Brevet FR2893794A1 — publié le 20070525

La présente invention concerne un procédé pour réduire l'âge de l'information de produits d'image dans une constellation correspondante de satellites d'observation de la Terre ainsi qu'un système pour la mise en oeuvre du procédé. Lors de l'utilisation de satellites d'observation de la Terre, l'utilisateur a souvent le désir d'avoir accès le plus rapidement possible aux données d'images se trouvant dans un satellite. La durée entre l'enregistrement des données d'image et la disponibilité du produit d'image chez l'utilisateur est désignée par le concept, âge de l'information. L'importance de cet âge de l'information est déterminé par le temps nécessaire pour transférer sur le site de l'utilisateur les données obtenues à partir d'une cible. Dans de nombreuses missions de satellite, il est habituel jusqu'à présent que l'utilisateur se trouve dans la station de réception des données du satellite en question et doive attendre jusqu'à ce que le satellite arrive dans la zone de réception de l'antenne. Etant donné que des contacts éventuels vers le satellite ne sont possibles que pendant les survols de la station au sol, cette méthode a pour inconvénient les grands laps de temps durant lesquels aucun contact n'est possible entre la station au sol et le satellite et durant lesquels l'âge de l'information subit une influence négative. Une autre méthode disponible actuellement et permettant un accès plus rapide aux données d'image se trouvant dans un satellite consiste à avoir recours à des réseaux récepteurs de station au sol existants qui permettent d'utiliser des installations d'antenne réparties dans le monde entier. Le réseau IGS (Service international de GPS) pour les satellites Landsat 5 et Landsat 7 en est un exemple ; grâce à ce réseau, une réception des données d'image de Landsat est possible en de nombreux endroits de la Terre. Le but de tels réseaux est la réception de données sur place d'utilisateurs très dispersés géographiquement avec également la possibilité d'un transfert de données entre les stations intervenantes. Le transfert ultérieur des données de satellite entre le lieu de réception et l'utilisateur est réalisé par transfert de données à l'aide de lignes de données au sol ou par des satellites de communication. Les inconvénients concernant l'utilisation de tels réseaux de stations au sol sont significatifs quand les groupes d'utilisateurs ne sont pas très dispersés géographiquement ou quand des données (militaires) pertinentes du point de vue de la sécurité et confidentielles doivent être transmises. La structure d'un tel réseau récepteur de données très dispersé géographiquement pour des utilisateurs individuels implique cependant des coûts élevés. Ceci vaut en particulier pour les données, pertinentes du point de vue de la sécurité, des satellites d'observation de la Terre ; pour elles, il faut garantir un transfert ultérieur protégé contre les accès et contre les écoutes entre la station de réception et l'utilisateur. Si l'on prend en même temps en considération les quantités importantes de données qui peuvent se déplacer et sont de l'ordre de plusieurs gigaoctets par produit d'image, on élimine l'utilisation de réseaux publics (Internet). Ainsi, une structure onéreuse de voies de données au sol ou l'utilisation de canaux de données coûteux sur des satellites de communication est nécessaire. On doit faire face à des coûts élevés pour la construction de liaisons de données au sol appropriées, en particulier quand le système de réception par satellite se trouve sur la surface du globe en des lieux difficilement accessibles géographiquement en raison des conditions marginales liées à la mécanique spatiale de satellites. Sont avant tout en cause les régions proches des pôles dans la zone du pôle nord et du pôle sud qui sont considérées comme des sites particulièrement appropriés aux antennes de réception pour des satellites d'observation de la Terre, puisqu'il existe là une possibilité de contact pratiquement à chaque rotation autour de la Terre en raison de l'inclinaison d'orbite utilisée habituellement pour ce type de satellite. Par le brevet DE 43 24 515 C2, on connaît un procédé permettant de prolonger la durée de communication d'un engin spatial ou d'un satellite destiné à l'observation de la Terre afin de transmettre également des données en temps réel à une ou plusieurs stations au sol ou de réception, sans mise en mémoire ou mémorisation intermédiaire des données sur des supports de mémoire dans l'engin spatial. Pour cela, on utilise des satellites auxiliaires sur la même orbite que les satellites pour l'observation de la Terre, qui transmettent les signaux de données aux stations au sol ou de réception, sans mémorisation intermédiaire. Le brevet US 5 561 837 A décrit un système de satellites d'observation de la Terre, dans lequel les données sont stockées dans le satellite dans une mémoire intermédiaire si le satellite se trouve à l'extérieur de la zone de réception des stations au sol. Dans le cas où la mémorisation intermédiaire dans le satellite en question tombe en panne, il est prévu un satellite relais supplémentaire qui est en visibilité directe avec le satellite et vers lequel les données sont ensuite transmises et stockées dans une mémoire intermédiaire. Si le satellite relais est dans la zone de réception de la station au sol en question, les données y sont transférées. La présente invention a pour objet de réaliser un procédé pour réduire l'âge de l'information pour des produits d'image de satellites d'observation de la Terre en évitant largement les inconvénients des méthodes utilisées jusqu'à présent pour le transfert vers l'utilisateur de données se trouvant dans un satellite d'observation de la Terre, de telle sorte qu'un accès rapide de l'utilisateur aux données satellite puisse néanmoins avoir lieu sans l'utilisation de réseaux récepteurs de stations au sol très onéreux et sans le montage de liaisons de données supplémentaires également de coûts élevés entre le lieu de réception et l'utilisateur. Selon la présente invention, ce problème est résolu par un procédé pour réduire l'âge de l'information de points d'image dans des constellations correspondantes de satellites d'observation de la Terre par les caractéristiques indiquées dans la partie caractérisante de la revendication 1. De plus, il est prévu un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Conformément à l'invention, plusieurs satellites destinés à l'observation de la Terre sont disposés de préférence sur des orbites proches des pôles avec de préférence une position différente pour les noeuds de la trajectoire. Des orbites proches des pôles sont nécessaires pour pouvoir déterminer la plus petite zone géographique possible qui sera survolée par tous les satellites de la constellation à des intervalles les plus brefs possibles, c'est-à-dire si possible lors de chaque rotation autour de la Terre. Dans le cas de satellites sur des orbites proches des pôles, c'est-à-dire sur un plan d'orbite avec une inclinaison (inclinaison) de 90 environ par rapport à l'Equateur terrestre, on peut déterminer de telles zones en tant que tronçons limités par des parallèles proches des pôles, avec le pôle nord ou le pôle sud comme point central. La dimension de ces surfaces est alors déterminée par l'importance de 35 la divergence de l'inclinaison des plans d'orbite des satellites par rapport à 90 . Dans le cas idéal de l'orbite polaire avec une inclinaison de trajectoire de 90 , la zone survolée par tous les satellites d'observation de la Terre lors de chaque rotation se réduit au point, plus précisément au pôle nord et au pôle sud. Pour une constellation dans laquelle tous les satellites d'observation de la Terre ont la même inclinaison de trajectoire divergeant de 90 , il en résulte un cercle (un parallèle) en tant que figure géométrique, qui est survolé perpendiculairement par chaque satellite d'observation de la Terre lors de chaque rotation. Si on est en présence d'une constellation composée de satellites d'observation de la Terre présentant des inclinaisons différentes, il s'agit, en ce qui concerne la zone correspondante décrite précédemment, d'un segment sphérique de la surface du globe, délimité par deux parallèles du globe terrestre. Pour définir les zones décrites précédemment (point, cercle, segment sphérique), il faut considérer à chaque fois la représentation normale des satellites sur la surface du globe en rotation. En tant qu'effet ayant une influence réduite, il faut veiller encore en plus à ce que le plan des orbites de satellites tourne dans le temps autour de l'axe des pôles nord et sud par rapport à un système de référence spatialement fixe, ce qui est suscité par une répartition inégale de la masse à l'intérieur du globe terrestre. Une autre caractéristique de l'invention est la mise en place d'une station au sol supplémentaire ù dénommée ci-après station au sol-boîte postale ù pour la liaison de données avec les satellites d'observation de la Terre dans la zone survolée de préférence par tous les satellites d'observation de la Terre à de brefs intervalles et décrite précédemment, en plus de la station au sol utilisateur. Cette mise en place spéciale de la station au sol-boîte postale donne alors la possibilité de pouvoir établir une liaison pratiquement avec chaque satellite d'observation de la Terre faisant partie de la constellation, lors de chaque rotation. Si une mise en place de la station au sol-boîte postale dans la zone survolée par tous les satellites d'observation de la Terre à de brefs intervalles et décrite précédemment, n'était pas possible pour des raisons techniques et/ou financières, d'autres zones pourraient être également sélectionnées en tant que site de la station au sol-boîte postale. Cependant, l'inconvénient est qu'il n'est alors pas possible d'utiliser chaque rotation des satellites d'observation de la Terre pour une liaison de données. C'est pourquoi, il faudrait toujours sélectionner une zone qui soit survolée par le plus grand nombre possible de satellites d'observation de la Terre faisant partie de la constellation à des intervalles le plus courts possibles. En ce qui concerne les orbites de satellite proches des pôles, habituelles pour des missions d'observation de la Terre, ces zones sont situées aux latitudes géographiques les plus hautes possibles. Selon l'invention, la station au sol-boîte postale est positionnée de telle sorte que, lors du survol d'un ou de plusieurs satellites d'observation de la Terre, les données d'image se trouvant dans le/les satellite(s) d'observation de la Terre peuvent être reçues tout autant que les données stockées dans une mémoire intermédiaire dans la station au sol-boîte postale peuvent être envoyées à des satellites sélectionnés d'observation de la Terre et faisant partie de la constellation. La mise en place selon l'invention d'une seule station au sol-boîte postale dans une zone survolée à des intervalles courts, de préférence par tous les satellites d'observation de la Terre faisant partie de la constellation, permet de supprimer aussi bien l'utilisation, décrite précédemment et d'un coût élevé, de réseaux de stations au sol répartis dans le monde entier que la contrainte relative au transfert de données également coûteux et techniquement complexe, de ces stations vers l'utilisateur. De plus, selon l'invention, des positions de préférence différentes pour les noeuds des plans individuels d'orbite de satellite s'avèrent nécessaires. Une position de noeud décrit la position des points d'intersection imaginaires de l'orbite de satellite avec le plan de l'équateur terrestre, et, en combinaison avec l'inclinaison décrite précédemment, la position du plan d'orbite de satellite dans l'espace. Par le choix approprié de la position des noeuds lors de la conception d'une orbite de satellite, on peut déterminer à quels moments des zones déterminées de la surface du globe sont survolées. Un autre problème concerne les interruptions de liaison parfois très longues entre le satellite d'observation de la Terre et la station utilisateur, qui peuvent être de dix heures et plus. Ces interruptions sont dues essentiellement au mouvement relatif entre le satellite d'observation de la Terre dans son plan d'orbite et la rotation de la surface du globe provoquée par la rotation de la Terre. Pour ce qui est des interruptions de contact décrites précédemment, quand, en raison de la rotation de la terre, la station au sol utilisateur et, 35 associée à celle-ci, sa zone de réception spatiale se sont tellement éloignées du plan d'orbite du satellite, il arrive que le satellite d'observation de la Terre ne réussisse plus, lors de sa rotation, à arriver dans la zone de réception de la station au sol utilisateur. L'influence réduite par rapport à la rotation de la terre de la dérive du plan d'orbite du satellite par une répartition inégale de la masse du globe terrestre peut être négligée pour les considérations suivantes puisque, durant les périodes pertinentes ici, elle n'entraîne que des déplacements insignifiants entre le satellite d'observation de la terre et la zone de réception de la station au sol. Par le choix approprié des noeuds de la trajectoire des divers satellites d'observation de la terre faisant partie de la constellation, les plans d'orbite individuels peuvent être disposés de telle sorte que, dans le cas idéal, si les satellites sont en nombre suffisant, un ou plusieurs satellites d'observation de la Terre traversent toujours lors de leur rotation la zone de réception de la station au sol utilisateur. Si le nombre de satellites est trop réduit, on peut au moins diminuer les laps de temps durant lesquels, lors de sa rotation, aucun des satellites d'observation de la Terre n'a une possibilité de contact avec la station au sol utilisateur. Selon l'invention, la station au sol-boîte postale est utilisée pour stocker dans une mémoire intermédiaire les données d'image d'un satellite d'observation de la Terre faisant partie de la constellation et présentant une mauvaise possibilité de contact actuelle avec la station au sol utilisateur, afin de les transmettre ensuite à un autre satellite d'observation de la Terre faisant partie de la constellation, dont la prochaine possibilité de contact avec la station au sol utilisateur donne un âge de l'information satisfaisant pour l'utilisateur. A la différence des procédés utilisés jusqu'à présent avec une seule station au sol (utilisateur) ou avec l'utilisation de réseaux mondiaux de stations au sol, on évite selon l'invention les longues interruptions de liaison qui surviennent lors de l'utilisation d'une seule station au sol utilisateur et ont une influence négative sur l'âge de l'information de l'image. Les satellites relais ou des liaisons de données spéciales au sol entre les stations au sol du réseau mondial avec la station au sol utilisateur sont également supprimés. De plus, la confidentialité des données est sécurisée, car celles-ci ne doivent pas être envoyées par l'intermédiaire de réseaux publics. L'élément central selon l'invention est la station au sol-boîte postale prévue au sol avec une unité de mémoire de données qui est destinée à stocker dans une mémoire intermédiaire les données reçues par des satellites d'observation de la Terre en train de survoler. Les données doivent alors être stockées dans une mémoire intermédiaire jusqu'à ce que le satellite d'observation de la Terre sélectionné pour le transfert ultérieur des données survole la station au sol-boîte postale. En dehors de la mémoire de données, il est encore prévu une unité de réception de données et une unité d'émission de données comprenant un io matériel de réception et d'émission et de préférence une antenne commune. La réception et l'émission des données sont lancées respectivement par des ordres convenus entre la station au sol-boîte postale et les satellites d'observation de la Terre et peuvent être réalisées de façon entièrement automatique, ce qui permet d'opter également pour une station au solboîte postale inhabitée, donc 15 d'un coût avantageux. Afin d'éviter des frais pour la construction de la station au sol-boîte postale en particulier dans les régions polaires, on peut utiliser l'infrastructure des stations au sol existant dans cet environnement géographique. En ce qui concerne la variante décrite précédemment d'une station au 20 sol-boîte postale entièrement automatique, le matériel nécessaire peut être également mis en place sur une bouée ancrée dans les eaux polaires. Pour des applications pendant lesquelles des données de satellite présentant un âge de l'information réduit sont nécessaires uniquement sur une période restreinte, ainsi par exemple lors de la reconnaissance militaire par satellite de régions 25 locales en crise, le matériel de la station au sol-boîte postale peut être également disposé sur un bateau. Alors que le dispositif décrit précédemment se trouve au sol en tant qu'élément de la station au sol-boîte postale, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut être également influencée de manière avantageuse par 30 une conception appropriée du satellite d'observation de la Terre. Afin d'éviter une perturbation de l'enregistrement des données cibles par le satellite d'observation de la Terre, l'unité d'émission et de réception nécessaire côté satellite doit être conçue selon la présente invention de telle sorte qu'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, indépendante de la mission cible 35 d'observation proprement dite du satellite d'observation de la Terre soit rendue possible par la station au sol-boîte postale. En particulier, l'antenne nécessaire à l'échange de données avec la station au sol-boîte postale doit être disposée sur le satellite d'observation de la Terre de façon à être orientable vers la station au sol-boîte postale indépendamment de la position spatiale momentanée du satellite d'observation de la Terre. La présente invention est illustrée en détail ci-après en référence aux dessins annexés sur lesquels : Fig.1 : est une représentation schématique des relations géométriques et des composants pris en considération, par exemple pour une constellation composée de trois satellites d'observation de la Terre sur divers plans d'orbite, d'une station au sol utilisateur et d'une station au sol-boîte postale ; Fig. 2: est une représentation schématique concernant un enregistrement de données cibles d'une région cible par un satellite d'observation de la Terre ; Fig. 3 : est une représentation schématique concernant la transmission des données cibles, du satellite d'observation de la Terre à la station au sol-boîte postale ; Fig. 4 : est une représentation schématique concernant la transmission des données cibles, de la station au sol-boîte postale à un autre satellite 20 d'observation de la Terre et Fig. 5 : est une représentation schématique concernant la fourniture des données cibles à une station au sol utilisateur. Les relations géométriques et les composants correspondants pris en considération pour une version de base sont présentées sur la figure 1. Trois 25 satellites d'observation de la Terre Satl à Sat3 se trouvent respectivement sur des orbites proches des pôles avec une orientation (position des noeuds) du plan d'orbite, non représentée plus précisément, différente pour chacun des trois satellites d'observation de la Terre. De plus, une zone géographique tout autour du pôle nord qui est vu par les trois satellites d'observation de la Terre 30 Satl à Sat3 lors de chaque rotation, est représentée avec une station au sol-boîte postale 1 supplémentaire qui y est mise en place. En raison de l'inclinaison de trajectoire identique dans le mode de réalisation reproduit, des trois satellites d'observation de la Terre Satlà Sat3, la zone respectivement survolée lors de chaque rotation par les trois satellites 35 d'observation de la Terre constitue un parallèle. Sur la figure 1, la limite 31 de la zone de réception de la station au sol-boîte postale 1 est indiquée par une ligne en traits mixtes qui est représentée par la projection d'un contour sur la surface du globe. La limite 32 de la zone de réception d'une station au sol utilisateur 2 est indiquée par une ligne en tirets. L'enregistrement d'une image par le satellite d'observation de la Terre Satl est décrit ci-après, étape par étape, avec transmission successive de données d'image par la station au sol-boîte postale 1 au satellite d'observation de la Terre Sat2. Etape 1 : à partir du satellite d'observation de la Terre Satl, un enregistrement d'une zone cible P est réalisé. La figure 2 montre que, lors de l'enregistrement de la zone cible P, le satellite d'observation de la Terre Satl se trouve à l'extérieur de la zone de réception 32 de la station au sol utilisateur 2, et que par conséquent, les données d'image se trouvant dans le satellite d'observation de la Terre Satl ne peuvent pas être envoyées à la station au sol utilisateur 2. De plus, la figure 2 montre qu'en fonction de la rotation de la terre indiquée par une flèche, la zone de réception 32 de la station au sol utilisateur 2 continuera de plus en plus à s'éloigner (vers la droite) du satellite d'observation de la Terre satl, et par conséquent ne sera plus survolée pendant un temps assez long par le satellite d'observation de la Terre Satl. Etape 2 : comme le montre sur la figure 3, le satellite d'observation de la Terre Satl a atteint la zone de réception 31 de la station au sol-boîte postale 1 et envoie les données d'image à partir de sa mémoire à bord vers la station au sol-boîte postale 1 dans laquelle les données d'image sont stockées dans une mémoire intermédiaire. Etant donné que, lors de chaque rotation du satellite d'observation de la Terre Satl, il existe de manière sûre une possibilité de contact avec la station au sol-boîte postale 1, cette opération est possible sans grand retard. Etape 3 : comme le montre la figure 4, les données d'image stockées dans une mémoire intermédiaire dans la station au sol-boîte postale 1 sont envoyées de la zone cible P au satellite d'observation de la Terre Sat2 qui, comme le satellite d'observation de la Terre Satl, peut utiliser une possibilité de contact avec la station au sol-boîte postale 1 à chacune de ses rotations. Etape 4 : une fois que les données d'image sont désormais mémorisées dans la mémoire de bord du satellite d'observation de la Terre Sat2 et que celui-ci se trouve dans la zone de réception 32 de la station au sol-utilisateur 2, les données peuvent être encore transmises à la station au sol-utilisateur 2 durant la même rotation. Comme le montre la figure 5, à cet instant, il faudrait attendre encore longtemps avant d'avoir une possibilité de contact entre le satellite d'observation de la Terre Satl et la station au sol utilisateur 2. Sans utiliser le satellite d'observation de la Terre Sat2, l'âge de l'information pour le produit d'image de la zone cible P serait donc mauvais. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réduire l'âge de l'information des produits d'image dans une constellation correspondante de satellites d'observation de la terre, caractérisé en ce que a) à partir d'un premier satellite d'observation de la Terre (Satl) faisant partie de la constellation de satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) et se trouvant à l'extérieur de la zone de réception (23) d'une station au sol d'utilisateur (2), on réalise un enregistrement d'une zone cible (P) et l'enregistrement est mémorisé sous forme de données d'image numériques dans le premier satellite d'observation de la Terre (Satl) ; b) les données d'image numériques mémorisées dans le premier satellite d'observation de la Terre (Satl) sont transmises à une station au sol-boîte postale (1) prévue dans une zone survolée par tous les satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) à des intervalles de temps les plus courts possibles, dès que le premier satellite d'observation de la Terre (Satl) a atteint la zone de réception de la station au sol-boîte postale (1), et en ce qu'elles sont ensuite stockées dans une mémoire intermédiaire dans la station au sol-boîte postale (1) ; c) les données d'image stockées dans une mémoire intermédiaire dans la station au sol-boîte postale (1) sont envoyées de la zone cible (P) à un autre satellite d'observation de la Terre (Sat2) faisant partie de la constellation de satellites qui, lors de son survol, arrive dans la zone de réception (3 i) de la station au sol-boîte postale (1) et d) dès que l'autre satellite d'observation de la Terre (Sat2) entre dans la zone de réception (32) d'une station au sol utilisateur (2), les données d'image mémorisées dans la mémoire de bord sont transférées à la station au sol utilisateur (2). 2. Système pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie d'une constellation de satellites sont disposés sur des plans d'orbite sélectionnés de telle sorte que, pour transférer à la station au solutilisateur (2), pendant le laps de temps le plus bref possible, des données enregistrées à partir d'une zone cible (P), d'un satellite d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie de la constellation de satellites en passant par la station au sol-boîte postale (1), la station au sol utilisateur (2) est survolée, grâce à une sélection correspondante de noeuds de trajectoire à des intervalles de temps à peu près identiques, par au moins l'un des satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie de la constellation de satellites. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que tous les satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie de la constellation de satellites sont disposés sur des orbites proches des pôles avec une inclinaison du plan d'orbite de 90 environ par rapport à l'équateur terrestre, de telle sorte qu'on détermine ainsi des zones géographiques à proximité du pôle nord et du pôle sud qui, à chaque survol, sont survolées par tous les satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie de la constellation de satellites, et en ce que la station au sol-boîte postale (1) est disposée dans l'une de ces zones géographiques. 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la station au sol-boîte postale (1) est disposée aux latitudes géographiques nord ou sud les plus hautes possibles, de telle sorte que leur zone de réception est survolée suffisamment souvent par les satellites d'observation de la Terre (Satl à Sat3) faisant partie d'une constellation de satellites. 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la station au sol-boîte postale (1) présente une unité de mémoire de données, une unité d'émission et une unité de réception de données ainsi qu'une antenne utilisable en commun pour l'émission et la réception. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en cas de fonctionnement entièrement automatique, la station au sol-boîte postale (1) est mise en place sur une bouée ancrée dans les eaux polaires. 7. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la station au 30 sol-boîte postale (1) est disposée sur un bateau. 8. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une antenne prévue sur des satellites d'observation de la Terre faisant partie de la constellation de satellites pour l'échange de données avec la station au sol-boîte postale (1), est orientable vers la station au sol-boîte postale (1)indépendamment de la position spatiale momentanée du satellite concerné d'observation de la Terre.