Mission DORIS sur
SPOT 4
DORIS après SPOT 4
Le système DORIS (Détermination d'Orbite et
Radiopositionnement Intégré par Satellite) a été conçu et développé par le CNES, le
Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale GRGS (CNES/CNRS/Université Paul Sabatier) et
l'Institut Géographique National (IGN) pour répondre aux nouveaux besoins de
détermination précise de la position des satellites sur leurs orbites et de localisation
de balises terrestres.
DORIS est un système radioélectrique Doppler bi-fréquence (400 MHz et 2 GHz) à liaison ascendante qui effectue des mesures de vitesse relative entre un satellite en orbite et un réseau permanent mondial de 51 balises émettrices dites "d'orbitographie". Dans le même temps, le système permet de localiser des balises implantées au sol. Deux balises "maîtresses" servent de références de temps et de fréquence au système et assurent le téléchargement des commandes et des données nécessaires au fonctionnement du récepteur embarqué.
Antenne (STAREC)
Le passager DORIS se compose d'un récepteur (MVR, mesureur de vitesse radiale), d'un OUS (oscillateur ultra-stable) et d'une antenne omnidirectionnelle embarqués à bord du satellite porteur. Le récepteur effectue des mesures de décalage Doppler des signaux radioélectriques 400 MHz et 2 GHz émis par les balises. La mesure sur le 400 MHz est essentielle pour réduire l'erreur due à la propagation ionosphérique.
MVR (Dassault Électronique)
Un traitement mathématique des mesures effectuées sur le réseau permanent de balises permet, après modélisation des forces agissant sur le satellite (attraction gravitationnelle terrestre, ...) de restituer sa trajectoire précise. Ces résultats de calcul d'orbite sont ensuite utilisés pour déterminer la position précise des balises à localiser et leur évolution.
Les principales missions de DORIS / SPOT 4 sont :
| position déterminée à mieux que | pour 1 satellite | multisatellites |
| sur 1 passage | 1 m | 50 cm |
| en 1 jour | 20 cm | 15 cm |
| en 5 jours | 10 cm | 7 cm |
| en 26 jours | 3 cm | 1,1 cm |
A partir du calcul des vitesses absolues de l'ensemble
des balises DORIS, on peut déduire les mouvements relatifs des plaques
tectoniques, par exemple, l'éloignement de 2 cm par an entre l'Europe et
l'Amérique du Nord. Le système DORIS, grâce à sa couverture globale, permet désormais
de mesurer précisément l'ensemble de ces déplacements.
Une grande première pour DORIS : grâce au navigateur DIODE, DORIS
restitue l'orbite du satellite en temps réel, avec une précision de 3 m sur les
3 axes (x, y, z)
Les développements en cours devraient aboutir en 1999 à un récepteur DORIS miniaturisé compatible pour un emport sur des micro-satellites et faire de DORIS un système compétitif pour la navigation des satellites.
Le navigateur DIODE est un équipement probatoire sur SPOT 4. Après validation, il sera intégré à DORIS et livré "en série" pour ENVISAT, JASON-1, SPOT 5,...
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DIODE signifie Détermination Immédiate d'Orbite par Doris Embarqué. C'est une partie de l'instrument DORIS, qui calcule la position et la vitesse du satellite.
Un tel équipement localise le satellite qui le porte, un peu comme un capitaine au long cours localise son bateau (avec un sextant ou, comme DORIS, par rapport à des balises) : on parle de "navigation de satellite". C'est pourquoi DIODE est souvent appelé le " Navigateur ".
Les images prises par le satellite doivent être localisées avec précision quand
elles sont reçues au sol. De plus, pour atteindre leur pleine qualité, des corrections
dépendant, en particulier, de la position du satellite au moment où elles ont été
prises (pour tenir compte, par exemple, de la courbure et de la rotation de la Terre) sont
nécessaires.
Le rôle de DIODE est de calculer cette position en temps réel directement à bord du
satellite. Il devient alors possible de "marquer" automatiquement les images, au
moment où elles sont faites.
Le satellite réalise une prise de vues, et Diode donne la position du satellite à ce moment-là.
Toutes ces informations sont disponibles ensemble, sans traitement supplémentaire, dès leur réception par la station.
Les images SPOT 4 demandent une position connue à 100 mètres près environ : DIODE, qui s'appuie sur les mesures précises de DORIS, localisera SPOT 4 avec une précision de quelques mètres seulement.
Traditionnellement, pour les satellites d'observation de la Terre, les positions sont prédites à l'avance par le Centre de de Mise et Maintien à Poste (en fonction de la trajectoire de la veille, en utilisant des programmes de calcul d'orbites de satellite). Elles sont périodiquement envoyées aux Stations de Réception Directe.
Avec DIODE, on a donc un processus :
Les instruments " passagers " peuvent également exploiter cette information : POAM et la charge utile Végétation interrogeront aussi le Navigateur pour leurs propres besoins.
Presque ! Quelques télécommandes sont prévues pour régler le fonctionnement du Navigateur, mais il n'y a que très peu de données à lui envoyer en routine. Pendant la phase de validation de six mois réalisée au sol seules cinq télécommandes ont été nécessaires.
Ce premier DIODE a besoin, pour démarrer, d'une position de départ (très approximative) du satellite. Les versions suivantes n'en auront plus besoin, elles seront équipées d'une fonction d'auto-initialisation.
Le
projet a été mis en place en 1991 par le CNES : la carte électronique a été
réalisée par Dassault Electronique (déjà fournisseur du Récepteur DORIS), ainsi que
le programme temps réel qui met en oeuvre le Navigateur proprement dit.
Le logiciel orbitographique (qui calcule la position du satellite) a été développé au CNES, avec un support technique de la société COFRAMI. Il est constitué de 2 500 lignes de code (méthode HOOD pour la conception, et langage Ada pour le codage) pour 60 kbits d'encombrement mémoire.
Toutes les 10 secondes, ce programme effectue les opérations suivantes :
Avant SPOT 4, DIODE n'a jamais volé : les autres instruments DORIS, embarqués sur SPOT 2, SPOT 3 et TOPEX-POSEIDON ne sont pas équipés du Navigateur. On a récupéré au sol les mesures qu'ils ont fabriquées, et on les a utilisées pour mettre DIODE au point.
C'est ainsi qu'on lui a " donné à manger " toutes les mesures fabriquées par l'instrument DORIS de SPOT 3. Comme si DIODE était à bord de ce satellite, il a suivi son orbite pendant toute la vie de SPOT 3. Depuis novembre 1997, DIODE continue à fonctionner avec les mesures de SPOT 2. DIODE a donc déjà fonctionné plusieurs années, au sol.
Plusieurs séries d'essais sur le satellite SPOT 4 (au sol, lors de vérifications en salle blanche) ont permis de s'assurer du bon fonctionnement du Navigateur.
Il reste maintenant à démontrer qu'en orbite, DIODE fonctionne correctement et rend un service fiable.
DIODE fait déjà partie intégrante des prochains récepteurs DORIS qui voleront sur le satellite européen d'observation ENVISAT, sur SPOT 5, et sur JASON (un satellite d'altimétrie). Ces récepteurs DORIS ont été améliorés et modifiés en profondeur. DIODE aussi a été modifié, et sa précision a été très affinée, puisqu'il offrira en temps réel une orbite de qualité métrique à bord.
Le calcul d'orbite à bord est devenu aujourd'hui une possibilité offerte à tout utilisateur du système DORIS, et il est indéniable qu'il possède de nombreux avantages. Plusieurs agences spatiales développent d'ailleurs des systèmes équivalents. Dans les années qui viennent, le contrôle des satellites devra s'automatiser (notamment avec l'avènement de grandes constellations de satellites) et il est probable que l'on verra émerger bientôt de véritables systèmes de Contrôle d'Orbite Autonome. Le CNES, avec DIODE/DORIS/SPOT 4 - entre autres -, participe activement à cette évolution.
Sur cette figure, on représente, sur la journée du 6 décembre 1997, l'écart en mètres entre l'altitude du satellite SPOT 2 calculée en temps réel par DIODE, et un calcul de référence (effectué en temps différé à l'aide du logiciel d'orbitographie précise ZOOM).
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page mise à jour le 06 June 2000