Estimation de la télémétrie

Estimation de la té lé mé trie
Toutes les données numériques ici utilisées sont disponibles dans le document
EstimationTelecom V7.
Visibilité du satellite par la station au sol
La station au sol est située à l’APC, de l’université Paris Diderot à Paris. Les données
fournies ici sont faites sur des simulations effectuées sur 10 jours sous le logiciel STK.
Le temps de communication de la station sol avec le nano satellite est de 8 min 57 s
en moyenne par passage.
Au minimum, le nano satellite pourra communiquer avec la station 1 min 28 s par
passage, contre 11 min 36 s au maximum.
Le nombre de passages par jour au-dessus de la station sol est de 6.4 en moyenne.
L’intervalle de temps minimal s’écoulant entre deux télécommunications est de 1 h 22 min,
contre un délai maximal de 11 h 14 min entre deux passages.
Le nano satellite ne passant pas au-dessus de la station sol à chaque orbite, on
évalue le nombre d’orbites entre chaque passage à 2,69 en moyenne. Au maximum, le
nombre d’orbites effectuées entre deux possibilités de transmettre à la station sol est de 8.
Simulations pour une estimation moyenne de la télémétrie
Nous allons tenter de donner ici une estimation de la télémétrie du nano satellite dans le
cas où :
-
Le nombre de mesures faites par le GPS est de 5 par seconde, chaque valeur étant
codée sur 32 bits.
Le scintillateur fonctionne en mode histogramme : les distributions des fréquences
obtenues pour les différentes énergies des événements détectés sont réalisées
directement à bord et seront transmises par la suite. L’analyseur multicanaux
appartenant à l’électronique de lecture et permettant de convertir les tensions
électriques en nombres et de les classer dans des canaux de mémoire en possède
256. Le contenu de ces canaux représentera par la suite le spectre en énergie.
L’hypothèse utilisée ici est que l’on cherche à effectuer 5 spectres pendant une
minute, chaque valeur stockée dans un canal étant codée sur 16 bits.
Dans ces conditions, la quantité de données récoltées par le GPS est de 160 bits/s,
× × tandis que le scintillateur, lui, génère
= 341,33 bits/s. Avec une marge d’erreur de 30%, la quantité totale générée par les deux charges utiles est de 651,73 bits/s.
Par simulation de l’orbite du nano satellite sous STK pendant 10 jours, il est possible
d’établir les temps de passage au-dessus de la station sol. Selon le débit de télémétrie
supposé (1200, 4800 ou 9600 bits/s), on peut calculer la quantité de données générées par
les deux charges utiles (avec 30% de marge d’erreur) et stockées dans la mémoire du nano
satellite entre chaque contact avec la station sol (figure 1). Très rapidement, pour des
télémétries de 1200 bits/s et 4800 bits/s, on se rend compte que la quantité de données
acquises entre chaque contact ne peut pas être intégralement transférée à la station sol et
finit par remplir de plus en plus la mémoire : il devient alors impossible de vider la mémoire
qui risque de saturer. En revanche, avec un transfert de 9600 bits/s, la mémoire est
régulièrement vidée puisque la télémétrie est suffisante pour communiquer la globalité des
acquisitions effectuées entre chaque contact.
Figure 1 : Estimation du volume de données stockées dans la mémoire du nano satellite après chaque contact. Les données ont
été acquises sur 100% du temps total d’acquisition possible par orbite, soit 36.7% de la période orbitale du nano satellite et
transmises sans compression.
Les solutions envisagées pour résoudre ce problème de divergence de la mémoire
sont multiples. Par exemple, on pourrait choisir de compresser les données à bord. Avec des
données acquises sur 36 % de l’orbite de l’orbite, le facteur de compression à appliquer
différera selon la télémétrie choisie :
Télémétrie (bits/s)
1200
4800
9600
Facteur de
compression
5.25
1.31
ø
En appliquant de tels facteurs de compression aux données, on parvient à vider
régulièrement la mémoire du nano satellite et à transférer l’ensemble des acquisitions
effectuées (figure 2).
Figure 2 : Estimation du volume de données stockées dans la mémoire du nano satellite après chaque contact et dans le cas
où les données communiquées à la station sol ont été compressées. Les données ont été acquises sur 100% du temps total
d’acquisition possible par orbite, soit 36.7% de la période orbitale du nano satellite. L’ensemble des données peut être
communiqué sans saturer la mémoire.
Une solution à étudier serait également de choisir de faire des acquisitions seulement
une orbite sur deux par exemple. La quantité de données à transférer à chaque passage
serait divisée par deux de cette façon. On pourrait aussi diminuer le temps consacré aux
mesures à chaque orbite. En effet, les facteurs de compression ont été calculés en
supposant que les mesures étaient effectuées sur 36,76% de l’orbite du nano satellite.
Néanmoins, si l’on diminue le temps d’acquisition par orbite, la compression des données
pourrait s’éviter :
-
à 1200 bits/s, les données pourraient être directement transmises sans compression
si les mesures ne s’effectuent que sur 7% du temps d’une orbite complète, soit 19%
du temps d’acquisition total possible par orbite (figure 3).
à 4800 bits/s, un temps d’acquisition inférieur à 28% de l’orbite du nano satellite
serait nécessaire pour transmettre l’ensemble des données obtenues sans
compression (figure 4).
Figure 3 : Estimation du volume de données stockées dans la mémoire du nano satellite après chaque contact. Les
données ont été acquises sur 20% du temps total d’acquisition possible par orbite, soit environ 7% de la période
orbitale du nano satellite et transmises sans compression. La mémoire ne diverge pas quelque soit le débit de
télémétrie
Texte
Figure 17 : Estimation du volume de données stockées dans la mémoire du nano satellite après chaque contact. Les
données ont été acquises sur 77% du temps total d’acquisition possible par orbite, soit environ 27.5% de la période orbitale
du nano satellite et transmises sans compression. La mémoire ne diverge pas pour des débits de 4800 et 9600 bits/s.
Une autre solution consisterait à installer une deuxième station sol, notamment à Hanoi,
dont l’université est en partenariat sur ce projet. On multiplierait ainsi les possibilités de transmission des données.
Enfin, avec la possibilité de transmettre sur la bande S, dont le débit serait de 100
Kbits/s, l’ensemble des mesures faites lors des observations seraient communicables à
chaque contact avec la station sol et ce, sans compression. L’utilisation de cette bande permettrait même d’augmenter les fréquences d’acquisition de chacune des charges utiles
lorsque cela pourrait s’avérer bénéfique.