Gestion d’une constellation de satellites de surveillance de la Terre : autonomie et coordination

Other literature type French OPEN
Damiani, Sylvain (2005)
  • Subject: Observation de la Terre | Planification | Décision | Autonomie | 629.8

Le travail consiste, dans le cadre d'une mission de surveillance des volcans et des feux de forêts terrestres à l'aide d'une constellation de satellites évoluant en orbite basse, à montrer que les effets cumulés des limitations de communication entre les satellites et les opérateurs au sol ainsi que les contraintes de réactivité induites par la mission imposent la présence de mécanismes de décision décentralisés à bord de chaque satellite. Notre approche pour la gestion autonome des activités mission à bord tient compte au mieux des contraintes dynamiques de l'environnement : les décisions sont prises au dernier moment, n'engagent l'engin autonome que sur une faible durée, et le temps disponible pour raisonner est utilisé au maximum. En suivant ces principes, la sélection des observations à enclencher à bord est effectuée à l'aide d'un algorithme anytime de type programmation dynamique, tandis que la planification des images à télédécharger au cours d'une fenêtre de visibilité avec un centre de mission au sol utilise un algorithme glouton. Dans un contexte un peu moins contraint dynamiquement nous montrons l'intérêt de cette approche dans le cadre d'une coordination de l'ensemble des satellites de la constellation effectuée de façon centralisée par un centre de commande au sol. Des simulations mettant en jeu l'ensemble des agents du système sur des scénarios réalistes permettent de comparer les mécanismes d'optimisation utilisés à des méthodes de décision basiques, et de montrer l'apport d'une coordination sol et d'une autonomie bord sur le retour global du système. This work is centered on the study of an Earth watching satellite constellation dedicated to forest fires and volcano eruptions global watching. We show that due to limited communications between the operators and the satellites and strong reactivity requirements in the mission, the need arises for decentralized decision mechanisms on board each satellite. Our approach to autonomously manage mission related activities on board each LEO satellite fits as well as possible environment dynamics : decisions are taken as late as possible, they commit the activities of the satellite only for short durations, and time available to reason is entirely used. Following these principles, a dynamic programming anytime algorithm selects the observations to execute on board while a greedy algorithms plans data downloading during visibility windows with mission centers. In a less dynamic environment, we show the interest of this approach to coordinate the whole satellite constellation using the ground control center. Simulations involving all the agents of the system on realistic scenarios allow us to compare the designed optimization mechanisms to more basic decision rules, and to demonstrate the pertinence of a centralized ground based coordination coupled to on board decision capabilities to optimize the scientific return of the space system.
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