Earth observation systems optimization for free-space optical communications

Optimisation pour les communications optiques dans les systèmes d’observation de la Terre Depuis plusieurs années, les satellites sont utilisés pour explorer, surveiller et photographier la Terre depuis l’espace. Ces satellites prennent un nombre croissant d’images avec une résolution de plus en plus de plus élevée, générant ainsi de gros volumes de données qui doivent être envoyés vers la Terre. Afin de transférer de telles quantités de données, de nouvelles technologies de communication sont étudiées. Parmi elles, les liaisons optiques en espace libre sont considérées aujourd’hui comme une alternative intéressante aux technologies actuelles basées sur les radio-fréquences. Avec des débits bien supérieurs à ceux actuels, les liaisons optiques sont capables de transférer d’important volumes de données journaliers en à peine quelques minutes. Cependant, les liaisons optiques sont fortement perturbées par les turbulences atmosphériques et, en particulier, les nuages. Afin de limiter l’impact de la couverture nuageuse, il est nécessaire de créer des réseaux de stations sol optiques efficacement réparties dans le monde. De plus, les prévisions météorologiques n’étant pas exactes, des procédures opérationnelles doivent être établies afin de pouvoir planifier les transferts d’images depuis le satellite vers la Terre, en prenant en compte les incertitudes liées aux nuages et aux prévisions de couverture nuageuse. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’utilisation de communications optiques pour la télémétrie image. Dans un premier temps, nous considérons le problème de la création de réseaux terrestres de stations optiques prenant en compte l’impact des nuages. Nous résolvons ce problème en combinant un algorithme de programmation dynamique avec un algorithme de type branch-and-bound. Dans un second temps, nous nous intéressons au problème de planification des transferts d’images d’un point de vue opérationnel, en prenant en compte les incertitudes sur les volumes des images acquises (dues à la compression bord) et celles liées aux communications optiques. Nous proposons une approche flexible où le processus de décision est partagé entre le système sol (centre mission) et le système à bord du satellite.