Optimisation d'un système Flash LiDAR basé sur un détecteur MCT-APD infrarouge pour l'atterrissage spatial et l'imagerie 3D

Les missions d'exploration planétaire ont des phases difficiles lors de l'atterrissage d'un vaisseau spatial ou d'une charge utile, telle qu'un rover. L'étude et l'exploration de la Lune, de Mars ou d'autres corps extraterrestres devraient être effectuées prochainement par des missions sans assistance humaine; une procédure autonome est donc essentielle pour les opérations de navigation précises et rapides. L'utilisation d'une caméra 3D dans le système de guidage, de navigation et de contrôle (GNC) permet la création d’une carte numérique d’élévation (DEM) du terrain ciblé, utilisé afin d'identifier et éviter les sites dangereux et adapter le parcours du vaisseau spatial à un endroit sûr. Inversement cela peut permettre d'explorer plus efficacement des reliefs difficiles, comme les cratères.Les systèmes Flash LiDAR sont considérés comme l’une des meilleures alternatives pour ces capteurs de vision 3D. C'est une technologie clé dans l’avenir de la navigation à différentes distances. Ces systèmes sont constitués d’un détecteur composé d'une matrice de photodiodes à avalanche (APD) et d’un LASER. L'avantage principal du Flash LiDAR réside dans le fait que l'impulsion lumineuse émise par le LASER éclaire tout le terrain cible sans utiliser de balayage mécanique, ce qui rend le système plus compact et fiable.Cette thèse décrit l'optimisation d'un système Flash LiDAR basé sur un détecteur de tellurure de mercure-cadmium (MCT) développé par le CEA-LETI. Les MCT-APDs ont des caractéristiques leur permettant la détection rapide de l'impulsion LASER envoyée avec un bon rapport signal sur bruit (SNR). Le matériel fournit un gain élevé avec une tension de polarisation et un facteur de bruit excessif faibles, ce qui en fait un bon candidat pour les applications ayant un nombre de photons faible, comme les mesures à longue distance. Le circuit intégré de lecture (ROIC) chargé de contrôler le détecteur est conçu pour enregistrer deux trames par impulsion: une image 2D, ou d'intensité, correspondant à l'intégration de l'impulsion lumineuse et une image 3D, ou de temps de vol (TOF), pouvant être traduite en mesure de distance.Dans un premier temps chaque composant, en dehors du détecteur, a été identifié et caractérisés dans le but de miniaturiser le système. Cette phase d'optimisation comprenait l'intégration d'un LASER plus puissant, ainsi que la conception d'un système optique et le développement d'une carte de commande électronique dédiée. Les contraintes de poids et d