Brevet FR2839779A1 — publié le 20031121

PROCEDE DE PREVENTION DES EFFETS DES PROTONS D'ORIGINE SOLAIRE PERMETTANT UNE RECONFIGURATION D'UN SENSEUR D'ETOILE ET SYSTEME DE CONTROLE D'ATTITUDE METTANT EN UVRE LE PROCEDE. L' invention concerne un procede de prevention des effete des protons d'origine solaire et un systeme de controle d' altitude d'un satellite mettant en muvre le , procede. s La connaissance de l' altitude d'un satellite est necessaire pour piloter les manuvres en relation avec la mission qu'il doit remplir. De maniere connue ['attitude d'un satellite peut etre determinee au moyen d'une relation entre les trots axes du stellite et des points de reference tels que des etoiles celestes et ceci au moyen d'un senseur d'etoile installe a bord du stellite. On s'interesse ici plus particulierement aux senseurs dits > et autonomes. Pour realiser une mesure 3-axes, ces senseurs doivent traiter les informations de deux etoiles au moins. En pratique plus et typiquement de 5 a l0. Le principe de detection du flux de proton est base sur le fait qu'il y a au moins N etoiles utilisees pour elaborer la solution d' altitude. Les senseurs d'etoiles utilisent habituellement un reseau ou matrice de detecteurs a couplage de charge (Charge Coupled Device CCD). Ils comprennent egalement un systeme de lentille ou telescope permettant de fournir une image d'une zone de l'espace contenant l'etoile. Un equipement redondant est generalement prevu pour pallier a des pannes de l'equipement nominal. Le champ de vision d'un senseur d'etoile est determine par les dimensions du reseau dans le plan focal du systeme de lentilles. Un systeme de coordonnees peut etre affecte au champ visuel ou a la surface du reseau de detecteurs, lrorigine de ce systeme de coordonnees etant de preference au milieu du champ visuel. Connaissant les positions des etoiles vues par rapport aux cordonnees de reference de la fenetre du senseur et en effectuant une correlation entre le > d'etoile ainsi obtenu et un catalogue de motifs, on peut obtenir l' altitude du senseur et done du satellite. Afin de mieux comprendre la suite, on va tout d'abord rappeler le type de fonctionnement d'un senseur 3-axes: - le senseur possede un (ou plusieurs) catalogue(s) d'etoile embarque, - le senseur est caracterise par deux modes de fonctionnement principaux: a) Mode acquisition: Ce mode permet de determiner ['attitude du senseur par rapport a un repere inertiel sans connaissance a priori de cette attitude. Cette determination initiale est obtenue par: - Lecture de ['ensemble de la matrice CCD, - Determination de la position des etoiles candidates, - Calcul de distance angulaire entre padre d'etoiles candidates, - Identification des etoiles candidates par comparaison des distances angulaire calculees par rapport a un catalogue de padres, embarque, - Calcul de l' altitude 3-axes en fonctions des coordonnees des etoiles identifiees. 3 2839779 b) Mode pour-quite: Ce mode permet de calculer finement ['attitude 3-axes en fonction des mesures de positions des etoiles dans le champ de vue. Ce mode suppose une connaissance a priori de ['attitude avec une precision de l'ordre de 0.3 degree (depend des senseurs). Cette connaissance a priori est obtenue par extrapolation de la mesure precedente. Il est cependant possible de la fournir par telemetric. C'est cette derriere caracteristique qui va etre exploitee dans ce qui suit. En mode pour-quite l' altitude etant connue a priori il est possible alors de predire la position des etoiles utilisees et de ne fire que les pixels adjacents. Lors d'une eruption solaire un flux de protons depassant de plusieurs ordres de grandeurs les normales habituelles est emis. L' interaction de ces protons avec la matrice CCD d'un senseur d'etoile entralne un depot d' electrons qui peut etre interprete comme un signal d'etoile. Lorsque le senseur d'etoile est en mode pour-quite ce phenomene est peu critique car seule une fenetre de taille reduite autour des etoiles est utilisee dans le traitement minimisant les risques d' interaction. Par contre en mode acquisition l'integralite de la matrice CCD est traitee et la presence de fausses etoiles risque de perturber ou de saturer l'algorithme de reconnaissance du motif de presence d'etoile. Si pendant que se produit une eruption solaire, une reconfiguration de senseur stellaire est declenchee par la logique FDIR du satellite (FDIR = Failure Detection Isolation and Recovery), alors il y a un risque que la reconfiguration d'un senseur d'etoile redondant soit impossible. On rappelle a propos qu'une reconfiguration du senseur peut avoir deux origines: - Soit la logique FDIR detecte un dysfonctionnement sur le senseur nominal (par traitement de sa telemetric), le considere en panne et ordonne la reconfiguration sur l'equipement redondant. - Soit la logique FDIR detecte un probleme plus general (erreur d' altitude excessive par exemple) mais dont il n'est pas possible d'isoler la cause simplement, dans ce cas done, elle ordonne une reconfiguration generale de tout les equipements en fonction a ce moment, y compris le senseur stellaire meme s'il fonctionne bien. L' interruption de mission principale qui s'ensuit pour le satellite sera alors d'une duree correspondent a la duree typique d'une eruption solaire qui est de 48h a 72h. Une telle interruption represente une insecurite inacceptable et des surcouts importants. La presente invention permet de resoudre ce probleme. Wile permet en effet de ne pas avoir d' interruption de mission meme si le senseur d'etoile actif s'arrete pendant une eruption de protons d'origine solaire. La presente invention a plus particulierement pour objet un procede de prevention des effete des protons d'origine solaire permettant une reconfiguration d'un senseur d'etoile, ledit senseur etant apte a fournir des donnees d' altitude d'un satellite, le procede comprenant les etapes suivantes: - detecter l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire, - declencher le fonctionnement en mode pour-quite d'un deuxieme senseur d'etoile lorsque l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire a ete detectee, s de manlere a avolr au molns un senseur en fonctionnement pendant la duree de ['eruption solaire. Selon une autre caracteristique, le fonctionnement en mode pour-quite du deuxieme senseur est obtenu a partir des donnees d' altitude fournies par le premier senseur. La detection comprend les etapes suivantes: l'enregistrement du nombre d'etoiles rejetees issu du traitement des donnees de telemetric du premier senseur, - la determination d'une valeur moyenne de ce nombre sur une duree determinee afin d'eliminer les fausses alarmes, - la comparaison de cette valeur moyenne a un seuil predetermine, - le declenchement du fonctionnement du deuxieme senseur lorsque ce seuil est atteint ou depasse. Un autre objet de l' invention concerne un systeme de controle d' altitude d'un satellite comprenant au moins deux senseurs d'etoiles a bord du satellite, dont un premier est en fonctionnement, caracterise en ce que le systeme comporte: - des moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire, fournissant un 2s signal de commande, - des moyens de declenchement du fonctionnement du deuxieme senseur d'etoile en mode pour-quite a partir des donnees d' altitude fournies par le premier senseur d'etoile, ces moyens etant actives par ledit signal de commande. Selon une autre caracteristique, les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption solaire comportent des moyens d'enregistrement du nombre d'etoiles rejetees obtenu a partir du traitement des donnees de telemetric du senseur d'etoiles en fonctionnement. Les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire comportent des moyens pour eliminer les fausses alarmes. Avantageusement, ces moyens comportent un filtre passe-bas. Selon une autre caracteristique, les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire comportent une logique de decision comprenant un seuil predetermine maximum au-dela duquel elle provoque le declenchement du fonctionnement du deuxieme senseur d'etoile. D'autres particularites et avantages de l' invention apparaitront clairement a la lecture de la description qui est donnee ci-apres a titre d'exemple non limitatif et en regard de la figure unique representant un schema d'un systeme de mise en muvre du procede. Le systeme propose comprend la mise en place a bord du satellite d' au moins deux senseurs d'etoiles 1, 2. De facon pratique les systemes existent prevoient un senseur d'etoile redondant 2 en cas de panne du senseur d'etoile 1 prevu pour realiser les mesures telemetriques. 2s Comme on va le voir plus en detail dans la suite, le senseur d'etoile redondant 2 va etre utilise en prevention d'une panne du senseur 1 pouvant survenir en periode d' eruption solaire. I1 est pour cela prevu que le senseur redondant 2 soit mis en fonctionnement en mode pour-quite c' est a dire cafe sur les etoiles servant a determiner ['attitude du satellite des que l'arrivee d'une eruption solaire est detectee. Ainsi les deux equipements c' est a dire le senseur d'etoile 1 prevu pour le controle d' altitude du satellite et le senseur redondant 2, seront pendant la periode d' eruption solaire, en mode pour-quite. De cette facon, si l'un des equipements est momentanement eteint, l'autre reste en mode pour-quite et il n'y a pas d' interruption de mission du satellite. Par consequent en cas de panne du senseur d'etoile 1 impliquant une reconfiguration, le senseur redondant est deja en mode pour-quite et operationnel. S'il fallait dans ces conditions effectuer une configuration en mode acquisition pour ce senseur celle-ci serait infructueuse du fait de la saturation provoquee par les protons d'origine solaire. De maniere connue, un systeme de controle d' altitude d'un satellite dans l'espace comprend au moins un senseur d'etoile 1 et un calculateur 3 de controle d' altitude. Ces equipements vent representes sur le schema de la figure unique. Pour la mise en uvre du procede et selon un mode prefere de realisation, les differentes operations de detection et de declenchement du fonctionnement du deuxieme sens eur 2 vent real i sees par le calculateur 3 qui comporte a cette fin une unite de traitement des donnees de telemetric 30. Le calculateur 3 comprend en outre une unite 31 apte a eliminer les fausses alarmes, une unite logique de decision 32 et une unite de declenchement du fonctionnement en mode pour-quite du senseur redondant 2. Dans l' implementation qui a ete faite, c' est a dire dans le cas d'un senseur d'etoile autonome qui integre dans son propre processeur toutes les fonctions necessaires et entre autre un algorithme de determination d' altitude, l' unite de traitement des donnees de telemetric 30 recoit les donnees de telemetric du senseur 1, il s'agit de deux valeurs, l' une etant le nombre d' etoile attendu par l' algorithme de telemetric du senseur et l'autre le nombre d'etoiles effectivement utilisees pour elaborer la solution d' altitude. En effet, La telemetric d'un senseur stellaire autonome fournit deux valeurs: - le nombre d'etoile attendu. En fonction de l' altitude et de la vitesse estimee le logiciel > le nombre et la position des etoiles. - le nombre des etoiles effectivement utilisees pour elaborer la solution d' altitude. L' unite de traitement 30 lit ces deux valeurs dans le flux de donnees de telemetric fourni et effectue la difference pour connaitre le nombre N d'etoiles rejetees. Cette information est exploitee conformement a l' invention pour detecter l'arrivee d'une eruption solaire. En l' absence d'anomalie de fonctionnement, le nombre N est de l'ordre de zero. Lorsque le nombre d'etoiles rejetees par l'algorithme est superieur a N. cela signifie que l'algorithme elimine plus d'etoiles du traitement que ce qui est dans la norme pour un senseur d'etoile donne. Le senseur est done perturbe par un phenomene physique tel que d'emission de protons d'origine solaire. On prevoit alors pour ameliorer cette mesure, en sortie de ['unite 30, une unite 31 permettant d'etablir une valeur moyenne du nombre d'etoiles eliminees en observant les differentes valeurs obtenues sur une duree fixee. Cette operation permet d'eliminer les fausses alarmes. Pour cela, on peut par exemple 9 2839779 effectuer une moyenne glissante sur une duree d'une heure. Selon un mode prefere de realisation, ['unite 31 est mise en uvre au moyen d'un filtrage passe-bas dont la constante de temps correspond a la duree d' observation du nombre d'etoiles rejetees. Lorsque le seuil Nmax est atteint ou depasse, une logique de decision 32 active une unite de declenchement du fonctionnement du senseur redondant 2. IO Cette unite 33 recoit les donnees d' altitude d'etoile du senseur 1 et est apte a partir de ces donnees de caler le senseur 2 sur l'etoile de reference. En pratique ['attitude determinee par le senseur 1 est transformee dans le repere du senseur 2 par cette unite 33. Les unites 30 a 33 vent de facon pratique des procedures d'un logiciel concu a cet effet. Le calculateur et le logiciel que ce calculateur met en muvre vent embarques sur le satellite mais ils peuvent egalement etre au sol sans que cela modifie le principe de ['invention. En outre dans l'exemple qui est donne, le senseur d'etoile est autonome et comporte comme cela a ete dit un processeur avec notamment un logiciel de telemetric. Le traitement de l' unite 30 consiste a effectuer la difference des deux parametres cites precedemment, fournis par ce logiciel. Ce traitement complet de telemetric pourrait bien entendu etre effectue par ['unite de traitement 30 dans le cas d'un senseur non autonome c'est-a-dire ne comportant ses propres moyens de mesures de telemetric. Ceci ne change en rien le principe de ['invention. Dans ce cas ['unite de traitement 30 disposerait directement de ['information nombre d'etoiles rejetees. 2839779 REVENDICATIONS 1. Procede de prevention des effete des protons d'origine solaire permettant une reconfiguration d'un senseur d'etoile, ledit senseur etant apte a fournir des donnees d' altitude d'un satellite dans l'espace, le procede comprenant les etapes suivantes: - detecter l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire, - declencher le fonctionnement en mode pour-quite d'un deuxieme senseur d'etoile lorsque l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire a ete detectee, de maniere a avoir au moins un senseur en fonctionnement pendant la duree de ['eruption solaire. 2.Procede de prevention des effete des protons d'origine solaire selon la revendication l, caracterise en ce que le fonctionnement en mode pourquite du deuxieme senseur est obtenu a partir des donnees d' altitude fournies par le premier senseur. 3. Procede de prevention des effete des protons d'origine solaire selon la revendication l, caracterise en ce que la detection comprend les etapes suivantes: - l'enregistrement du nombre d'etoiles rejetees issu du traitement des donnees de telemetric du premier senseur, - la determination d'une valeur moyenne de ce nombre sur une duree determinee afin d'eliminer les fausses alarmes, - la comparaison de cette valeur moyenne a un seuil predetermine, - le declenchement du fonctionnement du deuxieme senseur lorsque ce seuil est atteint ou depasse. 4. systeme de controle d' altitude d'un satellite comprenant au moins deux senseurs d'etoiles a bord du satellite dont un premier est en fonctionnement, caracterise en ce qu'il comporte: s - des moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire, fournissant un signal de commande, - des moyens de declenchement du fonctionnement du deuxieme senseur d'etoile en mode pour-quite a partir des donnees d' altitude fournies par le premier senseur d'etoile, ces moyens etant actives par ledit signal de commande. 5. systeme de controle d' altitude d'un satellite selon la revendication 4, caracterise en ce que les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire comprennent des moyens d'enregistrement du nombre d'etoiles rej'etees obtenu a partir du traitement des donnees de telemetric du senseur d'etoiles en fonctionnement. 6. systeme de controle d' altitude d'un satellite selon les revendications 4 ou 5, caracterise en ce que les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire comportent des moyens pour eliminer les fausses alarmes. 7. systeme de controle d' altitude d'un satellite selon la revendication 6, caracterise en ce que les moyens pour eliminer les fausses alarmes, comportent un filtre passe-bas. 8. systeme de controle d' altitude d'un satellite selon les revendications 4 a 7, caracterise en ce que 12 2839779 les moyens de detection de l'arrivee d'une eruption de protons d'origine solaire comportent une logique de decision comprenant un seuil predetermine maximum au- dela duquel elle provoque le declenchement du