Production au sol de plans flexibles adaptables à bord pour des

Production au sol de plans flexibles adaptables à bord
pour des satellites agiles d’Observation de la Terre
Nom, prénom du proposant CNES : LASSALLE-BALIER Gérard
Sigle du proposant : DCT/SB/MP
Email du proposant : [email protected]
Laboratoire d’accueil envisagé : ONERA
Directeur de Recherche envisagé : Gérard Verfaillie (ONERA) [email protected]
Profil du candidat (préciser la spécialité de Master) : Mathématiques et informatique
Descriptif du sujet (une page maximum)
La thèse proposée s’inscrit dans le contexte des activités de définition d’une nouvelle génération de
satellites d’observation de la terre. Deux missions d’observation de la terre sont particulièrement visées et
pourront servir de cadre d’utilisation aux différents travaux réalisés : une mission de type défense (CXCI –
Post CSO) et une mission de type commercial (ARCTOS – Post-Pléiades).
La problématique centrale de la thèse est la production hors-ligne au sol de plans flexibles d'observation et
de vidage, adaptables en ligne à bord, en fonction des informations acquises sur le volume réel des
données à mémoriser et à vider, éventuellement sur la durée réelle des vidages et sur la couverture
nuageuse réelle avant observation.
Avec le développement de logiciels de compression des données, permettant par exemple d'éliminer au
sein des images les zones couvertes par des nuages, le volume de données à stocker en mémoire de
masse suite à une observation peut varier très fortement. Le volume réel n'est connu qu'en fin de
compression. Les volumes réels connus à bord ont un impact immédiat sur les plans de vidage qui doivent
ou peuvent être modifiés. Ils doivent l'être si le plan courant n'est plus exécutable. Ils peuvent l'être si le plan
courant reste exécutable, mais un meilleur plan peut être produit. Les volumes réels ont aussi un impact sur
les plans d'observation qui doivent ou peuvent être modifiés en fonction du niveau réel de la mémoire
disponible et de la capacité de vidage: observations devenant impossibles faute de mémoire permettant de
les stocker ou faut de capacité de vidage ou bien devenant au contraire possibles.
Si la bande Ka est utilisée pour le vidage des données vers les stations sol (option à confirmer) qui est plus
efficace, mais plus sensible aux conditions atmosphériques, le temps nécessaire au vidage des données
résultant d'une observation peut lui aussi varier. La durée réelle n'est connue qu'en fin de vidage. De même,
les durées réelles connues à bord ont un impact sur les plans de vidage et d'observation qui doivent ou
peuvent être modifiés.
D’autres pistes d’optimisation sont également à envisager comme l’utilisation d’un satellite relai sur une
orbite haute afin d’accroître la capacité de vidage ainsi que la réactivité du système. Cette problématique
doit notamment considérer l’apport d’une approche service avec pour objectif d’optimiser l’utilisation du
service au regard des performances systèmes et du coût global.
Si les futurs satellites sont équipés d'instruments et de logiciels de détection de la couverture nuageuse
réelle en avant du satellite (option à confirmer), la couverture nuageuse réelle peut être connue avant
observation. Cette information a un impact immédiat sur les plans d'observation (observation des zones à
plus faible couverture nuageuse), mais aussi sur les plans de vidage.
La planification des observations et des vidages est une tâche complexe, gourmande en temps de calcul,
essentiellement du fait de la combinatoire des choix possibles et, en ce qui concerne les observations, du
fait de l'appel à des logiciels complexes de calcul de mouvements en attitude (satellites super-agiles). Il
semble difficile de transférer cette tâche intégralement à bord à cause des limitations en puissance de
calcul, en mémoire vive et en énergie.
Une solution plus réaliste consisterait à maintenir la planification hors ligne au sol, là où la puissance de
calcul est disponible, mais en lui fixant comme objectif, non plus la production d'un plan figé, mais celle d'un
plan conditionnel ou flexible, qui pourrait ensuite être adapté en ligne à bord en fonction des informations
recueillies sur le volume réel des données, sur la durée réelle des vidages ou sur la couverture nuageuse
réelle avant observation.
Le travail de thèse porte sur le choix d'un ou de plusieurs cadres de représentation pour des plans
conditionnels ou flexibles (représentation la plus compacte possible d'un ensemble de plans) et sur des
2/2
mécanismes efficaces de production au sol de plans flexibles et d'adaptation à bord de ces plans. Ces
recherches s’appuieront sur de nombreux travaux existants dans le domaine de la planification et de
l'ordonnancement pour la production de plans ou d'ordonnancements conditionnels ou flexibles. (Un
exemple simple d'ordonnancement flexible est un ordre total ou partiel d'exécution d'un ensemble de tâches
sans fixation des dates de début - possibilité d'adaptation à des durées réelles variables).
Les travaux de cette thèse compléteront les travaux réalisés dans le cadre de thèses CNES-ONERA. La
thèse de Grégory Beaumet a porté sur la production en ligne à bord de plans d'observation et de vidage
pour des satellites super-agiles équipés de capteurs en avant de la couverture nuageuse. La thèse de
Romain Grasset-Bourdel (en cours) porte sur la production hors-ligne au sol de plans d'observation et de
vidage pour des satellites super-agiles et sur la replanification pour prendre en compte l'arrivée de requêtes
d'observation urgentes. Jusqu'à présent, aucune étude n'a été menée sur le partage du travail de
planification entre sol et bord, tel que proposé dans cette thèse (production d'un plan flexible au sol et
adaptation à bord).
Les travaux de thèse prendront en compte:
toutes les contraintes physiques liées à l'observation, au vidage, aux instruments, à l'énergie, à la
mémoire, aux mouvements en attitude ...
l'objectif de maximisation de la satisfaction des utilisateurs du système et de partage équitable entre
utilisateurs;
l'objectif de minimisation de l'âge de l'information délivrée aux utilisateurs ;
la nécessité de replanification au sol pour prendre en compte des demandes urgentes ;
les limitations en temps de calcul disponible au sol pour planifier ou replanifier et à bord pour
adapter un plan flexible à la situation rencontrée.
APPEL A IDEES INTERNE «THESES & ETUDES POST-DOCTORALES SYSTEMES ORBITAUX 2008» 49_SBMP_Production_au_sol_LASSALLE-BALIER.doc