FR2965430A1 - Liaison transhorizon entre une station sol et un satellite en orbite basse - Google Patents

Abstract

Un système spatial mettre en œuvre une liaison de communication transhorizon entre une station sol (4) et un satellite (6) en orbite autour de la Terre (7) qui se trouve hors de visibilité de la station. Le système comprend un moyen de détermination de paramètres d'émission/réception comme une bande de fréquences décamétriques sélectionnée et/ou une position de pointage de consigne d'une antenne (20) de la station sol (4) en fonction d'une cartographie de l'état de l'ionosphère de sorte que le signal radioélectrique après avoir été émis dans la bande de fréquence sélectionnée, est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu par le satellite (6) ou la station sol (4) après avoir traversé l'ionosphère.

Description

Liaison transhorizon entre une station sol et un satellite en orbite basse L'invention se rapporte à un système de communication spatiale transhorizon entre une station située au sol et un satellite, et à un procédé de mise en ceuvre de ce système.

De nos jours, des solutions techniques sont recherchées pour l'échange de données à des bas débits compris typiquement entre 10 bits par secondes et quelques kilobits par secondes entre une station située au sol et des satellites évoluant en orbites basses autour de la Terre, ces orbites étant désignées en anglais par LEO (Low Earth Orbit).

Typiquement de tels débits concernent les télémesures (TM) et les télécommandes (TC) de tels satellites. Un problème bien connu est l'existence pour de tels satellites de périodes en dehors desquelles les stations sol, en charge d'envoyer les télécommandes et de recevoir les télémesures, se trouvent en dehors de la visibilité des satellites.

Une première solution est d'augmenter le nombre de stations au sol en les reliant par un réseau terrestre approprié mais cela augmente la complexité et le coût du système au niveau du sol. Il peut s'avérer en outre difficile, voire impossible, d'implanter de telles stations sol lorsque leurs emplacements, requis pour obtenir une bonne couverture et une grande disponibilité d'accès au satellite en n'importe quel point du globe survolé, sont situés dans des zones géographiques peu propices à la construction et à la maintenance de telles stations, par exemple dans des zones désertiques par le climat, dans des zones de relief montagneux ou encore dans des zones situées en plein océan. Une deuxième solution, la plus fréquemment proposée, consiste à utiliser des liaisons inter-satellites et à diminuer ainsi le temps d'accès à ou de mise à disposition d'une liaison de communication entre la station sol et le satellite dont la commande ou la surveillance est recherchée. Toutefois dans ce cas, les liaisons inter-satellites requièrent la fourniture d'au moins un satellite relai. Des antennes relais équipant le ou les satellites relais et le satellite relayé sont nécessaires ainsi que des émetteurs et des récepteurs dédiés aux liaisons inter-satellites. De plus, des mécanismes de pointage entre les antennes relais, complexes à réaliser doivent également être fournis. Le problème technique est de trouver un système de communication et un procédé de mise en ceuvre du système, qui permettent d'établir une liaison de communication entre une station située au sol et un satellite en orbite basse autour de la Terre lorsque le terminal se trouve hors de visibilité du satellite, et qui sont simples à mettre en ceuvre en ne nécessitant ni le déploiement de stations au sol supplémentaires

2 et d'une infrastructure relais au sol correspondante, ni le déploiement de liaison inter-satellites si tant est que des satellites relais sont disponibles. Le problème technique, dans le cas particulier d'une liaison TM/TC d'un satellite évoluant en orbite basse, est d'améliorer la réactivité de la liaison TM/TC c'est-à-dire de diminuer la durée d'indisponibilité d'une telle liaison. A cet effet, l'invention a pour objet un système spatial destiné à mettre en ceuvre une liaison de communication entre une station située au sol et un satellite, en orbite autour de la Terre et hors de visibilité de la station, le système comprenant - une station sol d'émission, ayant une position définie par rapport à un premier repère terrestre géocentrique, et apte à émettre un signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans un ensemble de bandes de fréquences décamétriques, et - un satellite de réception, en orbite autour de la Terre et apte à recevoir le signal radioélectrique émis par la station sol, caractérisé en ce que le système comprend : - un moyen de détermination d'une position du satellite de réception et d'une position du point nadir de survol du satellite dans le premier repère en fonction d'un instant de réception virtuel du signal, - un moyen de détermination de deux segments curvilignes complémentaires d'une géodésique reliant la position de la station sol et le point nadir de survol du satellite à l'instant de réception virtuel, et d'un plan géodésique contenant le segment de géodésique et le satellite récepteur, - un moyen de détermination, à un instant de commande d'émettre, d'un état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments de géodésique déterminés par le moyen de détermination de segment, et - un moyen de détermination et de fourniture à la station sol d'une bande de fréquence d'émission sélectionnée Bfs en fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur (6) et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un ou de deux segments de géodésique à l'instant de commande d'émettre de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis, après l'instant de commande d'émettre, à un instant de commande virtuel correspondant à l'instant de réception virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée, est au moins une fois réfléchi vers la Terre par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur après avoir traversé l'ionosphère. - des moyens d'émission de la station sol vers le satellite récepteur dans la bande de fréquence d'émission sélectionnée Bfs.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le système spatial comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la station sol comprend un émetteur et une antenne d'émission raccordée à l'émetteur, l'émetteur comportant un dispositif de sélection d'une bande de fréquences parmi l'ensemble des bandes de fréquences décamétriques, l'antenne d'émission est directive et la station sol comprend un moyen de pointage par déplacement mécanique de l'antenne en translation et/ou en rotation par rapport à un deuxième repère lié à la station sol ou par déphasage électrique d'éléments rayonnants formant une antenne réseau pour atteindre une position de pointage de consigne, l'antenne d'émission présente pour la position de pointage de consigne un diagramme de rayonnement par rapport à un plan de référence lié à la station sol, le diagramme de rayonnement de l'antenne présentant un lobe principal de rayonnement suivant un axe principal pour lequel le gain de l'antenne est maximal, le moyen de détermination et de fourniture de la bande de fréquences sélectionnée à la station sol est apte à déterminer et à fournir à la station sol une bande de fréquences d'émission sélectionnée et une position de pointage de consigne de l'antenne d'émission en fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur, et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments de géodésique à l'instant de commande d'émettre de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis après l'instant de commande d'émettre à un instant de commande virtuel correspondant à l'instant de réception virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne, est au moins une fois réfléchi vers la Terre par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur après avoir traversé l'ionosphère ; - le moyen de détermination de la bande de fréquences sélectionnée de l'émetteur et de la position de pointage de consigne de l'antenne d'émission est apte également à déterminer l'aptitude de réflexion et de transmission d'un signal radioélectrique émis à une bande de fréquence quelconque par différentes couches de l'ionosphère contenue dans la bande géométrique verticale du plan géodésique située au-dessus d'un segment de géodésique à l'instant de commande d'émettre, l'aptitude de réflexion et de transmission du signal quelconque étant fonction de l'état d'ionisation de l'ionosphère contenue dans la bande géométrique, de la bande de fréquences du signal quelconque prise parmi l'ensemble de bandes de fréquences, et de la position de pointage de l'antenne d'émission de la station sol ; - le deuxième repère de la station sol d'émission est un repère triaxial orthogonal direct dont un premier axe est l'axe de la verticale ZT partant de la Terre et traversant l'emplacement T de la station sol et les deux axes restants sont deux axes orthogonaux (XT, YT) prédéterminés de manière arbitraire, contenus dans un plan azimutal dont une normale est le premier axe vertical ZT, une position de pointage de l'antenne est définie par un angle d'élévation a et un angle azimutal p, l'angle d'élévation a est l'angle complémentaire de l'angle formé par le premier axe vertical ZT du deuxième repère et l'axe principal de rayonnement de l'antenne, et l'angle azimutal p est l'angle formé par la projection de l'axe principal de rayonnement de l'antenne sur le plan azimutal et un axe azimutal de référence XT pris parmi les deux axes prédéterminés (XT, YT) du plan azimutal du deuxième repère, l'angle azimutal de consigne Rcons est égal à l'un des deux angles formés par les tangentes associés respectivement chacune à un segment différent de géodésique prise à l'emplacement T de la station sol et l'axe azimutal XT de référence du deuxième repère, l'angle d'élévation de consigne acons et l'angle azimutal de consigne Acons sont les deux angles pour lesquels, une bande de fréquence d'émission étant sélectionnée, il existe un trajet du signal radiofréquence, reliant la station sol et le satellite de réception et confiné par une ou plusieurs couches de l'ionosphère jusqu'à la sortie vers le satellite, le trajet étant compatible des aptitudes à la réflexion et à la transmission du signal radioélectrique par la ou les différentes couches de l'ionosphère à l'instant de commande d'émettre ; - lorsqu'il existe pour une bande de fréquences d'émission sélectionnée plusieurs valeurs de couples (a1, pl), (a2,R2) d'angle d'élévation et d'anale azimutal de consigne possibles correspondant chacun à un trajet différent reliant la station sol et le satellite de réception, le moyen de détermination de la bande de fréquences sélectionnée de l'émetteur et de la position de pointage de consigne de l'antenne d'émission est apte à prédire pour chaque couple de valeurs d'angle élévation et d'angle azimutal de consigne possibles (a1, pl), (a2, p2) l'atténuation du signal radioélectrique reçu au niveau du satellite, et à sélectionner l'angle d'élévation et l'angle azimutal de consigne parmi les couples d'angle d'élévation et d'angle azimutal de consigne possibles les deux angles d'élévation et azimutal pour lesquels l'atténuation du signal reçu est la plus petite ; - le moyen de détermination de l'état d'ionisation comprend des tables d'évolution spatiotemporelles de l'état d'ionisation de l'ionosphère ou des algorithmes de calcul de l'état de l'ionosphère en fonction de coordonnées d'espace décrivant des points de l'ionosphère telles que l'altitude, la latitude et la longitude et d'une coordonnée temporelle d'instant, les tables et les algorithmes étant déterminés, directement à partir de mesures effectuées par des engins spatiaux ou des stations d'observation terrestres, ou indirectement à partir de modèles statistiques de l'ionosphères eux-mêmes fondées sur des mesures ; - la station sol comprend au moins une antenne émission formée d'au moins une antenne élémentaire ayant des éléments rayonnants dans une ou plusieurs bandes de fréquences décamétriques et dont l'angle de pointage est réglable en azimut et en élévation par rapport au sol, et le satellite comprend au moins une antenne de réception raccourcie.

L'invention a également pour objet un système spatial, destiné à mettre en ceuvre une liaison de communication transhorizon entre une station, située au sol, et un satellite, en orbite autour de la Terre et hors de visibilité de la station, le système comprenant : - un satellite d'émission en orbite autour de la Terre et apte à émettre un signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans un ensemble de bandes de fréquences décamétriques, - un station sol de réception, ayant une position définie par rapport à un premier repère terrestre géocentrique, et apte à recevoir le signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans l'ensemble de bandes de fréquences décamétriques, caractérisé en ce que le système comprend : - un moyen de détermination d'une position du satellite d'émission et d'une position du point nadir au sol du satellite dans le premier repère en fonction d'un instant d'émission virtuel du satellite, - un moyen de détermination de deux segments curvilignes complémentaires d'une géodésique reliant la position de la station et le point nadir de survol du satellite à l'instant d'émission virtuel, et d'un plan géodésique contenant le segment de géodésique et le satellite émetteur, - un moyen de détermination à un instant de commande de recevoir d'un état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments de géodésique déterminé par le moyen de détermination de segment, et - un moyen de détermination et de fourniture à la station sol d'une bande de fréquence de réception sélectionnée en fonction de l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un ou des deux segments de géodésique à l'instant de commande de recevoir de la station sol de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis après l'instant de commande virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée, est au moins une fois réfléchi vers la Terre par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par la station sol après avoir traversé l'ionosphère, des moyens d'émission du satellite d'émission vers la station sol dans la bande de fréquences d'émission sélectionnée. Suivant des modes particuliers de réalisation, le système spatial comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la station sol comprend un récepteur et une antenne de réception raccordée au récepteur, le récepteur comportant un dispositif de sélection d'une bande de fréquences parmi l'ensemble de bandes de fréquences décamétriques, l'antenne de réception est directive et la station sol comprend un moyen de pointage par déplacement mécanique de l'antenne de réception en translation et/ou en rotation par rapport à un deuxième repère lié à la station sol de réception ou par déphasage électrique d'éléments rayonnants formant un réseau de l'antenne pour atteindre une position de pointage de consigne, l'antenne de réception présente pour la position de pointage de consigne un diagramme de rayonnement par rapport à un plan de référence orienté de l'antenne de réception, le diagramme de rayonnement de l'antenne présentant un lobe principal de rayonnement suivant un axe principal pour lequel le gain de l'antenne de réception est maximal, le moyen de détermination et de fourniture de la bande de fréquences sélectionnée à la station sol est apte à déterminer et à fournir à la station sol une bande de fréquences de réception sélectionnée et une position de pointage de consigne de l'antenne de réception en fonction de l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur, et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un ou des deux segments de géodésique à l'instant de commande de recevoir de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis à l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur dans la bande de fréquence de réception sélectionnée et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne de réception est au moins une fois réfléchi vers la Terre par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception par le terminal récepteur après avoir traversé l'ionosphère. - le satellite d'émission comprend au moins une antenne de réception à fil ayant une longueur pouvant atteindre jusqu'à une dizaine de mètres, et un récepteur à diversité de bandes de fréquences et/ou à diversité d'espaces entre différentes antennes, la station sol de réception comprend au moins une antenne de réception formé d'au moins une antenne élémentaire ayant des éléments rayonnants dans une ou plusieurs bandes de fréquences décamétriques et dont l'angle de pointage est réglable en azimut et en élévation par rapport au sol. L'invention a également pour objet un procédé de communication transhorizon par une liaison ionosphérique entre une station située au sol et un satellite en orbite mis en ceuvre par un système spatial tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - recevoir par une station sol d'émission, respectivement de réception, un signal de commande d'émettre, respectivement de recevoir un signal radiofréquence à un instant de commande d'émettre, respectivement de recevoir, déterminer une position du satellite et une positon nadir du satellite au sol dans un premier repère en fonction d'un instant de réception virtuel, respectivement un instant d'émission virtuel, du signal par le satellite, déterminer un ou deux segments curvilignes de la géodésique reliant la position de la station sol au point nadir de survol du satellite à l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, du satellite et un plan géodésique correspondant contenant le segment de géodésique et le satellite, déterminer l'état d'ionisation de l'ionosphère se trouvant à l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, située au dessus d'un des deux ou des deux segments de la géodésique déterminé par le moyen de détermination, déterminer une bande de fréquence sélectionnée d'émission, respectivement de réception, et une position de pointage de consigne de l'antenne d'émission, respectivement de réception, de la station sol par rapport à un deuxième repère lié à la station sol en fonction de l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, du satellite et de l'état de l'ionosphère située au dessus du segment de géodésique à ce même instant de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis après l'instant de commande d'émettre, respectivement l'instant d'émission virtuel, est au moins une fois réfléchi vers la Terre par l'ionosphère et est reçu par le satellite récepteur, respectivement la station sol en mode réception, à l'instant de réception virtuel après avoir traversé l'ionosphère, positionner avant un instant d'émission virtuel, respectivement l'instant de réception virtuel, à l'aide d'un moyen de pointage l'antenne de la station sol dans la position de pointage de consigne définie par rapport au deuxième repère du la station sol, sélectionner la bande de fréquence déterminée parmi l'ensemble des bandes de fréquences décamétriques, et émettre par la station sol, respectivement le satellite le signal radioélectrique dans la bande de fréquence d'émission sélectionnée, et recevoir par le satellite, respectivement la station sol, le signal radioélectrique émis par le terminal, respectivement le satellite. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé de communication transhorizon comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les étapes de détermination, de sélection, d'émission et de réception sont répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire. - le procédé de communication transhorizon comprend au préalable avant l'étape de détermination d'une position du satellite les étapes consistant en ce que : la station sol émet en diversité de fréquences à l'émission successivement dans le temps ou en même temps sur plusieurs bandes de fréquences décamétriques un signal radioélectrique de signalisation de sondage de la réponse du canal ionosphérique existant entre la station sol et le satellite, le satellite en écoute détecte le signal radioélectrique de signalisation et estime la réponse du canal, le satellite envoie à la station sol dans une bande fréquences identique ou correspondant à une bande de fréquences dans laquelle le signal radioélectrique de signalisation de sondage a été reçu avec le meilleur rapport signal à bruit, les informations d'estimation de la réponse du canal ionosphérique ; - les étapes préalables sont également mises en ceuvre après les étapes d'émission, de réception et répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'une unique forme de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la Figure 1 est une vue générale d'un système spatial selon l'invention lorsque la station sol formant un terminal agit comme un émetteur, - la Figure 2 est une vue de l'architecture de la station d'émission de la Figure 1, - la Figure 3 est un exemple de profil de l'état d'ionisation et de la fréquence des collisions particulaires de l'ionosphère utilisée comme canal de propagation par le système de la figure 1, - la Figure 4 est un exemple des variations diurnes des fréquences critiques des couches E et F de l'ionosphère en été, - la Figure 5 est un exemple des variations diurnes des fréquences critiques des couches E, F1 et F2 de l'ionosphère en hiver, - la Figure 6 est une vue d'une trajectoire illustrant la notion de hauteur virtuelle de réflexion, - la Figure 7 est une vue des éléments géométriques intervenant pour le calcul des trajets présentant des réflexions ionosphériques, - la Figure 8 est une vue d'une première configuration de trajet d'une liaison montante par réflexion ionosphérique entre la station sol et le satellite, - la Figure 9 est une vue d'une deuxième configuration de trajet d'une liaison montante par réflexion ionosphérique entre le terminal et le satellite, - la Figure 10 est une vue générale d'un système spatial selon l'invention analogue à celui décrit dans la Figure 1 dans lequel le satellite agit comme un émetteur et la station sol agit comme un récepteur, - la Figure 11 est une ordinogramme d'un procédé de mise en ceuvre d'une liaison ionosphérique par le système de la Figure 1 depuis la station sol vers le satellite, - la Figure 12 est un ordinogramme d'une variante du procédé de la Figure 11.

Suivant la Figure 1, un système spatial 2 destiné à mettre en ceuvre une liaison de communication transhorizon, de longue portée, entre une station sol en mode émission et un satellite en mode réception comprend une station sol 4, formant un terminal, située au sol 3, et un satellite 6 évoluant en orbite basse autour de la Terre 7 qui se trouve hors de visibilité du terminal 4.

Le système spatial 2 comprend également un moyen de détermination 12 de la position du satellite à un instant de réception virtuel prédéterminé, un moyen de détermination 13 de segment de géodésique de la surface terrestre, un moyen de détermination 14 d'un état de l'ionosphère située au dessus d'un segment de géodésique quelconque à un instant de commande à émettre, et un moyen de détermination 16 de paramètres d'émission propre à l'établissement d'une liaison ionosphérique transhorizon montante 17. Le satellite 6 appartient à une constellation de type à orbites basses (dénommées en anglais par LEO pour Low Earth Orbit) dont l'altitude par rapport à la surface 3 de la Terre 7 est comprise entre 500 et 3600 km.

Le terminal d'émission 4 est situé au sol à un emplacement caractérisé par une position spatiale dans un premier repère 18. Le premier repère 18 est ici un repère géocentrique lié à la Terre 7, d'axes orthogonaux XE, YE, ZE, ayant pour centre 0 le centre de la Terre et pour axe ZE le Nord géographique de la Terre 7, et tournant autour de l'axe ZE. Ici, les coordonnées du terminal 4 d'émission sont exprimées par des coordonnées classiques de navigation, c'est-à-dire une hauteur hT par rapport au centre de la Terre 0, un angle de latitude ÀT terrestre et un angle de longitude terrestre PT. Les coordonnées du satellite 6 sont exprimées également dans le même système de coordonnées du premier repère 18.

La station sol d'émission 4 est apte à émettre un signal radioélectrique dans une bande de fréquences Bfs d'émission sélectionnée parmi un ensemble de bandes de fréquences. Les bandes de fréquences d'émission du terminal 4 sont contenues dans la bande de fréquences comprises entre 2 et 20 MHz, c'est-à-dire sensiblement la bande de fréquences des ondes décamétriques comprises entre 3 et 30 MHz. La station sol d'émission 4 comprend une antenne directive d'émission 20, un émetteur électrique 22 raccordé à l'antenne d'émission 20, et un dispositif de pointage 24 d'un lobe principal 25 du diagramme de rayonnement de l'antenne d'émission 20. L'antenne directive d'émission 20 comprend un ou plusieurs éléments rayonnants 21 dont les positions sont modifiables par rapport à un deuxième repère 26 lié à la station sol 4 au travers de l'action du dispositif de pointage 24. Le dispositif de pointage 24 est ici apte à déplacer le ou les éléments rayonnants 21 de l'antenne 20 en translation et/ou en rotation par rapport au deuxième repère 26 pour atteindre une position de pointage de consigne de l'antenne 20 déterminée par le moyen de détermination 16 des paramètres d'émission. Le deuxième repère 26 est un repère lié au terminal 4 ayant pour centre le point T et des axes orthogonaux XT, YT et ZT. Le centre T est la projection au sol d'un centre de phase de l'antenne 20. Il est supposé ici fixe par rapport à la Terre 7 par construction de l'antenne 20.

L'axe ZT est l'axe de la verticale qui part de la Terre et traverse le point T considéré comme référence de l'emplacement de la station 4 au sol. Les axes XT, YT sont deux axes orthogonaux prédéterminés de manière arbitraire, contenus dans un plan azimutal 27 dont une normale est l'axe vertical ZT. Ici, on choisit l'axe XT comme l'axe tangent au cercle de longitude terrestre passant par T et l'axe YT comme l'axe tangent au cercle de latitude terrestre passant par T. Suivant la Figure 1, l'antenne d'émission 20 présente pour une position de pointage donnée un diagramme de rayonnement correspondant par rapport à un plan de référence orienté 28 de l'antenne d'émission 20 lié à la station sol 4. Le plan de référence 28 est ici le plan contenant le centre de phase de I'I'antenne 20 non représenté et parallèle au plan azimutal 27.

Ici, seul le lobe principal 25 du diagramme de rayonnement de l'antenne 20 est représenté selon un axe principal 29 pour lequel le gain de l'antenne 20 est maximal. Une position quelconque de pointage de l'antenne 20 au travers de son diagramme de rayonnement est définie par un premier angle a d'élévation et un deuxième angle R azimutal. L'angle d'élévation a est l'angle complémentaire de l'angle formé par l'axe vertical ZT du deuxième repère 26 et l'axe principal 29 de rayonnement de l'antenne 20. L'angle a d'élévation de l'antenne de la station 20 est également l'angle formé par le plan azimutal 27 et l'axe principal 29 du lobe principal, ou encore l'angle formé par le plan de référence 28 et l'axe principal 29 du lobe principal 25. L'angle azimutal R est l'angle formé par la projection de l'axe principal 25 de rayonnement de l'antenne 20 sur le plan azimutal 27 et un axe azimutal de référence pris parmi les deux axes XT, YT définissant le plan azimutal 27, ici l'axe XT. Le moyen de détermination 12 de la position du satellite 6 fonctionnant en mode réception est apte à déterminer la position du point nadir N au sol du satellite 6 dans le premier repère 18 en fonction d'une part d'un instant de réception virtuel du signal radioélectrique postérieur à un instant de commande à émettre fournie à une entrée 30 de la station 4, et d'autre part d'éphémérides du satellite enregistrées dans une base de données d'éphémérides 32.

Le moyen de détermination 13 de segment géodésique est apte à déterminer un segment curviligne 33 de la géodésique passant par le point T d'emplacement de la station sol 4 et le point nadir N de survol du satellite 6 à l'instant de réception virtuel à partir des coordonnées du point T d'emplacement de la station 4 et du point S centre du satellite 6, exprimées dans le premier repère 18 et fournies par le moyen de détermination 12 des positions. Le point Nadir N est classiquement la projection orthogonale du centre S du satellite 6 de réception sur le sol 3, la distance séparant le point Nadir N et le centre S du satellite 6 étant l'altitude du satellite par rapport au sol. Le moyen de détermination 13 de segment géodésique est apte également à déterminer le plan géodésique 34 contenant le segment 33 de géodésique et le satellite récepteur 6, et une bande spatiale 36 du plan géodésique 34 délimitée par la verticale ZT et un axe Nadir 38 passant par point Nadir N et le point S du satellite 6 de réception. Le moyen de détermination 14 d'un état d'ionisation de l'ionosphère à l'instant de commande d'émettre est apte à déterminer un état ionisation de la bande spatiale 36 de l'ionosphère située au dessus du segment 33 de géodésique déterminé par le moyen de détermination 13 de segment géodésique. La détermination de l'état d'ionisation de la

12 bande spatiale 36 d'ionosphère est fondée sur des données spatio-temporelles et/ou des modèles programmés paramétrés caractérisant l'état de l'ionosphère en fonction de coordonnées spatiales des points de l'ionosphère et du temps. Les données spatio-temporelles et/ou les modèles programmés paramétrés sont sauvegardés dans une base données 40 caractérisant l'évolution spatio-temporelle de l'état de l'ionosphère. L'état de l'ionosphère est décrit par un scalaire ou un vecteur de composantes d'états pris parmi la densité d'électrons libres, le nombre de collisions particulaires par unité de temps, une ou plusieurs fréquences critiques plasma, le champ magnétique.

L'état de l'ionosphère en un point d'observation donné à un instant d'observation donné dépend de ses cordonnées spatiales et de l'instant d'observation, de l'activité du soleil et du champ magnétique terrestre observé par rapport à cet instant d'observation. A un instant de commande d'autorisation à émettre, l'état d'ionisation dépend notamment de l'éclairement par le soleil à court terme (en fonction de l'heure de la journée) et à plus long terme (en fonction de la saison dans l'année), et de l'évolution de l'activité solaire caractérisée en particulier par un cycle solaire d'une durée de 11 ans. Les données d'état de l'ionosphère sont mises à jour à l'aide de données d'observation directe des grandeurs d'état d'ionisation ou des grandeurs représentatives de l'état de l'ionosphère recueillies à partir d'engins spatiaux ou de stations terrestres.

Les données d'état de l'ionosphère sont également mise à jour partir de la connaissance du comportement de sources ayant une influence sur l'état d'ionisation comme par exemple l'activité solaire au travers de son rayonnement dans la bande ultraviolette et la bande X mou, et de son rayonnement particulaire, et le champ magnétique terrestre.

Suivant la Figure 1, une station terrestre d'observation 44 est apte à communiquer avec la station sol 4 au travers d'une liaison 46 et à lui fournir des données d'observation. Les données d'observation sont par exemple les données recueillies par des tests de sondage radioélectrique de l'ionosphère effectués par de nombreuses stations réparties dans divers pays dont la station 44. Les résultats obtenus permettent d'améliorer les prévisions de propagation ionosphériques. Les données d'observation sont également des données concernant l'activité du soleil 47 mesurées par un satellite dédié d'observation 48 et retransmises à la station d'observation 44.

Des sondeurs ionosphériques peuvent être également embarqués à bord de satellites et ils permettent d'étudier la partie supérieure de l'ionosphère.

Ainsi sont mis en évidence les diverses composantes ordinaires et extraordinaires ainsi que certaines fréquences caractéristiques de l'ionosphère (fréquences de plasma, gyrofréquence) à l'altitude où circule le satellite. Il est à remarquer que des données d'observation modélisées sous la forme d'une description statistique sans mise à jour rapide ou en temps quasi-temps réel par des systèmes d'observation auxiliaires tels que des satellites d'observation constituent déjà une base de données exploitable pour prédire le comportement de l'ionosphère en un point quelconque et à instant quelconque. Les performances de disponibilité de liaisons ionosphériques sont alors fondées sur des probabilités de succès d'établissement d'une liaison ionosphérique. Le moyen de détermination 16 des paramètres d'émission de la liaison ionosphérique est apte à déterminer et fournir à la station sol 4 une bande de fréquence sélectionnée d'émission Bfs et une position des éléments rayonnants 25 de l'antenne d'émission 20 correspondant à une position de pointage de consigne (acons, Rcons) requises pour l'établissement d'une liaison ionosphérique transhorizon par réflexions. La bande de fréquence sélectionnée d'émission Bfs et la position de pointage de consigne (wons, Rcons) sont fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur, et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus du segment 33 de géodésique à l'instant de commande d'émettre de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis après l'instant de commande d'émettre à l'instant de commande virtuel correspondant à l'instant de réception virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée Bfs et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne 20, est au moins une fois réfléchi vers la Terre 7 par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur 6 après avoir traversé l'ionosphère.

Les paramètres d'émission sont déterminés de sorte que le signal radioélectrique se propage sous la forme d'une onde radioélectrique en empruntant un trajet qui peut être modélisé par une succession de trajets élémentaires correspondant à au moins une réflexion sur une couche de l'ionosphère vers la Terre. Suivant la Figure 1, un exemple de liaison ionosphérique mise en ceuvre par le système 2 est représenté. Dans cet exemple, le plan d'élévation de l'antenne 20 correspondant à un maximum d'énergie rayonné a été aligné sur le plan 34 de la géodésique traversant à la fois le point de référence T de la station sol 4 et le point nadir N du satellite de réception 6. L'antenne 20 est par exemple une antenne de type Yagi-Uda, schématisée sur la Figure 1 par les éléments rayonnants 25 disposés de sorte à former un râteau 50, le râteau 50 étant déplaçable en hauteur le long d'un mat en matière isolante de manière à se trouver à une hauteur han, par rapport au sol 3, le sol 3 constituant le plan de la masse électrique de l'antenne 20. Le plan médian du râteau 50 constitue dans ce cas de configuration d'antenne le plan d'élévation principal de l'antenne 20. L'angle formé par le plan médian du râteau 50 et l'axe de référence XT du deuxième repère 26 est un premier paramètre de pointage mécanique de l'antenne 20 qui correspond à la mise en ceuvre de l'angle azimutal 3. Pour une longueur d'onde du signal radiofréquence donnée, l'angle d'élévation a du lobe principal 25 dépend de la hauteur han, du râteau 50 par rapport au sol 3. Ainsi, la hauteur du râteau 50 constitue t'elle un deuxième paramètre de pointage mécanique de l'antenne 20 qui correspond à a mise en ceuvre de l'angle d'élévation a. L'angle de tir d'une antenne Yagi sur les bandes décamétriques dépend de l'angle d'élévation de l'antenne et de sa hauteur par rapport au sol, et de la nature du sol. Lorsque cela est possible, l'antenne est positionnée suffisamment haut pour que le sol ait un effet minimum sur le diagramme de rayonnement de l'antenne. Pour les bandes basses c'est-à-dire inférieures à 7 MHz, il est difficile de négliger l'effet du sol qui remonte l'angle de tir de l'antenne et crée des « marguerites » c'est-à-dire une succession angulaire de lobes secondaires dans le diagramme. Les deux paramètres de pointage mécanique de l'antenne 20, ici l'angle azimutal et la hauteur du râteau par rapport au sol sont suffisant pour obtenir un lobe principal 25 de rayonnement présentant un pointage angulaire souhaité selon un angle d'élévation a et un angle d'azimut 3 de consigne déterminés par le moyen 16 de détermination des paramètres d'émission. Ainsi réglée de concert avec la bande de fréquences sélectionnée, l'antenne d'émission est apte à permettre l'établissement d'une liaison montante transhorizon de qualité. En variante, le dispositif de pointage est un dispositif de pointage par déphasage électrique d'éléments rayonnants formant une antenne de type réseau à diagramme variable. Par exemple, pour les fréquences basses, c'est à dire inférieures à 7 MHz, l'antenne 24 est une antenne de type « 4-square » dénommée en français « réseau quart d'onde » qui permet de contrôler en élévation et en azimut le pointage du lobe principal de l'antenne. L'antenne de réception satellite comprend une ou plusieurs antennes élémentaires de satellite. Chaque antenne élémentaire est une antenne compris dans l'ensemble formé par les antennes de type raccourci ou antennes compact, les antennes magnétiques monopoles raccourci à une fraction de longueur d'onde entre À/100 et À/10, À étant la longueur d'onde et présentant une très basse impédance.

En variante lorsque plusieurs antennes élémentaires de satellite sont disponibles une structure de diversité en réception est mise en ceuvre. En variante, l'antenne de réception du satellite comprend un dispositif de pointage vers la Terre apte à diriger le lobe principal de l'antenne de réception dans l'alignement du dernier trajet, ce qui permet de recevoir le signal avec le meilleur rapport signal à bruit. La liaison ionosphérique sur la Figure 1 est représentée sous la forme d'un trajet 60 d'une onde radioélectrique. Le trajet 60 est composé d'une succession de trajets élémentaires, un premier trajet élémentaire 62, un deuxième trajet élémentaire 64, un troisième trajet élémentaire 66. Le premier trajet élémentaire 62 de l'onde part de la station sol 4, traverse une première couche d'ionosphère 68 en une première zone de passage 70, puis atteint une première zone de réflexion 72, située dans une deuxième couche 74 de l'ionosphère d'hauteur supérieure à celle de la première couche 68, dans laquelle l'onde est réfléchie suivant le deuxième trajet élémentaire 64. Le deuxième trajet élémentaire 64 de l'onde part la première zone de réflexion 72 et se dirige vers la Terre 7 jusqu'à une deuxième zone de réflexion 76, localisée dans la première couche 68 et dans laquelle l'onde est réfléchie suivant le troisième trajet élémentaire 66. Le troisième trajet élémentaire 66 de l'onde part de la deuxième zone de réflexion 76, traverse la deuxième couche 74 en une deuxième zone de passage 78 en étant réfracté d'un angle de faible valeur et atteint finalement le satellite 4 en se propageant dans des conditions d'espace libre.

Pour chaque zone de passage et de réflexion 70, 72, 76, 78 une fréquence de coupure modifiée respective f,c(c)(1,1)), f,c(c)(1,2)), f,,(cp(2,1)), f,c(c)(3,2)) est associée. Chaque fréquence de coupure modifiée est fonction d'une fréquence de coupure plasma propre à l'état d'ionisation de la couche avec laquelle l'onde radioélectrique entre en contact.

La fréquence de coupure plasma associée à une couche est fonction de l'état d'ionisation de la portion d'ionosphère contenue dans la zone correspondante au travers de la densité d'élection libres N, et dans certains cas du nombre de collisions particulaires par unité de temps v et du champ magnétique terrestre. Par exemple, si la fréquence de coupure plasma dans la première zone de passage 70 de la première couche 68 est désignée par fc(1,1) et l'angle d'incidence du premier trajet élémentaire 62 en la première zone de passage 70 de la première couche 68 est désigné par c1)(1,1), le premier indice désignant un indice de trajet élémentaire et le deuxième indice désignant un indice de la couche d'ionosphère traversé ou dans laquelle a lieu une réflexion, alors la fréquence de coupure modifiée f,c(c)(1,1)), présentée à l'onde suivant le premier trajet élémentaire et traversant la première couche en la première zone de passage est fonction de fc(1) et c1)(1,1). De manière analogue f,c(c)(1,2)) est fonction de fc(1,2) et de c1)(1,2), fc(1,2) désignant la fréquence de coupure de la deuxième couche en la première zone de réflexion 72 et c1)(1,2) désignant l'angle d'incidence du premier trajet élémentaire 62 en la première zone de réflexion 72 de la deuxième couche 68.

De manière analogue, f,c(c)(2,1)) est fonction de fc(2,1) et (1)(2,1), f,c(q)(3,2)) est fonction de fc(3,2) et c1)(3,2). La bande de fréquence Bfs du signal radioélectrique définie par l'intervalle Us-Ofs/2, fs+ Ofs/2] est choisie de sorte que fs-Ofs/2 est supérieur à f,c(c)(1,1)), fs+ Ofs/2 est inférieur à f,c(c)(1,2)) et à f,c(c)(2,1)), et fs-Ofs/2 est supérieur à f,c(c)(3,2)).

Les angles d'incidences successifs c1)(1,1), c1)(1,2), c1)(2,1), c1)(3,2) dépendent de l'angle d'élévation a du lobe principal 25 de l'antenne 20. La bande de fréquence Bfs et l'angle d'élévation a de consigne sont choisis de sorte qu'il existe un trajet géométrique de propagation de l'onde du signal radioélectrique dans un canal ionosphérique reliant la station sol 4 et le satellite 6 dans le respect de la géométrie d'un trajet suivant globalement une direction circonférentielle autour de la Terre et des exigences des inégalités de fréquences de coupure précédemment définies. Il se peut qu'il existe pour une bande sélectionnée de fréquences plusieurs valeurs d'azimuth et d'élévations possibles pouvant servir de consigne et correspondant à des trajets différents reliant la station sol 4 au satellite récepteur 6. Il est à remarquer que pour l'azimut, il existe deux valeurs seulement susceptibles d'être optimales. Il s'agit des valeurs correspondant à l'alignement de l'antenne dans la direction du plan tangent à la géodésique et aux deux sens possibles du vecteur tangent sur la géodésique. Dans le cas où il existe plusieurs valeurs d'azimuth et d'élévations possibles pouvant servir de consigne, le moyen 16 de détermination des paramètres d'émission est apte à prédire pour chaque valeur d'azimut et d'élévation de consigne possible l'atténuation du signal radioélectrique correspondant reçu au niveau du satellite, et à sélectionner l'angle d'élévation et l'angle d'azimut de consigne parmi les angles d'élévation et d'azimut de consigne possibles pour lequel l'atténuation du signal reçu est la plus petite. En variante, la deuxième zone de réflexion 76 sur la première couche 68 de l'ionosphère est remplacée par une zone de réflexion sur le sol 3. Cela implique alors qu'il existe une deuxième zone de passage dans première couche 68 permettant à l'onde d'atteindre le sol. A priori les paramètres d'émission sont différents de ceux pour lesquels la deuxième zone de réflexion est située dans l'ionosphère. Suivant le mode de réalisation de la Figure 1 les moyens de détermination 12, 13, 14, 16 et les bases de données 32, 40 sont intégrés dans la station sol 4.

En variante, les moyens de détermination 12, 13, 14, 16 et les bases de données 32, 40 peuvent être déportés et distribués soit dans un centre de traitement ou de plusieurs unités de traitement. Un centre de traitement peut être une station terrestre d'observation de l'ionosphère. Le centre de traitement est apte à mettre à jour les données de l'état d'ionisation de l'ionosphère.

Suivant la Figure 2, il est fourni un exemple d'architecture matérielle et logicielle plus détaillée de la station sol décrite à la Figure 1. La station sol 4 d'émission comprend l'émetteur radiofréquence 22, l'antenne d'émission radiofréquence 20 raccordé à l'émetteur 22, une source de données utiles 120 par exemple de télécommandes du satellite, un processeur 122, une horloge 124, une mémoire d'enregistrement et de travail 124 associée au processeur 122, les bases de données 32, 40, le moyen de pointage 24 de l'antenne d'émission 20 couplé, soit mécaniquement à l'antenne 20 par un mat 125 de longueur modifiable et relié électriquement au processeur 122, soit électriquement à un réseau d'antennes. Chaque base de données 32, 40, l'horloge 124, et la mémoire de travail 126 sont connectées chacune au processeur 122 par une liaison distincte. L'émetteur 22 comprend reliés en série une unité 128 de formation d'un signal électromagnétique d'excitation et un amplificateur de puissance 130, le signal électromagnétique étant un signal d'acheminement des données à bas débit issues de la source de données utiles 120.

L'unité 128 de formation du signal électrique est raccordée en une entrée 132 à une sortie de la source de données 120 et l'amplificateur 130 de puissance est raccordé en une sortie 134 à deux bornes distinctes à une entrée 136 à deux bornes distinctes de l'antenne 20 au travers d'une liaison bifilaire 138. L'unité 128 de formation du signal radiofréquence comprend un ensemble de modulation apte à moduler les données émises par la source de donnés 120 dans une bande de fréquences Bfs sélectionnée parmi une ensemble de bande de fréquences décamétriques. La bande de fréquences sélectionnée Bfs correspond à la bande de fréquences du signal de données modulé transposé sur une porteuse ayant une fréquence porteuse fs sélectionnée parmi un ensemble de fréquences porteuses décamétriques.

L'antenne d'émission directive 20 de type ici Yagi-Uda est configurée de façon à faire varier l'angle d'élévation a et l'angle d'azimut R du lobe principal 25 de l'antenne 20. Le râteau 50 de l'antenne formé des éléments rayonnant 21 se compose ici d'un élément appelé radiateur 142 assimilable à un dipôle demi-onde et alimenté en son milieu par l'émetteur 22 au travers de la liaison bifilaire 138, de trois éléments réflecteurs 144 non alimentés et situés en arrière par rapport à l'élément radiateur 142, et de trois éléments directeurs 146 situés en avant par rapport à l'élément radiateur 142. Le gain de I"antenne 20 dépend de manière connue du nombre d'éléments directeurs 144 et les éléments réflecteurs 146 permettent de diminuer le rayonnement arrière non souhaité de l'antenne 20. Il est à remarquer que la configuration minimale d'une antenne de type Yagi-Uda consiste en un élément radiateur, un élément directeur et un élément réflecteur. Les antennes de type Yagi-Uda sont aptes à fonctionner efficacement à partir de 7 MHz et sont donc utilisées dans la bande de fréquences comprise entre 7 MHZ et 30 MHz. Par exemple, ici la polarisation utilisée est de type horizontal. Toutefois d'autres types de polarisation sont utilisables. Il est à remarquer que des antennes à large bande log-périodiques sont réalisables dans la bande allant de 14 à 30 MHz.

En variante, l'antenne est un réseau d'antennes de type Yagi pouvant atteindre la masse de centaines de kilogrammes. Pour les bandes de fréquences comprises entre 3 MHz et 7 MHz, il est connu d'utiliser des bases d'antennes filaires ou des pylônes comme éléments rayonnants. A 3 MHz, il est très difficile d'isoler du sol les éléments rayonnants de l'antenne.

Les éléments rayonnants utilisent alors le sol comme plan de masse de référence. La conductivité du sol joue alors un rôle primordial dans les performances de l'antenne. Pour obtenir une antenne à 3 MHz, on peut par exemple utiliser quatre antennes élémentaires de type quart d'onde verticales formant quatre éléments rayonnants disposées à un quart d'onde l'une de l'autre pour former un parallélépipède. En jouant sur les déphasages respectifs des différents éléments rayonnants, il est possible de faire varier l'angle de tir de l'antenne en élévation et en azimut. Le processeur 122 est apte à exécuter un ou des programmes d'ordinateurs organisés sou la forme de modules logiciels. Un premier module logiciel est implémenté dans un premier espace mémoire 150 du processeur 122 et associé au moyen de détermination 12 de la position du satellite 6.

Un deuxième module logiciel est implémenté dans un deuxième espace mémoire 152 du processeur 122 et associé au moyen de détermination 13 de segment géodésique et de plan de géodésique. Un troisième module logiciel est implémenté dans un troisième espace mémoire 154 du processeur 122 et associé au moyen de détermination 14 d'un état d'ionisation de l'ionosphère à l'instant de commande d'émettre. Un quatrième module logiciel est implémenté dans un quatrième espace mémoire 156 du processeur 122 et associé au moyen 16 de détermination des paramètres d'émission de la liaison ionosphérique.

Le processeur 122 est apte à envoyer au moyen de pointage 24 de l'antenne 20 des commandes de pointage de l'antenne 20 au travers d'une liaison électrique 160, ici une commande de positionnement angulaire en élévation et en azimut, ici traduite sous le forme d'une commande d'angle azimutal et une commande de déplacement vertical du râteau 50 de l'antenne 20.

Le processeur 122 est apte à envoyer une commande de bande de fréquences Bfs à émettre à l'unité 128 de formation du signal radioélectrique sous la forme par exemple d'une fréquence centrale fs de consigne, la largeur de la bande Ofs étant préfixée et la même pour toutes les bandes de fréquences de l'ensemble des bandes de fréquences décamétriques que l'émetteur 22 est apte à émettre.

Le processeur 122 est également apte au travers de liaison 164 à envoyer une commande d'émission effective des données à la source 120 de données comme instant de départ de la transmission et correspondant à l'instant de réception virtuel du satellite. Suivant les figures 3, 4 et 5, des exemples sont fournis de données contenues dans la base de données 40 et servant à caractériser l'état d'ionisation de l'ionosphère.

Ces exemples sont tirés de l'ouvrage intitulé « Propagation des ondes radioélectriques dans l'environnement terrestre » de Lucien Boithias. Les ondes décamétriques appelées également ondes courtes ou encore HF (High Frequency) peuvent contourner la Terre par réflexion sur des « couches » ionisées situées à quelques centaines de kilomètres d'altitude. La réflexion semblant en apparence se faire à des altitudes bien déterminées, plusieurs couches d'altitudes différentes ont été distinguées autrefois et désignées par les lettres D, E, F. En réalité, l'ionosphère n'est pas formée de couches séparées, mais l'ionisation (nombres d'électrons par unité de volume N) est une fonction continue de l'altitude, présente seulement des maximums et des points d'inflexion. Même si actuellement le mot région ionisée est plutôt utilisé (régions D, E, F), le mot couche est cependant encore utilisé pour indiquer de nos jours l'altitude où semble se faire la réflexion des ondes c'est-à-dire généralement l'altitude du maximum ou des points d'inflexion du profil d'ionisation. Les processus qui provoquent l'ionisation de la haute atmosphère sont par ordre d'importance croissante : - le rayonnement ultra-violet et X en provenance su soleil, - le rayonnement corpusculaire du soleil, - les trainées météoritiques. Le soleil joue le rôle principal dans le processus de création d'électrons et par suite les caractéristiques de l'ionosphère varient surtout au rythme de l'activité solaire. En particulier on retrouve dans ces variations une composante diurne, une composante annuelle et une composante ayant une période d'environ 11 (périodicité de l'activité solaire moyenne). La densité d'électrons N résulte d'un équilibre entre ces processus de création d'électrons et les processus de dés-ionisation qui sont : la recombinaison particule positive - particule négative, la capture d'un électron par un atome neutre. Il est remarquer que celui-ci devient ionisé mais ne joue aucun rôle dans la propagation, à) cause de sa masse. Lorsqu'un rayonnement ultraviolet ou X pénètre dans l'atmosphère il rencontre des couches de plus en plus denses ce qui tendrait à faire augmenter le taux de production d'électrons. Mais l'intensité du rayonnement décroit à cause de l'absorption. Il existe donc une altitude où le taux de production d'électrons est maximal. Le rayonnement corpusculaire qui constitue le vent solaire peut provoquer des ionisations par collisions. Son influence est surtout limitée à quelques tranches d'atmosphères peu épaisses situées dans les régions polaires. En effet, dans ces régions les lignes de forces du champ magnétique étant presque verticales n'empêchent pas les particules chargées de pénétrer dans l'atmosphère. Les trainées ionisées météoritiques sont produites par des particules de faible masse aux altitudes de l'ordre de 100 km. Elles ont une vie individuelle très courte (quelques secondes). La Figure 3 montre une représentation graphique 200 des valeurs maximales et minimales typiques des densités d'électrons respectivement d'une ionosphère de jour et d'une ionosphère de nuit. Une première courbe 202 décrit l'évolution de la densité d'électrons N en fonction de l'altitude la nuit tandis qu'une deuxième courbe 204 décrit l'évolution de la densité d'électrons N en fonction de l'altitude le jour. Sur un axe horizontal 208 la densité d'élections N est exprimée par une échelle logarithmique variant

21 de 108 électrons/m3 à 1012 électrons/m3. Sur un axe vertical 210, l'altitude par rapport au sol varie selon une échelle linéaire entre 0 km et 900 kms. Les régions suivantes 220, 222, 224 sont distinguées. La région D, désignée par la référence 220, est située entre 55 et 95 km.

L'ionisation faible pendant le jour disparait presque totalement la nuit, car la vitesse de recombinaison est grande en raison du nombre élevé de particules neutres existant à cette altitude. La région E désignée par la référence 222 est située entre 95 et 150 km. La densité électronique est de l'ordre de 1011electrons/m3 pendant le jour et de 3 à 4.1010 électrons/m3 pendant la nuit. L'ionisation y est due aux rayons X et ultraviolets de longueurs d'ondes voisines de 100 Angstrôms. Vers 125 km d'altitude, il existe un point d'inflexion de la courbe qui peut masquer en fait un léger maximum. A l'intérieur de la région E existent parfois des noyaux ou des nuages ayant une ionisation intermittente de valeur très élevée. Ces domaines en général assez minces constituent des couches E sporadiques désignés par Es. La région F désignée par la référence 224 est située au-dessus de 150 km. C'est dans cette région que se trouve la densité électronique maximale qui peut atteindre 1012 électrons/m3 le jour vers 350 km d'altitude et 5.1010 électrons/m3 la nuit vers 250 km. L'ionisation y est produite par le rayonnement ultraviolet de longueur d'onde 200 à 600 Angstrôms. Pendant les heures de jours en été, la région F se dédouble en une région F1 et une région F2. La région F1 est située vers 200 km. Le profil d'ionisation y présente rarement un point maximum mais plutôt un point d'inflexion. Les régions D, E normale, F1 ont pendant le jour une position et une ionisation qui semblent rigidement liées à la direction du soleil. Par contre dans la région F2, l'ionisation est permanente et ne dépend que peu de la position du soleil. Ceci provient d'une part de la lenteur de recombinaison des électrons à cette altitude et d'autre part du fait que cette région est alimentée en électrons à partir des régions inférieures par un mécanisme de diffusion. En outre alors que pour les régions inférieures l'ionisation est plus grande en été qu'en hiver, c'est le contraire qui se passe pour la région F. Ce phénomène appelé « anomalie d'hiver » de la région F est surtout sensible pendant les périodes du maximum d'activité solaire. Sur la Figure 3, une courbe 226 décrit l'évolution du nombre v de collisions particulaires par seconde en fonction de l'altitude. Le nombre v de collisions particulaires varie sur l'axe horizontal 208 selon une échelle logarithmique entre 1 et 109 collisions par seconde. Il apparaît une décroissance extrêmement rapide de ce nombre jusqu'à 200 km et une décroissance beaucoup plus lente en dessous. Il existe même un léger minimum vers 350 km en raison du nombre élevé d'électrons à cette altitude. Le produit N.v qui intervient dans l'absorption des ondes passe par un maximum vers 70 km environ. Suivant les Figures 4 et 5, un état d'ionisation de l'ionosphère exploitable directement pour établir l'aptitude à la réflexion ou à la transmission du signal radioélectrique est fourni au travers d'un paramètre appelé la fréquence critique de l'ionosphère. Dans le cas particulier, ou l'on néglige les effets du champ magnétique et les chocs entre les électrons et les molécules neutres du plasma formant l'ionosphère, le milieu peut être considéré comme un diélectrique dont l'indice de réfraction (de phase) est inférieur à l'unité et s'annule pour une certaine fréquence critique ou fréquence de plasma donnée par la relation : _ 1 Net f 2z meo dans laquelle eo désigne la permittivité diélectrique dans le vide, N désigne le nombre d'électrons libres par unité de volume, m désigne masse d'un électron, e désigne la charge électrique d'un électron. La propagation à travers l'ionosphère est possible pour des fréquences supérieures à fc. A l'inverse l'onde sera réfléchie pour les fréquences inférieures indépendamment de l'angle d'incidence sur la couche. Des graphiques de la Figure 4 et de la Figure 5 représentent des valeurs type de fréquences critiques pour un jour d'hiver et pour un jour d'été dans une zone tempérée c'est à dire pour des latitudes d'environ +45 ou -45 degrés. Un ensemble de courbes 260 représente sur la figure 4 des courbes d'évolution de la fréquence critique exprimée en MHz un jour d'été en fonction d'une heure locale du site au dessus duquel se trouve l'ionosphère observée. L'unité de l'axe des abscisses 262 est de 4 heures et l'unité de l'axe des ordonnées 264 est de 2 MHz. Des courbes 266 et 268 représentent l'évolution de la fréquence critique des couches F2 et F1.

Une courbe 270 représente l'évolution de la fréquence critique de la couche E. Un ensemble de courbes 280 représente sur la Figure 5 des courbes d'évolution de la fréquence critique exprimée en MHz un jour d'hiver en fonction d'une heure locale du site au dessus duquel se trouve l'ionosphère observée. L'unité de l'axe des abscisses 282 est de 4 heures et l'unité de l'axe des ordonnées 284 est de 2 MHz.

23 Des courbes 286 et 288 représentent l'évolution de la fréquence critique des couches F et E. Il est à remarquer que les valeurs mesurées chaque jour peuvent s'écarter notablement des valeurs moyennes ici représentées.

En outre ces valeurs sont sous la dépendance du cycle de 11 ans du soleil et augmentent beaucoup pendant les périodes de grande activité solaire. Enfin l'ionisation diminue en moyenne de l'équateur aux pôles. Suivant la Figure 6, le phénomène physique de la propagation par réflexion sur l'ionosphère est décrit au travers d'un exemple de trajet 300 suivi par l'onde radioélectrique dans lequel l'onde part du sol 3 et entre en contact dans une couche 301 d'ionosphère. L'angle d'évolution formé par la direction de l'onde porteuse du signal radioélectrique et la tangente à la couche de l'ionosphère 301 située à une altitude h est désigné par (p.

L'ionosphère étant supposée à titre de simplification localement plane, la tangente à la couche d'ionosphère est partout horizontale sur la Figure 6. L'angle formé par la direction d'arrivée 302 de l'onde porteuse du signal radioélectrique provenant du sol et la tangente sur la base 304 de l'ionosphère au point d'arrivée 306 est désigné par (po .

Lorsque la relation, sin g)o = fc est satisfaite, à une certaine altitude désignée par hmax , l'angle cp s'annule, la trajectoire de l'onde devient horizontale et change de sens, ici elle redescend vers le sol. On dit qu'il y a réflexion ionosphérique bien que le phénomène physique soit en réalité une réfraction. La réflexion semble se faire sur un plan situé à une hauteur virtuelle hvir plus élevée que la hauteur hmax réellement atteinte par l'onde. Si l'on désigne par fM (0) la plus haute fréquence qui peut être réfléchie par une couche ionisée de fréquence critique fc lorsque la direction d'arrivée fait un angle cp0 avec cette couche, la relation suivante est satisfaite : fM = /c sin ~o Suivant la Figure 7, un modèle géométrique simplifié 350 décrit outil de détermination d'un trajet élémentaire. Un tel modèle sert de base pour effectuer des calculs plus complexes, prenant en compte la rotondité de la Terre, de détermination de trajets à multiples réflexions, chaque trajet étant formé de divers trajets élémentaires associés.

Dans le plan de géodésique contenant un trajet élémentaire 351, une portion d'une premier cercle 352 décrit la surface coupée de la Terre tandis qu'une portion d'un deuxième cercle concentrique 354 concentrique au premier cercle 352 et de rayon supérieur décrit une couche d'ionosphère 354 coupée dans laquelle l'onde radioélectrique est réfléchie. Si on considère un bond de longueur d obtenu par réflexion sur une couche à la hauteur virtuelle h et si l'on désigne par R le rayon terrestre, un calcul géométrique simple fournit la relation approchée : d 2h tg Ç)o - + 4R d Ce modèle permet de calculer une moitié de bond correspondant à un trajet élémentaire. La valeur minimale de (po est obtenue lorsque le trajet est tangent à la Terre au départ c'est à dire : 2h ~ (V0)min ~ R On trouve ainsi que (po est supérieur à environ 20° pour une réflexion sur la couche F et 11 ° pour une réflexion sur la couche E. La fréquence la plus basse qui peut être reçue par réflexion ionosphérique dépend surtout de l'affaiblissement rencontré sur le trajet. Elle dépend donc aussi dans une certaine mesure des performances des équipements utilisés (puissance de l'émetteur, gain des antennes). L'affaiblissement rencontré sur le trajet est dû à plusieurs causes qui peuvent être évaluées séparément. Ces causes sont l'affaiblissement spatial, les pertes à la réflexion, les pertes par absorption ionosphérique, l'absorption aurorale, l'occultation par la couche E.

L'affaiblissement spatial est dû au fait que l'énergie émise diverge à partir de l'antenne (propagation en espace libre) mais qu'une certaine convergence est provoquée par la forme sphérique des couches ionisées jouant ainsi le rôle d'un miroir concave. L'affaiblissement passe donc par un maximum pour une certaine distance. Les pertes par réflexion sur le sol doivent être prises en compte lorsqu'une liaison par plusieurs réflexions est obtenue avec au moins une réflexion sur le sol. Ces pertes sont au maximum de l'ordre du décibel en incidence rasante même sur une terre peu conductrice. Par contre pour des angles de réflexion plus élevées les pertes augmentent jusqu'à environ 2 dB sur la mer, 3 à 4 dB sur terrain moyen et plus de 10 dB sur terrain très peu conducteur (continents glacés).

Les pertes par absorption sont celles qui limitent le plus la transmission ionosphérique car elles sont variables en fonction du temps et de la fréquence et peuvent prendre des valeurs extrêmement grandes. Ces pertes sont dues aux chocs des électrons contre les molécules neutres, et l'atténuation en dB/km est en général proportionnelle au carré de la fréquence, sauf pour les fréquences basses. L'évaluation de l'absorption pour une liaison donnée est basée sur les calculs de trajectographie du trajet qui font appel à un ou des modèles d'ionosphère, c'est à dire des expressions donnant en fonction de l'altitude le nombre d'électrons par mètre cube et le nombre de chocs par seconde. Lorsque les trajectoires traversent des zones de haute latitude où existent des aurores polaires, l'absorption peut être considérablement plus importante en raison de l'augmentation de l'ionisation aux altitudes basses où existent beaucoup de molécules ou d'atomes neutres. Lorsqu'une liaison très longue est réalisée par l'intermédiaire de la couche F en partant sous un angle d'élévation très petit, il se peut alors qu'à la traversée de la couche, l'angle de la trajectoire avec cette couche soit suffisamment petit pour que les conditions de réflexion soient satisfaites, bien que l'ionisation y soit plus faible que dans la couche F. L'onde est alors réfléchie par la couche E. Cependant comme cette couche est basse la liaison ne pourra être effectuée qu'avec un grand nombre de réflexions, chacune d'elles étant associée à deux traversées de la couche D qui est fortement absorbante. La puissance reçue est alors trop faible, alors qu'elle aurait été suffisante par réflexion sur la couche F, en raison du nombre plus réduit des bonds nécessaires. La couche E a donc joué un rôle d'occultation pour la couche F. Ce phénomène qui limite parfois la fréquence minimale utilisable, détermine une LUF d'occultation. Pour chaque couche d'ionosphère située à une altitude prédéterminée une cartographie de l'aptitude à réfléchir et à transmettre par la couche d'ionosphère est déterminée. Cette aptitude est notamment une fréquence de coupure. A partir d'une telle cartographie, il est possible de déterminer les zones de réflexion et passage au travers des diverses couches d'une onde radioélectrique ayant une fréquence prédéterminée, et le trajet suivi par l'onde lorsqu'elle est injectée dans l'ionosphère depuis la station sol ou le satellite avec un angle d'incidence initial donné. La bande de fréquence du signal radioélectrique et l'angle d'incidence sont choisis ainsi en fonction des données de la cartographie de l'état de l'ionosphère pour permette l'établissement d'une liaison empruntant le canal ionosphérique entre la station sol et le satellite.

Les Figures 8 et 9 indiquent des exemples de formes de trajets possibles entre deux points dans lesquels l'influence des angles d'incidences est prise en compte.

Suivant les Figures 8 et 9, dans une bande de fréquences déterminée, un trajet entre le terminal T et le satellite 6 peut comporter plusieurs réflexions successives ayant lieu alternativement sur une ou plusieurs couches de l'ionosphère et sur le sol ou une ou plusieurs couches.

Suivant la Figure 8, dans une première forme de réalisation, un trajet 402 simplifiée de propagation de l'onde radioélectrique comprend plusieurs trajets élémentaires qui se propagent dans un canal de transmission ionosphérique. Cette configuration correspond à une bande de fréquences sélectionnée et un angle d'élévation a1 de consigne possible. Au préalable, l'antenne 20 a été alignée de sorte que le plan d'élévation de son diagramme de rayonnement se confond au plan géodésique 34. Le canal de transmission formée par le sol 3 et l'ionosphère est assimilable à un guide d'onde multicouches, une couche initiale 408 formée par le sol dont la nature est variable (roches, mer, glace...), une première couche 410 formée par la couche D de l'ionosphère, une deuxième couche 412 formée par la couche E de l'ionosphère, une troisième couche 414 formée par la couche F de l'ionosphère. Un premier trajet élémentaire 420 part de l'emplacement du terminal 4 situé au sol 408, traverse la première couche 410 et la deuxième couche puis est réfléchi sur la troisième couche en une première zone de réflexion 422. L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la première couche 410 et la direction du premier trajet 420 incident est désigné par (1)1(1,1). Le fréquence de coupure en la zone de traversée de la première couche 410 est désignée par fc1(1,1). L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la deuxième couche 412 et la direction du premier trajet 420 incident est désigné par (1)1(1,2). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la deuxième couche 412 est désignée par fc1(1,2) L'angle formé par la tangente de la première zone de réflexion de la troisième couche 414 et la direction du premier trajet 420 incident est désigné par (1)1(1,3). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la troisième couche 414 est désignée par fc1(1,3) Les relations suivantes sont satisfaites : fs - Afs l 2 l (1,1) et sinf vi (1,1) fs - Afs / 2 > L1 (1,2) ,et sin vi (1,2) fs + Afs l 2 < .fc1 (1,3) sin vi (1,3)30 Un deuxième trajet élémentaire 424 de l'onde réfléchie part de la première zone de réflexion 422, traverse la zone de troisième couche puis est réfléchi sur la deuxième couche 412 en une deuxième zone de réflexion 426. L'angle formé par la tangente de la deuxième zone de réflexion 426 de la deuxième couche 412 et la direction du deuxième trajet 424 incident est désigné par (1)1(2,2). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la première couche 410 est désignée par fc1(2,2). La relation suivante est alors satisfaite : fs + Afs l 2 < f,«2,2) sin vl (2,2) Un troisième trajet élémentaire 430 part de la deuxième zone de réflexion 426, puis traverse la troisième couche 414 en une zone de traversée 432 en étant réfracté d'un angle de réfraction pour atteindre la satellite S. L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la troisième couche 414 et la direction du troisième trajet élémentaire 430 incident est désigné par (1)1(3,3). La fréquence de coupure en la zone de traversée 432 de la troisième couche 414 est désignée par fc1(3,3). La relation suivante est alors satisfaite : fs + Afs l 2 < .fc1 (3,3) sinvl(3,3) L'ensemble des relations décrites ci-dessus sont les conditions d'existence de la configuration de trajet décrite à la Figure 8. Dans une deuxième forme de réalisation suivant la Figure 9, un trajet 462 de propagation de l'onde radioélectrique comprend plusieurs trajets élémentaires qui se propagent dans un canal de transmission ionosphérique. Cette configuration correspond à une bande de fréquences sélectionnée Bfs et un angle d'élévation de consigne possible a2. Au préalable, l'antenne 20 a été alignée de sorte que le plan d'élévation de son diagramme de rayonnement est confondu avec le plan géodésique. La modélisation du canal de transmission formée par le sol et l'ionosphère est identique à celle décrite pour la figure 8. Un premier trajet élémentaire 470 part de l'emplacement du terminal 4 situé au sol 408, traverse la première couche 410 et la deuxième couche, puis est réfléchi sur la troisième couche en une première zone de réflexion 472. L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la première couche 410 et la direction du premier trajet 470 incident est désigné par (1)2(1,1). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la première couche 410 est désignée par fc2(1,1).

L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la deuxième couche 412 et la direction du premier trajet 470 incident est désigné par (1)2(1,2). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la deuxième couche 412 est désignée par fc(1,2) L'angle formé par la tangente de la première zone de réflexion de la troisième couche 414 et la direction du premier trajet 470 incident est désigné par (1)2(1,3). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la troisième couche 414 est désignée par fc2(1,3) Les relations suivantes sont satisfaites : fs - Ofs /2 > L2 (1,1) ,et sin ~a (1,1) fs - Ofs / 2 L2 (1,2) ,et sin ~a (1,2) fs + ofs / 2 < Lz (1,3) sin q)a (1,3) Un deuxième trajet élémentaire 474 part de la première zone de réflexion 472, traverse successivement la deuxième couche 412 et la première couche 410 puis est réfléchi sur la surface terrestre 408 en une deuxième zone de réflexion 476.

L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la deuxième couche 412 et la direction du deuxième trajet 474 incident est désigné par (1)2(2,2). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la deuxième couche 412 est désignée par fc2(2,2). L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la première couche 410 et la direction du deuxième trajet 474 incident est désigné par (1)2(2,1). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la première couche 410 est désignée par fc2(2,1) L'angle formé par la tangente de la deuxième zone de réflexion 476 de la surface terrestre 408 et la direction du deuxième trajet 474 incident est désigné par (1)2(2,0). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la surface terrestre 408 est désignée par fc2(2,0) Les relations suivantes sont satisfaites : fs - Ofs / 2 >-fs - Ofs / 2 >-fs+Ofs/2< L2(2,2) et sin çoa(2,2)

L2 (2,1) ,et sin ~a (2,1) f,(2,0) sin q)a (2,0) Un troisième trajet élémentaire 480 part de la deuxième zone de réflexion 472, traverse successivement la première couche 410, la deuxième couche 412 puis la troisième couche 414 en une zone de traversée 482 pour atteindre le satellite S. L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la première couche 410 et la direction du troisième trajet 480 incident est désigné par (1)2(3,1). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la première couche 410 est désignée par fc2(3,1). L'angle formé par la tangente de la zone de traversée de la deuxième couche 412 et la direction du troisième trajet 480 incident est désigné par (1)2(3,2). La fréquence de coupure en la zone de traversée de la deuxième couche 412 est désignée par f,(3,2) L'angle formé par la tangente de la zone de traversée 482 de la troisième couche 414 et la direction du troisième trajet 480 incident est désigné par (1)2(3,3). La fréquence de coupure la zone de traversée de la troisième couche 414 est désignée par f.2(3,3)- De manière plus précise lorsque l'onde radioélectrique traverse la troisième couche, celle-ci est réfractée d'un angle de réfraction qui peut être pris en compte si une telle précision est requise. Les relations suivantes sont satisfaites : fs - Ofs / 2 f ,2 (3'1) et sin q)a (3,1) fs - Ofs / 2 > L2 (3,2) ,et

sin q)2 (3,2) fs - Ofs l 2 >_ L2 (3'3) sin çc.2 (3,3) L'ensemble des relations décrites ci-dessus sont les conditions d'existence de la configuration de trajet décrite à la Figure 9. Pour chacune des configurations des figures 8 et 9 lorsque les conditions de leur existence sont satisfaites des bilans de liaison en termes d'atténuations peuvent être 25 effectuées pour chaque trajet 400 et 462. Les atténuations de chaque trajet 400, 462 prennent en compte les atténuations sur les différents trajets élémentaires prédictibles à partir de modèles statistiques. Pour chaque configuration, une portée transhorizon associée est alors déterminée ainsi qu'un niveau de réception attendu au niveau du satellite. 30 La portée transhorizon est définie comme la distance du segment de géodésique parcouru entre la station sol 4 et le point nadir N du satellite 6.20 Il est alors possible de choisir la ou les configurations les plus prometteuses pour établir une liaison montante vers le satellite. Il est à remarquer que la portée transhorizon est limitée de façon purement géométrique par la hauteur des couches réfléchissantes de l'ionosphère et par la courbure terrestre. La distance maximale atteinte dans le cas d'une seule réflexion interne ionosphérique est compris entre 3500 km et 5000 km.. Dans le cas d'au moins deux réflexions internes ionosphériques, cette distance maximale est encore plus grande et peut atteindre 10 500 kms.

Après avoir été réfléchi à l'intérieur de l'ionosphère, le signal radioélectrique parvenu à sortir de l'ionosphère et reçu par le satellite de réception, est en général très perturbé. Outre des composantes de bruits d'origine industrielle ou extragalactique, le signal présente souvent des composantes multi-trajets. Chaque composante multi-trajet présente des déphasages de ses composantes de polarisation sous l'effet Faraday, effet bien connu ayant pour origine l'interaction du plasma formant l'ionosphère et du champ magnétique terrestre. L'effet Faraday est particulièrement marqué vers les fortes latitudes au voisinage des pôles. Le plasma se comporte alors pour les ondes décamétriques comme un milieu biréfringent avec deux fréquences de coupures associées à des composantes orthogonales du vecteur de polarisation de l'onde radioélectrique. L'écart entre les deux fréquences de coupures est égal à la gyrofréquence de rotation du vecteur de polarisation dépendante du champ magnétique terrestre observé localement. Il est à remarquer que pour l'établissement d'une liaison montante allant du terminal au satellite, une puissance élevée étant disponible au sol, des débits de données plus élevés que ceux d'une liaison descendante pourront être obtenus.

Suivant la Figure 10, un système spatial 502 met est apte à mettre en ceuvre une liaison de radiocommunication transhorizon, descendante et de longue portée, entre un satellite en mode émission et une station sol en mode réception, lorsque la station sol a déjà été informée de l'émission d'un message de communication par le satellite. Le système spatial 502 comprend des éléments identiques ceux du système spatial 2 désignés par les mêmes références. A l'instar du système 2, le système spatial comprend au moins un satellite 504 en orbite basse autour de la Terre mais en mode émission et une station sol 506 hors de visibilité du satellite 504 mais en mode réception. Le système spatial 502 comprend le moyen de détermination de la position du satellite 504 à un instant d'émission virtuel, le moyen de détermination 13 de segment de géodésique de la surface terrestre, le moyen de détermination 14 d'un état de l'ionosphère située au dessus d'un segment de géodésique quelconque à un instant de commande, et le moyen 16 de détermination des paramètres ici de réception par la station sol propres à l'établissement de la liaison ionosphérique transhorizon descendante.

Les mêmes repères 19 et 26 sont ici utilisés. Ici, la station sol 506 en mode réception est apte à recevoir un signal radioélectrique dans une bande de fréquences Bfs de réception sélectionnée parmi un ensemble de bandes de fréquences décamétriques. La station sol 506 de réception comprend une antenne directive de réception 507, ici la même antenne 20 que celle du système 2 utilisée en réception, un récepteur radioélectrique 522 raccordé à l'antenne 20, et le dispositif de pointage 24 d'un lobe principal 25 du diagramme de rayonnement de l'antenne 507. Suivant la Figure 10, l'antenne 507 de réception présente pour une position de pointage donnée un diagramme de rayonnement par rapport au plan de référence orienté 28 de l'antenne. Seul le lobe principal 25 du diagramme de rayonnement de l'antenne est représenté, ici selon l'axe principal 29 pour lequel le gain de l'antenne est maximal. Le moyen de détermination 12 de la position du satellite 506 en mode émission est apte à déterminer la position du point nadir N au sol du satellite 506 dans le premier repère 18 en fonction d'un instant d'émission virtuel attendu du signal, et d'autre part d'éphémérides du satellite enregistrées dans la base de données d'éphémérides 32. Le moyen de détermination 13 de segment géodésique est apte à déterminer le segment 33 de la géodésique reliant le point d'emplacement T de la station sol 506 et le point nadir N de survol du satellite 504 à l'instant d'émission virtuel à partir des coordonnées des points T et S dans le premier repère 18 fournies par le moyen de détermination 12. Le moyen de détermination 13 de segment géodésique est apte également à déterminer le plan géodésique 34 contenant le segment de géodésique 33 et le satellite émetteur 506, et la bande spatiale 36 du plan géodésique de la même manière que pour la système 2.

Le moyen de détermination 14 d'un état d'ionisation de l'ionosphère à l'instant d'émission virtuel est identique à celui du système 2. Le moyen 16 de détermination des paramètres de réception de la station sol est apte de manière similaire au fonctionnement en mode émission de la station sol à déterminer et fournir à la station sol 506 la bande de fréquence de réception sélectionnée et la position des éléments rayonnants de l'antenne de réception requises pour l'établissement d'une liaison ionosphérique transhorizon par réflexion. Ces paramètres de réception sont fonction de l'instant d'émission virtuel du satellite 504, et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus du segment 33 de géodésique à l'instant d'émission virtuel de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis à l'instant d'émission virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne de réception 507 est au moins une fois réfléchi vers la Terre 7 par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception par la station sol 506 après avoir traversé l'ionosphère. Les paramètres de réception sont déterminés de sorte que le signal radioélectrique se propage sous la forme d'une onde radioélectrique en empruntant un trajet qui peut être modélisé par une succession de trajets élémentaires correspondant à au moins une réflexion sur une couche de l'ionosphère vers la Terre. Suivant, la Figure 10 un exemple de liaison ionosphérique descendante mise en ceuvre par le système 502 est représenté. Dans cet exemple, le plan d'élévation de l'antenne correspondant à un maximum d'énergie rayonné a été aligné sur le plan de la géodésique traversant à la fois le point de référence T du terminal 4 et le point nadir N du satellite de réception. Pour une longueur d'onde du signal radiofréquence donnée, l'angle d'élévation du lobe principal dépend de la hauteur han, du râteau par rapport au sol. Ainsi, la hauteur du râteau constitue t'elle ici un paramètre de pointage mécanique de l'antenne.

Les deux paramètres de pointage mécanique de l'antenne permettent d'obtenir un lobe principal 25 de rayonnement de l'antenne présentant le pointage angulaire de consigne selon un angle d'azimut de consigne et un angle d'élévation de consigne. L'antenne de réception 507 est ainsi réglée suivant les deux mêmes paramètres de pointage mécanique que ceux définie pour le système spatial 2 dans le cas de la liaison montante de façon à établir ici une liaison ionosphérique descendante de bonne qualité reliant le satellite 504 et le terminal 506. En variante, l'antenne est configurée de sorte que l'angle d'élévation du lobe principal est ajustable par un dispositif de pointage mécanique en élévation ou par un dispositif de pointage à déphasage électrique approprié entre les différents éléments rayonnants formant l'antenne montés en réseau. La liaison ionosphérique représentée sur la Figure 10 est composée d'une succession 580 de trajets élémentaires, un premier trajet élémentaire 582, un deuxième trajet élémentaire 584, un troisième trajet élémentaire 586. Le premier trajet élémentaire 582 de l'onde part du satellite 506 en mode émission traverse une première zone de passage 590 située dans une première couche 592 de l'ionosphère jusqu'à une première zone de réflexion 594 située dans une deuxième couche 596 de l'ionosphère, située à une hauteur inférieure de la première couche 592 et dans laquelle l'onde est réfléchie suivant le deuxième trajet 584. Le deuxième trajet élémentaire 584 de l'onde part la première zone de réflexion 594 et se dirige à l'opposé de la Terre jusqu'à une deuxième zone de réflexion 596 localisée dans la première couche 592 de l'ionosphère. Le troisième trajet 586 de l'onde part de la deuxième zone de réflexion 598 et se dirige vers la Terre 7 jusqu'à une deuxième zone de passage 599 située dans la deuxième couche 596 de l'ionosphère dans laquelle l'onde est réfractée et transmise jusqu'à la station sol 506 réceptrice.

Pour chaque zone de passage 590, 599, et chaque zone de réflexion 594, 598 une fréquence de coupure respective fcd(1,1), f,d(3,2), fcd(1,2) fcd(2,1) est associée. Chaque fréquence de coupure est fonction de l'état d'ionisation de la portion d'ionosphère contenue dans la zone de passage ou de réflexion. En adoptant des conventions de notation similaire à celles adoptées dans les 15 descriptions des figures 1, 8 et 9, les angles d'incidences cpd(1,1), cpd(1,2) cpd(2,1) cpd(3,21) sont respectivement en les zones 590, 594, 598, 599. La bande de fréquence du signal radioélectrique définie par l'intervalle [fs-Afs/2, fs+ Afs/2] est choisie de sorte que les relations suivantes sont satisfaites : - / 2 i fcd (1,1) t fs fs

20 fs-Afs/2Ld(3'2) sin vd (3,2) L'angle d'élévation ad de consigne du lobe principal 25 de l'antenne de réception 507 est choisi de sorte qu'il existe un trajet géométrique de propagation de l'onde du 25 signal dans un canal ionosphérique dans le respect de la géométrie et des exigences des inégalités de fréquences de coupure définies ci-dessus. En variante, la première zone de réflexion sur une couche de l'ionosphère est remplacée par une zone de réflexion sur le globe terrestre. Cela signifie que la deuxième couche remplit des conditions de passage de l'onde jusqu'au sol. A priori, les paramètres 30 d'émission sont différents de ceux pour lesquels la deuxième zone de réflexion est située dans l'ionosphère. fs + Afs / 2 <_ sin vd (1,1) et fs + Afs / 2 fcd (1,2) et sin vd (1,2) fcd (2,1) sin vd (2,1) A l'instar du système 2, les moyens de détermination 12, 13, 14, 16 et les mêmes bases de données sont intégrés dans le terminal 506. En variante, les moyens de détermination et les bases de données peuvent être déportés et distribués soit dans un centre de traitement ou de plusieurs unités de traitement. Un centre de traitement peut être la station de mise à jour des données de l'état d'ionisation de l'ionosphère. Le satellite 504 comprend une antenne d'émission qui présente avant tout un bon rendement en raison de la rareté de l'énergie disponible à bord d'un satellite. Par exemple, l'antenne d'émission du satellite est une antenne à fil ayant une longueur pouvant atteindre jusqu'à une dizaine de mètres pour les ondes décamétriques utilisées. En mode réception, si le terminal 406 ne se trouve pas dans un d'évanouissement, une liaison transhorizon peut être établie. Le signal radioélectrique reçu par le terminal 406 est un signal bruité à mufti- trajets qui présente des évanouissements et des rotations de Faraday sur les composantes transverses de polarisation de l'onde. Pour améliorer les performances sur la liaison montante et descendante il est judicieux d'utiliser des techniques de diversité. La diversité est une diversité en fréquences, une diversité de polarisations, une combinaison des deux types de diversité. Dans le cas d'une diversité de fréquences, par exemple une diversité classique de type MIMO (multiple input, multiple output) ou MISO (Multiple Input, Single Output) est utilisée. Par exemple dans le cas d'un schéma de diversité en fréquences, un espacement de 3 MHz au minimum est utilisé. Suivant la Figure 11, un procédé 600 de mise en ceuvre d'une liaison ionosphérique montante telle que décrite par les figures 1, 8 et 9 par le système 2 comprend une succession d'étapes 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616 et 618. Dans la première étape 602, la station sol 4 d'émission reçoit d'une borne raccordée à un moyen de commande externe ou génère un signal de commande d'émettre un signal radiofréquence à un instant de commande d'émettre, Puis, dans l'étape 604, le moyen de détermination 12 de la position du satellite détermine une position du satellite 6 et une position nadir N du satellite 6 au sol en fonction d'un instant de réception du signal virtuel par le satellite.

Ensuite, dans l'étape 606, le moyen de détermination 13 de segment de géodésique détermine un ou deux segments 33 de la géodésique reliant la position T de la station sol 4 au point nadir N de survol du satellite 6 à l'instant de réception virtuel et un plan géodésique 34 correspondant contenant le segment curviligne 33 de géodésique et le satellite récepteur 6. Dans l'étape suivante 608, le moyen de détermination 14 d'état d'ionisation de l'ionosphère détermine l'état d'ionisation de l'ionosphère se trouvant à l'instant de réception virtuel par le satellite située au dessus d'un ou des deux segment 33 de géodésique déterminés par le moyen de détermination 13. Puis, dans l'étape 610, le moyen 16 de détermination et de fourniture à la station sol de paramètres d'émission détermine une bande de fréquence d'émission sélectionnée et une position de pointage de consigne de l'antenne d'émission 20 de la station sol 4 par rapport à un repère terrestre local 26 de la station sol 4. Les paramètres d'émission sont fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur 6, et de l'état de l'ionosphère située au dessus du ou des deux segments de géodésique au même instant de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis à un instant d'émission correspondant à l'instant de réception virtuel, est au moins une fois réfléchi vers la Terre 7 par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur après avoir traversé l'ionosphère. Dans l'étape 612, le moyen de pointage l'antenne d'émission du terminal positionne l'antenne dans la position de pointage de consigne déterminée dans l'étape 610. Dans l'étape 614, la station sol sélectionne la bande de fréquences sélectionnée déterminée à l'étape 610. Dans l'étape 616, la station sol 4 émet le signal radioélectrique dans la bande de fréquence d'émission sélectionnée, l'antenne étant positionnée dans la position de pointage de consigne. Dans l'étape 618, le satellite en mode réception reçoit le signal radioélectrique émis par la station sol. En variante, dans l'étape 610 seule une bande de fréquence est déterminée en fonction de l'instant de réception du satellite récepteur, et de l'état de l'ionosphère située au dessus du segment de géodésique à l'instant de réception virtuel de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis à un l'instant d'émission correspondant à l'instant de réception virtuel est au moins une fois réfléchi vers la Terre 7 par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception par le satellite récepteur après avoir travers l'ionosphère. Dans cette variante l'étape 612 est omise.

En variante, le procédé 600 est remplacé par un procédé de mise en ceuvre d'une liaison ionosphérique descendante telle que décrite par la figure 10. Dans cette variante le procédé comprend les mêmes étapes 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616, 618 avec les modifications suivantes. La station sol fonctionne en mode réception et le satellite en mode émission. Dans cette variante, la station sol connaît déjà l'identité du satellite d'émission et avec une précision importante ou modérée le moment d'émission virtuel du satellite. Dans ce cas l'instant de réception virtuel du satellite est remplacé par l'instant d'émission virtuel du satellite. En variante, les étapes de détermination (604), (606), (608), (610), de sélection (614), d'émission (616) et de réception (618) sont répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire. Suivant la Figure 12, une variante 700 du procédé 600 comprend les mêmes étapes 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614, 616 et 618 décrites à la Figure 11. La variante comprend une succession d'étapes 702, 704, 706 disposées entre l'étape 602 et l'étape de détermination 604.

Dans l'étape 702, la station sol émet en diversité de fréquences à l'émission, successivement dans le temps ou en même temps, sur plusieurs bandes de fréquences décamétriques un signal radioélectrique de signalisation de sondage de la réponse du canal ionosphérique existant entre la station sol et le satellite. Puis, dans l'étape suivante 704, le satellite en écoute détecte le signal radioélectrique de signalisation et estime la réponse du canal ionosphérique transhorizon. Ensuite, dans l'étape 706, le satellite envoie à la station sol dans une bande de fréquences identique ou correspondant à une bande de fréquences dans laquelle le signal radioélectrique de signalisation de sondage a été reçu avec le meilleur rapport signal à bruit, les informations d'estimation de la réponse du canal ionosphérique. En variante, les étapes 702, 704, 706 sont également mises en ceuvre après les étapes 616, 618 et répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire.

Le procédé de l'invention permet d'établir des liaisons transhorizon entre une station sol située au sol et un satellite hors de visibilité sur des distances très longues pouvant dépasser dix mille kilomètres sans avoir besoin d'une infrastructure relai située au sol ou dans l'espace.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Système spatial, destiné à mettre en ceuvre une liaison de communication transhorizon entre une station (4), située au sol, et un satellite (6), en orbite autour de la Terre (7) et hors de visibilité de la station (4), le système comprenant - une station sol (4) d'émission, ayant une position définie par rapport à un premier repère terrestre géocentrique (18), et apte à émettre un signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans un ensemble de bandes de fréquences décamétriques, et - un satellite de réception (6), en orbite autour de la Terre (7) et apte à recevoir le signal radioélectrique émis par la station sol (4), caractérisé en ce que le système comprend : - un moyen de détermination (12) d'une position du satellite de réception (6) et d'une position du point nadir de survol du satellite (6) dans le premier repère (18) en fonction d'un instant de réception virtuel du signal, - un moyen de détermination (13) de deux segments curvilignes (33) complémentaires d'une géodésique reliant la position de la station sol (4) et le point nadir de survol du satellite (6) à l'instant de réception virtuel, et d'un plan géodésique (34) contenant le segment (33) de géodésique et le satellite récepteur (6), - un moyen de détermination (14), à un instant de commande d'émettre, d'un état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments (33) de géodésique déterminés par le moyen de détermination de segment (13), et - un moyen (16) de détermination et de fourniture à la station sol (4) d'une bande de fréquence d'émission sélectionnée Bfs en fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur (6) et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un ou de deux segments de géodésique (33) à l'instant de commande d'émettre de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis, après l'instant de commande d'émettre, à un instant de commande virtuel correspondant à l'instant de réception virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée, est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur (6) après avoir traversé l'ionosphère. - des moyens (22) d'émission de la station sol (4) vers le satellite récepteur (6) dans la bande de fréquence d'émission sélectionnée Bfs.
2. 2. Système spatial selon la revendication 1, dans lequel la station sol (4) comprend un émetteur (22) et une antenne d'émission (20) raccordée à l'émetteur (22), l'émetteur (22) comportant un dispositif de sélection d'une bande de fréquences parmi l'ensemble des bandes de fréquences décamétriques,l'antenne d'émission (20) est directive et la station sol (4) comprend un moyen de pointage (24) par déplacement mécanique de l'antenne en translation et/ou en rotation par rapport à un deuxième repère (26) lié à la station sol (4) ou par déphasage électrique d'éléments rayonnants formant une antenne réseau pour atteindre une position de pointage de consigne, l'antenne d'émission (20) présente pour la position de pointage de consigne un diagramme de rayonnement par rapport à un plan de référence (28) lié à la station sol (4), le diagramme de rayonnement de l'antenne (20) présentant un lobe principal (25) de rayonnement suivant un axe principal (29) pour lequel le gain de l'antenne (20) est maximal, le moyen (16) de détermination et de fourniture de la bande de fréquences sélectionnée à la station sol (4) est apte à déterminer et à fournir à la station sol (4) une bande de fréquences d'émission sélectionnée et une position de pointage de consigne de l'antenne d'émission (20) en fonction de l'instant de réception virtuel du satellite récepteur (6), et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments (33) de géodésique à l'instant de commande d'émettre de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis après l'instant de commande d'émettre à un instant de commande virtuel correspondant à l'instant de réception virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne (20), est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par le satellite récepteur (6) après avoir traversé l'ionosphère.
3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (16) de détermination de la bande de fréquences sélectionnée de l'émetteur et de la position de pointage de consigne de l'antenne d'émission (20) est apte également à déterminer l'aptitude de réflexion et de transmission d'un signal radioélectrique émis à une bande de fréquence quelconque par différentes couches de l'ionosphère contenue dans la bande géométrique (36) verticale du plan géodésique (34) située au dessus d'un segment de géodésique (33) à l'instant de commande d'émettre, l'aptitude de réflexion et de transmission du signal quelconque étant fonction de l'état d'ionisation de l'ionosphère contenue dans la bande géométrique (36), de la bande de fréquences du signal quelconque prise parmi l'ensemble de bandes de fréquences, et de la position de pointage de l'antenne d'émission (20) de la station sol (4).
4. 4. Système spatial selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel le deuxième repère (26) de la station sol d'émission (4) est un repère triaxial orthogonal direct dont un premier axe est l'axe de la verticale ZT partant de la Terre (7) et traversant l'emplacement T de la station sol (4) et les deux axes restants sont deux axesorthogonaux (XT, YT) prédéterminés de manière arbitraire, contenus dans un plan azimutal (27) dont une normale est le premier axe vertical ZT, une position de pointage de l'antenne est définie par un angle d'élévation a et un angle azimutal p, l'angle d'élévation a est l'angle complémentaire de l'angle formé par le premier axe vertical ZT du deuxième repère (26) et l'axe principal (29) de rayonnement de l'antenne (20), et l'angle azimutal p est l'angle formé par la projection de l'axe principal de rayonnement (29) de l'antenne (20) sur le plan azimutal (27) et un axe azimutal de référence XT pris parmi les deux axes prédéterminés (XT, YT) du plan azimutal (27) du deuxième repère (26), l'angle azimutal de consigne Rcons est égal à l'un des deux angles formés par les tangentes associés respectivement chacune à un segment différent de géodésique (33) prise à l'emplacement T de la station sol et l'axe azimutal XT de référence du deuxième repère, l'angle d'élévation de consigne acons et l'angle azimutal de consigne Acons sont les deux angles pour lequels, une bande de fréquence d'émission étant sélectionnée, il existe un trajet (60 ; 402, 470) du signal radiofréquence, reliant la station sol (4) et le satellite de réception (6) et confiné par une ou plusieurs couches (66, 74 ; 412, 414) de l'ionosphère jusqu'à la sortie vers le satellite (6), le trajet (60 ; 402, 470) étant compatible des aptitudes à la réflexion et à la transmission du signal radioélectrique par la ou les différentes couches (66, 74 ; 412, 414) de l'ionosphère à l'instant de commande d'émettre.
5. 5. Système spatial selon la revendication 4, dans lequel, lorsqu'il existe pour une bande de fréquences d'émission sélectionnée plusieurs valeurs de couples (a1, pl), (a2,R2) d'angle d'élévation et d'anale azimutal de consigne possibles correspondant chacun à un trajet différent (402, 470) reliant la station sol (4) et le satellite de réception (6), le moyen de détermination (16) de la bande de fréquences sélectionnée de l'émetteur et de la position de pointage de consigne de l'antenne d'émission (20) est apte à prédire pour chaque couple de valeurs d'angle élévation et d'angle azimutal de consigne possibles (a1, pl), (a2, p2) l'atténuation du signal radioélectrique reçu au niveau du satellite (6), et à sélectionner l'angle d'élévation et l'angle azimutal de consigne parmi les couples d'angle d'élévation et d'angle azimutal de consigne possibles les deux angles d'élévation et azimutal pour lesquels l'atténuation du signal reçu est la plus petite.
6. 6. Système spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en que ce que le moyen de détermination de l'état d'ionisation (14) comprend des tables d'évolution spatiotemporelles de l'état d'ionisation de l'ionosphère ou des algorithmes decalcul de l'état de l'ionosphère en fonction de coordonnées d'espace décrivant des points de l'ionosphère telles que l'altitude, la latitude et la longitude et d'une coordonnée temporelle d'instant, les tables et les algorithmes étant déterminés, directement à partir de mesures effectuées par des engins spatiaux ou des stations d'observation terrestres, ou indirectement à partir de modèles statistiques de l'ionosphères eux-mêmes fondées sur des mesures.
7. 7. Système spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la station sol (4) comprend au moins une antenne émission (20) formée d'au moins une antenne élémentaire ayant des éléments rayonnants (21) dans une ou plusieurs bandes de fréquences décamétriques et dont l'angle de pointage est réglable en azimut et en élévation par rapport au sol, et le satellite comprend au moins une antenne de réception raccourcie.
8. 8. Système spatial, destiné à mettre en ceuvre une liaison de communication transhorizon entre une station (506), située au sol, et un satellite (504), en orbite autour de la Terre (7) et hors de visibilité de la station, le système comprenant - un satellite d'émission (506) en orbite autour de la Terre (7) et apte à émettre un signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans un ensemble de bandes de fréquences décamétriques, - un station sol (504) de réception, ayant une position définie par rapport à un premier repère terrestre géocentrique (18), et apte à recevoir le signal radioélectrique dans une bande quelconque de fréquences d'émission compris dans l'ensemble de bandes de fréquences décamétriques, caractérisé en ce que le système comprend : - un moyen de détermination (12) d'une position du satellite d'émission et d'une position du point nadir au sol du satellite dans le premier repère en fonction d'un instant d'émission virtuel du satellite, - un moyen de détermination (13) de deux segments curvilignes (33) complémentaires d'une géodésique reliant la position de la station (506) et le point nadir de survol du satellite à l'instant d'émission virtuel, et d'un plan géodésique (34) contenant le segment (33) de géodésique et le satellite émetteur (504), - un moyen de détermination (14) à un instant de commande de recevoir d'un état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un des deux ou des deux segments de géodésique (33) déterminé par le moyen de détermination de segment (13), et - un moyen (16) de détermination et de fourniture à la station sol (506) d'une bande de fréquence de réception sélectionnée en fonction de l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur (504) et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'unou des deux segments de géodésique (33) à l'instant de commande de recevoir de la station sol de sorte que le signal radioélectrique, lorsqu'il est émis après l'instant de commande virtuel dans la bande de fréquence sélectionnée, est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception virtuel par la station sol (506) après avoir traversé l'ionosphère, des moyens d'émission du satellite d'émission vers la station sol dans la bande de fréquences d'émission sélectionnée.
9. 9. Système spatial selon la revendication 8, dans lequel la station sol (506) comprend un récepteur (522) et une antenne de réception (507) raccordée au récepteur (522), le récepteur (522) comportant un dispositif de sélection d'une bande de fréquences parmi l'ensemble de bandes de fréquences décamétriques, l'antenne de réception (522) est directive et la station sol (506) comprend un moyen de pointage par déplacement mécanique de l'antenne de réception (507) en translation et/ou en rotation par rapport à un deuxième repère (26) lié à la station sol de réception (506) ou par déphasage électrique d'éléments rayonnants formant un réseau de l'antenne pour atteindre une position de pointage de consigne, l'antenne de réception (507) présente pour la position de pointage de consigne un diagramme de rayonnement par rapport à un plan de référence orienté de l'antenne de réception (507), le diagramme de rayonnement de l'antenne présentant un lobe principal de rayonnement (25) suivant un axe principal (29) pour lequel le gain de l'antenne de réception (507) est maximal, le moyen (16) de détermination et de fourniture de la bande de fréquences sélectionnée à la station sol (506) est apte à déterminer et à fournir à la station sol (506) une bande de fréquences de réception sélectionnée et une position de pointage de consigne de l'antenne de réception (507) en fonction de l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur (504), et de l'état d'ionisation de l'ionosphère située au dessus d'un ou des deux segments de géodésique (33) à l'instant de commande de recevoir de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis à l'instant d'émission virtuel du satellite émetteur (504) dans la bande de fréquence de réception sélectionnée et suivant la position de pointage de consigne de l'antenne de réception (507) est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu à l'instant de réception par le terminal récepteur (506) après avoir traversé l'ionosphère.
10. 10. Système spatial selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, dans lequelle satellite d'émission (504) comprend au moins une antenne de réception à fil ayant une longueur pouvant atteindre jusqu'à une dizaine de mètres, et un récepteur à diversité de bandes de fréquences et/ou à diversité d'espaces entre différentes antennes, la station sol de réception (506) comprend au moins une antenne de réception (507) formé d'au moins une antenne élémentaire ayant des éléments rayonnants dans une ou plusieurs bandes de fréquences décamétriques et dont l'angle de pointage est réglable en azimut et en élévation par rapport au sol.
11. 11. Procédé de communication transhorizon par une liaison ionosphérique entre une station située au sol et un satellite en orbite mis en ceuvre par un système spatial défini selon l'une des revendications 1 à 7 et/ou 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : recevoir (602) par une station sol d'émission, respectivement de réception, un signal de commande d'émettre, respectivement de recevoir un signal radiofréquence à un instant de commande d'émettre, respectivement de recevoir, déterminer (604) une position du satellite et une positon nadir du satellite au sol dans un premier repère en fonction d'un instant de réception virtuel, respectivement un instant d'émission virtuel, du signal par le satellite, déterminer (606) un ou deux segments curvilignes (33) de la géodésique reliant la position de la station sol au point nadir de survol du satellite à l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, du satellite et un plan géodésique correspondant contenant le segment de géodésique et le satellite, déterminer (608) l'état d'ionisation de l'ionosphère se trouvant à l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, située au dessus d'un des deux ou des deux segments de la géodésique déterminé par le moyen de détermination (14), déterminer (610) une bande de fréquence sélectionnée d'émission, respectivement de réception, et une position de pointage de consigne de l'antenne d'émission, respectivement de réception, de la station sol par rapport à un deuxième repère (26) lié à la station sol en fonction de l'instant de réception virtuel, respectivement l'instant d'émission virtuel, du satellite et de l'état de l'ionosphère située au dessus du segment de géodésique à ce même instant de sorte que le signal radioélectrique lorsqu'il est émis après l'instant de commande d'émettre, respectivement l'instant d'émission virtuel, est au moins une fois réfléchi vers la Terre (7) par l'ionosphère et est reçu par le satellite récepteur, respectivement la station sol en mode réception, à l'instant de réception virtuel après avoir traversé l'ionosphère,positionner (612) avant un instant d"émission virtuel, respectivement l'instant de réception virtuel, à l'aide d'un moyen de pointage l'antenne de la station sol dans la position de pointage de consigne définie par rapport au deuxième repère (26) du la station sol, sélectionner (614) la bande de fréquence déterminée parmi l'ensemble des bandes de fréquences décamétriques, et émettre (616) par la station sol, respectivement le satellite le signal radioélectrique dans la bande de fréquence d'émission sélectionnée, et recevoir (618) par le satellite, respectivement la station sol, le signal radioélectrique émis par le terminal, respectivement le satellite.
12. 12. Procédé de communication transhorizon selon la revendication 11, caractérisé en ce que les étapes de détermination (604), (606), (608), (610), de sélection (614), d'émission (616) et de réception (618) sont répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire.
13. 13. Procédé de communication transhorizon selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend au préalable avant l'étape (604) les étapes consistant en ce que la station sol émet (702) en diversité de fréquences à l'émission successivement dans le temps ou en même temps sur plusieurs bandes de fréquences décamétriques un signal radioélectrique de signalisation de sondage de la réponse du canal ionosphérique existant entre la station sol et le satellite, le satellite en écoute détecte (704) le signal radioélectrique de signalisation et estime la réponse du canal, le satellite envoie (706) à la station sol dans une bande fréquences identique ou correspondant à une bande de fréquences dans laquelle le signal radioélectrique de signalisation de sondage a été reçu avec le meilleur rapport signal à bruit, les informations d'estimation de la réponse du canal ionosphérique.
14. 14. Procédé de communication transhorizon selon la revendication 13, caractérisé en ce que les étapes (702), (704), (706) sont également mises en ceuvre après les étapes (616), (618) et répétées au cours de la communication transhorizon en fonction de mises à jour rendues nécessaires en raison de l'évolution de la position du satellite sur sa trajectoire.