Outils algorithmiques et méthodologiques

Cette tâche de service du SNO SKATE regroupe les travaux de développement d’outils algorithmiques et méthodologiques pour SKA et ses éclaireurs, ainsi que pour le SKA Regional Center européen.

Le développement d’outils algorithmiques et méthodologiques est une tâche transverse qui sert à tous les instruments concernés par le service. La réussite scientifique de SKA et de ses éclaireurs dépend de manière critique de ces développements, indispensables notamment pour la calibration des données, le traitement des émissions radio parasites, l’imagerie grand champ, la détection de phénomènes transitoires et l’extraction de propriétés statistiques du signal. L’analyse des grands relevés de SKA nécessitera de fournir une partie des outils nécessaires. Les équipes françaises ont en ce domaine un savoir-faire reconnu, mais ce ne sont pas les seules. La crédibilité des propositions qui seront faites pour SKA et le SKA Regional Center devra être étayée par une validation et une utilisation de ces outils sur les éclaireurs. Inversement, l’exploitation scientifique des éclaireurs nécessite déjà de tels outils, comme on l’a vu avec les premiers résultats du grand relevé de l’hémisphère Nord par LOFAR : l’exploitation du relevé LOTSS repose sur des outils de calibration dépendante de la direction et d’imagerie développés en grande partie en France.

Ces outils pour le SRC et les grands relevés de SKA se préparent actuellement dans le cadre des SKA Science Working Groups et des travaux de définition du SRC européen, en particulier sous la forme de « Data Challenges ».

Ces considérations nous amènent à définir les tâches de service suivantes :

– Développements de méthodes et d’algorithmes associés pour le traitement et l’analyse de données pour SKA : déconvolution, calibration dépendante et indépendante de la direction, imagerie grand champ. Ces développements pourront se faire dans le cadre des Science Working Groups (SWGs) ou dans celui des SKA Regional Centers (SRCs). Ces outils seront testés, validés et utilisés au préalable sur les précurseurs et éclaireurs de SKA tel que LOFAR, NenuFAR, ASKAP, MeerKAT, MWA ou HERA ;

– Participation à la définition et la production des Data Challenges scientifiques et techniques qui seront pilotés par SKAO et les SWGs. Il s’agit en particulier du développement de données simulées et d’outils pour les simuler ;

– Développement d’outils et de méthodes qui seront nécessaires en premier lieu pour l’activité dans le cadre des Data Challenges puis pour celle des données SKA par la suite. On citera en particulier les algorithmes de détection et classification automatique de sources et de phénomènes transitoires, les algorithmes de séparation de composantes et les algorithmes d’évaluation de grandeurs statistiques. Une fois testés et validés, ces outils seront mis à disposition de SKAO et de la communauté à travers les SRCs ;

– Développement d’outils spécifiques aux objectifs scientifiques des futurs grands programmes d’observation de SKA : développement d’éléments de pipeline pour les SRCs et les grands relevés, définition et production de données standardisées au format Observatoire Virtuel (images, spectres, courbes de lumières), définition et production de données à valeur ajoutée (e. g. catalogues) ; ces développements devront être faits en étroite collaboration avec les Key Science Projects de SKA ;

– Tests et mise en œuvre de ces outils par le biais des grands programmes d’observation en cours sur les précurseurs et éclaireurs de SKA. Les techniques et algorithmes développés dans le cadre de cette tâche de service et testés dans les data challenges et sur les précurseurs de SKA deviendront ainsi des outils d’usage général pour SKA de la même manière que les logiciels de calibration et imagerie grand-champ développés en France font maintenant partie du pipeline LOFAR et sont utilisés de façon routinière pour traiter les données des grands interféromètres en activité (ATCA, VLA, MeerKAT…) ;

– Définition et optimisation du mode d’observation VLBI de SKA : outils de simulation et de configuration, pour l’astrométrie et l’imagerie à très haute résolution. Cette activité se place dans le cadre du Science Working Group VLBI de SKA. Des développements ont notamment été conduits dans le cadre du projet européen JUMPING JIVE, piloté par l’institut européen JIV-ERIC (dont la France est membre via le CNRS). L’OSU impliqué est l’OASU.

– Outils pour le traitement des interférences radio (RFI) : la pression des télécommunications réduit régulièrement nos capacités d’observation aux fréquences radio. Les outils d’aide à la planification des observations devront intégrer de l’information a priori (par exemple, interfaçage avec base de données ou sites d’information satellitaires/aviation), ou statistique, collectée lors des observations passées pour minimiser le taux d’échec des suivantes. Dans certains cas, l’impact des interférences radio peut être réduit par des méthodes qui rendent le jeu de données scientifiquement utilisable (par exemple, des algorithmes de flagging temps réel à bas niveau, ou de post-traitement dans le plan u-v ou image). Il s’agira d’approfondir ces méthodes de prévention et de traitement des RFI qui ont déjà été explorées par notre communauté.
– Cette liste reste évolutive selon les besoins des projets et les progrès méthodologiques.