Développer une nouvelle approche permettant d’identifier plus rapidement les situations critiques.
Mission
Enjeu stratégique pour le CNES
La multiplication des satellites et des constellations augmente les risques de brouillage avec les missions du CNES et de ses partenaires. L’évaluation de ces risques nécessite de rechercher les périodes pendant lesquelles plusieurs systèmes sont simultanément visibles, appelées périodes de co-visibilité. Leur calcul repose actuellement sur la simulation d’un grand nombre d’orbites et devient rapidement prohibitif. Ce stage vise à développer une nouvelle approche permettant d’identifier plus rapidement les situations critiques et de réduire fortement le coût des simulations de brouillage.
Contexte
Avant de calculer un brouillage, il faut déterminer si les satellites ou les stations concernés peuvent se voir au même moment. Lorsque plusieurs centaines ou milliers de satellites sont étudiés, tester toutes les combinaisons et tous les instants génère un volume de calcul considérable.
Le travail réalisé sera complémentaire du premier stage consacré à la modélisation numérique des diagrammes d’antenne. Une meilleure identification des configurations orbitales critiques permettra de cibler les directions d’antenne les plus importantes. Réciproquement, des modèles d’antenne plus précis permettront d’éliminer certaines co-visibilités géométriques qui ne présentent en réalité aucun risque de brouillage.
Problématique
Comment détecter rapidement les périodes et configurations de co-visibilité les plus critiques sans simuler exhaustivement toutes les orbites ?
La première partie du stage permettra de se familiariser avec une simulation simple d’interférences entre deux satellites, afin d’appréhender les rôles respectifs des orbites, des fréquences et des diagrammes d’antenne.
Le stage consistera ensuite à développer en Python des méthodes capables de présélectionner les cas pertinents et d’écarter rapidement les situations sans risque. Les solutions pourront s’appuyer sur des heuristiques, des graphes, des matrices creuses, des approximations mathématiques, des méthodes probabilistes ou des modèles d’intelligence artificielle entraînés à partir de simulations existantes. Des critères d’arrêt pourront également être conçus afin d’interrompre un calcul dès qu’il est possible de conclure de manière fiable.
L’utilisation d’outils d’IA pour l’aide au codage, l’exploration des données ou le prototypage d’algorithmes est particulièrement adaptée au sujet, compte tenu du grand volume de données publiques disponibles sur les satellites, leurs orbites et leurs caractéristiques techniques.
Le sujet est principalement algorithmique et informatique. Les notions nécessaires en orbitographie, en antennes et en communications satellitaires seront introduites au début du stage.
Objectifs du stage
1. Comprendre la simulation des brouillages : prendre en main une simulation d’interférences entre deux satellites et identifier l’influence des orbites, des fréquences et des caractéristiques d’antenne.
2. Analyser et modéliser la co-visibilité : comprendre la chaîne de calcul existante et représenter efficacement les interactions possibles entre satellites.
3. Développer une méthode de détection rapide : concevoir des algorithmes ou des modèles d’IA permettant de cibler directement les périodes et configurations les plus à risque, puis mesurer les gains en temps de calcul, en mémoire et en capacité de passage à l’échelle.
Apports du stage
Le/la candidat.e travaillera sur un problème original situé à l’interface entre intelligence artificielle, optimisation, algorithmique et calcul scientifique. Sa contribution permettra d’améliorer la capacité du CNES à protéger ses missions face aux nouvelles constellations. Le stage offrira l’occasion d’appliquer des compétences informatiques à un domaine peu abordé dans les cursus classiques, de manipuler des données réelles et de développer des algorithmes pouvant avoir un impact direct sur les outils opérationnels du CNES.
Le stage pourrait débuter en Février 2027.
Profile
*En tant qu'EPIC, le CNES applique un principe de neutralité (notamment politique et religieux) à l'ensemble de ses collaborateurs