4 L’EXPÉRIENCE SYRACUSE3 : PREMIERS RÉSULTATS
4.2 Le dispositif expérimental .1 Le satellite
SYRACUSE est un programme militaire français de télécommunications sécurisées par satellite mené depuis 1980 par la DGA (Délégation Générale de l'Armement). Le premier satellite de troisième génération, SYRACUSE 3A, a été lancé en Octobre 2005. Ce satellite est positionné sur une orbite géostationnaire à 47° E à la verticale du Kenya. Il comporte un équipement classique en bande SHF (Super High Frequency), un équipement en bande EHF, ainsi qu’une balise de positionnement à 20 GHz. Le système SHF fonctionne à 7-8 GHz et comporte 4 antennes à faisceau étroit et 9 canaux de bande passante 40 MHz. Le système EHF comporte 2 antennes à faisceau étroit et 6 canaux de bande passante 40 MHz. L’ensemble du territoire métropolitain français est couvert par le système EHF. Les signaux montant à 44 GHz sont reçus par des transpondeurs embarqués qui répètent et amplifient le
98 signal avant de le réémettre à 20 GHz sur la liaison descendante. La liaison à 44 GHz est la plus affectée par l’atténuation troposphérique, c’est pourquoi l’objectif de la modélisation du canal de propagation est de prédire l’affaiblissement à 44 GHz à partir de l’affaiblissement à 20 GHz. D’autre part, pour la même raison, le 44 GHz nécessite plus de puissance à l’émission. La configuration 44 GHz montant et 20 GHz descendant permet donc de limiter l’énergie dépensée par le satellite. De plus, pour des raisons techniques évidentes, il est plus simple de mettre en œuvre la technique de lutte contre l’affaiblissement à partir de la Terre.
4.2.2 Les stations terrestres
La campagne de mesure EHF a été originellement conçue pour le satellite expérimental STENTOR. Cependant, suite à l'échec de cette mission spatiale en 2003, il a été décidé d'utiliser le dispositif EHF opérationnel de SYRACUSE3 à des fins de recherche. Ce dernier comprend trois liaisons terrestres redondantes à 17° d'élévation: la station M1 à proximité de Rennes (site du CELAR), la station M3 à proximité de Chartres et la station M4 à proximité de Carcassonne (Marsault et al., 2006). Ces 3 stations émettent simultanément un signal à 44 GHz et reçoivent chacune 3 signaux descendant à 20 GHz en provenance des transpondeurs du satellite (leur propre signal répété et celui des deux autres stations). Les signaux reçus sont échantillonnés à 1Hz. Chaque station reçoit aussi la balise 20 GHz du satellite (Fig. 4.1). Ce dispositif est intéressant car il permet de réaliser une grande quantité de mesure. Peu de données ont en effet été collectées en bande EHF (les seules disponibles sont des mesures de la balise 50 GHz du satellite expérimental ITALSAT). Cependant, l'inconvénient est que le matériel opérationnel n'est pas parfaitement adapté à la recherche et ne permet pas toujours de réaliser des mesures de qualité suffisante. Pour cette raison, la station expérimentale ESOPE, initialement prévue pour l’expérience STENTOR, a été incluse dans l’expérience SYRACUSE3. Cette station se trouve à une centaine de mètre de M1 sur le site du CELAR et reçoit la balise du satellite ainsi qu’un des canaux répétés reçu par M1 (le signal est transmis à ESOPE par une fibre optique). L’intérêt de la station ESOPE est qu'elle est dotée d'équipements particuliers (Fig. 4.2): une antenne protégée de la pluie par un auvent et une soufflerie, une mesure de la puissance reçue effectuée à 100 Hz (avec possibilité d’enregistrement) puis moyennée à 1 Hz, un spectropluviomètre bi-faisceau et un radiomètre bi fréquence 21 et 30 GHz pointant vers le satellite.
99 Figure 4.1 – Le dispositif de l’expérience SYRACUSE3.
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4.2.3 Le calcul des affaiblissements troposphériques
En pratique, on ne mesure qu'une puissance reçue, la puissance d'émission du satellite n'étant pas connue avec précision. Il faut donc estimer le niveau de référence 0 dB. Pour ce faire, on utilise les températures de brillance radiométriques qui permettent de restituer l'affaiblissement troposphérique pendant les périodes de ciel clair (Mallet & Lavergnat, 1992) à l'aide un réseau de neurones (Bathes et al., 2003). Lorsqu’il n’y a pas de radiomètre, comme dans le cas des stations M3 et M4, on utilise les données météorologiques de pression, de température et d’humidité, mais cette méthode est moins précise. Il faut de plus séparer l'affaiblissement troposphérique des variations de puissance dues aux instabilités instrumentales. La technique consiste à soustraire cet affaiblissement ‘ciel clair’ à la puissance reçue. La série temporelle de cette différence, appelé ‘template’, est lissée puis interpolée pendant les périodes de pluie (on ne peut pas mesurer l’affaiblissement lorsqu’il pleut à partir du sol car le radiomètre sature). On soustrait alors ce ‘template’ à la puissance reçue, ce qui donne l’affaiblissement troposphérique.
Généralement, le ‘template’ est une sinusoïde de période 24h qui correspond au ‘8’ décrit par le satellite vu de la Terre, phénomène qui est dû à la non-rotondité de cette dernière. Ce léger changement de position du satellite suffit à faire varier le ‘template’ de 2 ou 3 dB à 44 GHz au cours de la journée, car cela modifie la position de la station terrestre dans le lobe de l’antenne du satellite. Les variations du ‘template’ peuvent être aussi dues aux variations de l'alimentation électrique du satellite en raison des fluctuations de température, ou aux repositionnements périodiques qui corrigent les déviations par rapport à l'orbite géostationnaire.
Pour calculer l’affaiblissement à 20 GHz on utilise directement le signal reçu de la balise, mais le cas de l’affaiblissement à 44 GHz est plus délicat. En effet, puisque le signal monte à 44 GHz puis redescend à 20 GHz, les variations de la puissance reçue correspondent à la somme des affaiblissements à 20 et 44 GHz. Il faut donc retrancher la puissance reçue de la balise à 20 GHz avant le recalage de la série temporelle de la puissance reçue avec le ‘template’.
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