Caractérisation multi-fréquence du canal de propagation et modélisation de la similitude en fréquence instantanée pour optimiser des liens satellitaires en bandes Ka et Q/V

Multi-frequency characterization of the propagation channel and modelling of instantaneous frequency scaling to optimise satellite links at Ka and Q/V bands

• Auteur / Autrice : Etienne Suquet
• Direction : Laurent Féral, Laurent Castanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie
• Date : Soutenance le 11/03/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Aérologie (Toulouse ; 1983-....)
• Partenaire(s) de recherche : organisme de recherche : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Electromagnétisme et Radars (1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-2024)
• Jury : Président / Présidente : Riva Carlo Giuseppe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Danielle Vanhoenacker-Janvier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Riva Carlo Giuseppe, Fernando Pérez Fontán

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiofréquences

Systèmes de communication

Satellites artificiels

Mots clés libres

Systèmes satcom VHTS

Propagation

Similitude en fréquence

VHTS Satcom Systems

Propagation

Frequency Scaling

Résumé

La caractérisation du canal de propagation est un enjeu majeur afin d'optimiser les systèmes de communication par satellite. En bande Ka, ou aux bandes de fréquences supérieures, les affaiblissements du signal sont presque exclusivement causés par la troposphère, et en particulier par la pluie, dont l'atténuation peut atteindre des niveaux empêchant toute communication. La similitude en fréquence est une technique permettant d'évaluer l'atténuation troposphérique à une fréquence cible, à partir de mesures effectuées par un récepteur balise à une fréquence généralement plus faible. Cette technique permet d'obtenir des statistiques d'affaiblissement précises à la fréquence souhaitée à partir de celles à la fréquence de mesure. La similitude en fréquence peut aussi être utilisée pour connaître en temps réel l'affaiblissement sur une liaison satellitaire montante à partir de la mesure sur une liaison descendante, dans le but d'optimiser des techniques de lutte contre l'affaiblissement. Dans ce contexte, le travail de cette thèse a tout d'abord consisté à étudier les sources d'erreur affectant les mesures d'atténuation issues d'un récepteur balise, dans le but de les quantifier, et, si possible, de les corriger. Ensuite, divers modèles de référence de similitude en fréquence ont été évalués Des axes d'améliorations sont alors proposés. En particulier, l'apport des modèles de similitude en fréquence basés sur des modélisations microphysiques est démontré à partir de mesures de propagation pluriannuelles multifréquences, collectées en bandes Ku, Ka et Q en zone tropicale.

The characterization of the propagation channel is a major issue in order to optimize satellite communication systems. At Ka-band, or at higher frequency bands, signal attenuation is almost exclusively caused by the troposphere, and particularly rain, whose attenuation can reach levels preventing any communication. Frequency scaling is a technique aiming to determine the tropospheric attenuation at a target frequency, from measurements made at another frequency using a beacon receiver. This technique is useful to obtain precise attenuation statistics at a target frequency, or to determine in real time the attenuation on a satellite uplink, from a measurement of the attenuation on the downlink, in order to optimise fade mitigation techniques. This thesis activity consisted in studying, on the one hand, the sources of error affecting attenuation measurements, collected using beacon receivers, in order to quantify them, or even, if possible, to correct them. On the other hand, several promising frequency scaling models of the literature are reviewed, and improvements are considered. In particular, it is shown that frequency scaling models based on micro-physical modelling are of interest for tropical climates.