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Restitution d'orbites de débris spatiaux par algorithmes génétiques

  1. 1. 1 Restitution d'orbites de débris spatiaux par algorithmes génétiques Soutenance du stage pluri-disciplinaire Réalisé par : Mohamed Amjad LASRI Encadré par: -David COULOT (IGN-LAREG) -Florent DELEFLIE (IMCCE) -Pierre BOSSER (ENSG) 17 Septembre 2014 Période : du 02 Juin 2014 au 30 Août 2014
  2. 2. 2 Plan de la Présentation I- Contexte et enjeux II- Applications sur des satellites artificiels III- Modélisation de la force de freinage atmosphérique IV- Conclusion et perspectives
  3. 3. 3 Contexte et enjeux NASA — http://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photogallery/photog allery.html NASA Johnson Space Center Orbital Debris Program Office PPrroobblléémmaattiiqquuee :: Dans la plupart des cas on ne dispose d'aucune connaissance a priori des paramètres orbitaux de des débris spatiaux SSoolluuttiioonn PPrrooppoossééee :: Utiliser un Algorithme Génétique Multi-Objectifs (méthode d'optimisation stochastique ne nécessitant aucune connaissance a priori des paramètres à optimiser) couplé avec un propagateur analytique d'orbites pour restituer les orbites des débris spatiaux
  4. 4. 4 Contexte et enjeux Objectifs du stage : ● Effectuer des tests sur des satellites en utilisant deux types de mesures : angles (astrométrie) et distances (Télémétrie laser) ● Fusionner les deux types de mesures ● Tester la robustesse de la méthode sur des jeux de données dégradés ● Tester et améliorer la force de freinage atmosphérique dans le propagateur analytique d'orbites www-g.oca.eu/cerga/lassat/tirs_laser.jpg eso.org
  5. 5. 5 AG et détermination d'orbites
  6. 6. 6 AG et détermination d'orbites
  7. 7. 7 AG et détermination d'orbites
  8. 8. 8 Applications sur des satellites artificiels ● Lageos-1 ● Telecom2D ● STELLA -Orbite MEO -Mesures de distances avec télémetrie LASER -Orbite GEO -Mesures d'angles avec le télescope TAROT -Orbite LEO -Mesures de distances ● Débris spatiaux Prochainement ...
  9. 9. 9 Applications sur des satellites artificiels ● LAGEOS I : 1400 Mesures de distances (entre JJCNES 23502 et JJCNES 23509) depuis 23 stations SLR bien réparties spatialement
  10. 10. 10 Applications sur des satellites artificiels ● LAGEOS I : 1400 Mesures de distances (entre JJCNES 23502 et JJCNES 23509) depuis 23 stations SLR bien réparties spatialement N core(m) 629 N autre(m) 698 Écart a(m) 7 e(deg) 1e-06 i(deg) 0.001 Ω(deg) 0.002 ω (deg) 0.1 M 0.1
  11. 11. 11 Applications sur des satellites artificiels ● Très bons résultats obtenus pour LAGEOS-I
  12. 12. 12 Tests de robustesse de la méthode ● Combinaison des deux types de mesures : N distance=700m mais astronomiques pour les objectifs d'angles Écart a(m) 8 e(deg) 5e-06 i(deg) 0.002 Ω(deg) 0.08 ω (deg) 0.1 M 0.02
  13. 13. 13 Tests de robustesse de la méthode Pour tester la robustesse de la méthode, nous avons effectué 3 types de tests sur des mesures dégradées: ● Dégradation spatiale ; ● Dégradation en nombre de mesures ; ● Dégradation temporelle.
  14. 14. 14 Tests de robustesse de la méthode Dégradation spatiale : ● Nous n'avons gardé que les mesures issues de 6 stations (3 core stations et 3 autres stations : nombre minimum pour déterminer la position d'un objet) regroupées (mauvaise répartition spatiale)
  15. 15. 15 Tests de robustesse de la méthode ● Résultats reste à un niveau raisonnable N core(m) 7500 N autre(m) 2800 Écart a(m) 21 e(deg) 3e-04 i(deg) 0.1 Ω(deg) 0.19 ω (deg) 2.8 M 3
  16. 16. 16 Tests de robustesse de la méthode ● Mauvaise répartition temporelle :
  17. 17. 17 Tests de robustesse de la méthode Tests sur le nombre des mesures : Nous n'avons gardé que 10 % (1400 initiales nous n'avons gardé que 140) du nombre des mesures initiales, pour voir comment l'AG réagit lorsque l'on dispose que d'un petit nombre de mesures en entrée. N core(m) 620 N aure(m) 650 Écart a(m) 6 e(deg) 3e-06 i(deg) 0.001 Ω(deg) 0.1 ω (deg) 0.1 M 0.03
  18. 18. 18 Applications sur des satellites artificiels ● TELECOM-2D: Mesures d'angles (Élévation+Azimut) effectués depuis les 2 télescopes TAROT (le premier se trouve sur le plateau de Calern au nord de Grasse en France, le deuxième est installé à l'observatoire de la Silla au Chili) N azimut(deg) 0.04 N élév.(deg) 0.02 Écart entre les résultats de l'AG et la référence a(m) 700 e(deg) 0.00005 i(deg) 0.002 Ω(deg) 0.006 ω (deg) 15 M 15
  19. 19. 19 Applications sur des satellites artificiels ● Résultats raisonnable pour TELECOM-2D ● La chaîne est valable et pour les mesures de distances et pour les mesures angulaires
  20. 20. 20 Modélisation de la force de freinage atmosphérique ● STELLA est un nano-satellite français orbitant en LEO. ● Tester la force de freinage atmosphérique (arc de 9 jours) N core(m) 3250 N autre(m) 3700 PPrroobbllèèmmee ddee llaa ffoorrccee ddee ffrreeiinnaaggee aattmmoosspphhéérriiqquuee
  21. 21. 21 Modélisation de la force de freinage atmosphérique ● Problème de la force de freinage atmosphérique pour les satellites en LEO : ⃗ f D=−1 f⃗D=−) ● P: densité atmosphérique 2 (ρ v2C D Am ● V : la vitesse relative du satellite dans l'atmosphère CCoonnttrraaiinnttee :: ddéétteerrmmiinneerr uunn mmooddèèllee ddee ddeennssiittéé aattmmoosspphhéérriiqquuee qquuii nnee ddééppeenndd qquuee ddee ll''aallttiittuuddee
  22. 22. 22 Modélisation de la force de freinage atmosphérique Initié pour la première fois en 2001 par Denis HAUTESSERRES (CNES), le modèle à β variable est une approximation numérique du modèle US76 pour les altitudes allant de 0 à 1000 km, et qui ne varie qu'en fonction de l'altitude RRééssiidduuss aassttrroonnoommiiqquueess CCee mmooddèèllee nn''eesstt ppaass oouu nn''eesstt pplluuss vvaallaabbllee
  23. 23. 23 Modélisation de la force de freinage atmosphérique ● Calculer les valeurs : (hi ,ρi=DTM2013(hi)) avec i=1..n pour chaque altitude, on calcul une valeur moyenne du DTM2013; log ( ρi ρ0 ) ● On calcule ensuite les échantillons (hi ,βi= ; h0−h ) avec i=1.. n ● On effectue des approximations par moindre carrés aux ordres : 2, 3, 4 et 5 et on ne garde que l'approximation avec les meilleurs résidus.
  24. 24. 24 Modélisation de la force de freinage atmosphérique
  25. 25. 25 Modélisation de la force de freinage atmosphérique ● Résidus qui restent raisonnables même pour les conditions extrêmes Générée avec l'outil en ligne de atmop.eu
  26. 26. 26 Conclusion et perspectives ● La chaîne de calculs AG+FAST a fait ses preuves pour les satellites que nous avons expérimentés ● Assez robuste face à la plupart des tests de robustesse que nous avons effectués sur LAGEOS-1. ● Des tests restent à effectuer sur les satellites en LEO (tester la nouvelle force de freinage) ● Des tests restent à effectuer sur une population de débris spatiaux, mais rien ne laisse à penser que cela ne marcherait pas
  27. 27. 27 Merci de votre attention
  28. 28. 28 AG et détermination d'orbites Algorithmes Génétiques : Algorithmes d'optimisation stochastiques qui miment le processus de la sélection naturelle. Un AG cherche à optimiser un ou plusieurs oobbjjeeccttiiffss. Exemple : On dispose d'un tableau contenant des chiffres entre 0 et 9. Notre oobbjjeeccttiiff est de le trier par ordre décroissant
  29. 29. 29 AG et détermination d'orbites

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