Brevet FR3132359A1 — publié le 20230804

La présente invention concerne un dispositif de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels en orbite terrestre, émetteurs de signal électromagnétique, caractérisé en ce que le dispositif contient une antenne de réception d’un signal d’acquisition, une chaîne de réception, un calculateur apte à calculer, à partir du signal, la densité spectrale de puissance (DSP) sur au moins une sous-bande de fréquence, un dispositif de pilotage pour pointer l’axe de visée de l’antenne vers au moins une séquence de positions orbitales prescrites (P i ), successives et distinctes l’une de l’autre. Figure pour l’abrégé : Figure. 4 Dispositif, procédé et programme de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels L'invention concerne un dispositif et un procédé de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels en orbite terrestre, et un programme d’ordinateur pour leur mise en œuvre. Domaine technique général Le domaine de l’invention concerne les satellites en activité, sur toute sorte d’orbites. Etat de la technique On connaît un service de détermination des orbites des satellites géostationnaires, qui exploite les déclarations fournies par les opérateurs sur l’usage du spectre radiofréquence fait par ces satellites, on le qualifie de système de « suivi orbital ». Le service de suivi orbital connu utilise une technique de corrélation du signal émis par les satellites et acquis par des stations distantes l’une de l’autre, typiquement d’une distance de plusieurs centaines de kilomètres. Cette technique nécessite de transférer à un centre de calcul de grandes quantités de données. Une scrutation systématique d’une orbite, comme par exemple la ceinture de Clarke (orbite géostationnaire), par cette technique serait limitée par la bande passante des communications longue distance vers le centre de calcul et nécessiterait donc un temps de mesure inacceptable et un coût de communications élevé. Aussi, des satellites qui émettent de manière sporadique risquent de ne pas être détectés par cette méthode, car le rythme de revisite d’une position orbitale serait trop lent (plus d’une journée). De plus, lorsque le suivi orbital par des stations distantes est en échec, il n’est pas évident de déterminer quelle peut en être la cause : changement du plan/fréquence par le satellite, arrêt des communications du satellite ou autres causes. Un objectif de l’invention est d’obtenir un dispositif, un procédé et un programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence provenant de satellites artificiels en orbite terrestre, qui permettent de découvrir et d’identifier de manière automatique les émissions radiofréquences issues de satellites sans information tierce préalable, c’est-à-dire sans considérer les déclarations fournies par les opérateurs. A cet effet, un premier objet de l’invention est un procédé de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel, qui se trouve en orbite terrestre et qui est émetteur d’un signal radiofréquence, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes : pointage, par un dispositif de contrôle d’antenne, d’au moins une antenne pour déplacer un axe de visée de l’antenne vers au moins une séquence de positions orbitales prescrites, successives et distinctes l’une de l’autre, et pour chaque position orbitale prescrite : collecte du signal radiofréquence par l’antenne et conversion du signal radiofréquence par une chaîne radiofréquence en un signal numérique, calcul par un calculateur d’au moins un relevé de densité spectrale de puissance sur au moins une sous-bande de fréquence à partir du signal numérique. Ainsi, l'invention permet de détecter l’ensemble des satellites artificiels ayant une activité radiofréquence, qu’ils aient ou pas été répertoriés. Ce système est dénommé « cartographie spectrale ». Une scrutation n’utilisant qu’une seule station à la fois sur laquelle est installé le dispositif suivant l’invention peut donc être envisagée. Grâce à l’invention, on répertorie des usages non déclarés par un opérateur, des changements de plan de fréquence, de position orbitale, des nouvelles mises à postes ou encore des défaillances en ce qui concerne des satellites artificiels en orbite terrestre. On peut optimiser le temps de revisite pour détecter le plus d’évènements possibles. La cartographie spectrale peut donc être mise à jour fréquemment, plusieurs fois par jour et tous les jours de façon à être capable d’identifier à coup sûr les changements d’usage fait par l’opérateur. L’invention peut créer la cartographie sous la forme d’une carte de densité spectrale de puissance en fonction de la position orbitale et de la fréquence, permettant de visualiser et d’interpréter l’origine du spectre radiofréquence reçu, ainsi que son évolution dans le temps. On peut ainsi détecter des objets célestes et les changements d’usage (pannes, mises à poste, changement de plan de fréquence) concernant les satellites. L’invention peut effectuer une cartographie de l’usage du spectre de fréquence en fonction de la position orbitale (longitude ou anomalie quand on balaye une orbite) de tout ou partie de la ou des orbites considérées, sur une ou plusieurs bandes de fréquences. L’invention peut être utilisée pour détecter des satellites sur tout type d’orbites, ce qui inclut donc celles non-géostationnaires. L’invention permet de mettre en suivi orbital les satellites détectés. Cela permet de s’affranchir des déclarations d’utilisations fréquentielles des opérateurs et de suivre ces objets, qu’ils aient été ou non déclarés. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend le pointage de l’axe de visée de l’antenne suivant une trajectoire prescrite de balayage passant par les positions orbitales prescrites à des instants consécutifs. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la trajectoire prescrite de balayage poursuit pendant une durée non nulle chaque position orbitale prescrite. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la trajectoire prescrite de balayage relie avec une vitesse régulière les positions orbitales successives prescrites. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de contrôle d’antenne interrompt le déplacement de l’axe de visée lorsque des positions orbitales prescrites se situent sous une élévation minimale prédéfinie. Suivant un mode de réalisation de l’invention, les positions orbitales prescrites successives présentent la même période orbitale. Suivant un mode de réalisation de l’invention, les positions orbitales prescrites d’au moins une des séquences de positions orbitales prescrites parcourent une orbite déterminée. Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’orbite déterminée est la ceinture de Clarke des satellites géostationnaires. Suivant un mode de réalisation de l’invention, les axes de visée des positions orbitales successives sont écartés d’un angle inférieur à une largeur d’un lobe principal de rayonnement de l’antenne, dans l’intervalle de temps où l’antenne passe du pointage de la position orbitale à la position orbitale suivante dans la séquence. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur relève la densité spectrale de puissance à chaque position orbitale prescrite à partir du signal numérique. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le relevé de densité spectrale s’effectue par une acquisition du signal radiofréquence, qui est collecté par l’antenne et qui est numérisé par la chaîne radiofréquence selon des fenêtres disjointes d’une durée minimale prédéfinie D. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la vitesse moyenne de balayage de l’antenne relativement à la vitesse de poursuite de la position orbitale dans la séquence est inférieure à θ/D, où θ est la largeur du lobe principal de rayonnement de l’antenne. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend le calcul, par le calculateur, de relevés de l’activité radiofréquence et un enregistrement, par le calculateur, d’une cartographie constituée par les relevés de densités spectrales de puissance en fonction de la fréquence et de la position orbitale prescrite. Suivant un mode de réalisation de l’invention, on extrait de la cartographie une image qui dispose côte à côte, les niveaux des densités spectrales de puissance relevées successivement aux positions orbitales prescrites, dans la au moins une sous-bande, la position orbitale et la fréquence constituant, au choix, les axes d’abscisse et d’ordonnée de l’image. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le niveau de chaque densité spectrale de puissance est représenté par une valeur de pixel, notamment la couleur ou un niveau de luminosité ou un niveau de gris. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le relevé de densité spectrale de puissance brute est retraité en une densité spectrale de puissance affinée par application d’un traitement de convolution inverse. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la convolution inverse est obtenue par combinaison linéaire de plusieurs densités spectrales de puissances brutes DSb(P i ,t i ,f) successives pour réduire les effets de convolution créés par le diagramme de rayonnement de l’antenne. Suivant un mode de réalisation de l’invention, il est procédé à une recherche de pics sur une partie ou sur l’ensemble des courbes de niveau longitudinales des densités spectrales de puissance brutes ou affinées pour déterminer la position la plus probable du au moins un satellite émetteur du spectre relevé. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ou les positions probables de satellites et leur relevé de densité spectrale de puissance associé sont comparés aux déclarations des opérateurs. Suivant un mode de réalisation de l’invention, la ou les positions probables de satellites associées et éventuellement tout ou partie de leur relevé de densité spectrale de puissance sont transmises à un système de suivi orbital. Un deuxième objet de l’invention est un dispositif de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel, qui est émetteur d’un signal radiofréquence, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins une antenne de réception pointée selon un axe de visée et qui est apte à collecter le signal radiofréquence, une unité de contrôle de l’antenne pour pointer l’axe de visée de l’antenne vers au moins une séquence de positions orbitales prescrites, successives et distinctes les unes des autres, une chaîne de réception radiofréquence et de conversion numérique, qui acquiert le signal radiofréquence en un signal numérique sur au moins une sous-bande de fréquence, un calculateur apte à calculer, à partir du signal numérique, une densité spectrale de puissance. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de pilotage est apte à pointer l’axe de visée de l’antenne suivant une trajectoire prescrite de balayage passant par les positions prescrites orbitales à des instants consécutifs. Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’antenne est choisie de taille juste suffisante pour pouvoir détecter le signal d’un satellite émettant au seuil de puissance isotrope rayonnée équivalente que l’on veut relever. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de relevé de l’activité radiofréquence comporte un dispositif d’enregistrement apte à enregistrer une cartographie constituée par des relevés de la densité spectrale de puissance en fonction de la fréquence et de la position orbitale prescrite. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’enregistrement est apte à enregistrer un historique de la cartographie, c’est-à-dire plusieurs relevés de densité spectrale de puissance effectués à des dates différentes concernant la même position orbitale prescrite. Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur et le dispositif d’enregistrement sont aptes à constituer au moins une image différentielle entre des historiques de la cartographie correspondant à des dates d’acquisition différentes pour la même séquence de positions orbitales prescrites. Un troisième objet de l’invention est un programme d’ordinateur pour la mise en œuvre du procédé de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel tel que décrit-ci-dessus, comportant des instructions de codes pour l’exécution des étapes de pointage, collecte, conversion et calcul, lorsque le programme d’ordinateur est exécuté sur un ou plusieurs calculateurs. Présentation des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés. représente une vue schématique en perspective du dispositif de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels en orbite terrestre suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un synoptique modulaire du dispositif de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels en orbite terrestre suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un organigramme du procédé de relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels en orbite terrestre suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un premier exemple d’une image cartographique de densités spectrales de puissance obtenue pendant un premier balayage d’orbites par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un deuxième exemple d’une image cartographique de densités spectrales de puissance obtenue par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention pendant un deuxième balayage d’orbites postérieur au premier balayage d’orbites. représente une image cartographique différentielle de densités spectrales de puissance, obtenue à partir du premier exemple d’image cartographique de la et du deuxième exemple d’image cartographique de la , par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention. représente une coupe fréquentielle d’un ensemble de Diracs représentant des satellites, idéalement vus comme des points, à balayer et acquérir par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un exemple de diagramme de rayonnement de l’antenne des dispositif, procédé et programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un exemple de densité spectrale de puissance reçue par l’antenne des dispositif, procédé et programme d’ordinateur pour le relevé de d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention. représente un exemple d’une image cartographique de densité spectrale de puissance obtenue par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention après une convolution inverse. représente un exemple d’une image cartographique de densités spectrales de puissance obtenue par le dispositif, le procédé et le programme d’ordinateur pour le relevé d’activité radiofréquence de satellites artificiels suivant un mode de réalisation de l’invention après une convolution inverse suivant la et après recherche des pics. représente schématiquement un repère géocentrique, dans lequel peuvent être définis des paramètres d’un satellite. Procédé de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel, qui se trouve en orbite terrestre et qui est émetteur d’un signal radiofréquence, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes : pointage (E1), par un dispositif (4) de contrôle d’antenne, d’au moins une antenne (2) pour déplacer un axe (21) de visée de l’antenne (2) vers au moins une séquence de positions orbitales prescrites (P i ), successives et distinctes l’une de l’autre, et pour chaque position orbitale prescrite : collecte (E2) du signal radiofréquence (X(t)) par l’antenne (2) et conversion (E2) du signal radiofréquence (X(t)) par une chaîne radiofréquence (20) en un signal numérique (X(n)), calcul (E3) par un calculateur (3) d’au moins un relevé de densité spectrale de puissance (DSP) sur au moins une sous-bande (W x ) de fréquence à partir du signal numérique (X(n)). Procédé suivant la revendication précédente, comprenant le pointage de l’axe (21) de visée de l’antenne (2) suivant une trajectoire prescrite ((B(t)) de balayage passant par les positions orbitales prescrites (P i ) à des instants consécutifs (t i ). Procédé suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que la trajectoire prescrite (B(t)) de balayage poursuit pendant une durée non nulle chaque position orbitale prescrite (P i ). Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la trajectoire prescrite (B(t)) de balayage relie avec une vitesse régulière les positions orbitales successives prescrites (P i , P i+1 ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de contrôle d’antenne (4) interrompt le déplacement de l’axe (21) de visée lorsque des positions orbitales prescrites (P i ) se situent sous une élévation minimale prédéfinie (El 0 ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les positions orbitales prescrites (P i ) successives présentent la même période orbitale. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les positions orbitales prescrites (P i ) d’au moins une des séquences de positions orbitales prescrites parcourent une orbite déterminée. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’orbite déterminée est la ceinture de Clarke des satellites géostationnaires. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les axes de visée (21) des positions orbitales successives (P i , P i+1 ) sont écartés d’un angle inférieur à une largeur (θ) d’un lobe principal de rayonnement de l’antenne (2), dans l’intervalle de temps où l’antenne (2) passe du pointage de la position orbitale (P i ) à la position orbitale (P i+1 ) suivante dans la séquence. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le calculateur (3) relève la densité spectrale de puissance à chaque position orbitale prescrite (P i ) à partir du signal numérique (X(n)). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le relevé de densité spectrale (DSP) s’effectue par une acquisition du signal radiofréquence (X(t)), qui est collecté par l’antenne (2) et qui est numérisé par la chaîne radiofréquence (20) selon des fenêtres disjointes d’une durée minimale prédéfinie D. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la vitesse moyenne de balayage de l’antenne (2) relativement à la vitesse de poursuite de la position orbitale (P i ) dans la séquence est inférieure à θ/D, où θ est la largeur du lobe principal de rayonnement de l’antenne (2). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le calcul, par le calculateur (3), de relevés (DSP) de l’activité radiofréquence et un enregistrement, par le calculateur (3), d’une cartographie (C) constituée par les relevés de densités spectrales de puissance (DSP) en fonction de la fréquence et de la position orbitale prescrite (P i ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on extrait de la cartographie (C) une image qui dispose côte à côte, les niveaux (A) des densités spectrales de puissance (DSP) relevées successivement aux positions orbitales prescrites, dans la au moins une sous-bande (W x ), la position orbitale et la fréquence constituant, au choix, les axes d’abscisse et d’ordonnée de l’image. Procédé suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le niveau (A) de chaque densité spectrale de puissance (DSP) est représentée par une valeur de pixel, notamment la couleur ou un niveau de luminosité ou un niveau de gris. Procédé suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le relevé de densité spectrale de puissance brute (DSb) est retraité en une densité spectrale de puissance affinée (DSa) par application d’un traitement de convolution inverse. Procédé suivant la revendication précédente, dans lequel la convolution inverse est obtenue par combinaison linéaire de plusieurs densités spectrales de puissances brutes DSb(P i ,t i ,f) successives pour réduire les effets de convolution créés par le diagramme de rayonnement de l’antenne (2). Procédé suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il est procédé à une recherche de pics sur une partie ou sur l’ensemble des courbes de niveau longitudinales des densités spectrales de puissance brutes (DSb) ou affinées (DSa) pour déterminer la position la plus probable du au moins un satellite émetteur du spectre relevé. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la ou les positions probables de satellites et leur relevé de densité spectrale de puissance (DSP) associé sont comparés aux déclarations des opérateurs. Procédé selon la revendication 17 ou 18 dans lequel la ou les positions probables de satellites associées et éventuellement tout ou partie de leur relevé de densité spectrale de puissance (DSP) sont transmises à un système de suivi orbital. Dispositif (1) de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel, qui est émetteur d’un signal radiofréquence, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins une antenne (2) de réception pointée selon un axe (21) de visée et qui est apte à collecter le signal radiofréquence (X(t)), une unité (4) de contrôle de l’antenne (2) pour pointer l’axe (21) de visée de l’antenne (2) vers au moins une séquence de positions orbitales prescrites (P i ), successives et distinctes les unes des autres, une chaîne (20) de réception radiofréquence et de conversion numérique, qui acquiert le signal radiofréquence (X(t)) en un signal numérique (X(n)) sur au moins une sous-bande (W x ) de fréquence, un calculateur (3) apte à calculer, à partir du signal numérique (X(n)), une densité spectrale de puissance (DSP). Dispositif suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (4) de pilotage est apte à pointer l’axe (21) de visée de l’antenne (2) suivant une trajectoire prescrite ((B(t)) de balayage passant par les positions prescrites orbitales (P i ) à des instants consécutifs (t i ). Dispositif selon la revendication 21 ou 22, dans lequel l’antenne (2) est choisie de taille juste suffisante pour pouvoir détecter le signal d’un satellite émettant au seuil de puissance isotrope rayonnée équivalente que l’on veut relever. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications 21 à 23, caractérisé en ce que le dispositif (1) de relevé de l’activité radiofréquence comporte un dispositif (5) d’enregistrement apte à enregistrer une cartographie (C) constituée par des relevés de la densité spectrale de puissance (DSP) en fonction de la fréquence et de la position orbitale prescrite (P i ). Dispositif suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (5) d’enregistrement est apte à enregistrer un historique de la cartographie (C), c’est-à-dire plusieurs relevés de densité spectrale de puissance effectués à des dates différentes concernant la même position orbitale prescrite (P i ). Dispositif suivant la revendication 24 ou 25, caractérisé en ce que le calculateur (3) et le dispositif (5) d’enregistrement sont aptes à constituer au moins une image différentielle (ID) entre des historiques (C1, C2) de la cartographie correspondant à des dates d’acquisition différentes pour la même séquence de positions orbitales prescrites (P i ). Programme d’ordinateur pour la mise en œuvre du procédé de relevé d’activité radiofréquence d’au moins un satellite artificiel suivant l’une quelconque des revendications 1 à 20, comportant des instructions de code pour l’exécution des étapes de pointage, collecte, conversion et calcul, lorsque le programme d’ordinateur est exécuté sur un ou plusieurs calculateurs (3).