Academic literature on the topic 'Véhicules spatiaux – Systèmes de télécommande'

Réalisation d'une antenne pour Ariane 6 dont la spécificité est d'avoir une orientation modulable pour assurer une communication en continue avec la station de base. L'originalité du travail porte sur la conception et la réalisation d'un déphaseur. Travail principalement de conception (simulations) et de caractérisations. La fabrication est réalisée par un industriel sous-traitant
Production of an antenna for Ariane 6, the special feature of which is that it has a modular orientation to ensure continuous communication with the base station. The originality of the work concerns the design and production of a phase shifter. The work mainly involves design (simulations) and characterisation. Manufacturing is carried out by an industrial subcontractor

Les outils pour l'analyse et le controle des systemes non lineaires ont ete principalement la geometrie differentielle depuis les annees 80 et l'algebre differentielle depuis 1985. Un formalisme complementaire est apparu avec l'approche algebrique par di benedetto et coll. En 1989. Ce memoire presente des resultats obtenus en privilegiant deliberement cette approche aussi bien sur le plan de l'analyse que du controle pour des systemes de forme standard (kalmanien). Ces resultats montrent que l'outil algebrique est bien adapte pour l'etude de l'inversion des systemes et les problemes qui en decoulent: linearisation, decouplage avec compensateur statique ou dynamique. Des notions nouvelles sur la structure des systemes non lineaires sont presentees dans le deuxieme chapitre: ordres essentiels, linearisation partielle et la notion d'interacteur. Celui-ci permet de retrouver les informations structurelles des systemes non lineaires dont celles qui sont presentees dans ce memoire. Le troisieme chapitre donne des resultats nouveaux pour deux types de problemes de controle: a) le decouplage sous bouclage statique regulier ou non (probleme de morgan), sous bouclage dynamique pur et sous compensateur dynamique, b) le probleme de l'equivalence de deux systemes. Il est montre que l'interacteur est la notion cle pour la resolution de l'ensemble de ces problemes. De plus, un resultat partiel sur la stabilite des systemes decouples est donne. Le but de dernier chapitre est de montrer que des solutions algebriques sont directement applicables aux controles des systemes non lineaires. Les processus choisis couvrent un spectre assez large: la commande d'un robot flexible avec implantation sur site, le controle d'une machine electrique synchrone et enfin le guidage d'un engin spatial. La robustesse est obtenue en utilisant le plus souvent une technique dite de modes glissants, i. E. Une linearisation entree/sortie associee a une commande discontinue stabilisante fondee sur une fonction de lyapunov

Le drone à voilures tournantes de type VTOL est un système complexe non-linéaire, instable notamment en mode de vol quasi-stationnaire et présente une dynamique fortement couplée. Ainsi, nous nous sommes intéressés aux problèmes de commande par retour visuel et aux problèmes de l'estimation de l'orientation de l'engin volant afin d'obtenir de bonnes performances pour le contrôle automatique de l'appareil. La thèse se divise en deux parties: L'élaboration d'une stratégie de commande par asservissement visuel d'un engin volant de type VTOL (Vertical Take-off and Landing) capable de réaliser un vol stationnaire. Cette loi est basée sur les techniques robustes du Backstepping, permettant la limitation de l'orientation à de petites valeurs. Ensuite, nous avons élaboré une stratégie de suivi de trajectoire pré-définie par rapport à une cible fixe. Pour résoudre un problème cruciale lors de l'extraction des informations visuelles qui est l'estimation de la direction de la gravité intervenant dans la définition même des erreurs visuelles, nous avons utilisé les mesures inertielles pour élaborer un filtre estimateur de la direction de la gravité et un autre pour une direction indépendante et à partir de ces deux directions la matrice d'orientation est restituée. Le vecteur des biais des gyroscopes est également estimé. Un autre aspect original de ce travail est l'élaboration d'un filtre estimateur de la matrice d'orientation globale qui garantit que la matrice d'orientation reste dans le groupe SO(3). Les stratégies de commande et les filtres estimateurs ont été validés par des simulations et par des expériences expérimentaux sur le drone HoverEye de Bertin Technologies
VTOL (Vertical Takeoff and Landing) flying vehicles are non-linear, unstable and complex systems in particular during quasi-stationary flight mode, they present a strongly coupled dynamics. Thus, we were interested throughout this thesis to the problems of visual servoing and orientation estimation of VTOL robots in order to obtain good performances for their automatic control. The thesis is divided into two parts: We developed a visual servoing control strategy of a VTOL engine in hovering mode. This control law is based on the robust techniques of Backstepping, allowing the limitation of the orientation to small values. Then, we worked out a control law of tracking a predefined trajectory. The direction of the gravity vector exists even in the definition of the visual errors. Therefore, it is crucial to get a precise estimation of this direction vector. We used inertial measurements to elaborate an estimator for the gravity direction and another estimator for an independent direction. From these two directions the orientation matrix was restored. The vector of gyroscope bias is also estimated. Another original aspect of this work is the conception of a third estimator for the total orientation matrix, this estimator guarantees that the matrix of orientation remains in the SO(3) group. The control strategies and the estimators were validated by results from simulations and experiments on the HoverEye vehicle from Bertin Technologies

Il y a soixante ans, le 4 octobre 1957, Spoutnik, le premier satellite artificiel conçu par l’homme, est envoyé dans l’espace. Sa seule fonction est d’émettre un bip radio à des fréquences de 20 et 40 MHz pour démontrer la puissance spatiale de l’URSS. Depuis cette époque les satellites se sont multipliés et leurs missions se sont diversifiées. Aujourd’hui, les missions des satellites sont si variées que certains quittent l’orbite terrestre. On parle dans ce cas de sondes, même si, dans le reste de cette thèse, ils seront inclus dans le terme "satellite". La mission des satellites la plus connue du grand public est la découverte de l’univers et l’exploration interplanétaire avec de célèbres satellites comme le télescope spatial international Hubble ou des sondes comme Rosetta, Voyager 1 et 2, ... Cependant de nos jours, même si l’exploration spatiale reste un enjeu majeur de l’humanité, la plupart des satellites ont des missions plus modestes qui ont pourtant un impact important sur la vie économique et politique. Les satellites en question ont aujourd’hui deux buts : la défense et le commercial. Dans les deux cas on peut diviser les satellites en deux groupes distincts : les satellites d’observation et les satellites de télécommunication. Pour fonctionner tous ces satellites utilisent un harnais électrique. Le harnais électrique regroupe tous les câbles présents dans le satellite et qui ne transportent pas de données client. Dans le cadre de cette thèse nous nous intéressons à l’optimisation de la conception du harnais électrique des satellites
Sixty years ago, on October 4, 1957, Sputnik, the first man-made artificial satellite, was sent into space. Its only function is to emit a radio beep at frequencies of 20 and 40 MHz to demonstrate the space power of the USSR. Since then, satellites have been multiple and their missions have diversified. Today, the missions of the satellites are so varied that some leave Earth's orbit. We speak in the case of probes, even if, in the rest of this thesis, they will be included in the term "satellite". The best-known satellite mission of the general public is the discovery of the universe and interplanetary exploration with satellite satellites such as the Hubble International Space Telescope or probes such as Rosetta, Voyager 1 and 2, ... nevertheless nowadays Although space exploration remains a major issue for humanity, most satellites have smaller missions that have a significant impact on economic and political life. The satellites in question today have two goals: defense and commercial. In both cases the satellites can be divided into two distinct groups: observation satellites and telecommunication satellites. To operate all these satellites, use an electrical harness. The electrical harness includes all the cables present in the satellite and which does not carry any customer data. As part of this we are interested in optimizing the design of the electrical harness of satellites

Le problème de guidage hypersonique d'une navette spatiale lors de la rentrée dans l'atmosphère terrestre peut être formulé en termes de poursuite d'une trajectoire de référence prédéfinie. Cette trajectoire est donnée par l'expression de la décélération due à la traînée désirée en fonction de la vitesse de l'appareil par rapport à la terre. Les équations classiques de la dynamique permettent de modéliser le comportement de l'appareil. La phase de rentrée est alors décomposée en doux étapes successives, chacune nécessitant une stratégie de guidage spécifique. Dans un premier temps, il est nécessaire de rejoindre dans de bonnes conditions la trajectoire de référence correspondant aux conditions réelles de désorbitation. Cette étape est traitée sous la forme d'un problème de contrôle optimal. Le problème est résolu par une paramétrisation particulière de la variable de commande imposée qui est la gite aérodynamique. Cette approche permet en particulier de faire face aux risque de rebonds incontrôlés sur hautes couches de l'atmosphère. Il s'agit d'une stratégie de commande en boucle ouverte. La seconde étape traite de la poursuite proprement dite du profil de référence. La stratégie adoptée provient de travaux portant sur la théorie du contrôle non linéaire. La technique employée pour une commande en boucle fermée permet de prendre en compte les non linéarités d'un modèle d'état réduit. La relation traînée-vitesse est linéarisée grâce à un bouclage par retour d'état, après un changement de variable sur les équations d'état du modèle de commande. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de cette approche en simulation sur le modèle complet et sa facilité de mise en œuvre par rapport aux stratégies existantes, de type PID à gains variables.

Ces dernières années, les engins robotisés n’ont cessé d’améliorer leur autonomie dans le domaine de la décision. Désormais, pour ne citer que l’exemple de véhicules aériens, nombre de drones sont largement capables, sans intervention d’un opérateur humain, de décoller, suivre un itinéraire en activant divers capteurs à des moments précis, atterrir en un lieu spécifié, suivre une cible, patrouiller sur une zone... Une des étapes suivantes consiste à faire collaborer une équipe de véhicules autonomes, de nature hétérogène (aériens, terrestres, marins...) afin de leur permettre d’accomplir des missions plus complexes. L’aspect dynamique de l’environnement réel, la non disponibilité à tout instant des moyens de communication, la coordination nécessaire des véhicules,de conceptions parfois différentes, dans l’exécution de certaines parties d’un plan de mission, sont autant d’obstacles à surmonter. Ce travail tente non seulement d’apporter quelques éléments de réponse face à ces difficultés, mais consiste aussi en la mise en place concrète d’un superviseur haut niveau, capable de gérer l’exécution d’une mission par une équipe de véhicules autonomes hétérogènes, où le rôle de l’opérateur humain est volontairement réduit. Nous décrivons dans ce mémoire l’architecture distribuée que nous avons choisi de mettre en œuvre pour répondre à ce problème. Il s’agit d’un superviseur, réparti à bord des véhicules autonomes, interfacé avec leur architecture locale et en charge de l’exécution de la mission d’équipe. Nous nous intéressons également à la formalisation des connaissances nécessaires au déroulement de cette mission, afin d’améliorer l’interopérabilité des véhicules de l’équipe, mais aussi pour expliciter les relations entre modèles décisionnels abstraits et réalité d’exécution concrète. Le superviseur est capable de réagir face aux aléas qui vont se produire dans un environnement dynamique. Nous présentons ainsi dans un second temps les stratégies mises en place pour parvenir à les détecter au mieux, ainsi que la façon dont nous procédons pour réparer partiellement ou totalement le plan de mission initial, afin de remplir les objectifs initiaux. Nous nous basons notamment sur la nature hiérarchique du plan de mission, mais aussi sur celle de la structure de sous-équipes que nous proposons de construire. Enfin, nous présentons quelques résultats obtenus expérimentalement, sur des missions simulées et des scénarios réels, notamment ceux du Programme d’Etudes Amont Action dans lequel s’inscrivent ces travaux de thèse
Many autonomous robots with specific control oriented architectures have already been developed worldwide.The advance of the work in this field has led researchers wonder for many years to what extent robots would be able to be integrated into a team consisting of autonomous and heterogeneous vehicles with complementary functionalities. However, robot cooperation in a real dynamic environment under unreliable communication conditions remains challenging, especially if these autonomous vehicles have different individual control architectures.In order to address this problem, we have designed a decision software architecture, distributed on each vehicle.This decision layer aims at managing execution and at increasing the fault tolerance of the global system. The mission plan is assumed to be hierarchically structured. ln case of failure detection, the plan repair is done as locally as possible, based on the hierarchical organization.This allows us to restrict message exchange only between the vehicles concerned by the repair process. Knowledge formalisation is also a part of the study permitting the improvement of interoperability between team members. It also provides relevant information all along mission execution, from initial planning computation to plan repair in this multirobot context. The feasibility of the system has been evaluated by simulations and real experiments thanks to the Action project (http://action.onera.fr/welcome/)

Les drones ou systèmes de drones aériens jouent un rôle de plus en plus important danstous les domaines, spécialement les drones à décollage et atterrissage verticaux. L’un desplus connus est le Quadrotor et, sans doute, il est la plateforme de recherche la plus utilisée.Cette thèse traite le problème de l’estimation et de la commande d’attitude appliqué àun corps rigide se déplaçant dans l’espace 3D tel que le Quadrotor. La première contributionde cette thèse est la conception et l’implémentation d’une solution d’estimation d’attitude.Celle-ci est basée sur un ensemble de filtres complémentaires combinés avec un algorithmealgébrique tel que TRIAD, QUEST, etc. avec la possibilité de choisir deux formes différentesdes filtres: la première dénommée forme Directe, et la seconde dénommée forme Passive.Les filtres proposés ont une flexibilité dans le choix de l’ordre qui peut être pris grand afinde bien réduire l’effet du bruit de mesure et permettent d’aboutir à un estimateur qui peutprendre en compte le biais éventuel des gyromètres. L’analyse par la théorie de Lyapunovprouve que les erreurs d’estimation tendent globalement et asymptotiquement vers zéro. Unesuite logique de cette première contribution est la proposition d’une solution pour la commanded’attitude qui constitue la deuxième contribution de cette thèse. Elle se traduit par ledéveloppement d’une nouvelle loi de commande d’attitude d’un corps rigide dans l’espace3D, dans laquelle seulement les vecteurs de mesures inertiels avec les mesures des gyromètressont utilisés. Elle utilise le principe de fusion des données à travers un filtre complémentairepermettant l’élimination des bruits des mesures tout en assurant une stabilité presque globalede l’équilibre désiré. La troisième contribution est une loi de commande pour la stabilisationd’attitude sans mesure de vitesse angulaire, ni mesure d’attitude. Pour cela, un systèmelinéaire auxiliaire basé sur les mesures des vecteurs inertiels a été introduit. Ce dernier sesubstitue au manque de l’information de la vitesse angulaire. L’analyse de stabilité du contrôleurproposé est basée sur la théorie de Lyapunov couplée avec le théorème de LaSalle. Ellepermet de conclure sur la stabilité presque globale de l’équilibre désiré. Les performances dessolutions proposées ont été validées par un ensemble de tests expérimentaux
Nowadays, we see a growing popularity of the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) ofespecially Vertical Take-Off and Landing (VTOL) type. One of the most known VTOL is thequadrotor or Quadcopter which is probably the most used one as a research platform. Thisthesis deal with attitude control and estimation techniques applied to a rigid body movingin 3D space such as Quadcopter VTOL. The first contribution of this thesis is the design ofa new class of complementary linear-like filters allowing the fusion of inertial vector measurementswith angular velocity measurements and combined with algebraic algorithms asTRIAD, QUEST etc. to give an efficient attitude estimation solution. This class of filtersallows several possibilities of implementation such as the order of the filters which can bechosen high in order to reduce more the measurement noise and the form of the filters thatcan be direct or passive and the ability to take into account the possible gyro bias. Lyapunovanalysis shows the global asymptotic convergence of the estimation errors to zero. The sameprinciple of data fusion is used for the proposed new attitude control law in which the complementaryfilters were included to reduce the effect of measurement noise. The obtainedcontroller ensures almost global stability of the desired equilibrium point; it represents thesecond contribution of this thesis. The third contribution takes into consideration an interestingspecial case, where instantaneous measurements of attitude and angular velocity areunavailable. A first order linear auxiliary system based directly on vector measurements isused in an observer-like system to handle the luck of angular velocity. The proposed controllerensures almost global asymptotic stability of the trajectories to the desired equilibriumpoint. Detailed sets of experiments were done to validate the obtained results

Ce travail de recherche présente une étape importante pour la synthèse de loi de poursuite robuste de trajectoires d'une classe particulière de systèmes non linéaires. Cette étape concerne la caractérisation des systèmes non linéaires plats perturbés, à platitude invariante, sous forme de systèmes Linéaires à Paramètres Variants dans le temps (LPV). La méthodologie utilisée est basée sur la linéarisation exacte par anticipation fondée sur la platitude. L'approche présentée permet de générer, en utilisant la platitude, des trajectoires et des commandes optimales en boucle ouverte pour un modèle fixé. Elle permet également d'obtenir un modèle non linéaire du comportement dynamique de l'écart de la trajectoire induit par des erreurs de modèle et des perturbations extérieures. Après linéarisation du modèle non linéaire de l'écart le long de la trajectoire nominale, le comportement dynamique du modèle linéarisé obtenu est caractérisé par un modèle LPV. Ce dernier sera ensuite utilisé pour synthétiser un régulateur LPV garantissant stabilité et niveau de performance acceptable, en utilisant les outils des Inégalités Matricielles Linéaires (LMI). Cette méthodologie appliquée et testée dans un premier temps sur un procédé hydraulique du laboratoire (trois tanks) et ensuite mise en œuvre pour le guidage d'un Démonstrateur de Rentrée Atmosphérique (ARD).

Les missions d'exploration planétaires dans l'avenir demandent une grande précision sur la position de l'atterrissage à la surface de Mars, de la Lune ou d'astéroïdes. Les technologies utilisées dans les sondes interplanétaires récentes ou dans le futur proche sont encore loin de cette capacité : par exemple, le robot Mars Science Laboratory, qui sera lancé en 2011, se posera en un endroit qui n'est connu qu'avec une précision de l'ordre de 10 km. Le premier objectif de cette thèse est de proposer un système de navigation absolue pour les sondes interplanétaires lunaires ou martiennes qui se base sur la vision, nommé "Landstel". Contrairement aux systèmes de navigation absolue qui se basent sur la détection et l'appariement des cratères ou directement sur l'intensité des images perçues, Landstel exploite la topologie des amers détectés dans les images. Par conséquent, il n'est pas restreint à aucune surface particulière. Landstel montre aussi une grande robustesse par rapport aux variations de condition d'illumination et au bruit des capteurs embarqués, et ne requiert que très peu de mémoire. Le deuxième objectif de la thèse est de proposer un cadre pour intégrer Landstel dans un système de navigation complète, appelé VIBAN, qui comprend des capteurs inertiels et/ou un système d'odométrie visuelle. La position absolue estimée par Landstel est d'abord validée avec les appariements de l'odomètre visuel, puis elle est combinée avec l'estimation de l'odomètre visuel avec un filtre de Kalman pour améliorer sa précision. La position mise à jour est ensuite retournée à Landstel pour accélérer le système de navigation en réduisant la zone de recherche des appariements et aussi le taux de fausses estimations. Finalement, les amers suivis par l'odomètre visuel sont fournis à Landstel pour augmenter le nombre des appariements. De très nombreuses expériences avec PANGU, un simulateur de terrain, et avec des images réelles, valident le système proposé.

Les recherches menées au cours de cette thèse ont pour but de converger vers la synthèse de molécules énergétiques, possédant un squelette polyazoté, destinées à la propulsion spatiale ou militaire. En effet, les systèmes propulsifs utilisés à l’heure actuelle reposent sur des technologies, certes fiables, mais souffrant de limites de performance voire d’incompatibilité quant à la réglementation européenne REACH. Il devient nécessaire, pour que les lanceurs européens conservent leur première position mondiale dans le domaine de la mise en orbite de satellites publics ou privés, de se doter de nouveaux propergols plus performants. C’est ainsi que nous avons orienté ce travail vers la synthèse de composés appartenant à la famille des « HEDM » (High Energetic Density Material), composés possédant en rupture technologique avec les solutions actuelles, et dont le développement est attendu à l’horizon 2050. Dans le cadre de cette thèse, deux cibles d’intérêt ont été identifiés : l’anion pentazolate, molécule strictement azotée aromatique de formule N5-, et le cyclopentazane, molécule inédite à ce jour, de formule N5H5. Dans une première partie nous avons étudié la synthèse de la synthèse et l’étude de divers arylpentazoles, ainsi que des voies d’oxydation et de réduction de ces précurseurs menant à l’obtention de l’anion pentazolate Puis, dans un second temps nous nous sommes intéressés aux synthèses et aux études de stabilités de composés polyazotés de type triazane et azimine. Ces composés ont ensuite été utilisés à des réactions de cycloadditions [3+2] menant à la synthèse du cyclopentazane. Enfin, nous avons regardé les différents modes de complexation possible entre ces composés polyazotés et des complexes métalliques
The research carried during this PhD aims to synthesis new compounds with polynitrogen-backbone suitable for spacecraft or military propulsion. Indeed, the actual spacecraft uses a technology which is reliable, but with some limitation with their energetic efficiency and to satisfy the REACH regulation. It is necessary, for the Europeans launcher to stay at the first position in public or private satellites launch world wild, to find new and more efficient propellant. So, this work was focused on the synthesis of “HEDM” (High Energetic Density Material) compounds, which possess much higher propulsive features than the actual propellants. This could lead to a breakthrough in spacecraft propulsion in the next 30 years.For this PhD work two compounds of interest were identified: the pentazolate anion, which is an all nitrogen aromatic compound with a formula of N5-, and the cyclopentazan, which is an original polynitrogen compound with a formula of N5H5. First, we focused our work on the synthesis of various arylpentazoles followed by oxidative or reductive ways which lead to the pentazolate anion. Secondly, we synthesised and the studied the stability of polynitrogen-based compound, triazanes and azimines. Those compounds were then used in trials of cycloadditions which will lead to the cyclopentazan. Finally, we studied various way of complexing our polynitrogen-compound with various metallic complexes