Exemple concret de la construction d’un plan

Un exemple de plan présentant l’ensemble des contraintes va maintenant être pré-senté. Un plan du type SAR (Synthetic Apperture Radar, radar à ouverture synthé-tique), plus particulièrement le SAR-Pointé (ou SAR-Spot en anglais), est un plan

largement utilisé en mission. Il permet d’acquérir des images moyennes ou haute résolution de grandes zones du terrain à une distance pouvant aller jusqu’à 150km dans n’importe quelles conditions météorologiques.

La phase de transformation par un agent d’un plan provenant de la base de données des plans en un plan exploitable par les ressources et ordonnanceur du SMS est ap-pelée compilation de plan puisqu’elle permet de transformer une donnée abstraite et générique en une donnée adaptée à la cible (ressources) et au contexte (environne-ment, données plateformes, etc.).

Un SAR-Spot est une action senseur exploitant :

ä Une antenne active afin d’illuminer une zone du terrain, recueillir l’écho élec-tromagnétique réfléchi par les matériaux du sol et des objets du terrain ;

ä Un processeur de calcul qui analyse le signal capturé par l’antenne et trans-forme les ondes réfléchies affectées par l’effet Doppler en une image interpré-table par un opérateur.

Ainsi la prise d’une image par SAR-Pointé est réalisée en deux phases, une phase de capture et une phase de traitement, voir figure 4.47. Lors d’une imagerie SAR, T_i ≈ T_poù Tiest le temps d’illumination et Tple temps de traitement.

FIGURE4.47 – Schéma des phases d’une prise d’image SAR-Pointé. Phase de capture

Les signaux permettant de rendre l’image SAR doivent être acquis dans une plage d’angles particulière, afin que la vitesse de la plateforme et son défilement au fil de la trajectoire permettent de mesurer des distorsions du signal source une fois réfléchi par le terrain 4.48.

Dans [Merrill, 1990, Chapitre 17], la définition d’une image SAR est donnée par la formule 4.3

δ_rl≈ ^Rλ

D (4.3)

Avec δrl la résolution latérale, R la distance plateforme/zone illuminée, λ la lon-gueur d’onde du signal émis par l’antenne et D la largeur de l’antenne.

Pour une antenne de dimension R = 1m fonctionnant en bande X, λ = 3cm, à une distance R = 100km, la définition de l’image SAR serait de δrl ≈ 3km ce qui cor-respondrait à une définition permettant seulement de tracer les contours de grands bâtiments.

En capturant l’image sur toute la longueur du défilement, l’ouverture de l’antenne équivaut à celle d’une antenne beaucoup plus grande. Cette ouverture équivalente

4.3. Ordonnancement au sein du SMS 111

FIGURE4.48 – Schéma d’une acquisition d’une image SAR-Spot.

permet d’acquérir des images d’une résolution bien plus fine qu’avec la même an-tenne sans défilement.

La définition de la nouvelle antenne équivalente est décrite par l’équation 4.4 :

δ_rl≈ ^Rλ

2L_os (4.4)

Avec LSAla distance de la prise de vue, aussi appelée l’ouverture synthétique, λ la longueur d’onde du signal, R la taille de l’antenne.

Nous pouvons comparer la définition obtenue avec la même antenne que précé-demment avec une ouverture synthétique, soit R = 1m, λ = 3cm à une distance R = 100kmsur une ouverture synthétique Los = 10kmdonc un temps de prise de vue t = 36s pour une plateforme se déplaçant à v = 277m.s⁻¹ (1000km.h⁻¹). La définition de cette antenne à ouverture synthétique serait de δrl ≈ 15cm, une défi-nition qui permet d’identifier finement les bâtiments et véhicules avec une Surface Equivalente Radar (SER).

Nous voyons que cette fonction dépend, entre autres, de la vitesse à laquelle la pla-teforme se déplace sur le théâtre et la distance avec l’objet à illuminer.

Un besoin opérationnel du type Identification d’objet sur le théâtre nécessite une définition constante indépendamment de la distance avec l’objet. Dans ce cas, la dé-finition δrl est une constante pour le type d’identification à fournir par le SMS à l’opérateur. En reprenant l’équation 4.4, à définition constante δrlet trajectoire recti-ligne à vitesse constante vp = ^Los

Ti = 277m.s⁻¹, le temps d’illumination Tide la zone sur laquelle se trouve l’objet est de la forme de l’équation 4.5, voir figure 4.49 :

T_i ≈ ^Rλ

FIGURE 4.49 – Schéma représentant les temps d’illumination pour une prise d’image SAR en deux points d’une trajectoire rectiligne.

Le temps d’illumination dépend alors uniquement du moment de déclenchement de la capture du SAR. Il est possible de représenter ce temps de capture en fonc-tion de l’instant tdde déclenchement du SAR. La distance à l’objet correspond à la distance euclidienne entre la plateforme et l’objet. Le SAR étant incompatible avec une capture frontale, l’objet ne peut se trouver exactement sur la trajectoire et dans un angle inférieur à ≈ 15 deg. Ce domaine de compatibilité du SAR implique que la plateforme ne sera jamais à une distance proche nulle de l’objet contrairement à une capture d’image optronique.

Le domaine de compatibilité du SAR est donné par le jeu de contraintes 4.6.

DomSAR =     

15 < α < 120 α: angle de gisement avec la cible en deg −60 < β < 60 α: angle de site avec la cible en deg R < 150 R: distance à l’objet en km

(4.6)

Pour une distance latérale à la trajectoire Rmin et une distance à la projection de la position de l’objet sur la trajectoire D, l’expression de la distance à l’objet R est de la forme de l’équation 4.7. Il est alors possible de déterminer l’angle avec lequel l’objet est vu par la plateforme, la distance à l’objet en fonction de la progression de la trajectoire et en déterminer la compatibilité du plan avec la trajectoire. Voir figure 4.50.

R = q

D2+ R²_min (4.7)

Le domaine de compatibilité du plan permet de déterminer les contraintes prin-cipales du plan : ici l’angle d’observation de l’objet est le paramètre déterminant pour obtenir les dates de libération et d’échéance du plan. La distance D à l’objet est parcourue au fil du temps de vol sur la trajectoire de la plateforme ici rectiligne uniforme. La date de libération du plan sera le temps trà laquelle la plateforme est à D = 75km de l’objet et la date d’échéance du plan t_dcorrespond au temps auquel la plateforme est à D = 12km de distance.

4.3. Ordonnancement au sein du SMS 113 −140 −120 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 0 10 20 30 40 50 60 Ti,min D(km) Tⁱ (s) Temps d’illumination Domaine compatible 0 50 100 150 D = 0, α = 90 D = 12, α = 120 D = −75, α = 15 SAR Compatible si 15 < α < 120 α (deg )

Angle avec la cible

FIGURE4.50 – Angle de vue et temps d’illumination en fonction de l’instant de déclenchement. Domaine de compatibilité de la capture

SAR.

En termes de planification, la tâche à réserver est donc définie par les trt_det la durée de la tâche dépendant de l’instant de déclenchement du SAR. Le positionnement précis du déclenchement est défini par l’ordonnanceur après transmission du plan par l’agent. Ceci implique que les instructions transmises à l’ordonnanceur pour la phase d’illumination contiennent l’ensemble des informations pour placer la tâche dans le temps.

La bande de fréquences des signaux permettant la capture du SAR dépend du type d’antenne et du matériel hyperfréquence disponible. Afin d’éviter des incompati-bilités avec d’autres fonctions du SMS utilisant la même bande de fréquences une ressource virtuelle doit être réservée en même temps que la tâche d’illumination (contrainte de début-début ou tâches synchrones).

La phase d’illumination du terrain requiert un apport d’énergie électrique relative-ment élevé. Ainsi il peut être impossible lors de l’intervalle de temps capture du SAR de réaliser d’autres opérations aussi gourmandes en énergie. Cette contrainte peut être résolue de deux façons :

1. L’ordonnancement prend en charge la réservation quantitative des ressources et gère le niveau d’occupation maximal à ne pas dépasser. Dans ce cas il est possible d’attribuer une consommation énergétique à chacune des tâches sen-seurs. L’ordonnancement permettra de calculer automatiquement quelles tâches peuvent être exécutées en même temps. Cette solution peut aller jus-qu’à doubler le nombre de tâches dans le pire des cas.

2. L’ordonnancement ne prend pas en charge la réservation quantitative. Il est possible de différencier les tâches fortement énergivores des autres tâches. Il faut ensuite introduire une ressource permettant d’exclure le fonctionnement des ressources mutuellement, à la façon d’une primitive de synchronisation de type Mutex.

Le premier cas est à préférer si les tâches réalisées par le système ont toute une consommation proche ou un spectre de consommation large. Cependant, au sein du SMS, une tâche telle que la veille GE a une consommation négligeable face à celle d’une tâche de brouillage et la capture d’un SAR. La deuxième solution a donc été privilégiée de façon à simplifier les premières versions de l’ordonnanceur et dimi-nuer le nombre de tâches à ordonnancer.

La ressource introduite pour faire office de Mutex entre la fonction de brouillage et la capture d’un SAR est appelée « Energie > 50% » ou « Energie »/Power en version courte en anglais dans le reste du document. La réservation de cette ressource doit être synchronisée avec la tâche d’illumination, voir figure 4.51.

FIGURE4.51 – Schéma des tâches de la phase de capture. Phase de traitement

La phase de traitement consiste à traiter l’ensemble des signaux capturés par l’an-tenne lors de la phase d’illumination afin de les transformer en une image exploi-table pour un opérateur. Voir figure 4.52.

La phase de traitement des signaux est réalisée par l’envoi d’une instruction maté-rielle à un processeur ainsi que la transmission des données acquises lors de la phase précédente. Un processeur appelé « SAR Processing Unit», unité de traitement SAR, est réservé pour réaliser le traitement, voir figure 4.53.

Les signaux acquis lors de la première phase peuvent être conservés, stockés et réutilisés indépendamment de la phase de traitement. En effet il pourrait être en-visageable pour certaines missions de réaliser plusieurs acquisitions opportunistes à exploiter au sol en fin de mission. Dans ce cas un nouveau plan « SAR Acquisition » devra être écrit afin de disposer de cette possibilité pendant la mission. Néanmoins

4.3. Ordonnancement au sein du SMS 115

©Thales

FIGURE4.52 – Image SAR d’une base aérienne.

FIGURE4.53 – Schéma de la phase de traitement du SAR.

il est possible de retarder le traitement de plusieurs secondes en fonction des capa-cités de stockage court-terme des composants de l’architecture, dont celle de l’unité de traitement SAR ou autres mémoires déportées.

Un plan de tâches SAR-Pointé complet peut alors se présenter comme un ensemble de 4 tâches avec des contraintes de trois tâches synchrones et une au temps de début retardé, voir figure 4.54.

FIGURE4.54 – Schéma des tâches d’un plan SAR.

Les plans SAR-Pointé et SAR-Défilant sont, à l’heure de l’écriture de ce manuscrit, les plans les plus complexes pour un SMS du point de vue du nombre de tâches, calculs de leurs durées et de contraintes. La sous-section 6.1.2.2 relative à la modularité il sera montré comment ces plans permettent de mettre en place des actions senseurs bien plus complexes.

C_SAR =            t_sA > t_r tsA = tsB = tsC t_eA < t_sD < t_eA + ∆ t_sD + D_D < t_d (4.8) Avec tek = tsk+ D_k.

Chaque calcul permettant de construire l’ensemble des contraintes est réalisé par des entités différentes du SMS. Le tableau 4.2 répertorie les différentes phases de construction des plans et de ses contraintes au sein du SMS.

Donnée calculée Nom Composant logiciel source Priorité des

tâches/plans ^Πk

Fixé par l’agent par des règles basées sur les règles opéra-tionnelles

Contraintes de libération et d’échéances

tr, td Calculées par l’agent après projection de la trajectoire de l’objet virtualisé et de la plateforme

Durée des tâches Dk Fonction de calcul de durées mise à la disposition de l’agent. Le Dkest fonction de ts_k

Temps de début

des tâches ^tsk

Calculés par l’ordonnanceur en fonction de la priorité de chaque plan, du temps ressource disponible, des contraintes du plan et de la durée de la tâche en chargeant le tsdans le tableau des Dk.

TABLE 4.2 – Tableau des données calculées et des entités logicielles sources

4.3.3 Modèle d’ordonnancement choisi