Optimisation de plans de mission pour une constellation de satellites d'observation de la Terre

Mission plan optimization for a constellation of Earth observation satellites

• Auteur / Autrice : Samuel Squillaci
• Direction : Cédric Pralet, Stéphanie Roussel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral DECIsion, Supervision et Interaction pour l'Opération de systèmes complexes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Marie-José Huguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Pralet, Stéphanie Roussel, Jin-Kao Hao, Laurent Deroussi, Dominique Feillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jin-Kao Hao, Laurent Deroussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites artificiels en télédétection

Recherche opérationnelle

Ordonnancement (informatique)

Mots clés libres

Ordonnancement

Optimisation

Satellites d'observation de la Terre

Constellation

Recherche opérationnelle

Constellation

Scheduling

Optimisation

Earth observation satellites

Operations research

Résumé

Dans les systèmes de gestion des constellations de satellites d’observation de la Terre,des requêtes d’observation sont émises par différents clients. Chaque requête représenteune demande d’observation d’une cible à la surface de la Terre par un satellite.De nos jours, divers algorithmes de planification sont utilisés pour sélectionner automatiquementles requêtes à satisfaire, sachant que les requêtes sont trop nombreusesen général pour être toutes satisfaites par la constellation de satellites. Ces algorithmesparviennent à planifier divers types de requêtes, comme par exemple des requêtes d’observationsimples (nécessitant une seule prise photo de la cible) ou encore des requêtesstéréoscopiques (nécessitant deux prises photo de la cible depuis deux angles de vuedifférents). Dans cette thèse, nous proposons un nouveau modèle du problème de planificationqui permet d’intégrer n’importe quel type de requête d’observation. De nouveauxtypes de requêtes sont introduits tels que les requêtes périodiques, qui nécessitent uneobservation d’une cible périodiquement dans le temps. Des modes de réalisation desrequêtes sont définis pour permettre de satisfaire les requêtes de différentes manières etd’exprimer des préférences sur ces manières. Différents algorithmes de résolution sontproposés, à savoir une résolution par Programmation par Contraintes, des algorithmesgloutons itérés parallèles ainsi que des algorithmes de recherche à voisinage large. Enfin,de nombreuses expérimentations sont réalisées sur des problèmes réalistes.

During the management of constellations of Earth observing satellites, observation requestsare issued by many clients. Each request specifies the need to observe of a targeton the Earth’s surface by a satellite. Nowadays, various planning algorithms are usedto automatically select the requests to be fulfilled, which are generally too numerousto be all fulfilled by the constellation. These algorithms are able to plan various typesof requests, such as simple observation requests (requiring a single shot of the target)or stereoscopic requests (requiring two shots of the target from two different angles).In this thesis, we propose a new model of the planning problem that can incorporateany type of observation request. New types of request are introduced, such as periodicrequests which require a target to be observed periodically over time. Realizationmodes are defined to enable requests to be fulfilled in different ways and to express preferencesover these ways. Different solving algorithms are proposed, namely ConstraintProgramming solving, parallel iterated greedy algorithms and large neighbourhood searchalgorithms. Last, many experiments are performed over realistic instances.