Brevet FR3011339A1 — publié le 20150403

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un procédé de construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un satellite, ainsi qu'un système de construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un satellite. ETAT DE L'ART Les satellites d'observation permettent notamment de prendre des clichés de zones de la Terre. Le plus souvent, le satellite doit réaliser une série d'acquisitions, pour 10 un ou plusieurs utilisateurs du satellite. L'enchaînement des différentes acquisitions par le satellite, au cours de son orbite, est défini par l'opérateur du satellite, dans un plan d'acquisitions. Ce plan définit le plan de vol du satellite. Le plus souvent, un système dédié reçoit en entrée les différentes 15 acquisitions souhaitées. Le nombre d'acquisitions souhaitées est supérieur à la capacité du satellite, typiquement d'un ordre de grandeur. Le système doit construire un plan d'acquisition respectant les contraintes de programmation du satellite. Avec un satellite agile, on dispose d'un degré de liberté en tangage 20 pour réaliser les acquisitions. Ce degré de liberté permet d'augmenter la capacité d'acquisition, mais introduit une combinatoire dans l'ordre des acquisitions. La définition du plan d'acquisitions est primordiale afin de garantir que le satellite sera apte à réaliser ces acquisitions lors du vol. 25 La qualité du plan d'acquisitions a un impact sur la réduction du temps et des coûts nécessaires à la mise en oeuvre des acquisitions. Or, la recherche d'un plan d'acquisitions optimal nécessite de lourdes ressources informatiques. De plus, le temps de calcul du plan d'acquisitions croît avec la 30 complexité et le nombre des acquisitions. Enfin, l'accroissement du temps de calcul induit une augmentation des coûts de mise au point du plan d'acquisitions. Selon l'art antérieur, le plan est construit de manière itérative, en insérant de manière itérative les acquisitions. Or, dès lors que le nombre d'acquisitions du plan croît, la recherche d'un plan optimal est prohibitive en termes de temps de calcul. Selon l'art antérieur, des heuristiques sont alors utilisées pour réduire les temps de calcul. Alternativement, le nombre de combinaisons testées est réduit. Ces solutions ne sont toutefois pas optimales, et le compromis entre la portée de l'analyse, l'efficacité et le temps de calcul peut être amélioré. PRESENTATION DE L'INVENTION Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur, l'invention propose un procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un satellite, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes selon lesquelles un processeur, à partir d'un plan ordonné d'acquisitions et d'une acquisition à insérer dans le plan: - sélectionne deux acquisitions pivot du plan entre lesquelles l'acquisition doit être insérée, la position de ces acquisitions pivot étant fixée ; - regroupe les acquisitions situées entre les acquisitions pivot et l'acquisition à insérer, dans une pluralité de sous-groupes, un sous-groupe comprenant une ou plusieurs acquisitions ; - détermine tous les ordonnancements possibles des sous-groupes par permutation des sous-groupes, la position des acquisitions dans un sous-groupe étant fixée; - sélectionne l'un des ordonnancements pour définir un nouveau plan d'acquisitions comprenant l'acquisition à insérer. L'invention concerne également les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon l'une de leur combinaison techniquement possible : - le processeur construit le plan d'acquisitions de manière itérative en insérant une nouvelle acquisition dans le plan d'acquisitions obtenu à l'itération précédente ; - les deux acquisitions pivot sont choisies de sorte à ce que l'ordre des acquisitions entre les acquisitions pivot est indépendant des autres acquisitions du plan pour la cinématique en attitude du satellite ; - le processeur classe les ordonnancements possibles selon un critère basé sur la somme de pseudo-distances entre les accès des acquisitions de l'ordonnancement ; - le processeur teste la faisabilité cinématique des ordonnancements par le satellite ; - le processeur sélectionne l'ordonnancement le mieux classé et faisable cinématiquement pour créer le nouveau plan d'acquisitions ; - le processeur crée un nombre de sous-groupes permettant de déterminer un nombre d'ordonnancements inférieur à un seuil ; - les acquisitions sont regroupées en sous-groupes en fonction d'un critère de pseudo-distance ; - le processeur sélectionne des acquisitions dont l'ordre relatif dans les ordonnancements est choisi comme fixe en fonction d'une contrainte cinématique du satellite liant ces acquisitions. L'invention concerne également un système de construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un satellite. L'invention permet d'optimiser la définition du plan d'acquisitions, afin de permettre au satellite de réaliser les acquisitions de manière optimale, aussi bien du point du vue de l'aspect temporel que cinématique. En outre, l'invention permet de réduire les ressources informatiques nécessaires à la définition du plan, ainsi que le temps et le coût 25 nécessaires. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non 30 limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 représente un satellite et des acquisitions de zones à réaliser par le satellite ; - la Figure 2 représente un accès caractérisant le créneau temporel et l'attitude du satellite pour lesquels le satellite est apte à réaliser l'acquisition ; - la Figure 3 représente un système pour la construction d'un plan d'acquisitions ; - la Figure 4 représente des étapes d'un mode de réalisation d'un procédé de construction d'un plan d'acquisitions de zones. - la Figure 5 représente un exemple de réalisation du procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones. DESCRIPTION DETAILLEE Acquisitions du plan On a représenté en Figure 1 un satellite 1. Il s'agit par exemple d'un 15 satellite 1 d'observation de la Terre. Des utilisateurs du satellite 1, qui sont typiquement des clients de l'opérateur du satellite, fournissent à l'opérateur une pluralité de demandes d'acquisitions 3 de zones 2 à réaliser par le satellite 1. Ces acquisitions 3 comprennent notamment des coordonnées 20 géographiques 8 indiquant la position de zones 2 à imager. Chaque acquisition 3 est associée à au moins un accès 4, caractérisant le créneau temporel et l'attitude du satellite 1 pour lesquels le satellite 1 est apte à réaliser ladite acquisition 3. Cet accès 4 est calculé de manière connue à partir de l'orbite du satellite 1, et de la cinématique 25 connue du satellite 1. En général, le calcul d'un accès se fait de manière géométrique, en prenant en compte les coordonnées géographiques et l'orbite du satellite On recherche sur les orbites sur lesquelles on élabore la programmation les portions qui permettent d'avoir une visibilité sur le centre de la zone au sol 30 en respectant des contraintes sur les angles d'accès. Si l'utilisateur émet des contraintes sur les angles d'accès, ceux-ci peuvent être contraints. Dans le cas contraire, les angles d'accès offrant les meilleures performances de qualité image sont choisis. D'autres paramètres peuvent être associés à chaque acquisition 3, 5 comme par exemple le type d'acquisition 3 souhaitée (nature du cliché). Comme illustré en Figure 2, le créneau temporel comprend une date de début td, et une date de fin tf, qui définissent le créneau temporel d'accessibilité de cette acquisition. L'attitude du satellite 1 comprend le roulis (I), le tangage 0, et le lacet 10 y pour lesquels le satellite 1 est en mesure de réaliser l'acquisition. Il peut également s'agir de plages de valeur pour l'attitude. Dans un mode de réalisation, pour caractériser l'accès de manière simple, on identifie l'accès par un numéro d'orbite, une position sur orbite (ces deux données correspondant à une date) et un roulis fonctionnel (roulis correspondant à 15 l'accès à tangage minimal, en général à tangage nul). Système pour la construction d'un plan d'acquisitions Un système 13 de construction d'un plan P d'acquisitions est schématisé en Figure 3. Ce système 13 est configuré pour mettre en oeuvre 20 le procédé de construction d'un plan P d'acquisitions de zones 2 à réaliser par le satellite 1. Le système 13 comprend un processeur 5, et une mémoire 12. La mémoire 12 stocke notamment les acquisitions 3 et leurs accès 4. Un logiciel, stocké dans la mémoire 12, contrôle le processeur 5 pour que celui- 25 ci mette en oeuvre les étapes du procédé décrit ci-après. Le système 13 comprend, le cas échéant, un outil 14 d'interaction avec un utilisateur, permettant à un opérateur d'y rentrer des données ou de paramétrer le logiciel. Il s'agit par exemple d'un clavier associé à un écran. 30 Procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions A partir d'un plan P ordonné d'acquisitions, le processeur 5 cherche à insérer une acquisition 3 dans le plan. Ce plan P d'acquisitions peut par exemple résulter d'une itération précédente du procédé. En général, le processeur 5 cherche à insérer en premier lieu les acquisitions présentant une priorité élevée par rapport aux autres. Selon un mode de réalisation, l'acquisition à insérer est insérée dans le plan ordonné à une position minimisant la somme des pseudo-distances des accès des acquisitions du plan, la pseudo-distance caractérisant la proximité temporelle et géographique des accès, comme défini ci-après. Alternativement, l'acquisition est insérée à une position triviale, par 10 exemple à une position pour laquelle l'accès de l'acquisition est compatible avec les accès des autres acquisitions adjacentes. Selon une étape E1, illustrée en Figure 4, le processeur 5 sélectionne deux acquisitions pivot du plan P entre lesquelles l'acquisition doit être insérée. Ces acquisitions sont considérées comme des 15 acquisitions pivot dans la mesure où la position de ces acquisitions pivot est fixée dans le plan, et seules les acquisitions situées entre ces pivots vont être permutées lors de cette itération. Les autres acquisitions, situées en-dehors de ces pivots, conservent leur ordonnancement précédent (par exemple hérité de l'itération 20 précédente du procédé). Les deux acquisitions pivot sont choisies de sorte à ce que l'ordre des acquisitions entre les acquisitions pivot est indépendant des autres acquisitions du plan pour la cinématique du satellite 1. Il s'agit par exemple d'acquisitions dont les accès sont éloignés 25 temporellement et/ou géographiquement des accès des autres acquisitions. Entre ces acquisitions fixes, le processeur applique le procédé, ce qui réduit la combinatoire, c'est-à-dire le nombre d'ordonnancements à tester. On peut également exploiter le fait que les acquisitions 3 appartenant à une demi-orbite du satellite 1 sont indépendants des acquisitions 3 30 appartenant à l'autre demi-orbite du satellite 1 pour la cinématique du satellite 1. Par conséquent, le procédé peut être appliqué de manière indépendante à chaque demi-orbite. De manière générale, les acquisitions peuvent être séparées en composantes, qui sont définies par le fait que l'ordre des acquisitions est indépendant d'une composante à l'autre pour la cinématique du satellite. Selon une étape E2, le processeur 5 regroupe les acquisitions situées entre les acquisitions pivot et l'acquisition à insérer dans une pluralité de sous-groupes 7. Certains sous-groupes 7 peuvent ne contenir, le cas échéant, qu'une seule acquisition. Au moins un sous-groupe 7 comprend une pluralité d'acquisitions. Ces sous-groupes 7 sont caractérisés par le fait que la position des 10 acquisitions dans un sous-groupe 7 est fixée. L'ordre des acquisitions à l'intérieur d'un sous-groupe 7 est donc fixé et n'est pas modifié lors du calcul des ordonnancements possibles à l'étape suivante E3. Ainsi, ceci permet de réduire le nombre d'acquisitions à manipuler lors du calcul de tous les ordonnancements possibles. 15 Selon une étape E3, le processeur détermine tous les ordonnancements possibles des sous-groupes situés entre les acquisitions pivot et de l'acquisition à insérer. Le nombre d'ordonnancements possible est égal au factoriel du nombre de sous-groupes 7 plus un. Etant donné que la position des acquisitions dans un sous-groupe 7 20 est fixée, le nombre de permutations est réduit par rapport au nombre de permutation des acquisitions élémentaires. Etant donné que les capacités de calcul du processeur 5 sont limitées, il est nécessaire de calculer un nombre total d'ordonnancements qui soit inférieur à un seuil. Dans ce cas, le processeur 5 crée un nombre de 25 sous-groupes 7 permettant de déterminer un nombre d'ordonnancements inférieur à ce seuil. Selon une étape E4, le processeur 5 sélectionne l'un des ordonnancements (faisable cinématiquement) pour définir un nouveau plan P d'acquisitions comprenant l'acquisition à insérer. 30 Le procédé peut être itéré dans le cas où une nouvelle acquisition doit être insérée. Dans ce cas, le processeur 5 construit le plan P d'acquisitions de manière itérative en insérant une nouvelle acquisition dans le plan P d'acquisitions obtenu à l'itération précédente. Le processeur 5 construit un plan P d'acquisitions effectif pour le satellite 1 à partir d'un des ordonnancements. Cette étape peut notamment être réalisée de la manière suivante : le processeur 5 assigne la réalisation de la première acquisition au tout début de son accès. Cette assignation de l'acquisition est stockée dans la mémoire 12. Puis, le processeur 5 détermine le temps nécessaire pour que le satellite puisse se mouvoir vers la seconde acquisition (c'est-à-dire l'acquisition qui est associée au second accès dans l'ordonnancement). Ce temps dépend du temps nécessaire pour la réalisation de la première acquisition, et du temps nécessaire pour passer de l'attitude du satellite 1 en fin d'acquisition précédente, à l'attitude du satellite pour l'acquisition suivante. Le processeur 5 construit ainsi de manière séquentielle et progressive le plan d'acquisitions. Comme mentionné précédemment, les acquisitions sont regroupées, au moins en partie, dans des sous-groupes 7. Le regroupement des acquisitions 3 dans des sous-groupes 7 peut être réalisé en fonction d'un critère proximité des acquisitions entre elles. Il s'agit par exemple d'un critère de pseudo-distance. La pseudo-distance caractérise l'écart temporel et l'écart d'attitude entre les accès 4 des acquisitions 3. Les acquisitions 3 dont les accès 4 présentent entre eux une pseudo-distance inférieure à un seuil, paramétrable par l'opérateur ou prédéfini dans le système 13, sont associés dans un sous-groupe 7 par le processeur 5. La position des acquisitions 3 dans un sous-groupe 7 est héritée de l'ordonnancement obtenue à l'itération précédente. Un exemple de calcul de pseudo-distance est fourni ci-dessous. Les accès 4 sont caractérisés par leur date de référence (qui est la date d'accès au centre de la zone à acquérir à tangage nul) et l'angle (I)x 30 correspondant à l'angle de roulis à tangage minimal. On calcule deux contributeurs à la pseudo-distance : dx = é x )Accès2 (Ox kccèsi dy = (dateréférence)Accès2 - (date référence) Accès] On corrige dy en soustrayant la durée de prise de vue à la date de référence des accès 1 et 2. dy = (dateréférenceLcès2 (datereférenceLcèsi- (1/2).(durée acquisition accèsl + durée acquisition accès2 ) La durée d'acquisition dépend de la taille de la zone. Elle est calculée en supposant que l'acquisition est faite à la date de référence (i.e. à 10 tangage nul). La pseudo-distance au carré est égale à a dx2 + R dy2, a et R étant des paramètres de réglage choisis par l'opérateur. Si besoin, des termes correctifs supplémentaires peuvent être ajoutés au calcul de pseudodistance. 15 La pseudo-distance traduit donc la proximité temporelle et géographique des accès 4. Le fait de regrouper les acquisitions dans des sous-groupes ordonnés permet d'imposer au satellite 1 d'effectuer les acquisitions de manière groupée et selon un ordre prédéfini, et donc de conserver des manoeuvres optimales pour le satellite 1. 20 Selon un autre critère de regroupement, le processeur 5 regroupe des acquisitions dans un sous-groupe en fonction d'une contrainte cinématique du satellite 1 liant ces acquisitions. Par exemple, si le processeur 5 détermine, ou que l'opérateur indique, que certaines acquisitions 3 doivent nécessairement être classées selon un ordre 25 prédéterminé, le processeur 5 regroupe ces acquisitions dans un sous-groupe 7. Selon un aspect du procédé, le processeur 5 classe, à l'issue de l'étape E4, les ordonnancements possibles. Ce classement peut notamment être effectué selon un critère basé sur la somme de pseudo-distances entre 30 les accès 4 des acquisitions 3 de l'ordonnancement. Il s'agit notamment de la somme des pseudo-distances entre les accès 4 des acquisitions consécutives de chaque ordonnancement. Ceci traduit la proximité des acquisitions entre elles et donc la qualité de l'ordonnancement. Selon un autre aspect, le processeur 5 teste la faisabilité cinématique des ordonnancements par le satellite 1. Ceci peut être réalisé de la manière suivante. Le plan est parcouru temporellement en partant de la première acquisition calée à la date au plus tôt du créneau temporel de son accès. Des bibliothèques cinématiques permettent de calculer l'enchaînement en temps minimal avec la seconde acquisition, ce qui détermine sa date de début et de fin de prise de vue (si l'enchaînement est faisable et que la date de prise de vue reste comprise dans le créneau temporel autorisé pour la seconde prise de vue). On continue de la sorte jusqu'à réussir à enchaîner la dernière acquisition du plan, ce qui signifie que le plan est faisable (succès), ou on s'arrête si un enchaînement n'est pas faisable, ce qui signifie que le plan est 15 infaisable (échec), Un exemple schématique est illustré en Figure 5. Un plan P comprenant une série d'acquisitions 3 à réaliser et associés est soumis au système 13. L'acquisition AQ3 est une acquisition insérée à cette étape dans le plan P, par exemple hérité d'une itération précédente. 20 Selon une étape El, le processeur identifie les acquisitions pivot, en l'occurrence les acquisitions AQO et AQ5. Selon une étape E2, le processeur 5 détermine les pseudo-distances entre les accès 4, et déduit que les acquisitions AQ2 et AQ3 doivent être regroupés dans un sous-groupe 7. Les acquisitions unitaires non 25 regroupées avec d'autres sont considérées comme des sous-groupes 7 unitaires. Selon une étape E3, le processeur 5 détermine tous les ordonnancements possibles. Il y a six possibilités, ce nombre étant fortement réduit par rapport à un plan qui ne présenterait pas d'acquisitions 30 pivot ou de sous-groupes. Le plan pourra être construit à partir d'un de ces ordonnancements, comme explicité précédemment. Le système et le procédé de construction d'un plan d'acquisitions trouvent de nombreuses applications dans le domaine de l'observation de la Terre. Ils s'appliquent notamment au contrôle de satellites agiles d'observation.5 REVENDICATIONS1. Procédé pour la construction d'un plan (P) d'acquisitions de zones (2) à réaliser par un satellite (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 5 selon lesquelles un processeur (5), à partir d'un plan (P) ordonné d'acquisitions et d'une acquisition à insérer dans le plan: - sélectionne (El ) deux acquisitions pivot du plan (P) entre lesquelles l'acquisition doit être insérée, la position de ces acquisitions pivot étant fixée ; 10 - regroupe (E2) les acquisitions situées entre les acquisitions pivot et l'acquisition à insérer, dans une pluralité de sous-groupes (7) ; - détermine (E3) tous les ordonnancements possibles des sous- groupes par permutation des sous-groupes, la position des acquisitions dans un sous-groupe (7) étant fixée; 15 - sélectionne (E4) l'un des ordonnancements pour définir un nouveau plan (P) d'acquisitions comprenant l'acquisition à insérer. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le processeur (5) construit le plan (P) d'acquisitions de manière itérative en insérant une nouvelle 20 acquisition dans le plan (P) d'acquisitions obtenu à l'itération précédente. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les deux acquisitions pivot sont choisies de sorte à ce que l'ordre des acquisitions entre les acquisitions pivot est indépendant des autres acquisitions du plan 25 pour la cinématique du satellite (1), 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel : les acquisitions (3) sont chacune associée à un accès (4) caractérisant le créneau temporel et l'attitude du satellite (1) pour 30 lesquels le satellite (1) est apte à réaliser ladite acquisition (3),- le processeur classe (E3) les ordonnancements possibles selon un critère basé sur la somme de pseudo-distances entre les accès (4) des acquisitions de l'ordonnancement. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le processeur (5) teste la faisabilité cinématique des ordonnancements par le satellite (1). 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le processeur sélectionne l'ordonnancement le mieux classé et faisable cinématiquement 10 pour créer le nouveau plan d'acquisitions. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le processeur (5) crée un nombre de sous-groupes (7) permettant de déterminer (E3) un nombre d'ordonnancements inférieur à un seuil. 15 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les acquisitions sont regroupées en sous-groupes en fonction d'un critère de pseudodistance. 20 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le processeur (5) sélectionne des acquisitions (4) dont l'ordre relatif dans les ordonnancements est choisi comme fixe en fonction d'une contrainte cinématique du satellite (1) liant ces acquisitions 25 10. Système (13) pour la construction d'un plan (P) d'acquisitions de zones (2) à réaliser par un satellite (1), comprenant : une mémoire (12) stockant des acquisitions (3), chaque acquisition (3) étant associée à un accès (4) caractérisant le créneau temporel et l'attitude du satellite (1) pour lesquels celui-ci est apte à réaliser 30 ladite acquisition (3), un processeur (5),caractérisé en ce que le processeur (5) est configuré pour construire itérativement un plan d'acquisitions par l'insertion d'acquisitions conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 9.