Le code MATISSE fête ses 25 ans : outil de référence de la DGA au service de la simulation des fonds de scènes optroniques

Contexte

Un signal optique (ultraviolet, visible ou infrarouge), lorsqu’il se propage dans l’atmosphère, voit ses propriétés (amplitude, phase, polarisation) modifiées par l’environnement atmosphérique et la surface terrestre (sol, sursol et mer). Pour modéliser le signal reçu par les capteurs optroniques, il est souvent fait appel au transfert radiatif, domaine de la physique portant sur les interactions entre le rayonnement électromagnétique et la matière (ici le milieu atmosphérique incluant la surface terrestre). Ces interactions peuvent être décrites par ce qu’on appelle une équation de transfert radiatif tenant compte de l’ensemble des sources et des conditions aux limites (sol, espace).

Image : Illustration des interactions entre le rayonnement électromagnétique et le milieu atmosphérique. Crédits ONERA

Qu'est-ce que le code MATISSE ?

MATISSE est le code de référence pour la DGA en terme de propagation et de transfert radiatif atmosphérique dans le domaine optique.
MATISSE est un logiciel qui repose sur la résolution de l’équation du transfert radiatif optique dans l’atmosphère et qui permet d’aider à la conception de capteurs optroniques(1) et au développement d’algorithmes de détection. Il a été développé pour répondre aux besoins de simulation de scènes de fonds naturels (terrain ou surface de la mer) et de calculs radiatifs sur une ligne de visée.
Ce code calcule, sur tous types de trajet (sol - air, air-sol, sol - espace, espace - sol ou espace - air), la propagation du rayonnement optique à travers l’atmosphère, en tenant compte d’un ensemble de paramètres d’environnement (molécules, aérosols, terrain, nuages, position du soleil ou de la lune, et de manière générale les conditions météorologiques…).
MATISSE permet aussi de prendre en compte l’hétérogénéité spatiale et les conditions environnementales sur les performances optiques d’un matériel (exemples : caméra à imagerie infrarouge, système laser, systèmes de détection…), de contribuer au calcul des portées de détection, de reconnaissance ou d’identification en tenant compte de l’atmosphère. Enfin, lorsqu’on effectue une mesure de signature infrarouge, le code permet de remonter au rayonnement intrinsèque de la cible, en s’affranchissant de l’environnement et de la distance d’atmosphère parcourue entre le capteur et la cible.

Image : En haut : simulation d’image satellitaire, en bas : images de fond de la surface de la mer. Crédits photos : ONERA

Dans les phases de spécification et de dimensionnement, l’obtention de données statistiques sur ces paramètres permet de mieux s’assurer que les performances spécifiées seront compatibles durant les missions sur l’ensemble des théâtres. Dans les phases de qualification et de rejeu d’essai, un calcul fiable et réaliste du transfert radiatif permet de tenir compte au mieux des effets atmosphériques. Enfin, dans la phase de mise en œuvre in situ des systèmes optroniques, en particulier pour la préparation de mission (ex : missile à guidage infrarouge) ou la conduite in situ des opérations (ex : veille infrarouge, autoprotection), une bonne prédiction du transfert radiatif contribue grandement à la crédibilité des prévisions de performance.
MATISSE représente environ 25 ans de recherche et de développement interne ONERA et en collaboration avec des laboratoires de recherche français (tels que le Laboratoire de Météorologie Dynamique – LMD, le Laboratoire d'Optique Atmosphérique – LOA ou le Centre National de Recherche Météorologique - CNRM) et internationaux (tels que les centre de Recherche et développement pour la défense Canada - RDDC ou le Fraunhofer-IOSB - Allemagne).
Le code est utilisé par la DGA, les grands industriels de la Défense et par des laboratoires de recherche. Il est mis à disposition sous la forme d’un logiciel exécutable et d’un kit d’environnement de développement permettant l’intégration de ses fonctions dans d’autres programmes ou dans d’autres outils logiciels.
La version de référence de MATISSE-v3.5 révision 25, est disponible auprès de l’ONERA sous contrôle de la DGA (après acceptation du contrat de licence). Le projet est suivi par les centres d’expertises et d’essais de la DGA : DGA Maîtrise de l’Information  et DGA Ingénierie de Projets.

Site Internet : https://matisse.onera.fr/

(1) - L’optronique désigne l’ensemble des dispositifs, des équipements qui permettent notamment d’augmenter la surveillance et l’observation sur le terrain, la détection et l’identification de cibles (couvre l’UV, le visible et l’infrarouge)