Analysis of Reinforced Concrete Buildings Using Multipath Lidar

International audienceThis paper compares the modal analysis of reinforced-concrete buildings obtained using sensitive velocimeters and coherent LIDAR. Ambient vibrations are recorded by these two systems and processing using operative modal analysis method for getting building frequency and mode shapes. Real-scale trials applied to five buildings located at Grenoble (France) are presented. The efficiency and reliability of the Lidar is discussed and the modal parameters measured by Lidar at a range of 200m and by in-situ velocimeters are compared. The results are in good agreement and allow us to conclude on the ability of the coherent Lidar to assess modal parameters of existing buildings at long range and without any retroreflectors placed on the structures. The results open new perspectives for remotely testing buildings, without getting inside, facilitating dynamic analysis of buildings for earthquake engineering applications

Measures de vent 3D avec le lidar Doppler coherent Live à bord d'un avion

International audienceA three-dimensional (3D) wind profiling Lidar, based on the latest high power 1.5 µm fiber laser development at Onera, has been successfully flown on-board a SAFIRE (Service des Avions Français Instrumentés pour la Recherche en Environnement) ATR42 aircraft. The Lidar called LIVE (LIdar VEnt) is designed to measure wind profiles from the aircraft down to ground level, with a horizontal resolution of 3 km, a vertical resolution of 100 m and a designed accuracy on each three wind vector components better than 0.5 m.s −1. To achieve the required performance, LIVE Lidar emits 410 µJ laser pulses repeating at 14 KHz with a duration of 700 ns and uses a conical scanner of 30 • total opening angle and a full scan time of 17 s.Un lidar vent 3D, basé sur le dernier développement de laser à fibre de 1,5 µm à haute puissance de l’ONERA a été testé avec succès à bord d’un avion SAFIRE ATR42. Le lidar appelé LIVE est conçu pour mesurer les profils de vent de l’avion jusqu'au sol, avec une résolution horizontale de 3 km, une résolution verticale de 100 m et une précision calculée supérieure à 0,5 m / s pour chaque composante du vecteur du vent

Highly variable upper and abyssal overturning cells in the South Atlantic

The Meridional Overturning Circulation (MOC) is a primary mechanism driving oceanic heat redistribution on Earth, thereby affecting Earth’s climate and weather. However, the full-depth structure and variability of the MOC are still poorly understood, particularly in the South Atlantic. This study presents unique multiyear records of the oceanic volume transport of both the upper (~3100 meters) overturning cells based on daily moored measurements in the South Atlantic at 34.5°S. The vertical structure of the time-mean flows is consistent with the limited historical observations. Both the upper and abyssal cells exhibit a high degree of variability relative to the temporal means at time scales, ranging from a few days to a few weeks. Observed variations in the abyssal flow appear to be largely independent of the flow in the overlying upper cell. No meaningful trends are detected in either cell.Fil: Kersalé, Marion. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados Unidos. University of Miami; Estados UnidosFil: Meinen, Christopher S.. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados UnidosFil: Perez, Renellys C.. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados UnidosFil: Le Hénaff, Matthieu. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados Unidos. University of Miami; Estados UnidosFil: Valla, Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Departamento Oceanografía; ArgentinaFil: Lamont, Tarron. University of Cape Town; SudáfricaFil: Sato, Olga T.. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Dong, Shenfu. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados UnidosFil: Terre, T.. University of Brest; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: van Caspel, M.. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Chidichimo, María Paz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Departamento Oceanografía; ArgentinaFil: van den Berg, Marcel Alexander. Department of Environmental Affairs; SudáfricaFil: Speich, Sabrina. University Of Cape Town; SudáfricaFil: Piola, Alberto Ricardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Ecole Normale Superieure. Laboratoire de Meteorologie Dynamique; Francia. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Departamento Oceanografía; Argentina. Instituto Franco-Argentino sobre Estudios del Clima y sus Impactos; Argentina. Universidad de Buenos Aires; ArgentinaFil: Campos, Edmo. Universidade de Sao Paulo; Brasil. American University Of Sharjah.; Emiratos Árabes UnidosFil: Ansorge, Isabelle. University of Cape Town; SudáfricaFil: Volkov, Denis L.. University of Miami; Estados Unidos. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados UnidosFil: Lumpkin, Rick. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados UnidosFil: Garzoli, S. L.. University of Miami; Estados Unidos. National Ocean And Atmospheric Administration; Estados Unido

Etude d'un lidar doppler impulsionnel à laser Erbium fibré pour des mesures de champ de vent dans la couche limite de l'atmosphère

Un travail de thèse a été entrepris pour la réalisation d'un anémomètre laser cohérent impulsionnel pour la mesure de champ de vent résolue en distance dans la basse atmosphère. Lors de sa propagation, l'impulsion permet de sonder graduellement l'atmosphère dans le sens ascendant. Il est ainsi possible de résoudre en distance la mesure de vitesse en découpant l'analyse du signal rétrodiffusé en multiples fenêtres temporelles. L'originalité de ce travail de thèse est l'utilisation d'une source laser fibrée 1,55 m en régime impulsionnel nanoseconde. La technologie Erbium fibrée permet la réalisation d'instruments fiables, compacts et à sécurité oculaire. Un simulateur de performance instrumentale permet de calculer le rapport porteuse sur bruit d'un lidar mono ou bistatique, utilisant des configurations de faisceaux gaussiens tronqués avec ou sans turbulence atmosphérique. Pour la turbulence, le simulateur utilise un code de propagation par écran de phase. Le calcul exact de la borne de Cramér-Rao permet de dimensionner les performances du traitement numérique associé à l'instrument. Cette partie comporte un travail de modélisation fine du spectre du signal lidar qui met en évidence une forme de " spectral leakage " lié à la décorrélation du signal due à la nature impulsionnelle de l'instrument. La disponibilité d'une source de 20 J a permis la réalisation d'un prototype permettant la mesure simultanée de trois cases distances jusqu'à 130 mètres de distance et de valider par l'expérience le travail de modélisation entrepris au cours de cette thèse.A PhD work has been undertaken for the realization of an impulse coherent laser anemometer for the measurement of wind field solved in distance in the lower atmosphere. During its propagation, the pulse gradually probe the atmosphere in the ascending direction. It is thus possible to realize a distance resolved velocity measurement by cutting out the analysis of the signal retrodiffused in multiple temporal windows. The originality of this PhD work is the use of a 1.55 m erbium fiber amplifier in a nanosecond pulsed mode, which allows the realization of compact and reliable instruments, with ocular safety. The instrumental simulator calculates the carrier to noise ratio of a mono or bistatic lidar, using configurations of truncated Gaussian beams with or without atmospheric turbulence. In order to account for atmospheric turbulence, the simulator uses a screen phase propagation code.The exact calculation of the Cramér-Rao lower bound allows us to predict the performances of the digital processing associated with the instrument. This part contains a fine model of the spectrum of the lidar signal which highlights a form of "spectral leakage" related to the decorrelation of the signal due to the pulsed nature of the instrument. he availability of a laser able of 20 J pulses allowed the realization of a prototype which was able to make three simultaneous measurements at distances up to 130 meters, thus giving us the opportunity to validate by the experiment the spectrum model undertaken during this PhD work.PARIS-Télécom ParisTech (751132302) / SudocSudocFranceF

Détection et caractérisation des tourbillons de sillage des avions par Lidar Doppler

Dans un contexte où le trafic aérien s'accroît chaque jour, l'optimisation des débits en termes de décollage et d'atterrissage est devenue un enjeu majeur pour les aéroports à forte affluence. Ces débits sont principalement limités par la présence de tourbillons de sillage communément appelés wake vortex. Ceux-ci sont formés après le passage d'un avion et représentent un danger potentiel pour l'avion suivant. Afin d'éviter les accidents, les organisations de sûreté de la navigation aérienne ont défini, il y a plus de quarante ans, des distances de sécurité à respecter entre décollages ou atterrissages successifs. Ces distances prennent en compte la catégorie de poids des deux appareils en considérant des situations pire-cas. De nombreuses études ont été menées pour permettre une meilleure compréhension de ces tourbillons et ont permis de constater que leur comportement varie en fonction des conditions atmosphériques, en particulier en fonction du vent et de la turbulence atmosphérique. Afin d’étudier la dynamique de la masse d’air et l’évolution de ces phénomènes, on utilise depuis une dizaine d’années le Lidar (light detection and ranging). Le Lidar pulsé est devenu l’instrument de référence pour la mesure à distance des tourbillons de sillage (positions et puissance)

Lidar vent UV avec une architecture robuste comprenant un interféromètre Quadri Mach-Zehnder pour la calibration/validation et la future génération d'Aeolus

International audienceWind speed measurement with on-board system has many applications in aeronautics (Gust Load alleviation, Haps, etc.) and space (Weather forecast). The molecular wind lidar is developed for those purposes as it sent laser pulses into the atmosphere to determine, with a spectral analyzer, the wind speed from the Doppler shift induced by the molecules of the atmosphere. In this paper we present the lidar architecture developed at ONERA, that uses a Quadri Mach-Zehnder (QMZ) as a spectral analyzer and a UV fiber laser, designed for gust load alleviation application. We discuss about the advantages of such architecture for wind measurement from space. Simulations of the performances have been performed in the case of Calibration/Validation (Cal/Val) of Aeolus, showing standard deviation on wind speed measurement less than 2 m/s up to 17 km of altitude for the optimized hybrid fiber laser of 10 W laser average power and a pulse repetition frequency (PRF) of 5 kHz. Simulations that evaluates the performances for Aeolus measurement with minor changes in the lidar architecture have been computed, with results showing that requirements are fulfilled up to 22.5 km of altitude with the optimized hybrid fiber laser of 10 W and 3 kHz PRF.La mesure de la vitesse du vent avec système embarqué a de nombreuses applications en aéronautique (atténuation des charges de rafales, Haps, etc.) et spatial (Prévisions météorologiques). Le lidar vent moléculaire est développé dans ce but car il envoie des impulsions laser dans l'atmosphère pour déterminer, avec un analyseur spectral, la vitesse du vent à partir du décalage Doppler induite par les molécules de l’atmosphère. Dans cet article nous présentons l'architecture lidar développée à l'ONERA, qui utilise un Quadri Mach-Zehnder (QMZ) comme analyseur spectral et un laser à fibre UV, conçu pour l'allègement des charges de rafales. Nous discutons des avantages d’une telle architecture pour la mesure du vent depuis l’espace. Des simulations des performances ont été réalisées dans le cas de Calibration/Validation (Cal/Val) d'Aeolus, montrant un écart type sur la mesure de la vitesse du vent inférieur à 2 m/s jusqu'à 17 km d'altitude pour l'optimisation laser à fibre hybride d'une puissance moyenne laser de 10 W et d'une fréquence de répétition d'impulsions de 5 kHz. Des simulations qui évaluent les performances de la mesure d'Aeolus avec des changements mineurs dans l'architecture lidar ont été réalisées, avec des résultats montrant que les exigences sont remplies jusqu'à 22,5 km d'altitude avec le laser à fibre hybride de 10 W et 3 kHz PRF