti dal Sole e dalla Terra stessa. L’Ottica Attiva (AO) rappresenta un mezzo capace di attenuare la maggior parte degli effetti di tali perturbazioni: un sistema di controllo AO compensa l’errore del fronte d'onda in ingresso al telescopio, stimando la perturbazione sul treno ottico con un sensore di fronte d'onda e introducendo un contributo che si oppone a tale perturbazione, facendo uso di uno o più specchi deformabili. In questo lavoro, svolto presso il dipartimento RT/SO della Thales Alenia Space France, vengono presentate diverse strategie di controllo e le loro prestazioni. Una tecnica di controllo ottimo è stata dapprima presa in considerazione ed in seguito con-frontata ad una metodologia di controllo adattativo e ad una strategia di controllo predittivo. Le simulazioni sono state eseguite utilizzando i dati provenienti dal satellite Pléiades-1A.