Brevet FR2696890A1 — publié le 19940415

* t SYSTEME DE TRANSMISSION DE DONNEES DANS UN SATELLITE La présente invention concerne un système de transmission de données dans un satellite Elle concerne plus particulièrement un système de transmission de signaux numériques de télécommande (TC) et de télémesure (TM) à l'intérieur d'un satellite. A bord d'un satellite sont embarqués de nombreux équipements électroniques tels que des amplificateurs, des récepteurs, des filtres, Ces équipements, souvent redondants pour des raisons de fiabilité, appartiennent par exemple au système de transmission de signaux télévisés ou téléphoniques par satellite, ou bien aux systèmes assurant les fonctions de service à bord du satellite (gestion de15 bord, pilotage, alimentation, etc). Lors du lancement du satellite, une configuration de fonctionnement nominale est choisie, c'est-à-dire que l'on a sélectionné un certain nombre d'équipements pour les fonctions de service, un certain nombre de canaux pour la20 transmission de signaux téléphoniques et un certain nombre de canaux pour la transmission de signaux télévisés Au cours de la vie du satellite, et pour des raisons commerciales notamment, il se peut que cette configuration soit modifiée Afin de reconfigurer les équipements pour25 satisfaire à la demande, les stations de commande et de contrôle au sol émettent par voie hertzienne des signaux de télécommande transmis à un récepteur se trouvant à bord du satellite et les envoyant à une Unité Centrale numérique UC constituée d'une unité de traitement de ces signaux appelée30 CTU (Control Terminal Unit) et de plusieurs unités de transmission appelées RTU (Remote Terminal Unit) chargées de transmettre ces signaux aux différents équipements Les signaux de TC peuvent aussi servir à choisir parmi les équipements redondants ceux qui seront effectivement actifs, notamment au niveau des systèmes assurant les fonctions de service à bord du satellite Les signaux de TC servent donc à assurer la gestion du fonctionnement de l'ensemble des équipements électroniques embarqués à bord. Il est par ailleurs toujours souhaitable d'effectuer des tests de contrôle, soit pour vérifier que les signaux de TC ont bien été exécutés, soit pour détecter depuis le sol des pannes éventuelles risquant de nuire au bon fonctionnement du satellite ou de perturber les signaux transmis Les différents équipements émettent pour cela en direction de l'Unité Centrale des signaux de télémesure,10 transmis aux stations au sol par des émetteurs adaptés se trouvant à bord du satellite et en relation avec l'Unité Centrale Les signaux de TM peuvent être émis soit en réponse à des signaux de TC, soit de manière systématique pour le contrôle permanent de l'état des équipements15 embarqués. La transmission des signaux de TM et de TC entre l'Unité Centrale et les différents équipements est effectuée de manière classique au moyen de liaisons filaires par l'intermédiaire de câbles; l'ensemble des liaisons filaires20 destinées à la transmission des signaux de télécommande et de télémesure est appelé harnais TM-TC. On sait qu'un souci constant lors de la conception d'un satellite est de réduire autant que possible la masse embarquée, afin de diminuer le coût du lancement ainsi que25 le coût en carburant nécessaire au maintien du satellite en orbite, ou bien afin d'augmenter la durée de maintien en orbite d'un satellite pour une même quantité de carburant embarquée. Or le harnais TM-TC a une masse importante (de l'ordre de quelques dizaines de kilogrammes) En effet, les liaisons filaires sont nombreuses, puisque chacune d'elles doit être bidirectionnelle entre l'équipement considéré et l'Unité Centrale, afin d'assurer la séparation d'une part des signaux de TM et de TC, et d'autre part des signaux35 concernant chacun des équipements En outre, les câbles utilisés pour réaliser ces liaisons sont la plupart du temps des câbles blindés pour éviter les perturbations dues à des rayonnements électromagnétiques parasites. Le but de la présente invention est donc de réaliser un système de transmission de données à l'intérieur d'un satellite dont la masse soit plus faible que celle des systèmes de transmission de données actuellement utilisés et dont la sensibilité aux rayonnements électromagnétiques parasites soit diminuée. La présente invention propose à cet effet un système de transmission de données à l'intérieur d'un satellite, comprenant des émetteurs et des récepteurs de signaux numériques contenant lesdites données, caractérisé en ce que lesdits émetteurs et récepteurs de signaux sont reliés entre eux par des liaisons infrarouges.15 Grâce à l'utilisation de la transmission par infrarouges, toutes les liaisons filaires destinées à la transmission de données de télécommande et de télémesure sont supprimées, ce qui représente un gain net au niveau de la masse du satellite: le harnais TM-TC est supprimé De20 plus, les émetteurs et récepteurs du système de transmission par infrarouges remplacent les interfaces entre le réseau filaire et les différents équipements Par conséquent, la masse de ces interfaces est sensiblement remplacée par la masse des émetteurs et récepteurs du système à infrarouges25 sans augmenter de manière significative la masse du satellite. Avantageusement, tout émetteur à l'intérieur du satellite est capable de communiquer avec au moins un récepteur à l'intérieur du satellite au moyen de liaisons30 infrarouges directes ou par réflexions successives. A cet effet, des miroirs optiques peuvent être disposés à l'intérieur du satellite si les surfaces internes de ce dernier ne sont pas suffisamment réfléchissantes par elles-mêmes.35 Par ailleurs, les signaux numériques peuvent être constitués à la fois de signaux dits de télécommande émis par une unité centrale située à l'intérieur du satellite vers des équipements se trouvant à l'intérieur du satellite, et de signaux dits de télémesure émis par les équipements vers l'unité centrale Le système selon l'invention peut 5 alors être utilisé pour la commande et le contrôle par le sol des équipements embarqués à bord du satellite Les liaisons infrarouges utilisées sont donc des liaisons bidirectionnelles Il se peut également que les signaux numériques soient uniquement constitués de signaux de10 télécommande, ou uniquement de signaux de télémesure, dans les cas o l'une ou l'autre des deux fonctions précédentes n'est pas nécessaire. De manière avantageuse, chacun des signaux de télécommande a une entête d'adressage telle que seul l'équipement auquel il est adressé est capable d'être commandé par le signal de télécommande. Enfin, les émetteurs et récepteurs utilisés peuvent être des diodes à infrarouges. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante donnée à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes: la figure 1 est une représentation schématique par blocs d'un système de transmission de données selon l'invention, la figure 2 est une représentation détaillée par blocs de la fonction de télécommande au sein d'un équipement, la figure 3 est une représentation détaillée par blocs de la fonction de télémesure au sein d'un équipement. Dans toutes ces figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. Un système I selon l'invention, représenté en figure 1, peut être utilisé d'une part pour la transmission des signaux de télécommande TC à des équipements El, E 2, EN, et d'autre part pour la réception des signaux de35 télémesure TM émis par ces derniers Les équipements El à EN sont tous disposés sur les parois intérieures d'un satellite (non représenté), et ce pour des raisons d'écoulement du flux thermique vers l'espace extérieur au satellite. Le système I comprend une unité centrale, référencée UC, constituée d'une CTU et d'une ou plusieurs RTU et assurant l'interface entre les équipements El à EN et des émetteurs et récepteurs (non représentés) en communication avec les stations au sol, et appartenant à un système de transmission T situé à bord du satellite. En pratique, les stations au sol émettent des signaux de télécommande TC par voie hertzienne Ces signaux sont reçus par une (ou plusieurs) antenne A située sur le satellite, transmis ensuite aux récepteurs du système T qui les envoie enfin à l'Unité Centrale UC. L'Unité Centrale UC a pour fonction de mettre les signaux de TC sous forme numérique (si ces derniers ne le sont pas déjà) puis de les coder, et enfin de les transformer en signaux optiques afin de les diffuser en direction des équipements El à EN au moyen de diodes émettrices à infrarouges DEC situées de préférence sur les parois extérieures de l'unité Centrale UC de manière à réduire au maximum les câblages nécessaires entre elles et l'Unité Centrale UC. Les diodes DEC sont réparties de sorte que les équipements El à EN à commander, munis à cet effet d'une ou de plusieurs diodes réceptrices de signaux infrarouges DRC, puissent recevoir les signaux de TC émis Tout comme les diodes DEC, les diodes DRC se trouvent sur les parois extérieures des équipements associés, afin de réduire les câblages nécessaires.30 Les diodes DRC de la plupart de ces équipements se trouvent dans le champ d'émission des diodes DEC et reçoivent donc directement les signaux de TC En revanche, certains équipements sont cachés par d'autres ou bien situés hors de portée directe des faisceaux d'émission des DEC;35 ils reçoivent alors les signaux de TC par réflexions successives sur les parois intérieures du satellite ou, si ces dernières ne sont pas suffisamment réfléchissantes, sur des miroirs optiques (non représentés) placés de manière adaptée à l'intérieur du satellite. Les signaux optiques de TC sont alors transformés en signaux électriques par un démodulateur DMC (voir figure 2), puis décodés au moyen d'un décodeur DCC et transformés si besoin est en signaux analogiques par un transformateur digitalanalogique TDA pour être enfin exécutés par les organes concernés 01, 02,, OM des équipements auxquels10 ils sont destinés. Les diodes classiques d'émission à infrarouges ne permettent pas en général d'obtenir des faisceaux d'émission très directifs Ainsi, plusieurs DRC sont en général éclairées par un même faisceau Les signaux de TC mis en forme par l'Unité Centrale UC comportent donc une entête d'adressage pour chaque équipement, cette entête pouvant être décodée par tous les équipements mais comprise par le seul équipement auquel elle est destinée, qui décode alors le message correspondant.20 Pour ce qui est de la télémesure, chaque équipement est doté d'une ou de plusieurs diodes émettrices de signaux infrarouges DEM, disposées sur les parois extérieures des équipements associés pour réduire les câblages nécessaires. Les signaux analogiques de télémesure, recueillis au sein de chaque équipement par des senseurs Si, 52,, SP (voir figure 3), sont transformés, toujours au sein des équipements, en signaux numériques à l'aide d'un transformateur analogique-digital TAD, puis codés par un codeur CM et enfin transformés en signaux optiques par un30 modulateur électro-optique MM Si les signaux de télémesure sont numérisés à l'origine, ils sont bien évidemment envoyés directement au codeur CM. Les diodes DEM envoient alors les signaux de TM en direction de diodes réceptrices à infrarouges DRM, réparties de préférence sur les parois extérieures de l'Unité Centrale UC De même qu'en TC, les signaux peuvent être reçus par l'Unité Centrale UC soit directement, soit après réflexions successives sur les parois internes du satellite ou au moyen de miroirs optiques placés en des endroits adaptés à l'intérieur du satellite. 5 L'Unité Centrale UC assure enfin la mise en forme et le regroupement (packaging) adéquats des signaux de TM reçus pour les transmettre au système T qui les envoie alors par voie hertzienne aux stations de commande et de contrôle au sol.10 La transmission par infrarouges permet non seulement d'alléger le harnais TM-TC, mais aussi d'exploiter les phénomènes de réflexion des signaux transmis, soit par l'intermédiaire de miroirs optiques disposés en des endroits spécifiques du satellite de manière à assurer les réflexions15 recherchées, soit au moyen de surfaces réfléchissantes se trouvant à l'intérieur du satellite. Le retour à la masse du réseau d'alimentation à l'intérieur du satellite, peut être effectué soit directement par la structure du satellite si celle-ci est20 conductrice, soit au moyen d'un conducteur de masse commun. Plusieurs méthodes de télémesure peuvent être utilisées Selon une première méthode, les signaux de télémesure sont émis séquenciellement par les équipements. Chaque équipement émet donc tour à tour un signal de TM, et25 il n'y a alors pas de confusion possible au niveau de la réception par l'Unité Centrale UC. Selon une deuxième méthode, tous les équipements émettent simultanément des signaux de TM Dans ce cas, les signaux de TM sont conçus pour ne pas se combiner en donnant un signal significatif pour l'Unité Centrale UC: on dit alors que les signaux de TM sont codés orthogonalement. Les avantages de l'invention sont très nombreux. Dans un premier temps, elle permet de diminuer sensiblement la masse du satellite en supprimant le harnais TM-TC On peut ainsi réaliser une économie très sensible dans les coûts de lancement et de maintien en orbite du satellite, ou bien prolonger sensiblement la durée de vie de ce dernier. Par ailleurs, la suppression du câblage nécessaire dans les systèmes de transmission classiques permet de diminuer le coût de la main-d'oeuvre lors des phases d'intégration du satellite. En outre, les tests de validation nécessaires avant le lancement du satellite pour qualifier les équipements destinés à être embarqués peuvent être effectués beaucoup10 plus simplement qu'avant en utilisant la commande par infrarouge de ces équipements directement à partir du banc d'essais Ceci évite d'avoir à effectuer un câblage de test fastidieux et complexe, risquant de dégrader les connecteurs utilisés à bord du satellite.15 Le système de transmission par infrarouges selon l'invention utilisé pour la télécommande et la télémesure répond aux exigences requises pour les systèmes de télécommande et de télémesure: il présente un taux d'erreur aussi faible que celui des systèmes classiques utilisant la transmission par voie filaire, puisque les erreurs sont détectées et corrigées au moyen d'un codage de canal particulier et que le codage des signaux effectué n'a pas de raison de changer par rapport au codage effectué dans l'art antérieur, 25 il n'a pas de mode de panne commun (on appelle mode de panne commun une panne qui se propage d'un élément du système à un autre) puisqu'il n'existe pas de liaison physique entre l'Unité Centrale et les équipements, il est capable d'effectuer une transmission bidirectionnelle (UC -> équipements, équipements -> UC). Certains problèmes comme la saturation des émetteurs et récepteurs à infrarouges par le flux lumineux provenant du soleil et s'introduisant dans le satellite sont évités en dotant ces derniers de filtres adaptés.35 Les temps de propagation des signaux à l'intérieur du satellite sont tous du même ordre de grandeur: quel que soit le chemin parcouru par un signal entre l'émetteur et le récepteur, sa fréquence reste la même Ceci est dû au fait que le satellite a des dimensions relativement petites. Enfin, il faudra prendre garde à sélectionner des émetteurs et récepteurs à infrarouges qui ne sont pas sensibles aux rayonnements ionisants que l'on peut rencontrer dans l'espace De telles perturbations risqueraient en effet d'obscurcir leur fenêtre de passage ou de les dégrader.10 Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. En premier lieu, l'invention ne se limite pas au système de télécommande et de télémesure particulièrement décrit, et peut être adaptée à tout système de transmission15 de données à l'intérieur d'un satellite, les données ayant une utilisation et une forme quelconques. Par ailleurs, on peut utiliser autant de composants redondants qu'il est nécessaire pour garantir la fiabilité du système.20 De plus, les diodes à infrarouges peuvent être remplacées par d'autres composants optiques capables de remplir les mêmes fonctions d'émission et de réception. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Système de transmission de données à l'intérieur d'un satellite, comprenant des émetteurs et des récepteurs de signaux numériques contenant lesdites données, caractérisé en ce que lesdits émetteurs et récepteurs de signaux sont reliés entre eux par des liaisons infrarouges. 2/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que tout émetteur à l'intérieur du satellite est capable de communiquer avec au moins un récepteur à l'intérieur du satellite au moyen de liaisons infrarouges directes ou par réflexions successives. 3/ Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que des miroirs optiques sont disposés à l'intérieur du satellite pour permettre la transmission desdits signaux par réflexions successives. 4/ Système selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdits signaux numériques sont constitués à la fois de signaux dits de télécommande émis par une unité20 centrale située à l'intérieur du satellite vers des équipements se trouvant à l'intérieur du satellite, et de signaux dits de télémesure émis par lesdits équipements vers ladite unité centrale. 5/ Système selon la revendications 4 caractérisé en ce que chacun desdits signaux de télécommande a une entête d'adressage telle que seul ledit équipement auquel il est adressé est capable d'être commandé par ledit signal de télécommande. 6/ Système selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que lesdits émetteurs et lesdits récepteurs sont des diodes à infrarouges.