programme_files/2016_09 syllabus M2 TSI (V4.4).

M2 TSI
UE1
UE2
UE3
UE4
UE5
UE6
UE7
Total
Syllabus 2016/17
contenu
Systèmes Spatiaux EISUT3AM
UE11 Mécanique spatiale II EISUA3B1
Rappel Méca Spa I (3 h) : voir M1
SCAO (9h) : Système de Commande d'Attitude et d'Orbite
UE12 Architecture et Technologies des systèmes EISUT3A1
Architecture mécanique, Architecture thermique, Architecture électrique et gestion
de l'énergie, Architectures électronique et informatique, Comptabilité
électromagnétique
UE13 Télécommunications Spatiales et Navigation (EISUT3A2)
Architecture système. Orbites. Réglementation. Aspects économiques. Liaison par
satellite. Techniques de transmission. Charge utile. Accès multiple. Station terrienne
et équipements. Localisation par satellites. Systèmes de navigation par satellites.
Systèmes GPS, GLONASS, ARGOS-SARSAT. Système de localisation précise
DORIS. Global Navigation Satellite System II. GALILEO.
Enseignements Pratiques EISUT4BM
UE21 Travaux Pratiques TSI (60x2) EISUT4B1
Caractéristiques d’un circuit de vide; Bruit électronique, constante de Boltzmann;
Géodésie spatiale (récepteurs GNSS géodésiques, acquisition et traitement des
données.); Equilibre de rayonnement et vide primaire; Caractérisation de
composants; Vibrations; Compatibilité Electromagnétique; Antennes
UE22 Projet d'Initiation (Ballon/Drones) (24x1) EISUT4B2
Carte Arduino, centrale d'inertie, acquisition de données, télémétrie, télécommande,
techniques ballon, sauvegarde => lancement ballon / semestre
Traitement de Données Spatiales EISUT3DM
UE31 Outils de traitement de données expérimentales EISUA3A2
Méthodes avancées de traitement de données, Théories de l'estimation et de
l'optimisation. (2 x 6 h TD !)
UE32 Informatique EISUT3D1
Introduction à la programmation orientée objet, C++ , environnement de
développement Eclipse
UE33 Simulation de Satellite EISUT3D2
Simulation de satellite SimTG, Etude d’un senseur stellaire avec SimTG
UE34 Traitement du signal et de l'image EISUT3D3
Logiciels appropriés à l’analyse d’images
UE35 Initiation Python EISUTD4
Notions générales et de spécificités du langage Python (structures de données
complexes, programmation orientée objet...); programmation impérative et la
programmation fonctionnelle
Ingénierie Système et Entreprise EISUT3EM
UE41 Ingénierie Système EISUA3B2
Gestion de projets spécifiques aux systèmes spatiaux et qualité associée, Maîtrise
d’ouvrage et sous-traitance. Assurance produit et développement
UE42 Le monde de l’entreprise EISUT3E1
Industrie, communication, Elaboration d’un rapport, Connaissance de l’entreprise,
Expression orale, MultiMedia
Sciences Spatiales EISUT3GM
UE51 Instrumentation en astrophysique II EISUA3A1
Instruments pour l'astronomie au-delà du visible : Radio, Infrarouge, sub-mm, X- et
Gamma, l'astronomie non-photonique, Astroparticules
UE52 Observation de la Terre (EISUT3G3) Observation de la Terre et de
l'atmosphère, Composition de l'Atmosphère, , Télédétection, Applications spatiales,
Capteurs
UE53 Introduction à la Géodésie spatiale EISUT3G1
Usage scientifique des GNSS, champ de gravité, déformation de la Terre, rotation
de la Terre, mouvement du pôle, repère céleste, repère terrestre, trajectoire de
satellites, propagation d'ondes radioélectriques, méthodes inverses
UE54 Exploration robotique du système solaire EISUT3G2
Sondes de survol, atterrisseurs, ballons, rovers et pénétrateurs; instrumentation
pour l'imagerie, spectroscopie, instrumentation pour les mesures in-situ des
magnétosphères, atmosphères, - spectroscopie de masse; principales missions de
Luna 3 à New Horizons …
Langues
Anglais scientifique – pour/par des scientifiques (ou Français grands débutants,
Allemand, Espagnol …)
Stage en entreprise ou en laboratoire (EISUT4AM) : au moins 4 mois (3 x 22)
16.9.2016 (V4.4) - PvB
ECTS
C
TD
9
1
tot
108
18
18
4
48
12
4
48
24
9
6
84
60
3
24
12
1
122
6
2
24
12
12
2
32
8
24
3
50
18
32
1
10
3
1
32
12
12
2
20
8
6
2
60
14
9
2
16
16
1
12
9
1
12
12
3
24
24
21
TP
MT
✔
36
(2)
24
60
(2)
24
(2)
✔
6
(2)
10
✔
12
5
(3)
✔
3
✔
24
(2)
(66)
433
MT : mutualisé avec M2 ASEP
UE1 Systèmes Spatiaux
responsable
heures
UE11 Mécanique spatiale II
David
Mimoun
(ISAE)
et
Luc
Maisonobe
(CS)
12 h C
H. Diez
CNES
12 h C
V. Castanet
ONERA
39 h C
Objectif : Après un rappel des bases de la Mécanique Spatiale (M1 SUTS) l'objectif est d'atteindre
une culture générale en SCAO : connaître les problèmes de contrôle basique se familiariser avec
les phénomènes physiques et leur ordre de grandeur.
Contenu : Mécanique Spatiale (3 h) - Mouvement Képlérien. Satellites terrestres. Orbites. Théorie
des perturbations. rappel M1 SUTS. SCAO (9h) : Système de Commande d'Attitude et d'Orbite
Définitions du contrôle d'attitude : référentiels utilisés dans le spatial, représentations d'attitude
(Euler, matrice de passage, quaternion), équations cinématiques et dynamiques.
Environnement spatial et couples perturbateurs : forces aérodynamiques, densité atmosphérique,
pression solaire, champ magnétique terrestre, gradient de gravité. Rappel des senseurs /
actuateurs les plus courants et de leur fonctionnement: Senseurs solaires, terrestres, d'étoiles,
magnétomètre, gyroscope, tuyères, roues à réactions, et magnéto-coupleurs. Passage en revue
de plusieurs concept de contrôle d'attitude : stabilisation passive par spin/gradient de gravité,
contrôle 3axes avec ou sans biais de moment cinétique, mode magnétique. Introduction à
l'automatique et application au spatial : PID, avance de phase, filtrage, stabilité des systèmes
linéaires, transformées de Laplace, applications aux modes souples (panneaux solaires).
Prérequis : Introduction aux techniques spatiales du M1 SUTS (EMSUA2D1)
Mots clefs : Mouvement Képlérien, Orbites, Théorie des perturbations Système de Commande
d'Attitude et d'Orbite
UE12 Architecture et Technologie des systèmes
Objectifs : Ce module introduit l’architecture mécanique, thermique et électrique avec les règles
de conception des structures, les analyses structurales, les matériaux, le contrôle thermique et les
mécanismes.
36 h TP
(2 grp)
Architecture mécanique
Cours : Description de l'origine des spécifications mécaniques. Présentation des différents types
de sollicitation mécanique que subit une structure spatiale (statique, sinus, aléatoire, acoustique,
thermoélastique, choc, microvibrations...). Description des essais (avec vidéos), Présentation de
la philosophie de dimensionnement d'une structure ou d'un équipement.
TP : calcul de structure mécanique sous environnement logiciel PATRAN/NASTRAN.
Prise en main de Patran/Nastran.Calcul statique, calcul modal, pré-dimensionnement d'une
structure spatiale (microsatellite simplifié). Modification du modèle afin de satisfaire les
spécifications. Présentation physique de vrais pièces de structures spatiales ou échantillons
(NIDA, composite...)
Architecture thermique
Cours : Besoins et spécificités du contrôle thermique spatial Rappel des modes de transfert de
chaleur (conduction-convection-rayonnement), Philosophie de développement (aspects
modélisation-dimensionnement-vérification par essais), Technologies utilisées (régulationréchauffage-refroidissement dont cryogénie-couplage/découplage thermique…)
TP : Mise en place d’un aménagement de plateforme tenant compte des besoins équipements
(température et stabilité) pour une orbite et un pointage donné, Modélisation numérique pour
dimensionnement des radiateurs pour rejeter les dissipations internes, Dimensionnement du
réchauffage pour gestion des cas froids.
Architecture électrique et gestion de l'énergie
Modèle électromagnétique d’une structure : Comptabilité électromagnétique. Conduction,
rayonnement. Sources, récepteurs, chemins de couplage
Mots clefs : architecture mécanique, thermique et électrique des véhicules spatiaux
UE13 Télécommunication Spatiale et Navigation
Introduction to satellite communications (radio régulations, satcom systems, satellite orbits,
satellite payloads, Earth stations). Link analysis (carrier transmission budget, noise contribution
budget, link performance, performance objectives). Antennas (basic antenna parameters,
radiating apertures, reflector antennas, antenna arrays). Radio propagation (tropospheric
propagation: attenuation, scintillation, depolarization, sky noise, refraction; ionospheric
propagation: multiple bounces links, trans-ionopheric links, sounding). Digital communications
(communication systems and baseband signals, performance objectives, digital transmission
techniques, modulations and coding schemes, standards, adaptive systems). Satellite
telecommunication networks (networking techniques, broadband satellites, physical layer,
multimedia services, address management and data stream filters). Satellite navigation systems
(basic principles, architecture and performances, GPS, GLONASS, EGNOS, GALILEO,
positioning performances in constrained environments, downstream). Navigation signals and
receivers (GNSS receiver, GNSS signal, pseudo-range measurement, data demodulation).
9 h TD
TBC
UE2 Enseignements Pratiques
responsable
heures
Le but de ces travaux pratiques est de familiariser les étudiants avec des techniques
d’instrumentation notamment celles employées dans le domaine spatial. Ils réaliseront des
expériences liées aux contraintes subies par les systèmes spatiaux telles que les variations de
pression et de température, l’effet des transferts radiatifs, des vibrations et l’étude des
phénomènes de compatibilité électromagnétique. Le module comprend aussi une partie liée à
l’acquisition des données de différents types de capteurs utilisés sur des systèmes embarqués.
Pour cela le module est divisé en deux parties. La première concerne les travaux pratiques et la
seconde un projet d’étude lié au développement d’un système embarqué (sur des ballons ou
drones).
H. Sabbah
UPS/IRAP
60 h TP
(2 grp)
H. Sabbah
UPS/IRAP
24 h TP
(2 grp)
UE21 Travaux Pratiques TSI
- Bruits fondamentaux en électronique et en optique, détection synchrone et acquisitions et
analyse des données.
- Caractérisation d’un circuit à vide : mesure de vide primaire et secondaire, interfaçage et
calibration de différents capteurs de pression.
- Rayonnement thermiques : équilibre de rayonnement et vide primaire, interfaçage de
thermocouple et mesure de l’émissivité des matériaux utilisés sur des systèmes spatiaux.
- Caractérisation d’antennes et mesure de compatibilité électromagnétique: familiarisation avec
les instruments de mesure dans le domaine fréquentiel, gain d’antennes, diagramme
d’émission et mesure de la puissance isotrope rayonnée équivalente. Test de compatibilité de
différents composants.
- Etude des ondes centimétriques/hyperfréquences
- Mesures par interférométrie optique : interféromètre de Michelson, asservissement de la
position d’un miroir, mesures de vibrations, détecteur de phase.
- Initiation à la programmation d’un microcontrôleur : mesure de vibration avec un
accéléromètre.
UE22 Projet d'Initiation (Ballons/Drones)
Dans cette partie l’étudiant mettra en oeuvre les connaissances acquises lors de la première
partie sur la programmation de microcontrôleur pour développer en groupe des systèmes
embarqués utilisant des cartes Arduino. Plusieurs projets seront réalisés avec chacun un
ensemble d’instruments: données de localisation GPS, capteurs de pression, température,
altitude, gyroscope, accéléromètre,
antennes et télémétrie. Nous prévoyons aussi un lancement ballon par année. Le/les systèmes
les plus aboutis pourront être embarqués et en conditions réelles.
UE3 Traitement de Données Spatiales EISUT3DM
responsable
heures
UE31 Outils de traitement de données expérimentales EISUA3A2
I. Introduction à l'estimation et l'optimisation- Définition et exemple de problèmes d'estimation en
sciences de l'Univers; Rappels sur les probas, définition et propriétés des estimateurs,
estimateurs non Bayésiens, estimateurs Bayésiens, incertitude sur les paramètres, introduction à
l'optimisation pour le calcul des estimateurs, introduction aux méthodes de Monte-Carlo pour le
calcul des estimateurs.
II Analyse spectrale des signaux et cas de l'échantillonnage irrégulier Application des problèmes
d'analyse spectrale en sciences de l'Univers ; Rappel sur les représentations fréquentielles des
signaux, analyse spectrale des signaux déterministes (fenêtres spectrales et compromis
résolution/précisions), échantillonnage irrégulier des données (ex : alternance jour nuit, données
manquantes,...) et interprétation fréquentielles, analyse spectrale pour les signaux irrégulièrement
échantillonnés
III. Représentations parcimonieuses des signaux et images et applications en sciences de
l'Univers; Rappel sur la représentation des signaux et images dans des bases.
Principe des représentations parcimonieuses dans un dictionnaire redondant et algorithmes
d'optimisation associés. Introduction aux représentations temps-fréquences des signaux et
extension par représentations parcimonieuses
Représentations parcimonieuses des images et applications en sciences de l'Univers
IV. Déconvolution, problèmes inverses et applications en sciences de l'Univers
Introduction et exemples de problèmes inverses (déconvolution 1D et 2D, Reconstruction d'image
en interférométrie spatiale/au sol, sismique...) ;
Problèmes mal posés, définition, solution inverse généralisée et notion d'instabilité de la solution
et de conditionnement ; Régularisation par méthodes itératives et décomposition tronquée en
valeurs singulières; Régularisation par méthodes pénalisées
Interprétation dans un cadre statistiques (prise en compte d'a priori)
TD : Illustration sur des exemples pratiques de méthodes numériques d'estimation et optimisation
pour le traitement de données avec des applications telles que :
• Estimation de la PSF à partir de l'observation d'un objet non résolu
• Estimation de paramètres morphologie à partir de l'observation d'une galaxie
• Recherche de périodicité dans des signaux irrégulièrement échantillonnés
• Estimation d'une PSF à haute résolution à partir de plusieurs images basses résolutions
• Amélioration de la résolution d'images par déconvolution
Dans ces TPs en Matlab, les étudiants auront à programmer des méthodes simples et a exploiter
des bibliothèques existantes pour des méthodes plus avancées
H. Carfantan
UPS/IRAP
6 h TDO
(2 grp)
UE32 Informatique EISUT3D1
Objectives :
As computers are becoming ubiquitous on the desktop and in the developed devices
programming is now utterly important and this course proposes an initiation to the C++ language.
C++ provides evolved object-oriented paradigm that showed success in the development of
complex and industrial system but permits also low-level hardware access to drive very specific
devices as found in space and embedded systems. This course tries to provide bases to beginner
and to propose more complex exercices to more experimented programmers.
H. Cassé
UPS/IRIT
12 h C
12 h TD
Programming
Object-oriented topics will be presented: object and class paradigm, class member protection,
references and pointers, static and dynamic polymorphism, class inheritance, basic knowledge of
STL (Standard Template Library).Learning sessions will be organized as short sequences of
presentation followed by pedagogic sequences of exercices and experimentation in Eclipse
development environment.
- Stroustrup. The C++ Programming Language, 4th Edition Pearson Education 2013.
- Meyers. Effective Modern C++, O'Reilly 2014.
- Gamma R. et al Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented S/W. Addison-Wesley
1994
Keywords : object programming, C++, STL
UE33 Simulation de Satellite EISUT3D2
H. Cassé
UPS/IRIT
8hC
24 h TDO
JL. Attié,
UPS
E. Zenou
ISAE
50 h
TBD
10 h TDO
This module proposes to apply C++ programming to the simulation of satellite and, more
precisely, to add a new device to an existing simulation. The industrial simulator, SimTG, provided
gracefully by Airbus Defense and Space, is used all along this course to run a toy satellite
simulation.
In the first part, the tool SimTG, delivered as a plugin of the well-known Eclipse development
environment, is presented: in the simulation system, devices are implemented as models linked
together using interface ports that supports data flows representing effects of devices on each
other. In the second part, students have to re-use their knowledge in C++ and in space techniques
to perform a big project and improve the simulation with a new device. The project completes by
delivering produced sources and a report explaining technical choices and performed validation
tests.
Keywords : simulation, eclipse, SimTG
UE34 Traitement du signal et de l'image EISUT3D3
Images aériennes ou satellites, capteurs, caractéristiques des images : développer les méthodes
et outils de traitement d'images et d'analyse de données régulièrement employées dans ce
contexte (filtrage, segmentation, analyse de texture, fusion de données, classification supervisée
et non supervisée, ACP, ...).
L'axe de présentation du module repose sur l'analyse des méthodes par l'angle de leur utilisation
et de leur opérationnalité plus que par un développement théorique pointu en traitement du signal
et des images. A la fin du module, l'étudiant doit être à même de prendre du recul sur un problème
d'analyse d'images d'observation de la Terre et de développer de façon rationnelle une chaîne de
traitement adaptée.
‘Signaux’ en 2D (Filtrage & Systèmes, Transformée de Fourier, TFCT, TO, AMR), Morphologie
Mathématique, 3D, échantillonnage & Shannon, Contours, compression, Segmentation,
Textures…
analyse de données : apprentissage supervisée et non supervisée, Classification, Clustering,
ACP, Pseudo-inverse, Fusion de données...
Projet Etudiant
Projet utilisant des images provenant d'observations satellitaires (Terre, atmosphère, ciel).
A travers les projets en TI, les étudiants seront amenés à mettre en pratique les enseignements
d'informatique et de signal et images. Ils pourront utiliser les logiciels open source (Orfeo Toolbox,
SNAP, GDAL, ...) de la communauté de la télédection pour retranscrire les algorithmes vus en
cours thérorique. Ces travaux pratiques seront réalisées à partir de données disponibles
gratuitement tel que les données Sentinelles. Ces projets leur permettront d'explorer les
problèmatiques de l'Observation de la Terre via la mise en place d'un petite chaine de traitement.
UE35 Initiation Python EISUTD4
Notions générales et de spécificités du langage Python (structures de données complexes,
programmation orientée objet...); programmation impérative et la programmation fonctionnelle
UE4 Ingénierie Système et Entreprise
responsable
UE41 Ingénierie Système
Celine
Benassy –
Foch,
THALES
ALENIA
SPACE
12 h C
V. Chantrelle
AIRBUS D&S
8hC
Ce cours présente la notion de Système, la complexité technique et organisationnelle associée
lorsqu'il s'agit de le réaliser, et introduit les concepts de l'Ingénierie Système, qui regroupe
l'ensemble des activités permettant de passer d'un besoin exprimé à une solution réalisée
conforme au besoin. Sont abordés les aspects suivants :
-
Le point de vue technique : comment réaliser un système qui réponde aux attentes du client ?
-
Le point de vue organisationnel : cycle de vie des projets spatiaux, processus de gestion de
projets, découpage en tâches (WBS), planification, gestion des risques, gestion de la
communication.
heures
Le cours est illustré par des exemples de grands systèmes spatiaux (ex : Système de navigation
GALILEO).
Des exercices ponctuent le cours afin de permettre aux étudiants d'assimiler les diverses notions
vues au fur à mesure. Afin que les étudiants se concentrent sur la méthodologie et non sur le
contenu, ces exercices sont choisis volontairement hors discipline spatiale.
UE42 Le monde de l’entreprise
Qu'est-ce qu'une entreprise industrielle ? Comment fonctionne t'elle ?
Se préparer à intégrer une entreprise industrielle :
Optimiser la recherche de stage et réussir les entretiens : comment élaborer un CV (français et
européen), une lettre de motivation, gérer son réseau, se préparer aux entretiens (cours
théoriques et simulations individuelles).
12 h TD
UE5 Sciences Spatiales
UE51 Astronomie expérimentale II
Télescopes pour l'astronomie infrarouge : domaine fréquentiel et types de sources; télescopes
classiques à miroir ; optique adaptative et traitement d'image associé; détecteurs IR (bolomètres,
CCD, matrices, chaînes hétérodynes ...) ; détecteurs optiques (photo, CCD, bruit, efficacité ...);
spectroscopie (dispersive, non-dispersive), Exigences mission (type(s) d'orbite, d'attitude,
performance en pointage, contrôle thermique)
Télescopes pour l'astronomie radio et submillimétriques : domaine fréquentiel et sources;
Antennes Radioastronomiques (paraboliques, hyperboliques, sphériques); Détection Cohérente
du Signal, récepteurs hétérodyne (température de système, filtrage, gain), Systèmes focaux,
imagerie, spectroscopie, astrométrie, polarimétrie ; Interférométrie et Synthèse d’ouverture,
Exigences mission spatiales en sub-mm (type(s) d'orbite, d'attitude, performance en pointage,
contrôle thermique)
Télescopes pour l'astronomie UV et X : domaine énergétique et sources ; optique (incidence
rasante, télescopes Wolter, multicouches); détecteurs (CCD, galettes à microcanaux,
microcalorimètres) ; imagerie, spectroscopie, ); Exigences mission (type(s) d'orbite, d'attitude,
performance en pointage, contrôle thermique)
Télescopes pour l'astronomie gamma: domaine énergétique et sources; optiques (masques
codés, Compton, hodoscopes, lentilles gamma, Cerenkov – atmosphère et eau); détecteurs (gaz,
scintillateurs, photomultiplicateurs, semi-conducteurs, bolomètres); imagerie, spectroscopie, );
Exigences mission (type(s) d'orbite, d'attitude, performance en pointage, contrôle thermique)
Astrophysique non-photonique, Astroparticules : détecteurs pour le rayonnement cosmique,
télescopes neutrino; détecteurs d'ondes gravitationnelles; instruments pour la détection directe de
la matière noire.
UE52 Observation de la Terre
Le cours offre une vue d'ensemble des enjeux de la télédétection et plus particulièrement de
l'observation de la Terre. Sont notamment évoqués les grands programmes européens et
mondiaux, leurs causes, leurs conséquences, l'impact des satellites sur notre vie quotidienne. Ce
descriptif débouche naturellement sur les applications opérationnelles de l'observation de la Terre
par satellites : quelles sont-elles ? Quelles utilisations actuellement ? Dans le futur ? Quel degré
d'opérationnalité peut-on attendre et atteindre ?
UE53 Introduction à la Géodésie spatiale
Cette UE est transverse car il fait la connexion et repose sur les connaissances acquises dans les
UE11, UE13 et UE5. Il se base sur le thème de l’exploitation scientifique des données des
systèmes de navigation GNSS. Au travers de ce sujet de géodésie spatiale de nombreuses
notions fondamentales courantes dans les systèmes spatiaux sont abordés : champ de gravité,
déformation de la Terre, rotation de la Terre, mouvement du pole, repère céleste, repère terrestre,
trajectoire de satellites, propagation d'ondes radioélectriques, méthodes inverses. Ce cours est
aussi illustré par de nombreux exemples d’utilisation scientifique des GNSS. Il est complété par un
TP consistant à acquérir et traiter des mesures des satellites GNSS.
UE54 Exploration robotique du système solaire
L’étude du Système Solaire s’organise autour de 3 grandes thématiques : (1) origine du Système
Solaire et de la matière primitive, (2) propriétés et évolution des planètes, (3) habitabilité des
planètes. Nous décrirons comment ces thématiques se traduisent en «grandes questions», qui à
leur tour se transposent en termes d’objectifs scientifiques portés par des missions robotiques
d’exploration du Système Solaire. Nous illustrerons notre propos à partir des projets
emblématiques de la discipline : Messenger (Mercure), Venus Express, Magellan (Vénus), Mars
Odyssey, Mars Express, Curiosity (Mars), DAWN (Astéroïde), Rosetta (Comète), Voyager,
Cassini, Juno (planètes géantes). Nous verrons quels instruments scientifiques ont été imaginés
et leur relation aux objectifs de chaque mission (spécifications scientifiques, matrice de
traçabilité), comment ils ont été construits et enfin quels en sont les résultats les plus marquants.
En résumé, il s’agit de parler de science, de technologie (au service de la Science !), mais aussi
de gestion de projets, de politique spatiale nationale et internationale.
responsable
heures
P. von
Ballmoos
UPS/IRAP
15 h C
F.
LaporterieDéjean (12)
ENAC
16 h C
5 h TP
J-L Attié (4)
F. Perosanz
CNES
9hC
S. Maurice
UPS/IRAP
12 h C
3 h TD