Transfert de temps de haute performance : le lien micro-onde de la mission ACES

High performance time transfer : the microwave link of the ACES mission

• Auteur / Autrice : Loïc Duchayne
• Direction : Noël Dimarcq, Peter Wolf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Président / Présidente : François Mignard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noël Dimarcq, Peter Wolf, Pascale Defraigne, Serge Reynaud, Gérard Petit, Christophe Salomon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Defraigne, Serge Reynaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synchronisation

Systèmes de communication à microondes

Horloges atomiques

Analyse temps-fréquence

Résumé

Les méthodes de transfert de temps actuelles atteignent des performances telles que leur utilisation permet de tester les lois de la physique fondamentale. Dans ce cadre, la mission ACES vise, entre autres, l’étude des effets de la Gravitation sur le battement des horloges à travers un lien de communication performant, le lien micro-onde. Ce manuscrit se focalise sur la comparaison des horloges de cette mission pour en développer un modèle précis au dixième de picoseconde. De ce modèle découle un algorithme de traitement des mesures brutes qui servira lors de la mission. Des tests de ce programme ont été réalisés à l’aide d’une simulation des mesures de la mission afin d’en évaluer les performances. Par ailleurs, les besoins de la mission en précision de l’orbitographie des stations et des calibrations temporelles de la mission sont approfondis et montrent de limites moins contraignantes que celles naïvement estimées. Enfin, la résolution statistique des ambiguïtés de phase est étudiée à l’aide d’un modèle réaliste de bruit des mesures. Ce travail conduit à des méthodes permettant de réduire considérablement le taux d’échec de cette détermination. Ce travail s’ouvre sur l’étude du projet SAGAS et de son concept avancé de lien optique. Des combinaisons de mesures et leur optimisation permettent d’évaluer les performances du projet sur plusieurs de ses objectifs scientifiques, tels que l’exploration spatiale, les tests des lois de la Gravitation ou les ondes gravitationnelles.

Nowadays, time transfer methods reach such high performances that it is actually possible to test fundamentals laws of physics with them. For instance, the ACES mission aims at studying the gravitational effects on clock frequency using a highly stable communication link, the microwave link. Firstly, this thesis investigates time transfer model considering all terms greater than 0. 1 ps. This model is necessary to compute the data analysis algorithm which will be used during the actual mission. For testing purposes, a simulation of the raw measurements of the mission is developed and allows to evaluate the performances of the data analysis algorithm. Moreover, we also study the requirements of the mission on orbitography and time calibrations. It leads to less constraining requirements than naively expected. This work also studies the resolution of phase ambiguity of the microwave Link and their successful determination statistics, and describes methods and observable combinations which reduce quantitatively these probabilities. Finally, this thesis investigates the SAGAS project and its advanced concept of optical link. The optimisation of observable combinations allows to evaluate the performances of several scientific goals of the project, such as space exploration, testing gravitational laws or constraining gravitational waves.