Simulations suffisamment réalistes pour identifier les situations réellement critiques, tout en cons
Mission
La multiplication des satellites accroît les risques de brouillage et rend leur évaluation plus complexe. Pour le CNES, l’un des enjeux est de disposer de simulations suffisamment réalistes pour identifier les situations réellement critiques, tout en conservant des temps de calcul compatibles avec l’analyse de plusieurs centaines ou milliers de satellites. Ce stage vise à améliorer ces simulations en intégrant progressivement les caractéristiques réelles des antennes, la géométrie des liaisons et les familles d’orbites.
Les premières analyses de brouillage utilisent souvent des hypothèses simplifiées sur les antennes. Or, leur directivité joue un rôle majeur : deux satellites géométriquement visibles peuvent ne présenter aucun risque réel si leurs antennes ne rayonnent pas dans les directions concernées.
Les diagrammes d’antenne sont cependant disponibles sous des formes très diverses : tableaux de points, courbes, images ou documents techniques. Leur intégration dans une chaîne de simulation nécessite donc de les numériser, les modéliser puis d’optimiser leur utilisation dans les calculs.
La première partie du stage sera consacrée à cette problématique. La seconde explorera ensuite des méthodes permettant d’accélérer les calculs orbitaux et d’identifier rapidement les configurations nécessitant une analyse plus détaillée.
Le travail sera complémentaire du second stage consacré aux méthodes de co-visibilité : l’amélioration des modèles d’antenne permettra de mieux caractériser les situations réellement critiques, tandis que les méthodes orbitales permettront de limiter le nombre de configurations nécessitant une simulation détaillée.
Comment enrichir progressivement une simulation de brouillage avec des modèles réalistes d’antennes, de géométrie et d’orbites, tout en maîtrisant le coût de calcul lorsque le nombre de satellites devient très important ?
La première étape du stage permettra de se familiariser avec une simulation simple d’interférences entre deux satellites afin de comprendre l’influence des fréquences, des antennes, de la géométrie et des orbites.
Première partie — Modélisation des antennes et amélioration des simulations
Le cœur du stage consistera à améliorer la prise en compte des diagrammes d’antenne dans les simulations de brouillage.
Il s’agira tout d’abord de développer l’intégration des diagrammes d’antenne issus de différentes sources. Lorsque ceux-ci ne sont disponibles que sous forme d’images ou de courbes, des méthodes pourront être développées pour extraire les points caractéristiques puis construire une représentation numérique ou mathématique exploitable.
Les simulations devront ensuite être adaptées et optimisées afin d’utiliser efficacement ces diagrammes. L’impact de leur prise en compte sera mesuré en comparant les résultats obtenus avec des modèles simplifiés et des modèles d’antenne plus réalistes.
Le modèle sera ensuite enrichi avec la géométrie des liaisons et l’orbitographie afin de traiter les antennes pointées, dont la direction évolue avec la position des satellites.
Enfin, les stations au sol seront intégrées à l’analyse. Leur visibilité dépend à la fois de la trajectoire des satellites et du cône de visibilité associé à leurs antennes. Cette étape permettra de traiter des scénarios plus proches des études opérationnelles de brouillage.
Seconde partie — Accélération des simulations orbitales
Lorsque plusieurs milliers de déclarations satellitaires doivent être analysées, une simulation détaillée de chaque satellite et de chaque configuration devient rapidement coûteuse.
Le stage étudiera tout d’abord la possibilité de regrouper les déclarations satellitaires selon de grandes familles orbitales présentant des caractéristiques communes, par exemple les orbites héliosynchrones — SSO — ou d’autres familles d’orbites basses, moyennes ou géostationnaires.
Ces regroupements pourront permettre de construire des représentations simplifiées des situations orbitales et de limiter le nombre de simulations nécessaires.
Différentes approches seront ensuite explorées afin d’accélérer les analyses : simulations avec un pas de temps plus grossier, filtrage géométrique, critères de présélection, regroupement par familles orbitales, approximations mathématiques ou méthodes d’apprentissage automatique.
L’objectif sera de mettre en place une approche progressive : réaliser rapidement une première simulation simplifiée sur un grand nombre de satellites afin d’identifier les configurations présentant un risque potentiel de brouillage, puis réserver les simulations orbitales plus précises et plus coûteuses aux seuls cas nécessitant une analyse approfondie.
Objectifs du stage :
- Prendre en compte les diagrammes d’antenne : intégrer dans les simulations des diagrammes provenant de données numériques, d’images ou de documents techniques et construire des représentations exploitables en Python.
- Mesurer leur impact sur les brouillages : optimiser les simulations et comparer les résultats obtenus avec différents niveaux de modélisation des antennes.
- Intégrer la géométrie et les antennes pointées : prendre en compte l’orientation relative des satellites et l’évolution du pointage au cours de l’orbite.
- Étendre les simulations aux stations au sol : modéliser leur géométrie de visibilité ainsi que les cônes associés à leurs antennes.
- Construire
des familles orbitales : analyser les déclarations
satellitaires et identifier des groupes présentant des caractéristiques
orbitales communes, notamment les orbites SSO.
Le stage pourrait débuter en février 2027.
Profile
Satellites, Orbites, Python
*En tant qu'EPIC, le CNES applique un principe de neutralité (notamment politique et religieux) à l'ensemble de ses collaborateurs