L'autoguidage

Cette page décrit la technique de l'autoguidage, qui améliore considérablement la précision de suivi d'une monture motorisée. Elle est utilisée pour l'astrophotographie en pose longue.

Photographier des objets très peu lumineux, ou avec un filtre sélectif, nécessite de réaliser des poses unitaires de plusieurs minutes. En effet, il ne sert à rien d’empiler des dizaines d’images si le signal utile est absent en raison d'un temps de pose insuffisant. D'autre part, le rapport signal/bruit croît comme la racine carrée de la durée d'exposition.

Quelle que soit la qualité de la monture, au delà d'une focale de 200 mm et pour des temps de pose supérieurs à une minute, la précision demandée de l’ordre de quelques secondes d'arc requiert un autoguidage, c’est-à-dire l’asservissement du pointage de l’instrument vers une étoile guide. Cette étoile est filmée par une caméra : tout déplacement du point lumineux sur le capteur induit un ordre de correction vers la monture pour annuler ce déplacement.

Pour filmer cette étoile guide il y a deux méthodes :

-  Prélever l’image de l’instrument au moyen d’un diviseur optique

Avantages : rigidité du montage, coût et poids réduits

Inconvénients : on ne peut chercher d’étoile guide en dehors du champ de l’instrument ; seuil de luminosité imposé ; encombrement autour du porte-oculaire

-   Monter un deuxième instrument en parallèle

Avantages : meilleure luminosité, possibilité d’un champ plus grand voire d’un dépointage de la caméra ce qui permet de trouver plus facilement une étoile guide

Inconvénient : coût et poids, moins bonne rigidité du montage pouvant entraîner une légère dérive du suivi.

En pratique il n’est pas toujours facile de trouver une étoile guide proche des petits objets, notamment à grande focale justement quand l’autoguidage est le plus nécessaire ! De plus, le champ des capteurs de caméras est plus étroit que celui des APN. Pour cette raison j’ai choisi la formule du deuxième instrument en parallèle.

Un chercheur peut être adapté pour ce rôle mais attention, avec un petit diamètre d’ouverture il faut que la caméra soit très sensible.

Afin de privilégier l’aspect nomade et la simplicité du montage, j’ai cherché une solution d’autoguidage autonome sans ordinateur pour élaborer les ordres de correction vers la monture.

Pour cela j’ai choisi la caméra Skywatcher Synguider II qui pilote directement la monture au moyen d’un câble ST4. Cette caméra n’est pas la plus sensible aussi le fabricant recommande de l’utiliser avec une lunette de diamètre 80 mm au minimum pour pouvoir guider sur des étoiles de magnitude 8.

L'échantillonnage, c'est-à-dire le champ vu par 1 pixel, conditionne la précision du suivi par la caméra. Ce champ en secondes d'arc vaut 180/pi x 3600/1000 x taille du pixel en micron / focale en mm soit 206.P/F.

L’autoguidage est précis à 1/10^e de pixel donc la focale de la lunette de guidage Fg doit être supérieure à Fi.Pg / 10.Pi pour stabiliser correctement l’instrument imageur. D’autre part, l’échantillonnage 206.Pg/Fg doit être supérieur à la turbulence (entre 1 et 3 secondes d’arc en fonction des conditions). La caméra Synguider II a des pixels de 6 microns donc la focale minimum à employer pour avoir un échantillonnage 3 secondes d'arc par pixel est de 412 mm.

J’ai choisi une lunette 72/420 mm semi-apochromatique assez légère et dont la focale me convenait bien pour l’utiliser aussi comme instrument principal. J’utilise des vis au pas kodak (fournies avec le télescope et la lunette) sur les anneaux de maintien du télescope pour fixer une platine « maison » qui supporte la lunette et la caméra. Ce montage permet un dépointage de +/- 5° en azimut et +/-2° en site par rapport à l’axe du télescope.

La caméra doit être alimentée en 6V, j’ai remplacé le boitier à piles fourni de base par un petit convertisseur 12V vers 6V branché sur la batterie principale. Le câble ST4 présente souvent des mauvais contacts, il faut vérifier que les prises sont bien connectées.

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e système fonctionne sur des étoiles jusqu’à la magnitude 7, en présence de pollution lumineuse modérée. Pour faciliter la lecture de l’écran de la caméra qui n’est malheureusement pas orientable, j’utilise un renvoi coudé 1,25’’. Quand une étoile est sélectionnée pour le guidage, la caméra effectue un test de déplacement de la monture en X et Y pour déterminer l’orientation et le sens des ordres de correction. Ensuite, le suivi est extrêmement précis ; en cas de perte temporaire de l’étoile guide, la monture poursuit sur le suivi classique en AD à 15°/h, d’où l’intérêt quand même de faire une mise en station correcte.

En revanche l'autoguidage est tellement précis que les pixels chauds du capteur sont au même endroit sur toutes les images après alignement, ce qui engendre des effets de trame en fin de traitement (en particulier avec les capteurs CMOS). Pour éviter cela, les logiciels de guidage ont une fonction de dithering qui décale aléatoirement le pointage d'une dizaine de pixels à chaque photo ; ainsi la réduction du bruit par empilement est beaucoup plus efficace. Malheureusement, la caméra Synguider ne possède pas cette fonction : il faut effectuer manuellement un léger dépointage de la lunette toutes les 5 ou 10 photos par exemple.

S’il est possible d’avoir un PC au pied de l’instrument, on utilisera plutôt une caméra de type « planétaire » non refroidie, plus sensible, avec des pixels plus fins et d’un prix modique. Le logiciel le plus performant et très convivial à utiliser est PHD2 Guiding que l’on trouve en téléchargement en open source sur Internet.  Les ordres de guidage sont envoyés à la monture soit directement (câble USB ou ST4), ou via la caméra si celle-ci dispose d’un connecteur ST4 dédié à cet usage.

Un bon réglage de base est temps de pose = 2s, vitesse de suivi = 0,5, agressivité 80% en AD et 40% en DEC. Pour plus d’information télécharger ici la présentation très claire du club d’Antony sur l’autoguidage.

Quand le fond de ciel est faible ou bien filtré, le gain sur les images en pose longue de 2 mn et plus est très appréciable. Pour un même temps de pose global, l’apport de l’autoguidage est incontestable. Il est indispensable avec des filtres très étroits de type Halpha ou OIII qui demandent des temps de pose unitaire importants.