Flexible Scheduling for Agile Earth Observing Satellites

par Adrien Maillard

Thèse de doctorat en Systèmes embarqués et Robotique

Sous la direction de Gérard Verfaillie et de Cédric Pralet.

Le président du jury était Gilles Trombettoni.

Le jury était composé de Long Derek, Jean Jaubert, Frédéric Fontanari.

Les rapporteurs étaient Christine Solnon, Roman Bartak.

  • Titre traduit

    Production au sol de plans flexibles pour des satellites agiles d'observation de la terre


  • Résumé

    Les satellites d’observation de la Terre sont des senseurs qui acquièrent des données, les compressent et les mémorisent à bord, puis les vident vers le sol. Des incertitudes rendent la planification des activités au sol de plus en plus discutable car la planification est alors pessimiste et les plans largement sous-optimaux. Cette thèse détaille la conception d'une planification mixte qui permet de profiter de la réalisation des paramètres incertains à bord tout en préservant la prévisibilité de l'exécution pour les opérateurs au sol. Notre première contribution concerne le problème de planification des vidages. Un mécanisme de planification flexible a été conçu dans lequel seules les acquisitions de haute priorité sont planifiées de manière pessimiste. A bord, un algorithme adapte le plan en fonction des volumes réels, en s'assurant que le vidage des acquisitions de haute priorité est toujours garanti, et insère des nouveaux vidages si possible. Notre deuxième contribution concerne le problème de planification des acquisitions. Au sol, des contraintes contribuent à éliminer du plan de nombreuses acquisitions qui auraient pu être réalisées car les niveaux de ressources à bord sont souvent plus hauts que ceux prévus par ces contraintes. Dans un nouveau mécanisme de décision, le sol produit des plans conditionnels dans lesquels la réalisation des acquisitions de basse priorité est conditionnée par des niveaux d'énergie requis. Comparées à d'autres mécanismes de planification, ces deux approches flexibles permettent d'éviter le gaspillage des ressources et de réaliser plus d'acquisitions et de vidages tout en conservant de la prévisibilité.


  • Résumé

    Earth-observation satellites are space sensors which acquire data, compress and record it on board, and then download it to the ground. Some uncertainties make planning and scheduling satellite activities offline on the ground more and more arguable as worst-case assumptions are made about uncertain parameters and plans are suboptimal. This dissertation details our efforts at designing a flexible decision-making scheme that allows to profit from the realization of uncertain parameters on board while keeping a fair level of predictability on the ground. Our first contribution concerns the data download problem. A flexible decision-making mechanism has been designed where only high-priority acquisition downloads are scheduled with worst-case assumptions. Other acquisition downloads are scheduled with expected parameters and conditioned by resource availability. The plan is then adapted on board. Our second contribution concerns the acquisition planning problem. A lot of acquisitions that could have been done are eliminated when planning because of worst-case assumptions. In a new decision-making scheme, these high-level constraints are removed for low-priority acquisitions. Observation plans produced on the ground are conditional plans involving conditions for triggering low-priority acquisitions. Compared with pure ground and pure onboard methods, these two approaches avoid wastage of resource and allow more acquisitions to be executed and downloaded to the ground while keeping a fair level of predictability on the ground.


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