EP4548502A1 - Procédé de gestion d'un système satellitaire de télécommunication par lien optique aidée par des modèles météorologiques pour une continuité de service - Google Patents

Procédé de gestion d'un système satellitaire de télécommunication par lien optique aidée par des modèles météorologiques pour une continuité de service

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Publication number
EP4548502A1
EP4548502A1 EP24751313.8A EP24751313A EP4548502A1 EP 4548502 A1 EP4548502 A1 EP 4548502A1 EP 24751313 A EP24751313 A EP 24751313A EP 4548502 A1 EP4548502 A1 EP 4548502A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
satellite
station
ground
data
optical link
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24751313.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jonathan Guerra
Mathieu Picard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space SAS
Original Assignee
Airbus Defence and Space SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Defence and Space SAS filed Critical Airbus Defence and Space SAS
Publication of EP4548502A1 publication Critical patent/EP4548502A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513—Transmission in a satellite or space-based system

Definitions

  • the present disclosure relates to a method of establishing communications by optical link between at least one satellite and a set of ground stations.
  • the use of an optical link between a satellite and a ground station has the disadvantage of increased risks of outages due to the passage of a cloud on the line of sight between the station and the satellite.
  • This risk of outage is significantly higher than on radiofrequency links. Indeed, in radiofrequency links, rain can degrade the signal but does not cut it off entirely, unlike the passage of a cloud for an optical link. Since the passage of a cloud is also much more frequent, this risk of outage is significantly higher than on radiofrequency links. Consequently, in order to ensure continuous service, it is necessary to use several ground stations in parallel and to determine at each moment the station that will be chosen to allow an optical link to be established with the satellite.
  • Document EP 2873172 discloses an optical communication system comprising a constellation of satellites, each satellite comprising inter-satellite optical telescopes and uplink/downlink optical telescopes for communications with terrestrial sites, and in which the optical communication system is configured so that when the constellation of satellites passes in front of a given terrestrial site, one or more of the uplink/downlink telescopes of a satellite follow at least two terrestrial optical telescopes of the given terrestrial site and switch between terrestrial optical telescopes so as to send data to the one having the clearest direct visibility of the given satellite.
  • This method therefore makes it possible to take into account cloudiness for establishing communication between a terrestrial site and a satellite.
  • Also known from document AU2019363341 is a system for managing an optical terrestrial station comprising a device for monitoring low cloud cover, a device for determining high cloud cover from a meteorological satellite, and a device that superimposes data on low cloud cover and high cloud cover and controls the optical ground station from this information.
  • the present disclosure improves the situation.
  • the present invention aims to improve the quality of service by choosing more efficiently which ground station will be responsible for establishing optical communication with the satellite.
  • an aim of the present disclosure is to enable the continuous maintenance of optical link communication between a plurality of ground stations and a satellite.
  • a method of optical link communication between at least one satellite and a plurality of transmitting and/or receiving stations on the ground is proposed, the method being implemented by a computer and comprising: obtaining updated cloud cover data specific to each ground station, obtaining data relating to an orbit of the satellite, determining, for each ground station, taking into account the data relating to the orbit of the satellite and by applying at least one risk model, forecasts on the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and the ground station, based on the updated cloud cover data specific to each ground station, for at least two determined time horizons, short term and long term, said risk model being established on the basis of historical cloud cover data of the ground stations, and selecting at least one of the ground stations for establishing an uplink or downlink optical link communication with the satellite, this ground station being selected on the basis of the longest predicted duration for which it is possible to establish an uninterrupted optical link between the station and the satellite, from a specific time of establishment of the optical link, based on the forecasts over each of the two time horizons.
  • said risk model provides predictions on the possibility of establishing the uninterrupted optical link, associated with a confidence index, the selection of said station also being carried out as a function of a duration of establishment of the future link and of the confidence index, a more or less low weight being respectively attributed to the duration of establishment of the future link depending on whether the confidence index is respectively more or less important.
  • the satellite orbit is scrolling and imposes visibility time slots specific to each ground station, where communications are possible, said risk model being applied for a set of ground stations whose visibility time slots overlap.
  • the selection comprises a plurality of ground stations for establishing optical downlink communications with the satellite, said ground stations being selected based on cumulative predicted durations for which uninterrupted optical links can be established between the ground stations and the satellite, starting from determined instants of establishment of optical links specific to each ground station and based on predictions, specific to each ground station, over two time horizons.
  • the forecast determination step uses two separate risk models, of the neural network type, one of which is trained on the basis of historical data of local cloud covers of ground stations for the calculation of short-term forecasts and the other is trained on the basis of historical data of global cloud covers of ground stations for the calculation of long-term forecasts.
  • the method further comprises a step of updating the historical cloud cover data by integrating the updated cloud cover data and a step of updating said risk model.
  • the selection of at least one ground station comprises determining a communication sequence comprising a series of at least two ground stations used successively for establishing the uplink or downlink optical communication with the satellite, the sequence being determined so as to satisfy at least a first criterion relating to the absence of interruption of the optical communication during the sequence.
  • the sequence is determined to further satisfy a second criterion relating to the number of station changes during the sequence.
  • the updated cloud cover data obtained includes data acquired by ground-based cloud sensors, meteorological observation data obtained by at least one satellite, and data obtained by implementing numerical prediction models.
  • the plurality of ground stations comprises a so-called current station in optical communication with the satellite during the implementation of the method
  • the determination step comprises: a first determination of a possibility of establishing an optical link between the satellite and the current station during at least one determined time horizon, and; if an optical link between the satellite and the current station is predicted to be impossible at the time horizon: o implementing a second determination of a possibility of establishing an optical link between the satellite and the other ground stations during at least two determined time horizons, this second determination being followed by the selection of one among the other ground stations for the establishment of communication by optical link.
  • the time of establishment of the optical link with the selected station is determined as a time prior to the time horizon for which an optical link is predicted to be impossible between the satellite and the current station.
  • At least one of the time horizons considered during the second determination ends later than the time horizon considered for the first determination, and the method comprising implementing a first model trained for the first determination relating to the current station, and a second model trained for the second determination relating to the other stations.
  • the method comprises: obtaining cloudiness observation data acquired by a sensor for the current station, and performing the first determination based on said cloudiness observation data, and obtaining meteorological observation data obtained by at least one satellite and covering a region including the other ground stations, and performing the second determination based on said meteorological observation data.
  • the data relating to cloud cover in the vicinity of a ground station comprises a time series of data relating to cloud cover in the vicinity of a ground station acquired at a determined frequency.
  • a computer program product comprising code instructions for implementing the method according to the preceding description, when it is implemented by a computer.
  • a system for communication by optical link between a satellite and a plurality of transmitting and/or receiving stations on the ground comprising at least one control terminal comprising a computer and a memory, the control terminal being adapted to communicate with the stations on the ground, characterized in that it is configured to implement the method according to the preceding description.
  • the method described above advantageously makes it possible to select a transmitting or receiving station on the ground for establishing a communication by optical link, respectively uplink or downlink, with a satellite, the selection of the ground station being carried out on the basis of short-term and long-term estimates of probabilities of cutoff of the optical link caused by cloud cover between all of the ground stations considered and the satellite.
  • Another advantage of the present invention is that the calculation of a station availability for a satellite can be carried out for different time horizons, long term and short term and thus makes it possible to precisely adjust the transitions from one station to another as well as the number of transitions required.
  • the availability calculation is here an estimation of the probability of availability at a given deadline.
  • the prediction can advantageously be carried out on the basis of local sky observation data by a ground sensor and on the basis of larger scale data, acquired for example by satellite, which makes it possible to take into account two different observation scales and thus to obtain two long-term and short-term predictions with their respective accuracies.
  • cloudiness prediction data obtained by numerical models, can also be used to determine the possibility of establishing optical communication between the satellite and the ground stations.
  • FIG. 1 schematically represents an optical communication system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 schematically represents the main steps of a communication method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 schematically represents an example of selection of a sequence of ground stations for the establishment of optical communication.
  • FIG. 4 schematically represents an example of implementation of the selection of a sequence of ground stations using two trained models.
  • FIG. 5 shows an example of cloud cover data acquired by a cloud sensor.
  • FIG. 6 schematically represents an example of a model trained to predict the possibility of establishing an optical link between the satellite and a ground station based on cloud cover data.
  • FIG. 7 shows an example of a neural network structure that can be used to predict the possibility of establishing an uninterrupted optical link based on cloud cover data.
  • FIG. 8 illustrates results obtained by implementing the method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 represents a system 1 for communication by optical link between at least one satellite 10 and a plurality of ground stations 20.
  • the ground stations 20 may be transmitting stations, the communication then being a so-called “uplink” communication in which data is sent by the ground stations to a satellite, or receiving stations, the communication then being called “downlink”, in which data is sent by a satellite to the ground stations.
  • Each ground station may be both a transmitter and a receiver, the roles of transmitter and receiver being variable depending on the communication needs.
  • the optical link communication may comprise an uplink optical communication between one or more first transmitting ground stations and the satellite, then a downlink optical communication between the satellite and one or more second receiving ground stations.
  • the communication may comprise an uplink optical communication between transmitting ground stations and the satellite, then a downlink communication by another means, typically by radio frequency communication, between the satellite and ground stations or user terminals 40.
  • there may be an uplink radio frequency communication, and a downlink optical communication between the satellite and the ground stations.
  • the ground stations 20 are advantageously in communication with each other by a terrestrial link, for example a wired communication of the optical fiber type.
  • the method according to the invention can be implemented for communication by optical link with one or more geostationary satellites or via moving constellations.
  • the satellites used to establish the optical connection link can have an orbit of the GEO (geostationary), MEO (medium earth orbit) or LEO (low earth orbit) type.
  • GEO geostationary
  • MEO medium earth orbit
  • LEO low earth orbit
  • the visibility windows of each ground station by each satellite are a function of the positions of the satellites in orbit and precisely known and determined in advance.
  • a moving satellite can in particular control its pointing continuously towards a ground station, during a determined period of visibility between the satellite and this ground station.
  • the pointing of a satellite towards a ground station is for example carried out by controlling the attitude of the satellite.
  • the optical communication head on board the satellite is oriented relative to the body of the satellite, to point towards a ground station.
  • the pointing of a satellite is modified successively to point successively to different ground stations.
  • the optical communication head comprises, for example, an optical telescope.
  • the communication system further comprises, for example, a control terminal 30, comprising at least one computer 31 and a memory 32, the control terminal 30 being adapted to communicate with the ground stations and to implement the method described below.
  • the computer 31 may comprise one or more processors, microprocessors, microcontrollers, graphics processors, etc.
  • the memory 32 comprises, for example, a non-volatile memory for storing code instructions that are executed by the computer for implementing the method.
  • the memory stores, for example, at least one previously trained model for predicting the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and at least one ground station, as described in more detail below.
  • the optical link communication system 1 further comprises at least one cloudiness sensor 50 positioned in the vicinity of at least one of the ground stations 20.
  • a cloudiness sensor 50 is a ground sensor, oriented towards the sky, and adapted to acquire data relating to the instantaneous cloud cover, i.e. at the time of observation, in the portion of the sky located in the field of vision of the sensor.
  • a sensor may comprise an infrared sensor associated with a computer configured to determine, from the information from the infrared sensor, optical thickness information represented by the cloud cover.
  • FIG. 5 an example of data acquired by a cloudiness sensor is shown. The field of vision of the sensor corresponds to the circular area in the center of the figure.
  • Each pixel contained in this circular area corresponds to a direction, defined by azimuth and elevation values, relative to the sensor.
  • each pixel is associated with an optical thickness that depends on the thickness of the cloud layer present on the line of sight corresponding to this azimuth and elevation.
  • the optical thicknesses are represented in shades of gray, but the information relating to the optical thickness at each pixel can take the form of a scalar value between two predetermined minimum and maximum limits.
  • control terminal 30 is advantageously in communication with this or these sensors, for example by a wired connection, this communication being able to take place in real time or at a determined frequency.
  • control terminal 30 may also receive cloud cover data acquired by a weather observation satellite 2, or cloud cover data corresponding to a weather forecast generated by a digital model (not shown).
  • Each ground station may also be in communication with a proximity sensor, such as a ground cloud sensor, and a dedicated local processing terminal.
  • This local processing terminal local processing then makes it possible to estimate the probabilities of feasibility of the optical link with the satellite at different time horizons. These probabilities are transmitted to another global processing terminal which will be responsible for deciding and selecting the ground station which will have to establish an optical link with the satellite during a future period of time. This advantageously makes it possible to minimize the volumes of data transmitted between the ground stations, their proximity sensor and the station management center.
  • the risk model of each ground station will for example be defined according to the historical data of local cloud cover specific to each ground station.
  • This method makes it possible to select at least one ground station 20 from a plurality of stations to establish uninterrupted optical link communication with the satellite 10, on the basis of cloud cover data of the ground stations.
  • the method makes it possible to select a sequence S of several ground stations 20 successively used for establishing optical communication, so as to ensure continuous communication despite cloud cover of certain stations, this cover being variable over time.
  • the method comprises obtaining 100 data relating to the cloud cover of a set of ground stations 20.
  • This data may for example comprise, for a ground station considered, an indication of the cloud cover for a plurality of directions from the station, each direction being determined by azimuth and elevation values.
  • this data may comprise, for a ground station considered, and where appropriate for at least one direction determined from this station, a time sequence of data describing the temporal evolution of the cloud cover, the time sequence covering a determined duration and comprising data acquired at a determined frequency.
  • This frequency may for example be between one acquisition every thirty seconds and one acquisition every ten minutes.
  • the determined duration is for example between a few minutes and several hours.
  • data relating to the cloud cover of the ground stations are acquired continuously at a determined frequency, and transmitted to the control terminal 30 in real time or at a fixed time interval.
  • the cloud cover data advantageously comprises image-type data acquired by cloud sensors located in the vicinity of the ground stations considered.
  • the vicinity is meant that the distance between the cloud sensor and the ground station is sufficiently small so that the cloud cover information from the sensor is also applicable to the station.
  • this distance is less than 100 meters, advantageously less than 50 meters, very advantageously between 0 and 10 meters.
  • such a sensor 50 provides, for a plurality of directions relative to the sensor, an optical thickness value.
  • OD is the optical thickness
  • attenuation is the attenuation evaluated in decibels.
  • Communication via optical link is typically considered possible when the attenuation due to clouds is less than a threshold of 3 dB.
  • the attenuation is greater, the optical link can be considered impossible.
  • turbulence there are other disturbances to be taken into account, such as turbulence, not related to the optical thickness which could justify taking more margin.
  • the data relating to cloud cover comprise data, of the image type, of observation of cloud cover acquired by at least one satellite 2 observing a region of the Earth integrating one or more ground stations of the set considered.
  • the data obtained by a meteorological observation satellite 2 may also comprise data of the infrared image type which are processed to calculate an optical thickness represented by the cloud cover, which is as previously converted into an attenuation value caused by the clouds.
  • An observation satellite for example, has a resolution of the order of 0.05 degrees or even lower, which is equivalent to pixels of size 5 km or even of the order of a kilometer, at the equator, the pixels representing larger areas as one moves away from the equator.
  • the data obtained include both data acquired by cloudiness sensors 50 adjacent to the ground stations and data obtained by a weather observation satellite 2.
  • the cloudiness sensors are able to provide local data, particularly relevant in the short term, while satellite data are regional data making it possible to determine longer-term trends, which are thus complementary.
  • the cloudiness sensors providing local data allow a more precise evaluation of the coverage on the line of sight between the ground station and the satellite.
  • the cloud cover data may also include cloud cover forecast data for a given geographic area, such data being obtained by applying numerical simulation models, such as the models used for weather forecasting.
  • the method also comprises obtaining 200, by the control terminal 30, data relating to an orbit of the satellite considered, this data making it possible to determine, taking into account the geographical locations of the ground stations, a subset of ground stations with which the satellite is likely to establish communication by optical link in the absence of cloud cover.
  • the satellite stores data accumulated on several different orbits corresponding to several orbital periods.
  • the satellite regularly shifts, relative to the Earth, from one orbit to another.
  • the data stored on board the satellite can be emptied once or twice a day, which amounts to establishing an optical link approximately every 15 orbits for a satellite at an altitude of approximately 600 km, considering for example about ten candidate ground stations during this day.
  • This subset of stations can be variable in time in the case of a moving satellite, i.e. non-geostationary, but in this case, the orbit of the satellite being known, the composition of the subset of stations with which communication by optical link is possible, in the absence of cloud, is known for the current position of the satellite as for future positions.
  • the challenge is then, among all the candidate ground stations, to select enough ground stations with the choice of the associated communication slot during the passage of the satellite, in order to guarantee a total communication duration on the horizon, for example to guarantee the emptying from the satellite of a pre-established volume of data.
  • the planner then ensures that the stations are available, and reserves enough communication slots where the feasibility prediction is good to guarantee the emptying.
  • ground stations can be selected on the basis of cumulative predicted durations for which it is possible to establish uninterrupted optical links between ground stations and a satellite, from determined instants of establishment of optical links depending on visibility slots and depending on cloud cover forecasts, taking into account two time horizons.
  • the data relating to the orbit of the satellite can be recorded in the memory 32 and the computer 31 can access it in step 200 to determine, among the set of stations for which data relating to the cloud cover are obtained in step 100, a subset of stations with which the satellite can establish communication by optical link during a determined time interval.
  • the time interval is for example a time interval of a determined duration from the moment at which the method is implemented.
  • the computer 31 determines during a step 300, from the cloud cover data obtained, forecasts relating to the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and at least one ground station, for at least two determined time horizons, respectively short-term and long-term.
  • the terms “short-term” and “long-term” are interpreted relatively, that is to say that the first time horizon is shorter than the second.
  • the first time horizon can be between 0 and 10 minutes, for example between 30 seconds and 5 minutes.
  • the second time horizon, long-term can be between 30 minutes and 3 hours, or even between 30 and 90 minutes.
  • this step is implemented for each ground station of the subset of stations determined from the information obtained on the position of the satellite.
  • time horizon is used to describe a time interval between a current time, typically corresponding to the time of implementation of the method, and a future time, the time interval being of determined duration. It is therefore understood that the “long-term” time horizon preferably strictly includes the “short-term” time horizon.
  • the calculator 31 is therefore configured to predict the risk that there is at least one interruption of the optical link between the satellite 10 and the ground station 20 considered during this time interval.
  • the calculator 31 is configured to determine a probability that there is at least one interruption during the time horizon considered, and apply a thresholding to the probability to obtain a binary indication on the possibility, or not, of establishing the optical link continuously during the time horizon.
  • This step 300 of determining the forecasts relating to the possibility of establishing an uninterrupted optical link is implemented by applying, to the cloud cover data obtained in step 100, at least one risk model M, for example by a neural network previously trained on historical cloud cover data for a set of ground stations.
  • the historical cloud cover data used for training the model comprise historical cloud cover data from all the ground stations for which current cloud cover data is obtained in step 100.
  • this historical data may relate to ground stations different from those for which the data relating to the cloud cover is obtained in step 100.
  • the historical cloud cover data used for training the risk model M advantageously comprise, for a ground station considered, time sequences of data comprising an indication of cloud cover or attenuation determined, at a determined sampling frequency, for example between a few seconds and a few minutes, for example of the order of 30 seconds to 2 minutes.
  • these time sequences of data comprise indications of cloud cover or attenuation, determined for a plurality of directions from the ground station considered.
  • these historical cloud cover data may be data obtained by ground cloud sensors neighboring the stations considered, and/or meteorological observation data obtained by satellite.
  • the step 300 of determining the forecasts relating to the possibility of establishing an uninterrupted optical link is implemented by applying two distinct models, for example by neural networks, in which a first model is configured for calculating short-term forecasts, i.e. at the first time horizon, and the second model is configured for calculating long-term forecasts, i.e. for at least a second time horizon subsequent to the first.
  • a first model is configured for calculating short-term forecasts, i.e. at the first time horizon
  • the second model is configured for calculating long-term forecasts, i.e. for at least a second time horizon subsequent to the first.
  • the first short-term model makes it possible to determine the risk of outage, for example on a link in use, and provides a more high accuracy
  • the second model, long term aims for example to make an initial selection of a new station, when a significant risk of outage appears on the current station.
  • the network which uses short-term information and long-term information advantageously allows to minimize the number of changes of current ground stations.
  • These risk models can be established from the same historical cloud cover data.
  • the risk model configured for the calculation of short-term forecasts can be established from local historical data, i.e. obtained by ground cloud sensors
  • the risk model configured for the calculation of long-term forecasts can be established from regional historical data, i.e. satellite observation data.
  • step 300 of predicting the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and ground stations makes it possible to obtain, for each ground station, represented by the terms OGS1 ...OGSn, an indication relating to the possibility of establishing a link with the satellite in an uninterrupted manner for the at least two time horizons considered.
  • OGS1 ...OGSn an indication relating to the possibility of establishing a link with the satellite in an uninterrupted manner for the at least two time horizons considered.
  • FIG. 3 a number n of ground stations and a set of time horizons H1,...Hj are schematically represented.
  • Step 300 of determining the forecasts relating to the possibility of establishing an uninterrupted optical link therefore makes it possible to determine, for example: that an uninterrupted optical link is possible for a short-term time horizon H1 for the first station, that this is not the case for the second station, that an uninterrupted optical link is also possible for a long-term time horizon H2 for the last station.
  • the method then comprises a step 400 of selecting at least one ground station 20 for establishing a communication by optical link with the satellite 10, from the forecast information relating to the possibility of establishing an uninterrupted optical link obtained in step 300 for each of the time horizons considered.
  • the station is selected on the basis of the longest duration expected, considering the long-term forecasts, for which it is possible to establish an uninterrupted optical link between the station and the satellite, from a determined instant of establishment of the optical link.
  • This instant of establishment of the optical link may be a current instant, in particular in the case where the station considered is a so-called "current" station, for which a communication by optical link is already established with the satellite and for which the risk of outage is imminent, according to the short-term forecasts.
  • this establishment time can be a later time, which is between the current time and a time horizon for which a risk of outage is established for the current station. or, in other words, at which optical connection is predicted to be impossible, according to short-term forecasts.
  • the step 400 of selecting a ground station 20 for establishing a communication by optical link with the satellite 10 comprises the determination of a communication sequence S comprising a series of at least two ground stations 20 used successively for establishing a communication by optical link with the satellite 10, the sequence S being determined so as to satisfy a criterion relating to the absence of a communication outage during the sequence.
  • the sequence may for example comprise the determination of a first ground station with which the communication is established, for which no outage is planned during a first time horizon, then a second station for which no outage is planned between the end of the first time horizon and the end of a second time horizon, subsequent to the first.
  • the sequence S can also be determined so as to respect a second criterion relating to the number of station changes during the sequence, this second criterion being for example to minimize the number of station changes, or to respect a maximum number of station changes, during the sequence.
  • the first criterion relating to the absence of a break during the sequence takes priority over the second criterion.
  • a sequence S is determined in which: the first ground station OGS1 is used for communication until a time corresponding to a risk of communication being cut off, and from this time, the communication is switched to the second station OGS2 for which no risk of cut off is identified from this time and up to a later time horizon.
  • the third OGSn station which is represented is not selected because, although no risk of outage is expected for this station at the time when the risk of outage is established for the first station, the time horizon for which the link is uninterrupted is shorter than for the second station, which implies more changes of stations.
  • the step 300 of determining predictions on the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite 10 and each of a plurality of ground stations 20 comprises a first determination 310 of the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and a single ground station, which is the current station with which an optical link is already established, for at least one determined time horizon.
  • the determination step comprises a second determination 320 of a possibility of establishing a communication by optical link between the satellite and the other ground stations for at least two time horizons considered, comprising a short-term time horizon and a long-term time horizon.
  • the step 400 of selecting from among said other stations, at least one station 20 for establishing the optical link, the switch between the current station and the selected station taking place before the end of the time horizon H P considered for the first determination and preferably as soon as the second station has been selected.
  • the step 400 of selecting a ground station 20 for establishing a communication by optical link with the satellite 10 can comprise the selection of a sequence S of stations satisfying the criterion or criteria mentioned above.
  • stations No. 2 and n shown both have a short-term time horizon corresponding to a possible optical link at the time of this second determination, but that station No. 2 also has a long-term horizon corresponding to a possible optical link, unlike station n. Consequently, it is the second station that is selected.
  • the method returns to the first determination 310 for the current station, which is iterated again until a risk of outage is established for the station considered, as represented by the repetition of the arrows "p" for the second station OGS2.
  • steps 100 of obtaining data relating to cloud cover and 200 of obtaining data relating to the orbit of the satellite are not represented in FIGS. 3 and 4, it is understood that the set of ground stations considered for the potential establishment of an optical link is updated over time, as a function of the data relating to the position of the satellite obtained in step 200, and that the cloud cover data for these stations is also updated by repetitions of the step 100 of obtaining data relating to cloud cover.
  • the first determination 310 relating to the current station is implemented by applying a first model, this first model having been previously trained on historical cloud cover data from a set of stations, to predict the possibility of establishing an uninterrupted optical link between the satellite and the same given station during a determined time horizon.
  • This time horizon may be short-term, and is shorter than the longest time horizon considered during the second determination 320 relating to the other stations, the historical cloud cover data used for training the model, then the cloud cover data used for inference of the model, may be local data obtained by a cloud sensor close to the station considered.
  • This example does not, however, exclude the possibility that the training data and the data used for inference also include satellite observation data and/or data obtained by digital simulation.
  • the learning database can exclusively comprise data sequences covering a duration greater than or equal to the time horizon considered, and comprising data acquired at a determined frequency during this duration, the first data of the sequence of which correspond to an absence of cloud cover, i.e. to a possible optical link between the satellite and the station.
  • the second determination 320 relating to the other stations and the selection of a second station to continue the communication can be implemented by applying a second model, trained to perform these tasks. Since the second determination is implemented by considering at least two time horizons, at least one of which preferably ends later than the time horizon considered for the first determination, the historical cloud cover data used for training the model, then the cloud cover data used for inference of the model, can be regional data obtained by a weather observation satellite. This data can be supplemented by data acquired by cloud sensors and/or data obtained by numerical simulation. In the case of local sensors, such as cloud sensors, the volume of data generated is proportional to the number of sensors for the stations concerned, unlike the first model which uses satellite data.
  • the historical cloud cover data and the cloud cover data used for model training and inference respectively can be data from cloud sensors, which allows the same data to be used for both models.
  • the first determination 310 relating to the current station, the second determination 320 relating to the other stations and the selection 400 of a ground station 20 for establishing communication by optical link can be implemented by the same model that may have been the subject of a first training for example for the second determination 320 and the selection 400 of a ground station 20 for the establishment of a communication by optical link, then of a reinforcement learning to implement the first determination 310 with precision.
  • Reinforcement learning allows an agent to learn to operate the system.
  • Such an agent could decide, at each time step, to stay or to change station, such an agent also being able to choose the next station.
  • Such learning would include in particular the risk of cut-off which would correspond to a case of very strong penalization for the agent in question. In this case the same agent would translate a risk model on the two time horizons, short term and long term.
  • the method may also include updating the historical cloud cover data as new data is obtained, as well as updating the model(s) presented above, based on this data and the deviation between the model predictions and the reality of the cloud cover data observed after implementing the method.
  • the data used as input to each model are data sequences, for example of the image type, acquired at an acquisition frequency of 1, for example every 30 seconds, by cloudiness sensors near respective ground stations.
  • the data sequences cover, for example, a period of 5 minutes.
  • the pixels of the images include, for example, colors representative of the observed cloudiness.
  • Each pixel represents, for example, a pair (azimuth, elevation).
  • each pixel corresponds to an optical thickness (a scalar between 0 and 5) which depends on the thickness of the cloud present on each pixel.
  • the data is for example preprocessed to remove unnecessary areas of the images, that is to say at least the edges of the image outside the circular area visible in the example of figure 5.
  • Preprocessing may also be performed, for example, to extract from the data sequence a succession of samples corresponding, for at least one given direction relative to the sensor, to the time series of data acquired by the sensor for this direction.
  • This preprocessing may, for example, be implemented by using the TFRecord data format of the TensorFlow software suite, making it possible to store the training samples in an optimized manner.
  • the earth observation satellite data are for example of the image type in the visible or invisible spectrum, such as infrared rays.
  • the satellite images are processed by known methods for generating satellite images.
  • the satellite images provided are for example centered around the point of interest which is the station.
  • the satellite images used are for example in the form of a matrix.
  • the data, for example of the raster image type, used for training neural networks, for updating neural networks and for predictions made with neural networks are for example of the same type.
  • the updated data are for example used to calculate an inference of a network and make a prediction.
  • the archive data make it possible to calculate inferences in the past, in order to verify predictions. Gradient descent and the associated algorithms are for example used for the learning phase.
  • TensorFlow implements for example automatic differentiation, which uses the calculation to determine the gradients, in general, to calculate the gradient of the error.
  • the error calculated at the output is for example back-propagated in the neural network, during the learning phase or during an update of the neural network.
  • the two models used can be implemented, for example, by neural networks, for example of the convolutional type, receiving as input the sequences of preprocessed images mentioned above, referenced “I”, presented for example in the form of a matrix and producing as output a matrix of scalars between 0 and 1, where each element of the matrix corresponds to the same pixel position of the input images, therefore for example to the same direction relative to the cloud sensor, and determining whether or not the link is feasible over time intervals of [t, t+k] minutes with k e ⁇ 1,5,10,15,20,30,60,90 ⁇ minutes. Each time interval therefore corresponds to a time horizon considered by the model.
  • FIG. 7 An example of a neural network structure that can be used is shown in Figure 7.
  • This network comprises a succession of convolutional layers (the number of input channels “ch” and the dimension of the convolution kernel “kernel” are indicated under each layer) followed by an activation layer involving for example the ReLu function.
  • the number of channels at the output of the network indicated by “frame_out” corresponds to the number of intervals that we wish to predict at the output of the network.
  • the network is therefore configured so that there remain “frame_out” layers (or “channels” in English) at the output of the network and thus have the desired format at the output.
  • the network can also comprise a cropping layer to reduce the output to pixels corresponding to a direction greater than a given elevation threshold.
  • the output of the network corresponds to the output of a sigmoid function.
  • the inputs of the network therefore include 11 matrices of real numbers, representing the optical thickness on each pixel of an image acquired by a cloud sensor, of size 460x640.
  • the 11 matrices correspond to the images acquired every 30 seconds for five minutes between the last five minutes and the current time when the forecast is made.
  • the outputs of the network include a number of matrices equal to the number of time horizons considered, for example 8 according to the example above, each matrix comprising scalar elements between 0 and 1 estimating the probability that the line of sight in the direction corresponding to the element of the matrix is continuously cloud-free over the time horizon considered.
  • the learning database for training the first model could for example be reduced to data for which the optical link is initially possible.
  • a threshold is for example applied to the scalar output to raise an alert, which triggers the call to the second model.

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Abstract

Il est décrit un procédé de communication par liaison optique entre au moins un satellite (10) et une pluralité de stations émettrices et/ou réceptrices au sol (20), comprenant : - l'obtention de données de couvertures nuageuses des stations au sol, et de données relatives à une orbite du satellite, - la détermination, pour chaque station au sol (20), de prévisions sur la possibilité d'établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et la station au sol, pour au moins deux horizons de temps déterminés, à court terme et à long terme, et - la sélection d'au moins une des stations au sol (20) pour l'établissement d'une communication par liaison optique montante ou descendante avec le satellite, en fonction de la durée prédite la plus longue pour laquelle il est possible d'établir une liaison optique ininterrompue entre la station et le satellite.

Description

Description
Titre : Procédé de gestion d’un système satellitaire de télécommunication par lien optique aidée par des modèles météorologiques pour une continuité de service.
Domaine technique
[0001] La présente divulgation concerne un procédé d’établissement de communications par liaison optique entre au moins un satellite et un ensemble de stations au sol.
Technique antérieure
[0002] Il est connu de transférer des données entre une ou plusieurs stations au sol et un satellite, en vue de retransmettre ces données à des récepteurs au sol, par une liaison radiofréquence.
[0003] Il peut toutefois être avantageux de remplacer une liaison radiofréquence par une liaison optique, qui présente notamment l’avantage d’un débit bien plus élevé, et également d’une précision plus importante dans la direction de la liaison, ce qui garantit une plus grande sécurité. En effet, il est difficile d’intercepter une liaison optique sans perturber cette liaison, et donc rendre cette intrusion détectable.
[0004] En revanche, l’utilisation d’un lien optique entre un satellite et une station au sol présente l’inconvénient de risques de coupures accrus du fait du passage d’un nuage sur la ligne de visée entre la station et le satellite. Ce risque de coupure est significativement plus élevé que sur des liaisons radiofréquences. En effet, dans les liaisons radiofréquences, la pluie peut dégrader le signal mais ne le coupe pas entièrement, à la différence du passage d’un nuage pour un lien optique. Le passage d’un nuage étant en outre bien plus fréquent, ce risque de coupure est significativement plus élevé que sur des liaisons radiofréquences. Par conséquent, pour pouvoir assurer un service continu, il est nécessaire d’utiliser plusieurs stations au sol en parallèle et de déterminer à chaque instant la station qui sera choisie pour permettre d’établir une liaison optique avec le satellite.
[0005] On connaît du document EP 2873172 un système de communication optique comprenant une constellation de satellites, chaque satellite comprenant des télescopes optiques inter-satellites et des télescopes optiques de liaison montante/descendante pour des communications avec des sites terrestres, et dans lequel le système de communication optique est configuré pour que lorsque la constellation de satellites passe devant un site terrestre donné, un ou plusieurs des télescopes de liaison montante/descendante d’un satellite suivent au moins deux télescopes optiques terrestres du site terrestre donné et commutent entre des télescopes optiques terrestres de manière à envoyer des données à celui ayant la visibilité directe la plus claire du satellite donné. Ce procédé permet donc de tenir compte de la nébulosité pour l’établissement d’une communication entre un site terrestre et un satellite.
[0006] On connaît également du document AU2019363341 un système de gestion d’une station optique terrestre comprenant un dispositif de surveillance d’une couverture nuageuse basse, un dispositif de détermination d’une couverture nuageuse haute à partir d’un satellite météorologique, et un dispositif qui superpose les données sur la couverture nuageuse basse et la couverture nuageuse haute et qui contrôle la station optique terrestre à partir de ces informations.
Résumé
[0007] La présente divulgation vient améliorer la situation. En particulier, la présente invention vise à améliorer la qualité de service en choisissant de manière plus efficace quelle station au sol sera chargée d’établir la communication optique avec le satellite.
[0008] En particulier, un but de la présente divulgation est de permettre le maintien en continu d’une communication par liaison optique entre une pluralité de stations au sol et un satellite.
[0009] Il est proposé un procédé de communication par liaison optique entre au moins un satellite et une pluralité de stations émettrices et/ou réceptrices au sol, le procédé étant mis en œuvre par un calculateur et comprenant : l’obtention de données actualisées de couvertures nuageuses propres à chaque station au sol, l’obtention de données relatives à une orbite du satellite, la détermination, pour chaque station au sol, compte tenu des données relatives à l’orbite du satellite et par l’application d’au moins un modèle de risque, de prévisions sur la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et la station au sol, en fonction des données actualisées de couverture nuageuse propre à chaque station au sol, pour au moins deux horizons de temps déterminés, à court terme et à long terme, ledit modèle de risque étant établi sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses des stations au sol, et la sélection d’au moins une des stations au sol pour l’établissement d’une communication par liaison optique montante ou descendante avec le satellite, cette station au sol étant sélectionnée sur la base de la durée prédite la plus longue pour laquelle il est possible d’établir une liaison optique ininterrompue entre la station et le satellite, à partir d’un instant déterminé d’établissement de la liaison optique, en fonction des prévisions sur chacun des deux horizons de temps.
[0010] Dans des modes de réalisation, ledit modèle de risque fournit des prévisions sur la possibilité d’établir la liaison optique ininterrompue, associées à un indice de confiance, la sélection de ladite station étant réalisée également en fonction d’une durée d’établissement du futur lien et de l’indice de confiance, un poids plus ou moins faible étant respectivement attribué à la durée d’établissement du futur lien selon que l’indice de confiance est respectivement plus ou moins important.
[0011] Dans des modes de réalisation, l’orbite du satellite est défilante et impose des créneaux temporels de visibilité propres à chaque station au sol, où les communications sont envisageables, ledit modèle de risque étant appliqué pour un ensemble de stations au sol dont les créneaux temporels de visibilité se recouvrent. [0012] Dans des modes de réalisation, la sélection comprend plusieurs stations au sol pour l’établissement de communications par liaison optique descendantes avec le satellite, ces stations au sol étant sélectionnées sur la base de durées prédites cumulées pour lesquelles il est possible d’établir des liaisons optiques ininterrompues entre les stations au sol et le satellite, à partir d’instants déterminés d’établissement de liaisons optiques propres à chaque station au sol et en fonction des prévisions, propres à chaque station au sol, sur deux horizons de temps.
[0013] Dans des modes de réalisation, l’étape de détermination de prévisions utilise deux modèles de risque distincts, du type réseau de neurones, dont l’un est entrainé sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses locales des stations au sol pour le calcul de prévisions à court terme et l’autre est entraîné sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses globales des stations au sol pour le calcul de prévisions à long terme.
[0014] Dans des modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de mise à jour des données d’historiques de couvertures nuageuses par une intégration des données actualisées de couverture nuageuses et une étape de mise à jour dudit modèle de risque.
[0015] Dans des modes de réalisation, la sélection d’au moins une station au sol comprend la détermination d’une séquence de communication comprenant une suite d’au moins deux stations au sol utilisées successivement pour l’établissement de la communication optique montante ou descendante avec le satellite, la séquence étant déterminée de façon à satisfaire au moins un premier critère portant sur l’absence de coupure de la communication optique au cours de la séquence.
[0016] Dans des modes de réalisation, la séquence est déterminée de façon à satisfaire en outre un deuxième critère portant sur le nombre de changements de stations au cours de la séquence.
[0017] Dans des modes de réalisation, les données actualisées de couverture nuageuse obtenues comprennent des données acquises par des capteurs de nébulosité au sol, des données d’observation météorologique obtenues par au moins un satellite, et des données obtenues par la mise en œuvre de modèles numériques de prédiction.
[0018] Dans des modes de réalisation, la pluralité de stations au sol comprend une station dite courante en communication par liaison optique avec le satellite lors de la mise en œuvre du procédé, et l’étape de détermination comprend : une première détermination d’une possibilité d’établir une liaison optique entre le satellite et la station courante pendant au moins un horizon de temps déterminé, et ; si une liaison optique entre le satellite et la station courante est prédite comme impossible à l’horizon de temps: o la mise en œuvre d’une deuxième détermination d’une possibilité d’établir une liaison optique entre le satellite et les autres stations au sol pendant au moins deux horizons de temps déterminés, cette deuxième détermination étant suivie de la sélection de l’une parmi les autres stations au sol pour l’établissement de la communication par liaison optique.
[0019] Dans des modes de réalisation, l’instant d’établissement de la liaison optique avec la station sélectionnée est déterminé comme un instant antérieur à l’horizon de temps pour lequel une liaison optique est prédite comme impossible entre le satellite et la station courante.
[0020] Dans des modes de réalisation, au moins l’un des horizons de temps considérés lors de la deuxième détermination se termine ultérieurement à l’horizon de temps considéré pour la première détermination, et le procédé comprenant la mise en œuvre d’un premier modèle entrainé pour la première détermination relative à la station courante, et d’un deuxième modèle entrainé pour la deuxième détermination relative aux autres stations.
[0021] Dans des modes de réalisation, le procédé comprend : l’obtention de données d’observation de nébulosité acquises par un capteur pour la station courante, et la mise en œuvre de la première détermination sur la base desdites données d’observation de nébulosité, et l’obtention de données d’observation météorologiques obtenues par au moins un satellite et couvrant une région incluant les autres stations au sol, et la mise en œuvre de la deuxième détermination sur la base desdites données d’observation météorologiques.
[0022] Dans des modes de réalisation, les données relatives à la couverture nuageuse au voisinage d’une station au sol comprennent une série temporelle de données relatives à la couverture nuageuse au voisinage d’une station au sol acquises à une fréquence déterminée.
[0023] Selon un autre objet, il est décrit un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon la description qui précède, lorsqu’il est mis en œuvre par un calculateur.
[0024] Selon un autre objet, il est décrit un système de communication par liaison optique entre un satellite et une pluralité de stations émettrices et/ou réceptrices au sol, le système comprenant au moins un terminal de contrôle comprenant un calculateur et une mémoire, le terminal de contrôle étant adapté pour communiquer avec les stations au sol, caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon la description qui précède.
[0025] Le procédé décrit ci-avant permet avantageusement de sélectionner une station émettrice ou réceptrice au sol pour l’établissement d’une communication par liaison optique, respectivement montante ou descendante, avec un satellite, la sélection de la station au sol étant réalisée sur la base d'estimations, à court terme et à long terme, de probabilités de coupure de la liaison optique causée par une couverture nuageuse entre l’ensemble des stations au sol considérées et le satellite.
[0026] De façon avantageuse, il est possible, non seulement de maintenir une liaison de communication continue entre le satellite et une des stations au sol, en sélectionnant efficacement une station pour laquelle aucune couverture nuageuse n’est prévue, tout en minimisant le nombre de transitions d’une station à l’autre. [0027] Un autre avantage de la présente invention est que le calcul d’une disponibilité d’une station pour un satellite peut être réalisé pour différents horizons de temps, à long terme et à court terme et permet ainsi d’ajuster avec précision les transitions d’une station à l’autre ainsi que le nombre de transitions nécessaires. Le calcul de disponibilité est ici une estimation de la probabilité de disponibilité à une échéance donnée.
[0028] Dans des modes de réalisation, la prédiction peut avantageusement être réalisée sur la base de données locales d’observation du ciel par un capteur au sol et sur la base de données à plus grande échelle, acquises par exemple par satellite, ce qui permet de tenir compte de deux échelles d’observations différentes et ainsi d’obtenir deux prédictions à long terme et à court terme avec leur précisions respectives. Alternativement, des données de prédiction de nébulosité, obtenues par des modèles numériques, peuvent également être utilisées pour déterminer la possibilité d’établir la communication optique entre le satellite et les stations au sol.
Brève description des dessins
[0029] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0030] [Fig. 1] représente schématiquement un système de communication optique selon un exemple de réalisation.
Fig. 2
[0031] [Fig. 2] représente schématiquement les principales étapes d’un procédé de communication selon un exemple de réalisation.
Fig. 3
[0032] [Fig. 3] représente schématiquement un exemple de sélection d’une séquence de stations au sol pour l’établissement d’une communication optique.
Fig. 4
[0033] [Fig. 4] représente schématiquement un exemple de mise en œuvre de la sélection d’une séquence de stations au sol utilisant deux modèles entrainés.
Fig. 5
[0034] [Fig. 5] représente un exemple de donnée de couverture nuageuse acquise par un capteur de nébulosité.
Fig. 6
[0035] [Fig. 6] représente schématiquement un exemple de modèle entrainé pour prédire la possibilité d’établir une liaison optique entre le satellite et une station au sol en fonction de données de couvertures nuageuses.
Fig. 7 [0036] [Fig. 7] représente un exemple de structure de réseau de neurones pouvant être utilisé pour prédire la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue en fonction de données de couverture nuageuse.
Fig. 8
[0037] [Fig. 8] illustre des résultats obtenus par la mise en œuvre du procédé selon un exemple de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0038] Il est maintenant fait référence à la figure 1 , qui représente un système 1 de communication par liaison optique entre au moins un satellite 10 et une pluralité de stations au sol 20. Les stations au sol 20 peuvent être des stations émettrices, la communication étant alors une communication dite « montante » dans laquelle des données sont envoyées par les stations au sol vers un satellite, ou des stations réceptrices, la communication étant alors dite « descendante », dans laquelle des données sont envoyées par un satellite aux stations au sol. Chaque station au sol peut être à la fois émettrice et réceptrice, les rôles d’émetteur et de récepteur étant variables en fonction des besoins de communication.
[0039] Dans des exemples de réalisation, la communication par liaison optique peut comprendre une communication par liaison optique montante entre une ou plusieurs premières stations émettrices au sol et le satellite, puis une communication par liaison optique descendante entre le satellite et une ou plusieurs deuxièmes stations réceptrices au sol. En variante, et comme représenté sur la figure 1 , la communication peut comprendre une communication par liaison optique montante entre des stations émettrices au sol et le satellite, puis une communication descendante par un autre moyen, typiquement par communication radiofréquence, entre le satellite et des stations au sol ou des terminaux utilisateurs 40. Selon encore une autre variante, on peut avoir une communication montante radiofréquence, et une communication descendante par liaison optique entre le satellite et les stations au sol.
[0040] Les stations au sol 20 sont avantageusement en communication entre elles par une liaison terrestre, par exemple une communication filaire de type fibre optique.
[0041] Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre pour une communication par liaison optique avec un ou plusieurs satellites 10 géostationnaires ou via des constellations défilantes. Les satellites utilisés pour établir le lien optique de connexion peuvent avoir une orbite du type GEO (géostationnaire), MEO (medium earth orbit) ou LEO (low earth orbit). Dans le cas d’un satellite non- géostationnaire les fenêtres de visibilité de chaque station au sol par chaque satellite sont fonction des positions des satellites en orbites et précisément connues et déterminées à l’avance. Un satellite défilant peut notamment contrôler son pointage en continu vers une station au sol, pendant une période déterminée de visibilité entre le satellite et cette station au sol. Le pointage d’un satellite vers une station au sol est par exemple réalisé par un contrôle de l’attitude du satellite. On peut aussi envisager que la tête de communication optique à bord du satellite s’oriente par rapport au corps du satellite, pour pointer vers une station au sol. Le pointage d’un satellite est modifié successivement pour pointer successivement vers différentes stations au sol. La tête de communication optique comprend par exemple un télescope optique. En tout état de cause, les informations relatives à l’orbite du ou des satellites, et donc à la position relative du ou des satellites par rapport aux stations au sol, sont connues.
[0042] Le système de communication comprend par exemple en outre un terminal de contrôle 30, comprenant au moins un calculateur 31 et une mémoire 32, le terminal de contrôle 30 étant adapté pour communiquer avec les stations au sol et pour mettre en œuvre le procédé décrit ci-après. Le calculateur 31 peut comprendre un ou plusieurs processeurs, microprocesseurs, microcontrôleurs, processeur graphique, etc. La mémoire 32 comprend par exemple une mémoire non volatile permettant de stocker des instructions de code qui sont exécutées par le calculateur pour la mise en œuvre du procédé. De plus, la mémoire stocke par exemple au moins un modèle préalablement entrainé pour prédire la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et au moins une station au sol, comme décrit plus en détails ci-après.
[0043] Dans des exemples de réalisation, le système 1 de communication par liaison optique comprend en outre au moins un capteur de nébulosité 50 positionné au voisinage d’au moins une des stations au sol 20. Un capteur de nébulosité 50 est un capteur au sol, orienté vers le ciel, et adapté pour acquérir des données relatives à la couverture nuageuse instantanée, c’est-à-dire au moment de l’observation, dans la portion du ciel se trouvant dans le champ de vision du capteur. Par exemple, un tel capteur peut comprendre un capteur infrarouge associé à un calculateur configuré pour déterminer, à partir des informations du capteur infrarouge, une information d’épaisseur optique représentée par la couverture nuageuse. En référence à la figure 5, on a représenté un exemple de donnée acquise par un capteur de nébulosité. Le champ de vision du capteur correspond à la zone circulaire au centre de la figure. A chaque pixel contenu dans cette zone circulaire, correspond une direction, définie par des valeurs d’azimut et d’élévation, par rapport au capteur. De plus, chaque pixel est associé à une épaisseur optique qui dépend de l’épaisseur de la couche nuageuse présente sur la ligne de visée correspondant à cet azimut et cette élévation. Sur la figure 5, les épaisseurs optiques sont représentées en nuances de gris, mais l’information relative à l’épaisseur optique en chaque pixel peut prendre la forme d’une valeur scalaire comprise entre deux bornes minimale et maximale prédéterminées.
[0044] Dans le cas où le système 1 comprend un ou plusieurs capteurs de nébulosité 50, le terminal de contrôle 30 est avantageusement en communication avec ce ou ces capteurs, par exemple par une connexion filaire, cette communication pouvant avoir lieu en temps réel ou à une fréquence déterminée.
[0045] En outre, le terminal de contrôle 30 peut également recevoir des données de couverture nuageuse acquises par un satellite d’observation météorologique 2, ou des données de couverture nuageuse correspondant à une prévision météorologique générée par un modèle numérique (non représenté).
[0046] Chaque station au sol peut également être en communication avec un capteur de proximité, tel qu’un capteur de nébulosité au sol, et un terminal de traitement local dédié. Ce terminal de traitement local permet alors d’estimer les probabilités de faisabilité de la liaison optique avec le satellite à différents horizons de temps. Ces probabilités sont transmises à un autre terminal de traitement global qui aura pour charge de décider et sélectionner la station au sol qui devra établir une liaison optique avec le satellite pendant une période de temps future. Cela permet avantageusement de minimiser les volumes de données transmis entre les stations au sol, leur capteur de proximité et le centre de gestion des stations. Dans le cas d’un modèle de risque pour évaluer une probabilité locale à court terme d’établissement de la liaison optique, comme ceux basés sur les réseau de neurones, le modèle de risque de chaque station au sol sera par exemple défini en fonction des données d’historiques de couverture nuageuse locale propres à chaque station au sol.
[0047] On pourrait aussi envisager de partager les données d’historique de couverture nuageuse locale, générées par plusieurs capteurs de proximité pour définir un modèle de risque partagé entre plusieurs stations, pour établir les prévisions à court terme.
[0048] En référence aux figures 2, 3 et 4, on va maintenant décrire un procédé de communication par liaison optique entre le satellite et les stations au sol. Ce procédé permet de sélectionner au moins une station au sol 20 parmi une pluralité de stations pour établir une communication par liaison optique ininterrompue avec le satellite 10, sur la base de données de couverture nuageuse des stations au sol. Dans des exemples de réalisation, le procédé permet de sélectionner une séquence S de plusieurs stations au sol 20 successivement utilisées pour l’établissement de la communication optique, de sorte à assurer une communication continue malgré une couverture nuageuse de certaines stations, cette couverture étant variable dans le temps.
[0049] Le procédé comprend l’obtention 100 de données relatives à la couverture nuageuse d’un ensemble de stations au sol 20. Ces données peuvent par exemple comprendre, pour une station au sol considérée, une indication de la couverture nuageuse pour une pluralité de directions à partir de la station, chaque direction étant déterminée par des valeurs d’azimut et d’élévation. De plus, ces données peuvent comprendre, pour une station au sol considérée, et le cas échéant pour au moins une direction déterminée à partir de cette station, une séquence temporelle de données décrivant l’évolution temporelle de la couverture nuageuse, la séquence temporelle couvrant une durée déterminée et comprenant des données acquises à une fréquence déterminée. Cette fréquence peut par exemple être comprise entre une acquisition toutes les trente secondes et une acquisition toutes les dix minutes. De plus, la durée déterminée est par exemple comprise entre quelques minutes et plusieurs heures. Dans des exemples de réalisation, des données relatives à la couverture nuageuse des stations au sol sont acquises en continu à une fréquence déterminée, et transmises au terminal de contrôle 30 en temps réel ou à intervalle de temps fixe.
[0050] Les données relatives à la couverture nuageuse comprennent avantageusement des données, du type image, acquises par des capteurs de nébulosité situés au voisinage des stations au sol considérées. Par « au voisinage », on entend que la distance entre le capteur de nébulosité et la station au sol est suffisamment faible pour que les informations relatives à la couverture nuageuse du capteur soient également applicables à la station. Typiquement, cette distance est inférieure à 100 mètres, avantageusement inférieure à 50 mètres, très avantageusement comprise entre 0 et 10 mètres.
[0051] Comme indiqué précédemment, un tel capteur 50 fournit, pour une pluralité de directions par rapport au capteur, une valeur d’épaisseur optique. L’épaisseur optique fournie par le capteur permet de déterminer directement l’atténuation d’un signal optique causée par les nuages par la formule suivante : attenuation = 101og10(exp (—07?))
Où OD est l’épaisseur optique et où « attenuation » est l’atténuation évaluée en décibels. On considère typiquement qu’une communication par liaison optique est possible lorsque l’atténuation due aux nuages est inférieure à un seuil de 3 dB. Lorsque l’atténuation est supérieure, on peut considérer la liaison optique comme impossible. Toutefois, en augmentant la puissance d’émission, on pourrait compenser une perte plus grande. Par ailleurs, il y a d’autres perturbations à prendre en compte, comme par exemple les turbulences, non liées à l’épaisseur optique qui pourrait justifier le fait de prendre davantage de marge.
[0052] En complément, ou alternativement, les données relatives à la couverture nuageuse comprennent des données, du type image, d’observation de couverture nuageuse acquises par au moins un satellite 2 observant une région de la Terre intégrant une ou plusieurs stations au sol de l’ensemble considéré. Les données obtenues par un satellite d’observation météorologique 2 peuvent également comprendre des données du type images infrarouges qui sont traitées pour calculer une épaisseur optique représentée par la couverture nuageuse, qui est comme précédemment convertie en valeur d’atténuation causée par les nuages.
[0053] Un satellite d'observation a par exemple une résolution de l’ordre de 0.05 degrés voire inférieure, ce qui équivaut à des pixels de taille 5km voire de l'ordre du kilomètre, à l’équateur, les pixels représentant des zones plus étendues lorsqu'on s’éloigne de l’équateur.
[0054] Dans des exemples de réalisation, les données obtenues comprennent à la fois des données acquises par des capteurs 50 de nébulosité voisins des stations au sol et des données obtenues par un satellite d’observation météorologique 2. En effet, les capteurs de nébulosité sont en mesure de fournir des données locales, particulièrement pertinentes à court terme, tandis que des données de satellite sont des données régionales permettant de déterminer des tendances à plus long-terme, qui sont ainsi complémentaires. En outre les capteurs de nébulosité fournissant des données locales, permettent une évaluation plus précise de la couverture sur la ligne de visée entre la station au sol et le satellite.
[0055] En complément, ou alternativement, les données relatives à la couverture nuageuse peuvent également comprendre des données de prévision de couverture nuageuse d’une zone géographique donnée, ces données étant obtenues par application de modèles numériques de simulation, tels que les modèles utilisés pour les prévisions météorologiques.
[0056] Par ailleurs, le procédé comprend également l’obtention 200, par le terminal de contrôle 30, de données relatives à une orbite du satellite considéré, ces données permettant de déterminer, compte-tenu des localisations géographiques des stations au sol, un sous-ensemble de stations au sol avec lesquelles le satellite est susceptible d’établir une communication par liaison optique en l’absence de couverture nuageuse. Le satellite mémorise par exemple les données accumulées sur plusieurs orbites différentes correspondant à plusieurs périodes orbitales. Par exemple dans le cas d’un satellite LEO, le satellite se décale régulièrement, par rapport à la terre, d’une orbite à l’autre. On peut par exemple vider les données stockées à bord du satellite une ou deux fois par jour, ce qui revient par exemple à établir une liaison optique environ toutes les 15 orbites pour un satellite à environ 600km d’altitude, en considérant par exemple une dizaine de stations au sol candidates pendant cette journée. Ce sous-ensemble de stations peut être variable dans le temps dans le cas d’un satellite défilant, c’est-à-dire non géostationnaire, mais dans ce cas, l’orbite du satellite étant connue, la composition du sous-ensemble de stations avec lesquelles une communication par liaison optique est possible, en l’absence de nuage, est connue pour la position actuelle du satellite comme pour les positions futures. L’enjeu est alors, parmi l’ensemble des stations au sol candidates, de sélectionner suffisamment de stations au sol avec le choix du créneau de communication associé lors du passage du satellite, afin de garantir une durée de communication totale sur l’horizon par exemple pour garantir le vidage depuis le satellite d’un volume de donnée préétabli. Le planificateur s’assure alors que les stations sont disponibles, et réserve suffisamment de créneaux de communication où la prédiction de faisabilité est bonne pour garantir le vidage. Une surréservation peut être envisagée pour pallier les cas où la prédiction serait erronée et où la communication prévue ne se ferait pas faute d’un lien bloqué par les nuages. Ainsi des stations au sol peuvent être sélectionnées sur la base de durées prédites cumulées pour lesquelles il est possible d’établir des liaisons optiques ininterrompues entre des stations au sol et un satellite, à partir d’instants déterminés d’établissement de liaisons optiques fonction de créneaux de visibilité et en fonction de prévisions de couvertures nuageuses, en prenant en compte deux horizons de temps.
[0057] Par exemple, les données relatives à l’orbite du satellite peuvent être enregistrées dans la mémoire 32 et le calculateur 31 peut y accéder à l’étape 200 pour déterminer, parmi l’ensemble de stations pour lesquelles des données relatives à la couverture nuageuse sont obtenues à l’étape 100, un sous-ensemble de stations avec lesquelles le satellite peut établir une communication par liaison optique pendant un intervalle de temps déterminé. L’intervalle de temps est par exemple un intervalle de temps d’une durée déterminée à partir du moment auquel est mis en œuvre le procédé.
[0058] Le calculateur 31 détermine ensuite au cours d’une étape 300, à partir des données de couverture nuageuse obtenues, des prévisions relatives à la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et au moins une station au sol, pour au moins deux horizons de temps déterminés, respectivement à court-terme et long-terme. Les termes « court-terme » et « long- terme » sont interprétés de façon relative, c’est-à-dire que le premier horizon de temps est plus court que le second. A titre d’exemple non limitatif, le premier horizon de temps peut être compris entre 0 et 10 minutes, par exemple entre 30 secondes et 5 minutes. Le deuxième horizon de temps, à long terme, peut être compris par exemple entre 30 minutes et 3 heures, voire entre 30 et 90 minutes. Dans des exemples de réalisation, cette étape est mise en œuvre pour chaque station au sol du sous-ensemble de stations déterminé à partir des informations obtenues sur la position du satellite. [0059] Dans la suite, le terme « horizon de temps » est utilisé pour décrire un intervalle de temps compris entre un instant actuel, correspondant typiquement à l’instant de mise en œuvre du procédé, et un instant futur, l’intervalle de temps étant de durée déterminée. On comprend donc que l’horizon de temps « long-terme » inclut, de préférence strictement, l’horizon de temps « court-terme ».
[0060] Le calculateur 31 est donc configuré pour prédire le risque qu’il existe au moins une interruption de la liaison optique entre le satellite 10 et la station au sol 20 considérée pendant cet intervalle de temps. Dans des exemples de réalisation, le calculateur 31 est configuré pour déterminer une probabilité qu’il existe au moins une interruption pendant l’horizon de temps considéré, et appliquer un seuillage à la probabilité pour obtenir une indication binaire sur la possibilité, ou non, d’établir la liaison optique en continu pendant l’horizon de temps.
[0061] Cette étape 300 de détermination des prévisions relatives à la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue est mise en œuvre par application, sur les données de couverture nuageuse obtenues à l’étape 100, d’au moins un modèle M de risque, par exemple par un réseau de neurones préalablement entrainé sur des données d’historiques de couvertures nuageuses pour un ensemble de stations au sol. Dans des exemples de réalisation, les données d’historiques de couvertures nuageuses utilisées pour l’entrainement du modèle comprennent des données d’historiques de couvertures nuageuses de l’ensemble des stations au sol pour lesquelles des données de couverture nuageuse actuelle sont obtenues à l’étape 100. En variante, ces données d’historique peuvent concerner des stations au sol différentes de celles pour lesquelles les données relatives à la couverture nuageuse sont obtenues à l’étape 100.
[0062] Les données d’historiques de couvertures nuageuses utilisées pour l’entrainement du modèle M de risque comprennent avantageusement, pour une station au sol considérée, des séquences temporelles de données comprenant une indication de couverture nuageuse ou d’atténuation déterminée, à une fréquence d’échantillonnage déterminée, par exemple comprise entre quelques secondes et quelques minutes, par exemple de l’ordre de 30 secondes à 2 minutes. Dans des exemples de réalisation, ces séquences temporelles de données comprennent des indications de couverture nuageuse ou d’atténuation, déterminée pour une pluralité de directions à partir de la station au sol considérée. Par ailleurs, comme indiqué précédemment à propos de l’étape 100 d’obtention de données relatives à la couverture nuageuse, ces données d’historique de couvertures nuageuses peuvent être des données obtenues par des capteurs de nébulosité au sol voisins des stations considérées, et/ou des données d’observation météorologiques obtenues par satellite.
[0063] Dans des exemples de réalisation, l’étape 300 de détermination des prévisions relatives à la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue est mise en œuvre par application de deux modèles distincts, par exemple par des réseaux de neurones, dans lequel un premier modèle est configuré pour le calcul de prévisions à court-terme, c’est-à-dire au premier horizon de temps, et le deuxième modèle est configuré pour le calcul de prévisions à long-terme, c’est-à-dire pour au moins un deuxième horizon de temps ultérieur au premier. Ainsi, les horizons de chacun des deux modèles permettent avantageusement deux usages spécifiques. Le premier modèle à court terme permet de déterminer le risque de coupure par exemple sur un lien en cours d’utilisation et fournit une plus grande précision, alors que le deuxième modèle, à long terme, a pour but par exemple de faire une première sélection d’une nouvelle station, lorsqu’un risque de coupure important apparaît sur la station courante. Le réseau qui utilise des informations à court terme et des informations à long terme, permet avantageusement de minimiser le nombre de changements de stations au sol courantes. Ces modèles de risque peuvent être établis à partir des mêmes données d’historiques de couverture nuageuse. Alternativement, le modèle de risque configuré pour le calcul de prévisions à court-terme peut être établi à partir de données d’historiques locales, c’est-à-dire obtenues par des capteurs de nébulosité au sol, tandis que le modèle de risque configuré pour le calcul de prévisions à long-terme peut être établi à partir de données d’historiques régionales, c’est-à-dire des données d’observation de satellite.
[0064] En référence à la figure 3, l’étape 300 de prévision de la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et des stations au sol permet d’obtenir, pour chaque station au sol, représentée par les termes OGS1 ...OGSn, une indication relative à la possibilité d’établir une liaison avec le satellite de façon ininterrompue pour les au moins deux horizons de temps considéré. Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un nombre n de stations au sol, et un ensemble d’horizons de temps H1 ,...Hj.
[0065] Sur les figures 3 et 4, on a représenté en blanc les moments où une communication par liaison optique est possible entre le satellite 10 et la station 20 considérée, et en noir les moments où cette communication est impossible.
[0066] L’étape 300 de détermination des prévisions relatives à la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue permet donc de déterminer par exemple : qu’une liaison optique ininterrompue est possible pour un horizon de temps court-terme H1 pour la première station, que ce n’est pas le cas pour la deuxième station, qu’une liaison optique ininterrompue est également possible pour un horizon de temps long- terme H2 pour la dernière station.
[0067] Le procédé comprend ensuite une étape 400 de sélection d’au moins une station au sol 20 pour l’établissement d’une communication par liaison optique avec le satellite 10, à partir des informations de prévisions relatives à la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue obtenues à l’étape 300 pour chacun des horizons de temps considérés. La station est sélectionnée sur la base de la durée la plus longue prévue, en considérant les prévisions à long terme, pour laquelle il est possible d’établir une liaison optique ininterrompue entre la station et le satellite, à partir d’un instant déterminé d’établissement de la liaison optique. Cet instant d’établissement de la liaison optique peut être un instant actuel, notamment dans le cas où la station considérée est une station dite « courante », pour laquelle une communication par liaison optique est déjà établie avec le satellite et pour laquelle le risque de coupure est proche, selon les prévisions à court terme. Alternativement, cet instant d’établissement peut être un instant ultérieur, qui se situe entre l’instant actuel et un horizon de temps pour lequel un risque de coupure est établi pour la station courante ou, en d’autres termes, auquel la liaison optique est prédite comme impossible, selon les prévisions à court terme.
[0068] Ainsi, dans des exemples de réalisation, l’étape 400 de sélection d’une station au sol 20 pour l’établissement d’une communication par liaison optique avec le satellite 10 comprend la détermination d’une séquence S de communication comprenant une suite d’au moins deux stations au sol 20 utilisées successivement pour l’établissement d’une communication par liaison optique avec le satellite 10, la séquence S étant déterminée de façon à satisfaire un critère portant sur l’absence de coupure de la communication au cours de la séquence. Ainsi, la séquence peut par exemple comprendre la détermination d’une première station au sol avec laquelle la communication est établie, pour laquelle aucune coupure n’est prévue pendant un premier horizon de temps, puis une deuxième station pour laquelle aucune coupure n’est prévue entre la fin du premier horizon de temps et la fin d’un deuxième horizon de temps, ultérieur au premier.
[0069] De plus, et afin de limiter les transitions d’une station à l’autre, la séquence S peut également être déterminée de façon à respecter un deuxième critère portant sur le nombre de changement de stations au cours de la séquence, ce deuxième critère étant par exemple de minimiser le nombre de changement de stations, ou de respecter un nombre maximum de changements de stations, au cours de la séquence. Dans ce cas, le premier critère relatif à l’absence de coupure au cours de la séquence est prioritaire sur le deuxième critère.
[0070] Par exemple, toujours en référence à la figure 3, une séquence S, représentée par des flèches, est déterminée dans laquelle : la première station au sol OGS1 est utilisée pour la communication jusqu’à un instant correspondant à un risque de coupure de la communication, et à partir de cet instant, la communication est basculée vers la deuxième station OGS2 pour laquelle aucun risque de coupure n’est identifié à partir de cet instant et jusqu’à un horizon de temps ultérieur.
[0071] On remarque que la troisième station OGSn qui est représentée n’est pas sélectionnée car, bien qu’aucun risque de coupure ne soit prévu pour cette station au moment où le risque de coupure est établi pour la première station, l’horizon de temps pour lequel la liaison est ininterrompue est plus court que pour la deuxième station, ce qui implique plus de changements de stations.
[0072] En référence à la figure 4, dans un exemple de réalisation, l’étape 300 de détermination de prévisions sur la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite 10 et chacune d’une pluralité de stations au sol 20 comprend une première détermination 310 de la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et une seule station au sol, qui est la station courante avec laquelle une liaison optique est déjà établie, pour au moins un horizon de temps déterminé.
[0073] Sur la figure 4, on a ainsi représenté par les flèches « p » cette première détermination, qui est mise en œuvre de façon itérative à une fréquence déterminée (représentée par l’intervalle delta sur la figure 4), tant que la liaison optique avec la station courante est prédite comme possible sur l’horizon de temps considéré. De préférence, la fréquence à laquelle cette première détermination est mise en œuvre correspond à un intervalle de temps entre deux itérations qui est inférieur à l’horizon de temps HP considéré pour la prédiction. Ainsi sur la figure 4, on observe que la quatrième itération de cette détermination pour la station courante est la dernière, car cette itération détermine un risque de coupure de la liaison optique dans l’horizon de temps considéré.
[0074] Dans ce cas, quand une liaison optique continue est prédite comme impossible pour l’horizon de temps considéré, l’étape de détermination comprend une deuxième détermination 320 d’une possibilité d’établir une communication par liaison optique entre le satellite et les autres stations au sol pour au moins deux horizons de temps considéré, comprenant un horizon de temps court-terme et un horizon de temps long-terme. On revient ensuite à l’étape 400 de sélection, parmi lesdites autres stations, d’au moins une station 20 pour l’établissement de la liaison optique, la bascule entre la station courante et la station sélectionnée ayant lieu avant la fin de l’horizon de temps HP considéré pour la première détermination et de préférence dès que la deuxième station a été sélectionnée. Également dans ce cas, l’étape 400 de sélection d’une station au sol 20 pour l’établissement d’une communication par liaison optique avec le satellite 10 peut comprendre la sélection d’une séquence S de stations satisfaisant le ou les critères mentionnés ci-avant.
[0075] De retour à l’exemple de la figure 4, on a indiqué par des flèches « dm » les mises en œuvre de la deuxième détermination pour les autres stations que la station courante initialement. On observe que les stations n°2 et n représentées ont toutes les deux un horizon de temps à court- terme correspondant à une liaison optique possible au moment de cette deuxième détermination, mais que la station n°2 présente également un horizon long-terme correspondant à une liaison optique possible, contrairement à la station n. Par conséquent, c’est la deuxième station qui est sélectionnée.
[0076] On ne se limite pas à une station en liaison optique avec un satellite. Le procédé peut être appliqué à N stations en service parmi M stations potentielles (avec N < M). L’invention permet ainsi de façon plus générale de choisir l’ensemble des stations pour lesquelles le service va se poursuivre, et les stations au sol utilisées pour lesquelles il faut trouver, pour chacune, une station au sol disponible qui va prendre le relai des communications optiques associées.
[0077] De plus, une fois que cette station est sélectionnée, le procédé revient à la première détermination 310 pour la station courante, qui est itérée à nouveau jusqu’à ce qu’un risque de coupure soit établi pour la station considérée, comme cela est représenté par la répétition des flèches « p » pour la deuxième station OGS2. Bien que les étapes 100 d’obtention de données relatives à la couverture nuageuse et 200 d’obtention de données relatives à l’orbite du satellite ne soient pas représentées sur les figures 3 et 4, on comprend que l’ensemble des stations au sol considérées pour l’établissement potentiel d’une liaison optique est mis à jour au cours du temps, en fonction des données relatives à la position du satellite obtenues à l’étape 200, et que les données de couvertures nuageuses pour ces stations sont également mises à jour par des répétitions de l’étape 100 d’obtention de données relatives à la couverture nuageuse. [0078] Dans un exemple de réalisation, la première détermination 310 relative à la station courante est mise en œuvre par application d’un premier modèle, ce premier modèle ayant été préalablement entrainé sur des données d’historiques de couverture nuageuse d’un ensemble de station, pour prédire la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et une même station donnée pendant un horizon de temps déterminé. Cet horizon de temps pouvant être court-terme, et étant plus cours que l’horizon de temps le plus long considéré lors de la deuxième détermination 320 relatives aux autres stations, les données d’historiques de couverture nuageuse utilisées pour l’apprentissage du modèle, puis les données de couverture nuageuse utilisées pour l’inférence du modèle, peuvent être des données locales obtenues par un capteur de nébulosité voisin de la station considérée. Cet exemple n’exclut cependant pas que les données d’apprentissage et les données utilisées pour l’inférence comprennent également des données d’observation satellite et/ou des données obtenues par simulation numérique.
[0079] Dans ce cas, comme la première détermination 310 est mise en œuvre pour une station au sol courante pour laquelle une communication par liaison optique est déjà établie avec le satellite, la base de données d’apprentissage peut comprendre exclusivement des séquences de données couvrant une durée supérieure ou égale à l’horizon de temps considéré, et comprenant des données acquises à une fréquence déterminée durant cette durée, dont les premières données de la séquence correspondent à une absence de couverture nuageuse, c’est-à-dire à une liaison optique possible entre le satellite et la station.
[0080] Par ailleurs, la deuxième détermination 320 relative aux autres stations et la sélection d’une deuxième station pour poursuivre la communication peuvent être mises en œuvre par application d’un deuxième modèle, entrainé pour réaliser ces tâches. Puisque la deuxième détermination est mise en œuvre en considérant au moins deux horizons de temps, dont au moins l’un se termine de préférence ultérieurement à l’horizon de temps considéré pour la première détermination, les données d’historiques de couverture nuageuse utilisées pour l’apprentissage du modèle, puis les données de couverture nuageuse utilisées pour l’inférence du modèle, peuvent être des données régionales obtenues par un satellite d’observation météorologique. Ces données peuvent être complétées par des données acquises par des capteurs de nébulosité et/ou des données obtenues par simulation numérique. Dans le cas des capteurs locaux, tels que les capteurs de nébulosité, le volume des données générées est proportionnel au nombre de capteurs pour les stations concernées, contrairement au premier modèle qui utilise les données satellite. On exploite ainsi les données générées au niveau de la station au sol pour anticiper son basculement et les données générées au niveau de toutes les stations libres candidates pour servir de relai. Alternativement, les données d’historiques de couverture nuageuse et les données de couverture nuageuse utilisées respectivement pour l’apprentissage et l’inférence du modèle peuvent être des données de capteurs de nébulosité, ce qui permet d’utiliser les mêmes données pour les deux modèles.
[0081] Alternativement, la première détermination 310 relative à la station courante, la deuxième détermination 320 relatives aux autres stations et la sélection 400 d’une station au sol 20 pour l’établissement d’une communication par liaison optique peuvent être mises en œuvre par un même modèle qui peut avoir fait l’objet d’un premier entrainement par exemple pour la deuxième détermination 320 et la sélection 400 d’une station au sol 20 pour l’établissement d’une communication par liaison optique, puis d’un apprentissage par renforcement pour mettre en œuvre la première détermination 310 avec précision. L’apprentissage par renforcement permet à un agent d’apprendre à opérer le système. Ainsi un tel agent, pourrait décider, à chaque pas de temps, de rester ou de changer de station, un tel agent étant également à même de choisir la prochaine station. Un tel apprentissage inclurait notamment le risque de coupure qui correspondrait à un cas de pénalisation très fort pour l’agent en question. Dans ce cas un même agent traduirait un modèle de risque sur les deux horizons de temps, à court terme et à long terme.
[0082] Le procédé peut également comprendre la mise à jour des données d’historiques de couverture nuageuse au fur et à mesure que de nouvelles données sont obtenues, ainsi que la mise à jour du ou des modèles présentés ci-avant, sur la base de ces données et de l’écart entre les prévisions du modèle et la réalité des données de couverture nuageuse observée après avoir mis en œuvre le procédé.
[0083] En référence aux figures 6 et 7, on va maintenant décrire un exemple de mise en œuvre de modèles utilisés pour la première détermination 310 relative à la station courante d’une part, et pour la deuxième détermination et la sélection d’une station d’autre part.
[0084] Les données utilisées en entrée de chaque modèle sont des séquences de données, par exemple du type image, acquises à une fréquence 1 d’acquisition par exemple toutes les 30 secondes, par des capteurs de nébulosité voisins de stations au sol respectives. Les séquences de données couvrent par exemple une période de 5 minutes. Les pixels des images comportent par exemple des couleurs représentatives de la nébulosité observée. Chaque pixel représente par exemple un couple (azimut, élévation). A chaque pixel correspond par exemple une épaisseur optique (un scalaire entre 0 et 5) qui dépend de l’épaisseur du nuage présent sur chaque pixel.
[0085] Les données sont par exemple prétraitées pour supprimer des zones inutiles des images, c’est-à-dire au moins les bords de l’image hors de la zone circulaire visible dans l’exemple de la figure 5.
[0086] Un prétraitement peut aussi être réalisé par exemple pour extraire de la séquence de données une succession d’échantillons correspondant, pour au moins une direction donnée par rapport au capteur, à la série temporelle des données acquises par le capteur pour cette direction. Ce prétraitement peut par exemple être mis en œuvre par utilisation du format de données TFRecord de la suite logicielle TensorFlow, permettant de stocker de manière optimisée les échantillons d’apprentissage.
[0087] Les données satellite d’observation de la terre sont par exemple du type image dans le spectre visible ou invisible, comme les rayons infra-rouges. Les images satellites sont traitées par des procédés connus de génération d’images satellite. Les images satellites fournies sont par exemple centrées autour du point d’intérêt qu’est la station. Les images satellite utilisées se présentent par exemple sous la forme d’une matrice. [0088] Les données, par exemple du type image matricielle, utilisées pour l’entraînement des réseaux de neurones, pour la mise à jour des réseaux de neurones et pour les prédictions réalisées avec les réseaux de neurones, sont par exemple du même type. Les données actualisées sont par exemple utilisées pour calculer une inférence d’un réseau et réaliser une prédiction. Les données d’archive permettent de calculer des inférences dans le passé, afin de vérifier des prédictions. La descente de gradient et les algorithmes associés sont par exemple utilisés pour la phase d'apprentissage. Pour ce faire, TensorFlow implémente par exemple la différenciation automatique, qui utilise le calcul pour déterminer les gradients, en générale, pour calculer le gradient de l'erreur. L’erreur calculée en sortie est par exemple rétro-propagée dans le réseau de neurones, lors de la phase d’apprentissage ou lors d’une mise à jour du réseau de neurones.
[0089] Les deux modèles utilisés peuvent être par exemple mis en œuvre par des réseaux de neurones, par exemple de type convolutifs, recevant en entrée les séquences d’images prétraitées mentionnées ci-avant, référencé « I », se présentant par exemple sous la forme d’une matrice et produisant en sortie une matrice de scalaires compris entre 0 et 1 , où chaque élément de la matrice correspond à une même position de pixel des images d’entrée, donc par exemple à une même direction par rapport au capteur de nébulosité, et déterminant si le lien est faisable ou non sur des intervalles de temps de [t, t+k] minutes avec k e {1,5,10,15,20,30,60,90} minutes. Chaque intervalle de temps correspond donc à un horizon de temps considéré par le modèle.
[0090] Un exemple de structure de réseau de neurones pouvant être utilisé est représenté sur la figure 7. Ce réseau comprend une succession de couches convolutives (dont le nombre de canaux d’entrée « ch » et la dimension du noyau de convolution « kernel » sont indiqués sous chaque couche) suivies d’une couche d’activation impliquant par exemple la fonction ReLu. Le nombre de canaux en sortie du réseau indiqué par « frame_out » correspond au nombre d’intervalles que nous souhaitons prédire en sortie du réseau. Le réseau est donc configuré de sorte qu’il reste « frame_out » couches (ou « channels » en anglais) en sortie du réseau et ainsi avoir le format souhaité en sortie. Par exemple si on a les intervalles [0, 5min], [0,10min] et [0, 15min] en sortie, le frame_out sera de 3. Le réseau peut également comprendre une couche de rognage (« crop ») permettant de réduire la sortie aux pixels correspondant à une direction supérieure à un seuil d’élévation donné. La sortie du réseau correspond à la sortie d’une fonction sigmoïde. Selon cet exemple, les entrées du réseau comprennent donc 11 matrices de nombres réels, représentant l’épaisseur optique sur chaque pixel d’une image acquise par un capteur de nébulosité, de taille 460x640. Les 11 matrices correspondent aux images acquises toutes les 30 secondes pendant cinq minutes entre les cinq dernières minutes et l’instant courant où la prévision est faire. Les sorties du réseau comprennent un nombre de matrices égale au nombre d’horizons de temps considérés, par exemple 8 selon l’exemple ci-dessus, chaque matrice comprenant des éléments scalaires entre 0 et 1 estimant la probabilité que la ligne de visée selon la direction correspondant à l’élément de la matrice soit continûment dépourvue de nuage sur l’horizon de temps considéré. [0091] Comme indiqué ci-avant, la base de données d’apprentissage pour l’entrainement du premier modèle pourrait par exemple être réduite à des données pour lesquelles le lien optique est initialement possible.
[0092] De plus, pour le premier modèle qui prédit un risque qu’une liaison optique soit impossible sur au moins un horizon de temps considéré, un seuil est par exemple appliqué sur la sortie scalaire pour lever une alerte, qui déclenche l’appel au deuxième modèle.
[0093] En revanche, pour le deuxième modèle, une exécution de ce modèle est faite pour chaque autre station que la station courante, et la station choisie peut être celle minimisant cette sortie scalaire, qui ne fait donc pas l’objet d’un seuillage.
[0094] En référence à la figure 8, on a représenté les résultats obtenus par l’exemple présenté ci- avant, les courbes représentant la probabilité P qu’une communication par liaison optique soit interrompue au cours d’une simulation d’une durée de 3ans, avec la mise en œuvre du procédé décrit ci-avant (courbe A) pour choisir une séquence de stations au sol, comparée à un modèle persistant simple (courbe B) et à une séquence obtenue avec une connaissance parfaite des données de nébulosité future (courbe C). Les courbes sont représentées en fonction du nombre Nb de station au sol. Pour cette simulation on a tiré des dates aléatoirement et vérifié si le dm provoquait une coupure ou pas, les dates tirées étant générées sur 3 ans de données réelles.
[0095] On constate que les performances obtenues sont meilleures que celles du modèle persistant et s’améliorent avec le nombre de stations, pour être assez proches des performances théoriques optimales correspondant à la courbe C.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de communication par liaison optique entre au moins un satellite (10) et une pluralité de stations émettrices et/ou réceptrices au sol (20), le procédé étant mis en œuvre par un calculateur et comprenant : l’obtention (100) de données actualisées de couvertures nuageuses propres à chaque station au sol, l’obtention (200) de données relatives à une orbite du satellite, la détermination (300), pour chaque station au sol (20), compte tenu des données relatives à l’orbite du satellite et par l’application d’au moins un modèle de risque, de prévisions sur la possibilité d’établir une liaison optique ininterrompue entre le satellite et la station au sol, en fonction des données actualisées de couverture nuageuse propre à chaque station au sol, pour au moins deux horizons de temps déterminés, à court terme et à long terme, ledit modèle de risque étant établi sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses des stations au sol, et la sélection (400) d’au moins une des stations au sol pour l’établissement d’une communication par liaison optique montante ou descendante avec le satellite, cette station au sol étant sélectionnée sur la base de la durée prédite la plus longue pour laquelle il est possible d’établir une liaison optique ininterrompue entre la station et le satellite, à partir d’un instant déterminé d’établissement de la liaison optique, en fonction des prévisions sur chacun des deux horizons de temps.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ledit modèle de risque fournit des prévisions sur la possibilité d’établir la liaison optique ininterrompue, associées à un indice de confiance, la sélection de ladite station étant réalisée également en fonction d’une durée d’établissement du futur lien et de l’indice de confiance, un poids plus ou moins faible étant respectivement attribué à la durée d’établissement du futur lien selon que l’indice de confiance est respectivement plus ou moins important.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’orbite du satellite est défilante et impose des créneaux temporels de visibilité propres à chaque station au sol, où les communications sont envisageables, ledit modèle de risque étant appliqué pour un ensemble de stations au sol dont les créneaux temporels de visibilité se recouvrent.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 3, dans lequel la sélection comprend plusieurs stations au sol (20) pour l’établissement de communications par liaison optique descendantes avec le satellite (10), ces stations au sol étant sélectionnées sur la base de durées prédites cumulées pour lesquelles il est possible d’établir des liaisons optiques ininterrompues entre les stations au sol et le satellite, à partir d’instants déterminés d’établissement de liaisons optiques propres à chaque station au sol et en fonction des prévisions, propres à chaque station au sol, sur deux horizons de temps.
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de détermination (300) de prévisions utilise deux modèles de risque distincts, du type réseau de neurones, dont l’un est entrainé sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses locales des stations au sol pour le calcul de prévisions à court terme et l’autre est entraîné sur la base de données d’historiques de couvertures nuageuses globales des stations au sol pour le calcul de prévisions à long terme.
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape de mise à jour des données d’historiques de couvertures nuageuses par une intégration des données actualisées de couverture nuageuses et une étape de mise à jour dudit modèle de risque.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la sélection (400) d’au moins une station au sol comprend la détermination d’une séquence (S) de communication comprenant une suite d’au moins deux stations au sol (20) utilisées successivement pour l’établissement de la communication optique montante ou descendante avec le satellite (10), la séquence étant déterminée de façon à satisfaire au moins un premier critère portant sur l’absence de coupure de la communication optique au cours de la séquence.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la séquence (S) est déterminée de façon à satisfaire en outre un deuxième critère portant sur le nombre de changements de stations au cours de la séquence.
[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les données actualisées de couverture nuageuse obtenues comprennent des données acquises par des capteurs de nébulosité (50) au sol, des données d’observation météorologique obtenues par au moins un satellite, et des données obtenues par la mise en œuvre de modèles numériques de prédiction.
[Revendication 10] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de stations au sol (20) comprend une station dite courante en communication par liaison optique avec le satellite lors de la mise en œuvre du procédé, et l’étape de détermination comprend : une première détermination (310) d’une possibilité d’établir une liaison optique entre le satellite et la station courante pendant au moins un horizon de temps déterminé, et ; si une liaison optique entre le satellite et la station courante est prédite comme impossible à l’horizon de temps: o la mise en œuvre d’une deuxième détermination (320) d’une possibilité d’établir une liaison optique entre le satellite et les autres stations au sol pendant au moins deux horizons de temps déterminés, cette deuxième détermination étant suivie de la sélection de l’une parmi les autres stations au sol pour l’établissement de la communication par liaison optique.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’instant d’établissement de la liaison optique avec la station sélectionnée est déterminé comme un instant antérieur à l’horizon de temps pour lequel une liaison optique est prédite comme impossible entre le satellite et la station courante.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 10 ou 11 , dans lequel au moins l’un des horizons de temps considérés lors de la deuxième détermination se termine ultérieurement à l’horizon de temps considéré pour la première détermination, et le procédé comprenant la mise en œuvre d’un premier modèle entrainé pour la première détermination relative à la station courante, et d’un deuxième modèle entrainé pour la deuxième détermination relative aux autres stations.
[Revendication 13] Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, comprenant l’obtention de données d’observation de nébulosité acquises par un capteur pour la station courante, et la mise en œuvre de la première détermination (310) sur la base desdites données d’observation de nébulosité, et l’obtention de données d’observation météorologiques obtenues par au moins un satellite et couvrant une région incluant les autres stations au sol, et la mise en œuvre (320) de la deuxième détermination sur la base desdites données d’observation météorologiques.
[Revendication 14] Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les données relatives à la couverture nuageuse au voisinage d’une station au sol comprennent une série temporelle de données relatives à la couverture nuageuse au voisinage d’une station au sol acquises à une fréquence déterminée.
[Revendication 15] Produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications qui précèdent, lorsqu’il est mis en œuvre par un calculateur (31 ).
[Revendication 16] Système de communication par liaison optique entre un satellite (10) et une pluralité de stations émettrices et/ou réceptrices au sol (20), le système comprenant au moins un terminal de contrôle (30) comprenant un calculateur (31) et une mémoire (32), le terminal de contrôle étant adapté pour communiquer avec les stations au sol, caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8913894B2 (en) 2012-07-13 2014-12-16 Raytheon Company High-bandwidth optical communications relay architecture
US9871578B2 (en) * 2014-07-30 2018-01-16 Hughes Network Systems, Llc Clear sky determination in uplink power control using dual time constants
WO2020080373A1 (fr) 2018-10-15 2020-04-23 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 Système de gestion opérationnelle de station optique au sol, dispositif de planification d'opération optique et procédé et programme de gestion fonctionnelle de station optique au sol
CN111314981A (zh) * 2020-02-20 2020-06-19 北京华力创通科技股份有限公司 用于馈电链路切换的终端重选方法及装置
CN111460196A (zh) * 2020-05-21 2020-07-28 南京大学 一种基于深度学习的云层变化趋势预测方法
GB2611788B (en) * 2021-10-14 2024-02-07 Res & Innovation Uk Prediction of fade outages

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