FR3168299A1 - Système de réception de données d’observation de la Terre - Google Patents

Système de réception de données d’observation de la Terre

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Abstract

Un aspect de l’invention concerne un système de réception de données d’observation de la Terre émises depuis un satellite en orbite basse, le système comprenant un ensemble de stations au sol, dans lequel chaque station au sol est configurée pour recevoir des données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence supérieure à 12 GHz, dans lequel chaque station au sol comprend une antenne de diamètre respectif inférieur ou égal à 2 mètres, dans lequel chaque station au sol est associée à un angle d’élévation minimal respectif prédéfini supérieur ou égal à 15 degrés, dans lequel la transmission de données depuis le satellite vers chaque station au sol est effectuée tant qu’un angle d’élévation du satellite par rapport à ladite station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 7

Description

Système de réception de données d’observation de la Terre DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique étudié est celui des communications par satellites, en particulier des communications par voie descendante depuis un satellite d’observation de la Terre en orbite basse vers une ou plusieurs stations au sol.
En particulier, l’invention concerne un réseau de stations au sol configurées pour recevoir des signaux depuis un satellite d’observation de la Terre en orbite basse, dans une bande de fréquences supérieure à la bande X, c’est-à-dire une bande de fréquences au-dessus de 12 GHz, par exemple dans la bande Ka, la bande Q, la bande W ou la bande E.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
L’orbite basse, ou orbite terrestre basse (LEO, pour « Low Earth Orbit » en anglais), correspond à une orbite relativement proche de la surface de la Terre, située à moins de 2000 km, et généralement à moins de 1200 km voire moins de 1000 km. En orbite terrestre très basse (VLEO, pour « Very Low Earth Orbit » en anglais), les satellites peuvent même circuler à moins de 450 km d’altitude, en général entre 250 et 350 km d’altitude, voire jusqu’à 160 km d’altitude par rapport à la surface de la Terre, mais rarement en-dessous, afin d’éviter des effets néfastes du frottement atmosphérique.
Les satellites en orbite basse sont donc des satellites qui circulent sur des orbites situées sur des orbites relativement proches de la Terre, allant par exemple de 160 km à 1000 km d’altitude, voire 1200 km d’altitude, et de manière générale inférieure à 2000 km d’altitude par rapport à la surface de la Terre.
Contrairement aux satellites en orbite géostationnaire, situés à environ 36000 km d'altitude, qui circulent avec une inclinaison nulle (parallèle à l’équateur terrestre) et ont une période orbitale qui coïncide avec la période de révolution de la Terre (ayant pour conséquence que le satellite est fixe du point de vue d’une station au sol), les satellites en orbite basse ont une période orbitale inférieure à la période de révolution de la Terre et peuvent suivre une trajectoire selon un plan incliné par rapport à l’équateur terrestre. Il existe donc davantage de trajectoires disponibles pour les satellites en orbite basse, ce qui en fait une option particulièrement intéressante pour les applications d’observation de la Terre (« Earth Observation » en anglais). Les satellites d’observation de la Terre sont des satellites utilisés pour effectuer des observations géophysiques et géographiques de la Terre depuis l’orbite où ils se situent, et incluent notamment les satellites de télédétection (satellites météorologiques, d’imagerie terrestre ou de renseignement). Lorsqu’une station au sol est survolée par le satellite d’observation de la Terre (à chaque révolution du satellite), celui-ci se « décharge » de ses données vers la station au sol, c’est-à-dire qu’il envoie les données collectées vers la station au sol, par une liaison de communication par voie descendante.
Aujourd’hui, les liaisons de communications par voie descendante (i.e. depuis le satellite vers la station au sol) entre la plupart des satellites d’observation de la Terre en orbite basse et les stations au sol se font en utilisant la bande X, qui est une gamme de fréquences allant de 8,025 GHz et 8,4 GHz pour les applications d’observation de la Terre.
La réception de ces données est réalisée par des antennes paraboliques avec une taille typiquement de 3 à 5 mètres de diamètre. En raison de l’utilisation accrue des satellites de cette bande, de par leur nombre et combiné à une bande passante limitée (seulement 375 MHz pour des applications d’observation de la Terre), la congestion est devenue un sérieux problème pour la descente de données en bande X depuis un satellite en orbite basse vers une station au sol.
Les bandes de fréquences supérieures à la bande X, ayant des valeurs supérieures à 12 GHz, comme la bande Ka par exemple (entre 25,5 GHz et 27 GHz pour des application d’observation de la Terre), donnent accès à des bandes passantes plus larges (1,5 GHz pour la bande Ka pour des applications d’observation de la Terre), mais elles sont également plus sensibles à la dégradation du signal en raison de l’atténuation due à la présence d’eau dans l’atmosphère (sous forme de nuage, gaz, pluie et scintillation) – appelée aussi « atténuation due à la pluie ».
Par exemple, l’article « Ka-Band and the Future of Big Data from Space », de KSAT (Kongsberg Satellite Services) et Astro Digital présente une solution pour recevoir des données depuis un satellite en orbite basse en utilisant la bande Ka. Du fait de l’atténuation importante du signal radio dans des conditions de forte humidité, la solution proposée utilise des stations au sol (aussi appelées stations terrestres) situées dans des zones géographiques bien spécifiques, à Svalbard (de latitude 78° Nord) et sur la base antarctique Troll (de latitude 72° Sud), où les conditions de sécheresse permettent une transmission robuste en bande Ka sans interférences liées à la pluie ou à la neige. De telles contraintes de localisation ne permettent pas actuellement un déploiement important de cette solution ni une généralisation de son utilisation pour la réception de données de satellites en orbite basse utilisant la bande Ka.
Il existe donc un besoin pour de nouvelles solutions pour utiliser les bandes supérieures à la bande X pour des applications d’observation de la Terre utilisant des satellites en orbite basse.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant d’utiliser des stations au sol de petite taille opérant en bande Ka avec un angle d’élévation minimal d’au moins 15° (alors que les solutions traditionnelles utilisent des angles d’élévation minimaux bien plus faibles, en général 5°, pour optimiser le temps de contact avec le satellite).
Un aspect de l’invention concerne ainsi un système de réception de données d’observation de la Terre émises depuis un satellite en orbite basse, le système comprenant un ensemble de stations au sol,
dans lequel chaque station au sol est configurée pour recevoir des données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence supérieure à 12 GHz,
dans lequel chaque station au sol comprend une antenne de diamètre respectif inférieur ou égal à 2 mètres,
dans lequel chaque station au sol est associée à un angle d’élévation minimal respectif prédéfini supérieur ou égal à 15 degrés,
dans lequel la transmission de données depuis le satellite vers chaque station au sol est effectuée tant qu’un angle d’élévation du satellite par rapport à ladite station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol.
Par « satellite en orbite basse », il est entendu un satellite se déplaçant sur une orbite située à moins de 2000 km de la surface de la Terre.
Par « données d’observation de la Terre » il est entendu des données émises depuis un satellite d’observation de la Terre, c’est-à-dire un satellite utilisé dans le cadre d’applications d’observation de la Terre depuis son orbite (espionnage, surveillance de l’environnement, météorologie, cartographie, etc.), par exemple un satellite d’imagerie de la Terre ou un satellite de télédétection. De tels satellites sont configurés pour émettre des données « à l’aveugle » selon un plan d’émission prédéterminé et reçu en amont par le satellite (le plan d’émission indiquant notamment à quel moment le satellite doit émettre les données). En d’autres termes, de tels satellites sont configurés pour se décharger de leurs données, et non pour établir une liaison de communication bidirectionnelle avec une station au sol. Les données transmises par le satellite d’observation de la Terre sont reçues par n’importe quelle station au sol depuis laquelle le satellite est visible.
Par « station au sol » (aussi appelée station terrestre ou station terrienne), il est entendu une installation située à la surface de la Terre et configurée pour communiquer avec le satellite en orbite basse. En particulier, une station au sol est configurée pour au moins recevoir des signaux (et donc des données) depuis le satellite en orbite basse (elle peut aussi être configurée pour émettre des signaux vers le satellite en orbite basse, mais cela n’est pas obligatoire). Pour communiquer avec le satellite, la station au sol comprend une antenne (par exemple parabolique). Dans le cadre de la présente invention, l’antenne de chaque station au sol est de diamètre inférieur ou égal à 2 mètres. Il est entendu que le diamètre de l’antenne n’est pas nécessairement le même d’une station au sol à l’autre. Il est également entendu que, dans certains modes de réalisation, le diamètre de l’antenne peut être de l’ordre de quelques dizaines de cm, par exemple entre 50 cm et 80 cm, ce qui permet de réduire drastiquement (d’un facteur supérieur à 10) le coût de l’infrastructure.
Par « diamètre », il est entendu une dimension caractéristique d’une antenne, qui peut être le diamètre au sens mathématique du terme pour une antenne de forme circulaire, ou le diamètre équivalent pour une antenne de forme non circulaire (par exemple, elliptique ou carrée). Le « diamètre équivalent » d’une antenne non circulaire correspond au diamètre qu’aurait une antenne circulaire de même surface. Dans l’ensemble de la description, le terme « diamètre » est utilisé pour désigner le diamètre ou le diamètre équivalent de l’antenne.
Par « angle d’élévation », il est entendu l’angle formé entre le plan horizontal où est positionné la station au sol et la droite allant de la station au sol vers le satellite. L’angle d’élévation est compris entre 0° (lorsque le satellite est sur le plan horizontal) et 90° (lorsque le satellite est au zénith par rapport à la station au sol). Pendant la trajectoire du satellite le long d’une orbite, l’angle d’élévation augmente jusqu’au pic d’élévation du passage (90° au maximum) puis diminue.
Par « angle d’élévation minimal », il est entendu une valeur prédéfinie minimale de l’angle d’élévation du satellite par rapport à une station au sol pour laquelle la station au sol reçoit des données depuis le satellite. En d’autres termes, tant que l’angle d’élévation minimal n’est pas atteint, la station au sol ne reçoit pas données du satellite. Dès que l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol atteint la valeur prédéfinie (i.e. l’angle d’élévation minimal), le satellite émet des données, qui sont alors reçues par une ou plusieurs stations au sol.
Il est entendu que chaque station est associée à un angle d’élévation minimal respectif, ce qui signifie que, dans certains modes de réalisation, deux stations au sol distinctes peuvent être associées à deux valeurs prédéfinies (i.e. deux angles d’élévation minimaux) distinctes.
Dans le cadre de l’invention, l’angle d’élévation minimal est supérieur ou égal à 15°, pour toutes les stations au sol. Comme détaillé ci-après, un angle d’élévation minimal d’au moins 15° permet de compenser l’atténuation due à la pluie associée à l’utilisation de fréquences au-dessus de la bande X, et également de diminuer le diamètre de l’antenne de la station au sol par rapport à des stations au sol classiques opérant en bande X (dont les antennes ont un diamètre de l’ordre de 4 à 6 mètres en général).
Il est noté que dans les solutions traditionnelles, l’angle d’élévation minimal est au contraire fixé à une valeur la plus basse possible, pour maximiser le temps de contact entre le satellite et la station au sol, c’est-à-dire le temps pendant lequel la station au sol reçoit des données depuis le satellite. En général, l’angle d’élévation minimal est de 5°.
Selon l’invention, l’angle d’élévation minimal est fixé à une valeur significativement supérieure, au moins 15°, car de telles valeurs permettent une miniaturisation de l’antenne pour une station au sol opérant dans une bande de fréquence supérieure à la bande X, tout en conservant des performances équivalentes par rapport à une station au sol opérant en bande X.
Il est ainsi possible d’utiliser des stations au sol de petite taille, qui présentent l’avantage d’être très peu coûteuses (environ 10 k€ à 30 k€ par antenne pour des antennes de diamètres compris entre 60 cm et 1 m, contre 400 k€ à 1 M€ par antenne pour des antennes de 3 m à 7 m de diamètre utilisées dans les systèmes actuels), et très simples à installer. Il est ainsi possible d’augmenter le nombre de stations au sol du système de communication, et ainsi d’augmenter la surface totale de réception.
Le système de communication selon l’invention permet donc une utilisation de fréquences supérieures aux fréquences de la bande X, notamment supérieures à 12 GHz, pour la réception de données d’observation de la Terre depuis un satellite en orbite basse, avec des stations au sol de petite taille (donc associées à un faible coût d’infrastructure), tout en s’affranchissant des problématiques d’atténuation qui rendaient inutilisable cette bande de fréquence dans les systèmes actuels.
Le système selon l’invention bénéficie ainsi des avantages de la bande Ka, à savoir une bande passante plus large, et moins utilisée (ce qui diminue les perturbations et la congestion).
L’utilisation d’un angle d’élévation minimal assez élevé (au moins 15°) offre en outre davantage de souplesse dans l’installation, car un tel angle diminue fortement les problématiques de blocage dû à la présence d’obstacles tels que des arbres ou des immeubles. En outre, un tel angle d’élévation minimal diminue l’impact des autres systèmes de communication radio terrestres (tels que les interférences des systèmes terrestres utilisant la même bande).
L’utilisation de stations au sol avec des antennes de petite taille (2 m de diamètre maximum) permet une réduction importante du temps et du coût de fabrication par rapport à des antennes classiques (de 3 m à 7 m de diamètre). Le temps et le coût d’installation sont également fortement réduits.
Des simulations réalisées ont permis d’évaluer qu’un système de communication selon l’invention permet une réduction du coût par Giga octet transmis (i.e. le rapport entre le volume de données pour une couverture à 5° d’élévation par le coût de l’infrastructure) par un facteur 6 à 12 (selon l’angle minimal d’élévation minimal utilisé).
En outre, le diamètre des antennes des stations au sol du système de communication de l’invention permet une grande modularité, et une grande souplesse dans leur installation. Il est ainsi très simple de déplacer, ou encore d’ajouter une ou plusieurs stations au sol au système de communication.
Cette facilité d’ajout de stations au sol permet d’utiliser une technique dite de diversité de sites (« site diversity » en anglais), qui consiste à relier plusieurs stations au sol recevant le même signal (et donc disposées suffisamment près l’une de l’autre, par exemple à quelques dizaines de km). Ainsi, si le signal est fortement atténué dans la zone où se situe l’une des stations au sol, une autre station au sol peut le compenser. Les zones de pluie intense, par exemple les supercellules, ne s’étendent en effet généralement que sur quelques kilomètres. Ainsi, en plaçant des stations au sol à quelques dizaines de km les unes des autres, en particulier dans les régions particulièrement sujettes aux précipitations, l’atténuation due à la pluie dans le signal en liaison descendante est fortement réduite.
Il est noté que cet ajout de stations au sol est rendu possible et envisageable du fait de la miniaturisation possible des antennes du système proposé par rapport aux systèmes existants.
En outre, du fait de leur petite taille, les stations au sol peuvent être avantageusement installées au plus près des dorsales Internet (« Internet Backbone » en anglais), par exemple sur les toits des centres de données (« Data center », en anglais), diminuant ainsi les coûts et la latence liés à la connectivité vers les réseaux informatiques.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, chaque angle d’élévation minimal peut être compris entre 15 et 30 degrés.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, chaque station au sol peut être configurée pour recevoir les données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence respective comprise entre 25,5 GHz et 27 GHz.
Une telle gamme de fréquences correspond à la bande Ka pour les applications d’observations de la Terre. Un avantage d’une telle gamme de fréquence est sa maturité technologique, mais il est entendu que l’invention ne se limite pas à cette gamme de fréquences.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, chaque station au sol peut comprendre une antenne de diamètre compris entre 30 cm et 1,5 m.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, pour chaque station au sol, le diamètre de l’antenne et l’angle d’élévation minimal peuvent être tels qu’un rapport signal sur bruit associé à la transmission des données depuis le satellite vers la station au sol est au moins équivalent à un rapport signal sur bruit associé à une transmission des données depuis le satellite vers une station au sol de référence opérant à une fréquence de référence comprise dans la bande X et associée à un angle d’élévation minimal de référence de 5 degrés.
La station au sol de référence peut typiquement avoir un diamètre d’antenne de plus de 3 m, par exemple 4 m.
Dans ces modes de réalisation, certaines caractéristiques de la station au sol, à savoir le diamètre de l’antenne et l’angle d’élévation minimal, sont déterminées de sorte que la qualité de la transmission soit la même que pour une station au sol opérant en bande X avec un angle d’élévation minimal de 5° (qui a généralement un diamètre d’antenne nettement supérieur à 2 m, en particulier entre 3 m et 6 m). Chaque station au sol est ainsi configurée de sorte que les performances du système restent similaires à celles d’une transmission en bande X, mais avec un coût d’infrastructure nettement diminué.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’ensemble de stations au sol peut comprendre une pluralité de stations au sol.
L’utilisation d’un angle d’élévation minimal d’au moins 15° diminue la durée de contact avec le satellite et la zone de réception, qui correspond à la zone dans laquelle une station au sol reçoit des données émises par le satellite. Pour compenser la diminution de surface de la zone de réception (liée à l’augmentation de l’angle d’élévation minimal utilisé), une solution est d’utiliser une pluralité de stations au sol. Cela est rendu possible par le coût nettement diminué d’une station au sol selon l’invention, ainsi que par la simplicité d’installation d’une telle station au sol.
En particulier, pour chaque station au sol parmi la pluralité de stations au sol, l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol peut définir une zone de réception dans laquelle la station au sol reçoit des signaux depuis le satellite, et une union des zones de réception terrestre de la pluralité de stations au sol peut recouvrir un pourcentage prédéterminé d’une zone de réception de référence.
Il est ainsi possible, selon l’invention, de déterminer, pour chaque station au sol, la zone de réception qui lui est associée, puis de déterminer, en fonction des zones de réception obtenues, le nombre de stations au sol et l’emplacement des stations au sol pour couvrir (au moins partiellement) une zone de réception de référence. Cela permet d’assurer un certain volume de données émises par le satellite et reçues par au moins une station au sol (volume de « redescente » des données).
Par exemple, le pourcentage prédéterminé peut être supérieur ou égal à 80%.
Dans un mode de réalisation, la zone de réception de référence peut être une zone géographique (par exemple une surface d’un pays ou d’un ensemble de pays, ou encore d’un continent).
Dans un autre mode de réalisation, la zone de réception de référence peut correspondre à une zone de réception d’une unique station au sol associée à un angle d’élévation minimal de 5 degrés.
Un autre aspect de l’invention concerne une architecture de transmission de données d’observation de la Terre comprenant un satellite d’observation de la Terre en orbite basse et un système de communication comme défini ci-dessus.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le satellite peut comprendre une antenne à faisceau orientable.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de configuration d’un système de réception de données d’observation de la Terre émises depuis un satellite en orbite basse, le système comprenant un ensemble de stations au sol, chaque station au sol étant configurée pour recevoir des données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence supérieure à 12 GHz, chaque station au sol comprenant une antenne de diamètre inférieur ou égal à 2 mètres, chaque station au sol étant associée à un angle d’élévation minimal respectif supérieur ou égal à 15 degrés, dans lequel la transmission de données depuis le satellite vers chaque station au sol est effectuée uniquement lorsqu’un angle d’élévation du satellite par rapport à ladite station au sol est supérieur ou égal l’angle d’élévation minimal associé à ladite station au sol, le procédé comprenant, pour une station au sol parmi l’ensemble de stations au sol :
- recevoir une position géographique de la station au sol ;
- recevoir une première valeur d’atténuation due à la pluie pour la position géographique reçue, la première valeur d’atténuation due à la pluie étant associée à une fréquence de référence dans la bande X et à un angle d’élévation de référence du satellite par rapport à la station au sol de 5° ;
- recevoir un ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, dans lequel chaque valeur de l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol est supérieure ou égale à 15° ;
- pour chaque valeur parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol :
recevoir une deuxième valeur d’atténuation due à la pluie pour la position géographique reçue, ladite deuxième valeur d’atténuation due à la pluie étant associée à la fréquence utilisée pour recevoir, par la station au sol, les données émises par le satellite, et à ladite valeur de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol ;
calculer, à partir de la première valeur d’atténuation due à la pluie et de la deuxième valeur d’atténuation due à la pluie, un facteur de miniaturisation, le facteur de miniaturisation correspondant au facteur par lequel un diamètre d’une antenne de la station au sol peut être diminué par rapport à une antenne de référence d’une station au sol de référence opérant à la fréquence de référence et à l’angle d’élévation de référence, tout en conservant un rapport signal sur bruit au moins équivalent lors de la transmission des données depuis le satellite vers la station au sol ;
- déterminer, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, un diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou un angle d’élévation minimal, l’angle d’élévation minimal appartenant à l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
Par « procédé de configuration », il est entendu un procédé pour déterminer des caractéristiques d’une ou plusieurs stations au sol, les caractéristiques comprenant notamment l’angle d’élévation minimal et/ou le diamètre de l’antenne. Un tel procédé permet une conception optimale du système de transmission en vue de l’installation des stations au sol (pour le diamètre de l’antenne) et du fonctionnement du système (pour l’angle d’élévation minimal). Dans des modes de réalisation, l’angle d’élévation minimal et le diamètre de l’antenne sont déterminés.
La première valeur d’atténuation et/ou les deuxièmes valeurs d’atténuation peuvent être obtenues à partir de n’importe quel modèle météorologique connu de l’état de la technique, par exemple un modèle défini dans les recommandations de l’ITU-R.
Les valeurs d’atténuation dépendent de plusieurs facteurs (en plus de la position géographique considérée) liés à la liaison de transmission des données, notamment la fréquence et l’angle d’élévation. La première valeur d’atténuation correspond ici à une valeur de référence, correspondant à une transmission en bande X avec un angle d’élévation de référence de 5°. Les deuxièmes valeurs d’atténuation sont ici des valeurs déterminées pour une fréquence appartenant à une bande supérieure à la bande X (la bande de fréquence que l’on souhaite utiliser pour le nouveau système de transmission), et pour différentes valeurs de l’angle d’élévation minimal. Le but est ainsi de déterminer, parmi les différentes valeurs de l’angle d’élévation minimal testées, une valeur « optimale » de l’angle d’élévation minimal (ou du diamètre de l’antenne, ces deux caractéristiques étant liées). Selon le procédé ci-avant, la valeur optimale de l’angle d’élévation minimale est déterminée à partir d’un facteur de miniaturisation, défini comme le facteur (ou coefficient) par lequel le diamètre d’une antenne du nouveau système doit être divisée par rapport au diamètre d’une antenne d’un système de référence (en bande X) pour conserver le même rapport signal sur bruit lors de la transmission des données. Idéalement, on veut que ce facteur soit supérieur à 1 : cela signifie que l’antenne peut être miniaturisée par rapport au système de référence. Toutefois, cela n’est pas toujours possible à des angles d’élévation minimaux faibles (de l’ordre de 5°). Dans ce cas, il est possible de sélectionner un angle d’élévation minimal plus important, ce qui a pour conséquence d’augmenter le facteur (ou coefficient) de miniaturisation.
La station au sol de référence peut avoir, par exemple, un diamètre d’antenne de 4 m.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé ci-dessus peut être mis en œuvre pour chaque station au sol parmi l’ensemble de stations au sol.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, pour une valeur α de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, le facteur de miniaturisation MF peut être :
MF = 10^((G – ΔG – ΔA)/20),
avec G = 20×log10(fY/ fX), ΔG = 20 × log10(dα/ d5) et ΔA = AY– Ax ;
où AXcorrespond à la première valeur d’atténuation due à la pluie, AYcorrespond à la deuxième valeur d’atténuation due à la pluie, fXcorrespond à la fréquence de référence dans la bande X, fYcorrespond à la fréquence utilisée pour recevoir, par la station au sol, les données émises par le satellite, d5correspond à une distance du satellite à la station au sol pour un angle d’élévation de 5° et dαcorrespond à la distance du satellite à la station au sol pour la valeur α de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, la détermination, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, du diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou de l’angle d’élévation minimal peut comprendre :
- déterminer un sous-ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, pour lesquelles le facteur de miniaturisation dépasse un seuil prédéterminé ;
- sélectionner, parmi le sous-ensemble de valeurs déterminé, une valeur minimale de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, si aucune valeur de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol ne dépasse le seuil prédéterminé, la détermination, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, du diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou de l’angle d’élévation minimal peut comprendre : sélectionner, parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, une valeur maximale du facteur de miniaturisation.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé peut en outre comprendre une installation de la station de base selon le diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou l’angle d’élévation minimal déterminé.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, qui peut être lue en regard des figures. Ces figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
LaFIG. 1représente l’angle d’élévation d’un satellite par rapport à une station au sol.
LaFIG. 1représente l’angle d’élévation minimal du satellite pour lequel la station au sol est configurée pour recevoir des signaux issus du satellite.
LaFIG. 2représente une cartographie des valeurs d’atténuation pour une station au sol opérant en bande Ka à une fréquence de 26 GHz et à un angle d’élévation α de 5°.
LaFIG. 2représente une cartographie de la différence entre les valeurs d’atténuation pour une station au sol opérant en bande Ka à une fréquence de 26 GHz et à un angle d’élévation α de 5° et les valeurs d’atténuation une station au sol opérant en bande X à une fréquence de 8,2 GHz et à un angle d’élévation α de 5° (en supposant que les deux systèmes satellites sont équivalents, c’est-à-dire qu’ils ont une même taille de l’antenne de la station au sol, une même taille d’antenne satellite et une même puissance de sortie radio).
LaFIG. 2représente une cartographie du facteur de miniaturisation, c’est-à-dire du facteur par lequel il est possible de diminuer le diamètre de l’antenne de la station au sol du système en bande Ka tout en conservant le même rapport signal sur bruit que pour le système en bande X, pour un angle d’élévation α de 5°.
LaFIG. 3représente les valeurs d’atténuation en bande Ka et en bande X dans une zone géographique donnée (Dublin) pour un exemple de passage satellite.
LaFIG. 4représente la distance du satellite à la station au sol en fonction de l’angle d’élévation α et la différence de gain ΔG par rapport à un angle d’élévation de 5° due à la baisse de l’affaiblissement en espace libre (FSL).
LaFIG. 5représente une cartographie du facteur de miniaturisation pour un angle d’élévation α de 15°.
LaFIG. 5représente une cartographie du facteur de miniaturisation pour un angle d’élévation α de 30°.
LaFIG. 6représente un ordinogramme d’un procédé de configuration d’une station au sol selon un mode de réalisation de l’invention.
LaFIG. 7représente un système de communication selon un mode de réalisation de l’invention.
LaFIG. 8représente un exemple d’un système de communication selon le mode de réalisation de laFIG. 7.
LaFIG. 9illustre un transfert cellulaire dans un mode de réalisation de l’invention.
LaFIG. 9illustre un transfert cellulaire dans un autre mode de réalisation de l’invention.
LaFIG. 10représente un dispositif de traitement configuré pour traiter des données satellitaires reçues par une ou plusieurs stations au sol du système de communication, selon un mode de réalisation de l’invention.
 DESCRIPTION DETAILLEE
De manière connue et comme représenté sur laFIG. 1, il est rappelé que l’angle d’élévation d’un satellite 1 par rapport à une station au sol 3 correspond à l’angle α, compris entre 0° et 90°, entre le plan horizontal 2 sur lequel se situe la station au sol 3 et la droite 4 passant par la station au sol 3 en direction du satellite 1.
L’angle d’élévation minimal αminest une valeur prédéfinie, qui correspond à la valeur minimale de l’angle d’élévation pour laquelle un lien de communication en voie descendante est établi depuis le satellite en orbite basse vers la station au sol. En pratique, le satellite est généralement configuré pour émettre des données lorsque son angle d’élévation par rapport à la station au sol dépasse l’angle d’élévation minimal prédéfini. Cette configuration se fait à l’aide d’un plan de transmission envoyé en amont au satellite, qui indique au satellite une période de transmission pendant laquelle il devra émettre des données, cette période de transmission étant établie en fonction de la position de la station au sol, de la trajectoire du satellite et de l’angle d’élévation minimal souhaité (elle correspond à l’intervalle de temps pendant lequel le satellite est « visible » depuis la station au sol, et pendant lequel l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal prédéfini). Il est noté que dans le cadre d’un satellite d’observation de la Terre, l’émission des données se fait « à l’aveugle », c’est-à-dire que le satellite se décharge de ses données sans avoir établi au préalable une liaison de communication avec une station au sol. La station au sol quant à elle reçoit les données émises par le satellite lorsque celui-ci est bien visible depuis la station au sol.
L’angle d’élévation minimal αmindu satellite est représenté sur laFIG. 1. Plus précisément, laFIG. 1illustre la trajectoire d’un passage du satellite 1 au-dessus d’une station au sol 3 au cours du temps. L’angle d’élévation du satellite par rapport à une station au sol 3 augmente jusqu’à sa valeur maximale (cette valeur maximale, appelée « élévation pic », dépend de la trajectoire du satellite et est inférieure à 90°, une valeur d’élévation pic de 90° correspondant à un cas très particulier où la trajectoire du satellite 1 passe par le zénith de la station au sol 3) puis diminue à nouveau. Le satellite en orbite basse 1 émet des données (reçues par la station au sol 3) tant que l’angle d’élévation α du satellite 1 par rapport à la station au sol 3 est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal αmin. Il apparaît de laFIG. 1que plus la valeur de l’angle d’élévation minimal αminest faible, plus le temps de contact, c’est-à-dire l’intervalle de temps [t1; t2] pendant lequel un lien de communication est établi entre la station au sol 3 et le satellite en orbite basse 1 est élevé.
Pour cette raison, l’angle d’élévation minimal αminest traditionnellement choisi le plus faible possible pour maximiser ce temps de contact. Ainsi, l’angle d’élévation minimal αminest généralement fixé autour de 5° (une valeur plus faible étant difficilement utilisable en pratique, du fait de l’obstruction du lien de communication entre la station au sol 3 et le satellite en orbite basse 1 par des obstacles tels que des immeubles, des montagnes ou des arbres).
Actuellement, les stations au sol utilisées pour réceptionner des données déchargées par des satellites d’observation de la Terre en orbite basse opèrent principalement en bande X, à des fréquences comprises entre 8,025 GHz et 8,4 GHz, et avec un angle d’élévation minimal de 5°.
Du fait de la bande passante réduite (375 MHz seulement entre 8,025 GHz et 8,4 GHz), la capacité des systèmes actuels en bande X reste assez limitée, et la congestion importante. En outre, les stations au sol en bande X sont de taille importante (au moins 4 m de diamètre d’antenne), et représentent un coût très élevé (entre 400 k€ et 1 M€ par station au sol).
A l’inverse, les stations au sol opérant dans des bandes supérieures, par exemple en bande Ka, peuvent être de taille beaucoup plus réduite (moins d’un mètre de diamètre d’antenne pour certaines d’entre elles), et ainsi représenter un coût bien moindre. En outre, la bande passante est supérieure à celle offerte par la bande X (1,5 GHz pour des applications d’observation de la Terre en bande Ka).
Toutefois, comme mentionné précédemment, l’atténuation liée à la présence d’eau dans l’atmosphère est d’autant plus élevée que la bande de fréquences sur laquelle la station au sol opère est élevée. Par exemple, l’atténuation liée à la présence d’eau est nettement supérieure dans les bandes Ka, Q ou W que dans la bande X.
Or, le rapport signal sur bruit d’une transmission en voie descendante dépend de l’atténuation et du diamètre de l’antenne de la station au sol. Plus précisément, le rapport signal sur bruit diminue lorsque l’atténuation augmente, et il augmente lorsque le diamètre de l’antenne de la station au sol augmente.
Les inventeurs de la présente invention ont donc cherché à déterminer dans quelle mesure le diamètre de l’antenne au sol pouvait être diminué en utilisant une bande de fréquences supérieure à la bande X par rapport à une antenne au sol opérant en bande X, tout en conservant un même rapport signal sur bruit.
Pour des conditions atmosphériques similaires (notamment des conditions d’humidité similaires) et des conditions de transmission similaires (même taille de l’antenne de la station au sol, même taille d’antenne satellite et même puissance de sortie radio), le rapport signal sur bruit SNRYdans une bande de fréquences Y supérieure à la bande X (i.e. une bande de fréquences dont la borne inférieure est supérieure à la borne supérieure de la bande X, par exemple supérieure à 12 GHz) est égal à :
SNRY= SNRX+ 20×log10(fY/ fX) – (AY– Ax)
où SNRXreprésente le rapport signal sur bruit en bande X, AYcorrespond à l’atténuation (aussi appelée « affaiblissement ») du signal en bande Y, AXcorrespond à l’atténuation du signal en bande X, fXcorrespond à la fréquence utilisée en bande X et fYcorrespond à la fréquence utilisée en bande Y.
Plus précisément, on a :
SNRY= SNRX+ G – (AY– Ax) (1)
où le gain G provient :
– d’un gain de 20×log10(fY/ fX) au niveau de l’antenne du satellite ;
– d’une perte de 20×log10(fY/ fX) du fait de l’affaiblissement en espace libre (FSL, pour « Free Space Loss » en anglais) ; et
– d’un gain de 20×log10(fY/ fX) au niveau de l’antenne de la station au sol.
Dans la suite, les calculs sont effectués pour une bande Ka, mais un raisonnement similaire s’applique pour les autres bandes de fréquences supérieures à la bande X (bande K, Q ou W par exemple).
Il est supposé que la fréquence utilisée en bande X vaut 8,2 GHz et que la fréquence utilisée en bande Ka est de 26 GHz. Ainsi, le gain G est égal à 20×log10(26 / 8,2) dB ≈ 10 dB.
Le rapport signal sur bruit SNRKaen bande Ka est donc égal à :
SNRKa= SNRX+ 10 dB – (AKa– Ax) (2)
En notant ΔA = AKa- Axla différence d’atténuation en bande Ka et en bande X, on a :
SNRKa= SNRX+ 10 dB – ΔA (3).
Ainsi, en bande Ka, le diamètre de l’antenne de la station au sol peut être réduit (on parle de « miniaturisation de la station au sol »), tout en conservant le même rapport signal sur bruit, tant que la différence d’atténuation ΔA reste inférieure à 10 dB.
Plus précisément, le facteur de miniaturisation de la station au sol, i.e. le facteur par lequel le diamètre de l’antenne de la station au sol en bande Ka peut être réduit par rapport à une station au sol en bande X tout en conservant un même rapport signal sur bruit, est égal à :
MF = 10^((10 – ΔA)/20) (4)
Par exemple, si le facteur de miniaturisation est égal à 2, cela signifie qu’il est possible de remplacer une station au sol avec une antenne de diamètre 4 m opérant en bande X par une station au sol avec une antenne de 2 m opérant en bande Ka, tout en conservant le même rapport signal sur bruit.
Il est noté que l’atténuation est liée à l’angle d’élévation du satellite : plus l’angle d’élévation est faible, plus l’atténuation est élevée. Ainsi, dans les équations précédentes, les valeurs AKa, Ay, Axet ΔA sont définies pour un angle d’élévation donné.
A partir de l’équation (4), il est possible d’établir une cartographie du facteur de miniaturisation, représentant le facteur de miniaturisation dans les différentes zones géographiques terrestres, à un angle d’élévation α prédéfini. Une telle cartographie est représentée à laFIG. 2, pour un angle d’élévation de 5°.
LaFIG. 2représente ainsi une carte du monde, sur laquelle apparaissent les valeurs du facteur de miniaturisation en fonction de la localisation sur la carte. Les zones laissées en blanc représentent les régions du monde dans laquelle l’atténuation à 5° en bande Ka est tellement importante, qu’il n’est pas possible de réduire le diamètre de l’antenne au sol tout en conservant le même rapport signal sur bruit qu’en bande X (facteur de miniaturisation MF ≤ 1 – un facteur MF strictement inférieur à 1 signifiant même qu’il faudrait augmenter le diamètre de l’antenne au sol pour conserver le même rapport signal sur bruit qu’en bande X).
Une cartographie du facteur de miniaturisation telle que celle représentée à laFIG. 2peut être obtenue à partir :
– d’une cartographie des valeurs d’atténuation dans le monde pour une station au sol opérant en bande X et à un angle d’élévation α fixé ; et
– d’une cartographie des valeurs d’atténuation dans le monde pour une station au sol opérant en bande Ka et au même angle d’élévation α.
De telles cartographies des valeurs d’atténuation peuvent être établies à partir d’un modèle météorologique. LaFIG. 2représente ainsi une cartographie des valeurs d’atténuation dans le monde pour une station au sol opérant en bande Ka à une fréquence de 26 GHz et à un angle d’élévation α de 5°, obtenue à l’aide du modèle météorologique par temps clair (i.e. en présence seulement de nuages et de gaz) fourni par l’ITU (« International Telecommunication Union »), décrit dans les recommandations ITU-R P.618-14 d’août 2023 de l’ITU-R (pour « ITU-Radiocommunication »). De tels modèles sont connus et aisément disponibles, et ne sont pas détaillés ici. Il est entendu que n’importe quel modèle météorologique de l’atténuation peut être utilisé pour obtenir de telles cartographies.
Il est alors possible de soustraire les cartographies d’atténuation en bande Ka et en bande X pour obtenir une cartographie de la différence d’atténuation ΔA telle que celle représentée à laFIG. 2.
La cartographie du facteur de miniaturisation de laFIG. 2peut être obtenue à partir de l’équation (4) ci-dessus, dans laquelle les valeurs de ΔA sont celles de laFIG. 2.
Il apparaît de la cartographie des valeurs d’atténuation en bande Ka (FIG. 2) que les valeurs d’atténuation sont globalement plus élevées dans la zone intertropicale, c’est-à-dire la zone située entre le tropique du Cancer et le tropique du Capricorne, et en particulier à proximité de l’équateur. Cela est dû notamment à la présence importante de vapeur d’eau dans ces zones.
Dans ces régions, la différence d’atténuation entre la bande Ka et la bande X peut être très importante (cf.FIG. 2). Et même à l’extérieur de ces régions, la différence d’atténuation peut dépasser 10 dB.
Du fait de cette différence d’atténuation importante, il apparaît sur laFIG. 2que les régions dans lesquelles une miniaturisation est possible (régions situées en-dehors de la zone blanche) sont assez limitées et ne permettent, en général, qu’un facteur de miniaturisation entre 1 à 2,9. Cela signifie que, dans ces régions, il est possible d’utiliser une station au sol en bande Ka ayant un diamètre d’antenne diminué d’un facteur 1 à 2,9 par rapport à une station au sol en bande X, tout en conservant le même rapport signal sur bruit.
Les inventeurs de la présente invention ont cherché à déterminer :
– s’il était possible de miniaturiser le diamètre de l’antenne de la station au sol dans la zone blanche de la cartographie de laFIG. 2;
– s’il était possible de miniaturiser davantage le diamètre de l’antenne de la station au sol dans les localisations en dehors de la zone blanche de la cartographie de laFIG. 2.
Les inventeurs ont déterminé que cette miniaturisation était possible en opérant à des angles d’élévation minimaux plus importants que les systèmes existants (en général 5°). Cela est dû principalement à deux propriétés :
– la différence d’atténuation entre la bande Ka et la bande X diminue drastiquement lorsque l’angle d’élévation est supérieur ou égal à 15° ;
– la distance entre le satellite et la station au sol diminue lorsque l’angle d’élévation augmente, ce qui diminue l’affaiblissement en espace libre (FSL), et ce qui augmente par conséquent le gain G dans les équations (1) à (4) ci-dessus.
En effet, les équations (1)-(4) ci-dessus correspondent au cas où l’angle d’élévation est le même en bande X et en bande Ka. Si l’angle d’élévation n’est pas le même, la distance entre le satellite et la station au sol n’est pas non plus le même, ce qui a une conséquence sur l’affaiblissement en espace libre, comme détaillé ci-après.
La première propriété est illustrée à laFIG. 3, qui représente une courbe 5 des valeurs d’atténuation en bande Ka par temps clair dans une zone géographique donnée (ici, la ville de Dublin) et une courbe 7 des valeurs d’atténuation en bande X par temps clair pour la même zone géographique. La courbe 6 représente l’angle d’élévation du satellite en fonction du temps.
Lorsque l’angle d’élévation est faible (entre 5° et 15°), les valeurs d’atténuation en bande Ka (courbe 5) sont plus stables (les variations sont bien moins abruptes) que lorsque l’angle d’élévation est supérieur ou égal à 15°. En outre, lorsque l’angle d’élévation est inférieur à 15°, la différence entre l’atténuation en bande Ka (courbe 5) et l’atténuation en bande X (courbe 7) est beaucoup plus importante que pour des angles d’élévation supérieurs ou égaux à 15°.
La deuxième propriété est illustrée à laFIG. 4. La courbe 8 de laFIG. 4représente la distance (en km) du satellite à la station au sol en fonction de l’angle d’élévation α. La courbe 9 de laFIG. 4représente la différence de gain ΔG par rapport à un angle d’élévation de 5°, dû à la baisse de l’affaiblissement en espace libre (FSL).
En effet, l’affaiblissement en espace libre diminue avec le carré de la distance du satellite à la station au sol. On a donc : ΔG = 20 × log10(dα/ d5), où d5correspond à la distance du satellite à la station au sol pour un angle d’élévation de 5° et dαcorrespond à la distance du satellite à la station au sol pour un angle d’élévation α.
Ainsi, l’équation (4) ci-dessus donnant le facteur de miniaturisation devient, lorsque la station au sol en bande Ka opère avec un angle d’élévation α > 5° :
MF = 10^((10 – ΔG – ΔA)/20) (5)
avec ΔG = 20 × log10(dα/ d5).
De manière générale, pour une station au sol dans une bande de fréquences supérieure à la bande X et opérant avec un angle d’élévation α > 5°, on a :
MF = 10^((G – ΔG – ΔA)/20) (6)
avec G = 20×log10(fY/ fX) comme défini précédemment.
LaFIG. 4correspond à un satellite situé à une altitude de 550 km de la surface de la Terre. Il peut être observé sur les courbes 8 et 9 que :
– pour un angle d’élévation de 5°, la distance du satellite à la station au sol est de 2200 km ;
– pour un angle d’élévation de 15°, la distance du satellite à la station au sol est de 1500 km, ce qui engendre une réduction ΔG d’environ - 3,2 dB ;
– pour un angle d’élévation de 30°, la distance du satellite à la station au sol est de 1000 km, ce qui engendre une réduction ΔG d’environ - 6,8 dB.
A partir de l’équation (6), il est possible de déterminer des cartographies du facteur de miniaturisation pour différentes valeurs de l’angle d’élévation.
LaFIG. 5représente ainsi une cartographie du facteur de miniaturisation pour une fréquence de 26 GHz (en bande Ka, donc) et un angle d’élévation de 15°.
A une telle élévation, il est possible de miniaturiser le diamètre de l’antenne de la station au sol d’un facteur d’au moins 1,5 dans quasiment toutes les régions du monde (à l’exception des régions les plus humides du globe). Le facteur de miniaturisation est supérieur à 3 dans la plupart des régions du globe, voire supérieur à 4 dans les régions les plus sèches. Cela signifie que dans la plupart des régions du globe, une antenne standard de 4 m de diamètre opérant en bande X peut être remplacée, pour un rapport signal sur bruit équivalent, par une antenne de moins de 1,5 m, voire de moins de 1 m, opérant en bande Ka.
LaFIG. 5représente une cartographie du facteur de miniaturisation pour une fréquence de 26 GHz (en bande Ka, donc) et un angle d’élévation de 30°.
A une telle élévation, il est possible de miniaturiser le diamètre de l’antenne de la station au sol d’un facteur d’au moins 3 dans quasiment toutes les régions du monde (à l’exception des régions les plus humides du globe). Le facteur de miniaturisation est supérieur à 5 dans la plupart des régions du globe, voire supérieur à 6 dans les régions les plus sèches. Cela signifie que dans la plupart des régions du globe, une antenne standard de 4 m de diamètre opérant en bande X peut être remplacée, pour un rapport signal sur bruit équivalent, par une antenne de moins de 80 cm, voire de moins de 70 cm, opérant en bande Ka.
Il est ainsi proposé, selon un aspect de l’invention, un système de transmission de données d’observation de la Terre depuis un satellite en orbite basse vers une station au sol configurée pour recevoir des signaux émis par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence comprises dans une bande de fréquence supérieure à la bande X, par exemple la bande Ka, selon un angle d’élévation au moins égal à 15°. La station au sol comprend une antenne de diamètre inférieur ou égal à 2 mètres, voire inférieur ou égal à 1 mètre.
Un autre aspect de l’invention concerne un système de transmission de données d’observation de la Terre depuis un satellite en orbite basse vers une pluralité de stations au sol, chacune étant configurée pour recevoir des signaux émis par le satellite en orbite basse en utilisant des fréquences comprises dans une bande supérieure à la bande X, par exemple la bande Ka, selon des angles d’élévation au moins égaux à 15°. Plus précisément, chaque station au sol est associée à un angle d’élévation minimal respectif, et reçoit des signaux reçus lorsque l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal. Pour chaque station au sol, l’angle d’élévation minimal a une valeur prédéfinie au moins égale à 15°, par exemple comprise entre 15° et 30°. Chaque station au sol a une antenne de diamètre respectif inférieur ou égal à 2 mètres, voire inférieur ou égal à 1 mètre. Selon les modes de réalisation, la fréquence selon laquelle chaque station au sol reçoit des données transmises depuis le satellite peut être la même pour toutes les stations au sol, ou non.
L’angle d’élévation minimal peut être différent d’une station au sol à l’autre. En particulier, l’angle d’élévation minimal d’une station au sol peut être avantageusement déterminé en fonction du degré d’humidité de la zone géographique dans laquelle se situe la station au sol. Typiquement, plus le degré d’humidité de la zone géographique dans laquelle se situe la station au sol est important, plus l’angle d’élévation minimal peut être élevé. Il est ainsi possible d’attribuer des valeurs plus faibles pour l’angle d’élévation minimal pour les stations au sol localisées dans des zones où le degré d’humidité est plus faible (typiquement en dehors de la zone intertropicale), et ainsi d’augmenter la durée de contact pour ces stations au sol.
Le diamètre de l’antenne peut également être différent d’une station au sol à l’autre. En particulier, le diamètre de l’antenne d’une station au sol peut être avantageusement déterminé en fonction du degré d’humidité de la zone géographique dans laquelle se situe la station au sol. Typiquement, plus le degré d’humidité de la zone géographique dans laquelle se situe la station au sol est important, plus le diamètre de l’antenne de la station au sol peut être élevé.
En particulier, pour chaque station au sol, l’angle d’élévation minimal et le diamètre de l’antenne peuvent être déterminés en fonction de la position géographique à laquelle leur installation est prévue selon le procédé représenté à laFIG. 6. Le procédé de laFIG. 6est mis en œuvre pour une station au sol. Lorsqu’il y a une pluralité de stations au sol, le procédé de laFIG. 6peut être mis en œuvre, successivement ou en parallèle, pour chaque station au sol parmi la pluralité de stations au sol.
Lors d’une étape 610, des données relatives à la position géographique de la station au sol est reçue. Ces données peuvent être par exemple des coordonnées géographiques.
Une valeur d’atténuation due à la pluie, appelée ici première valeur d’atténuation due à la pluie, associée à la position géographique de la station au sol est ensuite reçue à l’étape 620. Cette première valeur d’atténuation due à la pluie correspond à la valeur de l’atténuation due à la pluie dans des conditions météorologiques données (par exemple, par temps clair) pour une fréquence de référence appartenant à la bande X, et pour un angle d’élévation de référence de 5°. La première valeur d’atténuation reçue à l’étape 620 peut par exemple correspondre à la valeur d’atténuation de la cartographie d’atténuation de laFIG. 2au point correspondant à la position géographique reçue à l’étape 610.
Puis des étapes 630 et 640 sont mises en œuvre pour chaque valeur d’un ensemble de valeurs pour l’angle d’élévation du satellite à la station au sol considérée. Ainsi, pour chaque valeur de l’ensemble de valeurs, la suite d’étapes (630, 640) peut être mise en œuvre successivement ou en parallèle. L’ensemble de valeurs pour l’angle d’élévation peut comprendre une ou plusieurs valeurs. Chacune de ces valeurs est supérieure ou égale à 15°, et peut-être, dans certains modes de réalisation, inférieure ou égale à 30°. Par exemple, l’ensemble de valeurs peut comprendre deux valeurs : 15° et 30°.
Lors de l’étape 630, une valeur d’atténuation due à la pluie, appelée ici deuxième valeur d’atténuation due à la pluie, associée à la position géographique de la station au sol est reçue. Cette deuxième valeur d’atténuation due à la pluie correspond à la valeur de l’atténuation due à la pluie dans les mêmes conditions météorologiques qu’à l’étape 620, pour une fréquence supérieure à 12 GHz (par exemple, la bande Ka), et pour la valeur courante de l’angle d’élévation. Cette deuxième valeur d’atténuation peut être typiquement déterminée à partir d’un modèle météorologique, comme décrit ci-avant en référence à laFIG. 2.
A partir de la première valeur d’atténuation et de la deuxième valeur d’atténuation, il est possible de déterminer, à l’étape 640, la valeur du facteur de miniaturisation à la localisation considérée pour la valeur courante de l’angle d’élévation, comme décrit ci-avant. En particulier, cette valeur du facteur de miniaturisation peut être calculée à partir de l’équation (6) ci-dessus.
Il est entendu qu’il serait équivalent de déterminer, plutôt qu’un facteur de miniaturisation, un diamètre d’antenne minimal. Par exemple, si on souhaite conserver un rapport signal sur bruit équivalent à celui d’une antenne de 4 m de diamètre opérant en bande X, un facteur de miniaturisation de 2 correspond à un diamètre minimal d’antenne de 2 m pour la station au sol.
A l’issue de la mise en œuvre des suites d’étapes (630, 640) pour chaque valeur de l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation, on obtient ainsi un ensemble de valeurs du facteur de miniaturisation, chacune associée à un angle d’élévation parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation.
A partir de cet ensemble de valeurs du facteur de miniaturisation, il est possible de déterminer une paire de valeurs (αmin, D) pour la station au sol, où αmincorrespond à l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol et D correspond au diamètre de l’antenne de la station au sol (étape 650). Cette paire de valeurs est déterminée de sorte qu’il soit effectivement possible de miniaturiser le diamètre de l’antenne au sol par rapport à une antenne classique opérant en bande X (typiquement de l’ordre de 4 m).
Par exemple, à l’issue des étapes 630 et 640, les valeurs suivantes peuvent avoir été déterminées :
α = 15° α = 30°
Station 1 0,5 2
Station 2 2 4
Station 3 4 6,5
En supposant que ces valeurs ont été obtenues par rapport à une station au sol de référence opérant en bande X et ayant un diamètre d’antenne de 4 m, cela signifie que :
– pour la station 1, un angle d’élévation de 15° ne permet pas de miniaturiser l’antenne de la station au sol, tandis qu’un angle d’élévation de 30° permet un facteur de miniaturisation de 2, ce qui signifie qu’il est possible d’utiliser une antenne de 2 m pour obtenir un rapport signal sur bruit équivalent à celui qui serait obtenu avec la station au sol de référence. Dans ce cas, on peut choisir un angle d’élévation minimal de 30° pour la station 1 ;
– pour la station 2, un angle d’élévation de 15° permet un facteur de miniaturisation de 2 (ce qui correspond à une antenne de 2 m), tandis qu’un angle d’élévation de 30° permet un facteur de miniaturisation de 4 (ce qui correspond à une antenne de 1 m). Dans ce cas, il peut être intéressant de choisir un angle d’élévation de 30° pour la station 2, car le coût d’une antenne de 2 m est largement supérieur au coût d’une antenne de 1 m (même si la zone de couverture est plus réduite, comme détaillé ci-après) ;
– pour la station 3, un angle d’élévation de 15° permet un facteur de miniaturisation de 4 (ce qui correspond à une antenne de 1 m), tandis qu’un angle d’élévation de 30° permet un facteur de miniaturisation de 6,5 (ce qui correspond à une antenne de 60 cm environ). Dans ce cas, il peut être intéressant de choisir un angle d’élévation de 15° pour la station 3, car le gain de miniaturisation est relativement léger par rapport à la perte de couverture.
Selon un mode de réalisation, l’étape 650 de détermination de la paire de valeurs (αmin, D) pour la station au sol peut être mise en œuvre selon les règles suivantes :
– si aucun facteur de miniaturisation n’est supérieur à 1, sélectionner l’angle d’élévation pour lequel le facteur de miniaturisation est maximal ;
– si un seul facteur de miniaturisation est supérieur à 1, sélectionner l’angle d’élévation pour lequel le facteur de miniaturisation est supérieur à 1 ;
– si plusieurs facteurs de miniaturisation sont supérieurs à 1, déterminer si, pour un ou plusieurs angles d’élévation, le diamètre d’antenne équivalent (i.e. le diamètre d’antenne obtenu en multipliant le diamètre de l’antenne de la station au sol de référence par le facteur de miniaturisation obtenu) est inférieur à un seuil prédéterminé – ou, de manière équivalente, si le facteur de miniaturisation dépasse un seuil prédéterminé. Si seule un diamètre d’antenne équivalent vérifie ce critère, sélectionner l’angle d’élévation pour lequel le critère est vérifié. Si plusieurs diamètres d’antenne équivalents vérifient ce critère, sélectionner, parmi les angles d’élévation associés, l’angle d’élévation le plus faible.
Bien entendu, il est possible de fixer d’autres critères pour sélectionner l’angle d’élévation minimal αminpour la station au sol considérée.
Un tel système de transmission permet d’utiliser des fréquences plus élevées que celles de la bande X et donc de bénéficier d’une bande passante beaucoup plus large et beaucoup moins utilisée (peu de systèmes utilisent actuellement de telles fréquences, du fait de la problématique liée à l’atténuation due à la pluie), évitant ainsi les problématiques liées à la congestion de la bande X, tout en surmontant le problème de la perte de qualité de la liaison associée.
LaFIG. 7représente un système de transmission de données d’observation de la Terre depuis un satellite en orbite basse vers un ensemble de stations au sol, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le système de communication de laFIG. 7comprend une pluralité de stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g. Chaque station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g comprend une antenne de diamètre inférieur ou égal à 2 mètres, et est configurée pour recevoir des signaux émis par le satellite en orbite basse en utilisant des fréquences supérieures à la bande X, en particulier supérieures à 12 GHz, selon des angles d’élévation minimaux au moins égaux à 15°. Il est ainsi entendu que chaque station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g reçoit des données d’observation de la Terre depuis le satellite uniquement lorsque l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g. Par exemple, l’angle d’élévation minimal de chaque station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g peut avoir été déterminé selon le procédé de laFIG. 6.
Comme mentionné précédemment, les différentes stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g peuvent avoir le même diamètre d’antenne, ou non. Les différentes stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g peuvent être associées à un même angle d’élévation minimal, ou non.
Chaque station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g est associée à une zone de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g respective. Par « zone de réception » (ou « zone de visibilité »), il est entendu une zone englobant toutes les portions d’orbites pour lesquelles la station au sol peut recevoir des signaux émis depuis des satellites en orbite basse, lorsque ces satellites sont situés dans ces portions. Le contour externe de cette zone peut être représenté par un cercle ou une ellipse, qui représente le cercle d’isoélévation associé à l’angle d’élévation minimal de la station au sol. Par exemple, la portion de la trajectoire d’un satellite sur une orbite particulière représentée sur laFIG. 1correspond à un diamètre du contour externe (i.e. un segment joignant deux points du contour externe, les deux points étant symétriques par rapport au centre du contour externe) de la zone de réception. En d’autres termes, dès que le satellite passe à l’intérieur de cette zone de réception, il émet des données que la station au sol peut recevoir.
La zone de réception dépend de l’angle d’élévation minimal αmin(plus l’angle d’élévation minimal αmin est petit, plus la zone de réception est étendue, comme représenté sur laFIG. 1) et du diamètre de l’antenne de la station au sol (plus le diamètre de l’antenne de la station au sol est grand, plus la zone de réception est étendue).
LaFIG. 7représente également une station au sol 100 (appelée ici « station au sol 100 de référence ») opérant en bande X et ayant un diamètre strictement supérieur aux diamètres des autres stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g (typiquement de l’ordre de 4 m pour les stations au sol utilisées dans la plupart des systèmes actuels), et associée à un angle d’élévation minimal de référence de 5° (angle d’élévation minimal utilisé dans la plupart des systèmes actuels). Il est entendu que la station au sol 100 de référence ne fait pas partie du système de communication selon l’invention, mais est représentée ici pour illustrer un aspect de l’invention.
La station au sol 100 de référence est associée à une zone de réception 200 (appelée ici « zone de réception de référence ») qui est bien plus étendue que les zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g du système de communication selon l’invention.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, la pluralité de stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g peut être disposée de sorte que l’union des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g du système de communication selon l’invention couvre « en grande partie » la zone de réception de référence 200. Par « en grande partie », il est entendu que l’union des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g couvre au moins un pourcentage prédéterminé de la zone de réception 200 de référence. Le pourcentage prédéterminé peut être, par exemple, supérieur ou égal à 80%. Il est rappelé que l’union de deux surfaces correspond à un ensemble qui contient tous les éléments appartenant à l’une ou l’autre des deux surfaces.
Dans des modes de réalisation particuliers, la pluralité de stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g peut être disposée de sorte que l’union des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g du système de communication selon l’invention couvre toute la zone de réception de référence 200.
Ainsi, la station au sol 100 de référence peut être « remplacée » (ou approximativement remplacée – en autorisant quelques « trous » par rapport à la zone de réception 200 de référence) par la pluralité de stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g.
Par exemple, dans le cas où l’union des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g couvre toute la zone de réception de référence 200, toute donnée émise depuis le satellite peut être reçue par au moins l’une des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g du système de communication selon l’invention (car le satellite se situe dans au moins l’une des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g).
Dans l’exemple de laFIG. 7, le système de communication comprend 7 stations au sol, mais bien entendu, un système de communication selon l’invention peut comprendre n’importe quel nombre N de stations au sol, avec N supérieur ou égal à 2 (voire N supérieur ou égal à 1 si la zone de couverture recherché ne correspond pas à une zone de couverture « équivalente » d’une station au sol opérant en bande X pour des angles d’élévation supérieurs à 5°, mais à une zone géographique prédéfinie que l’on cherche à couvrir).
LaFIG. 8représente un exemple particulier du système de communication de laFIG. 7. LaFIG. 8représente les zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g de sept stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g installées à travers l’Europe (plus précisément, à Bergen en Norvège, à Linz en Autriche, à Kiev en Ukraine, à Athènes en Grèce, à Tabarka en Tunisie, à Albufeira au Portugal et à Brest en France). Par souci de lisibilité de la figure, les références des stations au sol et des zones de réception ne sont pas indiquées sur laFIG. 8– les stations au sol y sont représentées par des étoiles en trait plein et les zones de réception par des ellipses en trait plein, comme sur laFIG. 7.
Sur cet exemple, toutes les stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g ont une antenne de diamètre de moins de 1 mètre et opèrent selon un angle d’élévation minimal de 30°.
Sur laFIG. 8est également représentée une station au sol 100 de référence (située ici à Milan en Italie, représentée par une étoile en traits discontinus) et la zone de réception 200 de référence (représentée par une ellipse en traits discontinus). Sur cet exemple, la station au sol 100 de référence a une antenne de 5 mètres de diamètre et opère selon un angle d’élévation minimal de 5°.
LaFIG. 8représente également des orbites 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, qui correspondent donc à des trajectoires possibles pour des satellites en orbite basse.
Pour chaque orbite 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f :
– la ou les portions en trait continu « fin » représentent les portions d’orbite 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f dans au moins une des zones de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g des sept stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g ;
– la ou les portions en trait continu « épais » (portions 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f) représentent les portions d’orbite 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f hors de toute zone de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g mais à l’intérieur de la zone de réception 200 de référence ;
– la ou les portions en traits discontinus représentent les portions d’orbite 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f hors de toute zone de réception 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g et de la zone de réception 200 de référence.
Les portions en trait continu « épais » (portions 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f) représentent ainsi les portions d’orbite 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f pour lesquelles le système de communication comprenant les sept stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g ne couvre pas la zone de réception 200 de référence de la station au sol 100 de référence. Il peut être observé sur laFIG. 8que ces portions sont très réduites par rapport à la zone de réception 200 de référence. Ainsi, il est possible de remplacer assez efficacement une station au sol de grande taille avec 7 stations au sol de petite taille – et ce malgré un angle d’élévation minimal assez élevé (30° dans cet exemple).
Bien entendu, pour une couverture complète de la zone de réception de référence, il est possible d’inclure davantage de stations au sol dans le système de communication, et/ou de diminuer l’angle d’élévation minimal de certaines stations au sol (notamment pour les stations au sol situées dans des régions peu humides). L’ajout d’une ou plusieurs stations au sol supplémentaire est rendu aisément possible, notamment du fait de la petite taille des antennes des stations au sol utilisées, qui sont associées à un coût bien inférieur à celui des antennes classiques, et de la simplicité et la flexibilité d’installation de telles stations.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation de l’invention, chaque station au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g est configurée pour recevoir des données et les transmettre, via une liaison de communication par exemple filaire, à un ou plusieurs dispositifs de traitement. Ainsi, le ou les dispositifs de traitement sont configurés pour recevoir et traiter des données reçues depuis le satellite en orbite basse au travers des stations au sol 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g.
Dans un mode de réalisation, toutes les stations au sol situées dans une zone géographique donnée peuvent envoyer les données reçues vers un même dispositif de traitement, qui peut être par exemple un serveur informatique à distance (notamment de type « cloud »). Par exemple, chaque station au sol peut comprendre une antenne et un dispositif de numérisation, et peut être configurée pour envoyer, vers le dispositif de traitement, le spectre numérisé des données reçues du satellite. Le dispositif de traitement peut traiter l’ensemble des données reçues depuis les stations au sol (i.e. les spectres des données numérisés) de manière centralisée. Cela permet notamment de reconstituer des informations ou des messages en assemblant des données provenant de plusieurs stations. Cela permet également de gérer efficacement les cas de transfert cellulaires (« handover » en anglais) de plusieurs stations où le même message peut être reçu par plusieurs stations, dans son intégralité ou non.
Un exemple d’un tel dispositif de traitement est représenté sur laFIG. 10.
Le dispositif de traitement 700 de laFIG. 10comprend un ordinateur comprenant une mémoire 701 pour stocker des données reçues depuis une ou plusieurs stations au sol. Le dispositif de traitement 700 comporte en outre un circuit 702. Ce circuit peut être, par exemple un processeur apte à interpréter des instructions sous la forme de programme informatique, une carte électronique ou encore une puce électronique programmable comme une puce FPGA (pour « Field-Programmable Gate Array » en anglais) configurée pour traiter les données reçues. Le dispositif de traitement 700 comporte en outre une interface d'entrée 703 pour la réception de données depuis au moins une station au sol 10a, et une interface de sortie 704 pour la fourniture de données traitées.
Un autre aspect de l’invention concerne une architecture de communication comprenant :
– un satellite d’observation de la Terre en orbite basse ; et
– un ensemble de stations au sol ayant chacune une antenne de diamètre maximal 2 m (voire 1 m), et étant chacune configurée pour opérer dans une bande de fréquences supérieure à la bande X (notamment avec des fréquences supérieures à 12 GHz), avec des angles d’élévation minimaux supérieurs ou égaux à 15°, par exemple entre 15° et 30°.
Dans toute architecture de communication entre un satellite et des stations au sol, lorsque le satellite quitte la zone de réception d’une station au sol et entre dans la zone de réception d’une autre station au sol, il est nécessaire de mettre en œuvre un transfert cellulaire (ou « handover » en anglais). Le transfert cellulaire permet de passer d’une liaison de communication entre le satellite et une station au sol à une liaison de communication avec une autre station au sol.
Certains satellites sont équipés d’une antenne à faisceau fixe, qui nécessite de diriger le satellite en attitude pour pointer vers la station au sol. Un tel satellite est représenté à laFIG. 9. Sur cetteFIG. 9, le satellite 50a se déplace au cours du temps t : avant l’instant ts, il est en communication avec une première station au sol 10a, et après l’instant tsil est en communication avec une deuxième station au sol 10b (les segments en trait plein reliant le satellite 50a à l’une ou l’autre des stations au sol 10a, 10b délimitent l’angle d’élévation minimal selon lequel l’une ou l’autre des stations au sol 10a, 10b reçoit des données depuis le satellite 50a, les segments en traits discontinus représentent la direction du faisceau – fixe – de l’antenne du satellite 50a).
A l’instant ts, le satellite 50a doit donc basculer d’une communication avec la première station au sol 10a vers une communication avec la deuxième station au sol 10b, et doit pour cela se retourner pour pointer vers la deuxième station au sol 10b. Pendant ce retournement, la communication est interrompue entre le satellite 50a et les deux stations au sol 10a, 10b.
Dans le cadre de la présente invention, puisque le nombre de stations au sol est nettement supérieur aux architectures classiques, cette perte de communication est également nettement plus fréquente, ce qui peut entraîner une baisse du volume de données transmises depuis le satellite 50a vers le réseau de stations au sol 10a, 10b.
Pour éviter une interruption de la communication entre le satellite et la pluralité de stations au sol, il est possible d’utiliser un satellite 50b ayant une antenne dont l’orientation du faisceau peut être contrôlée (appelé par la suite « antenne à faisceau orientable », pour « beam steering antenna » en anglais), par exemple une antenne plate à orientation électronique, comme représenté sur laFIG. 9.
Sur laFIG. 9, les segments en trait plein reliant le satellite 50b à l’une ou l’autre des stations au sol 10a, 10b délimitent l’angle d’élévation minimal selon lequel l’une ou l’autre des stations au sol 10a, 10b reçoit des données depuis le satellite 50a et les segments en traits discontinus représentent le faisceau de l’antenne du satellite 50b, orienté vers la station au sol 10a, 10b avec laquelle il est en communication.
Comme illustré sur laFIG. 9, avec une telle antenne à faisceau orientable, le satellite 50b pointe en permanence vers le nadir et l’orientation du faisceau est contrôlée électroniquement, de sorte que le satellite 50b ne doit effectuer aucune manœuvre de retournement lors du transfert cellulaire. Ainsi, le passage d’une liaison de communication avec une première station au sol 10a vers une liaison de communication avec une deuxième station au sol 10b est effectué de manière quasiment instantanée (voire instantanée, si le satellite dispose d’une antenne capable de générer deux faisceaux orientables distincts), ce qui évite l’interruption de la communication entre le satellite 50b et la pluralité de stations au sol 10a, 10b.
Ainsi, dans des modes de réalisation de l’invention, l’architecture de communication comprend une pluralité de stations au sol comme définie précédemment et un satellite ayant une antenne à faisceau orientable.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples. Elle s'étend à d'autres variantes.

Claims (13)

  1. Système de réception de données d’observation de la Terre émises depuis un satellite en orbite basse, le système comprenant un ensemble de stations au sol,
    dans lequel chaque station au sol est configurée pour recevoir des données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence supérieure à 12 GHz,
    dans lequel chaque station au sol comprend une antenne de diamètre respectif inférieur ou égal à 2 mètres,
    dans lequel chaque station au sol est associée à un angle d’élévation minimal respectif prédéfini supérieur ou égal à 15 degrés,
    dans lequel la transmission de données depuis le satellite vers chaque station au sol est effectuée tant qu’un angle d’élévation du satellite par rapport à ladite station au sol est supérieur ou égal à l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque angle d’élévation minimal est compris entre 15 et 30 degrés.
  3. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque station au sol est configurée pour recevoir les données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence respective comprise entre 25,5 GHz et 27 GHz.
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque station au sol comprend une antenne de diamètre compris entre 30 cm et 1,5 m.
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque station au sol, le diamètre de l’antenne et l’angle d’élévation minimal sont tels qu’un rapport signal sur bruit associé à la transmission des données depuis le satellite vers la station au sol est au moins équivalent à un rapport signal sur bruit associé à une transmission des données depuis le satellite vers une station au sol de référence opérant à une fréquence de référence comprise dans la bande X et associée à un angle d’élévation minimal de référence de 5 degrés.
  6. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble de stations au sol comprend une pluralité de stations au sol.
  7. Système selon la revendication précédente, dans lequel, pour chaque station au sol parmi la pluralité de stations au sol, l’angle d’élévation minimal associé à la station au sol définit une zone de réception dans laquelle la station au sol reçoit des signaux depuis le satellite, et dans lequel une union des zones de réception terrestre de la pluralité de stations au sol recouvre un pourcentage prédéterminé d’une zone de réception de référence.
  8. Architecture de transmission de données d’observation de la Terre comprenant un satellite d’observation de la Terre en orbite basse et un système de réception selon l’une des revendications précédentes.
  9. Architecture selon la revendication 8, dans laquelle le satellite comprend une antenne à faisceau orientable.
  10. Procédé de configuration d’un système de réception de données d’observation de la Terre émises depuis un satellite en orbite basse, le système comprenant un ensemble de stations au sol, chaque station au sol étant configurée pour recevoir des données émises par le satellite en orbite basse en utilisant une fréquence supérieure à 12 GHz, chaque station au sol comprenant une antenne de diamètre inférieur ou égal à 2 mètres, chaque station au sol étant associée à un angle d’élévation minimal respectif supérieur ou égal à 15 degrés, dans lequel la transmission de données depuis le satellite vers chaque station au sol est effectuée uniquement lorsqu’un angle d’élévation du satellite par rapport à ladite station au sol est supérieur ou égal l’angle d’élévation minimal associé à ladite station au sol, le procédé comprenant, pour une station au sol parmi l’ensemble de stations au sol :
    • recevoir une position géographique de la station au sol ;
    • recevoir une première valeur d’atténuation due à la pluie pour la position géographique reçue, la première valeur d’atténuation due à la pluie étant associée à une fréquence de référence dans la bande X et à un angle d’élévation de référence du satellite par rapport à la station au sol de 5° ;
    • recevoir un ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, dans lequel chaque valeur de l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol est supérieure ou égale à 15° ;
    • pour chaque valeur parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol :
      • recevoir une deuxième valeur d’atténuation due à la pluie pour la position géographique reçue, ladite deuxième valeur d’atténuation due à la pluie étant associée à la fréquence utilisée pour recevoir, par la station au sol, les données émises par le satellite, et à ladite valeur de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol ;
      • calculer, à partir de la première valeur d’atténuation due à la pluie et de la deuxième valeur d’atténuation due à la pluie, un facteur de miniaturisation, le facteur de miniaturisation correspondant au facteur par lequel un diamètre d’une antenne de la station au sol peut être diminué par rapport à une antenne de référence d’une station au sol de référence opérant à la fréquence de référence et à l’angle d’élévation de référence, tout en conservant un rapport signal sur bruit au moins équivalent lors de la transmission des données depuis le satellite vers la station au sol ;
    • déterminer, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, un diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou un angle d’élévation minimal, l’angle d’élévation minimal appartenant à l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
  11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pour une valeur α de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, le facteur de miniaturisation MF est :
    MF = 10^((G – ΔG – ΔA)/20),
    avec G = 20×log10(fY/ fX), ΔG = 20 × log10(dα/ d5) et ΔA = AY– Ax ;
    où AXcorrespond à la première valeur d’atténuation due à la pluie, AYcorrespond à la deuxième valeur d’atténuation due à la pluie, fXcorrespond à la fréquence de référence dans la bande X, fYcorrespond à la fréquence utilisée pour recevoir, par la station au sol, les données émises par le satellite, d5correspond à une distance du satellite à la station au sol pour un angle d’élévation de 5° et dαcorrespond à la distance du satellite à la station au sol pour la valeur α de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
  12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la détermination, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, du diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou de l’angle d’élévation minimal comprend :
    • déterminer un sous-ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, pour lesquelles le facteur de miniaturisation dépasse un seuil prédéterminé ;
    • sélectionner, parmi le sous-ensemble de valeurs déterminé, une valeur minimale de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol.
  13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, si aucune valeur de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol ne dépasse le seuil prédéterminé, la détermination, à partir de l’ensemble des facteurs de miniaturisation calculés, du diamètre de l’antenne de la station au sol et/ou de l’angle d’élévation minimal comprend : sélectionner, parmi l’ensemble de valeurs de l’angle d’élévation du satellite par rapport à la station au sol, une valeur maximale du facteur de miniaturisation.
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