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UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des nouvelles technologies de l'informa

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des nouvelles technologies de l'information et de la Communication Département d'électronique et de télécommunication Mémoire MASTER ACADEMIQUE Domaine : Science et Technologie Filière : Électronique Spécialité : Signale et Communication Présenté par : Moulay Omar Mohamed Makhlouf Hamza Bachir Thème Soutenu publiquement : Le: 24/05/2017 Devant le jury : M. Hamza OTHMANI MCB Président UKM Ouargla M. Hachemi CHENINA MAB Encadreur UKM Ouargla Melle. Hassiba ELOUAZEN MAB Examinateur UKM Ouargla Année Universitaire : 2016 /2017 Modélisation des sources de vibration dans les satellites lasers Dédicaces Merci au Noble « Allah» Dieu le tout puissant qui m’a donné le courage, l’intelligence, la force et la patience pour réaliser ce travail . À celle qui m’a indique la bonne voie en me rappelant que la volonté fait toujours les grands hommes… A mes chers parents pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, leur soutien et leurs prières tout au long de mes études, A mes chères sœurs pour leurs encouragements permanents, et leur soutien moral, A mes chers frères pour leur appui et leur encouragement, A toute ma famille pour leur soutien tout au long de mon parcours universitaire À mes amis J’adresse également mes plus sincères remerciements à tous mes amis qui m’ont toujours soutenu et encouragé au cours de la réalisation de ce mémoire. Entre autre « Mohamed Fouad », « Boubakar», « Ibrahim », « Amar » et « wassila » ainsi que tous mes camarades Que ce travail soit l’accomplissement de vos vœux tant allégués, et le fuit de votre soutien infaillible, Merci d’être toujours là pour moi. Remerciements En préambule à ce mémoire, je souhaite adresser ici tous mes remerciements à mon encadreur << CHENINA Hachemi >>pour m’avoir proposé ce sujet, pour son aide, ses conseils, avec un enthousiasme toujours égal, le temps qu’il ma consacrer, sans lui ce mémoire n’aurait jamais vu le jour. Je tiens à remercier monsieur le Dr << Hamza OTHMANI >>, d’avoir accepterde présider mon jury. Je voudrais exprimer aussi ma reconnaissances à Messieurs : Dr << Hasiba ELOUAZEN >> à Université de Ouargla, << CHENINA Hachemi >>Maître de conférence à l’Université de Ouargla qui sont les membres de jury de ce mémoire. Je tiens à les remercier pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail et leurs remarques judicieuses. J’adresse mes remerciements les plus chaleureux à l’ensemble des enseignants qu’ils n’ont pas épargné d’effort pour notre formation. SOMMAIRE Introduction Générale............................................................................................ .... .. .......... .. 1 Chapitre I : Généralités sur les communications par satellites I.1. Introduction........................................................................................................................ 4 I.2. Description d’un système de télécommunication par satel.......................................4 I.2.1. Secteur terrien ........................................... .............................. .... ........................... 5 I.2.2. Secteur spatial ........................ ............................... ........... .................. .................... 5 I.3. Définition du satellite de communications..........................................................................6 I.4. Les avantages des satellites ................. ................................................................................ 6 I.5. Constitution d'un satellite de télécommunications..............................................................7 I.5.1. La plate-forme .......................... ........................ ............................... ....................... 7 I.5.2. La charge utile d’un satellite ....................................... ............................... ........... 8 I.6. Service offert par satellite ............ ........................................................................................ 9 I.7. Fréquence utilisée par les satellites ............ . ....................................................................... 9 I.8. Les Orbites suivies par les satellites.....………………………………………………….10 I.8.1. Orbites basses altitude….…..…………….………….…………………………10 I.8.2. Orbites moyennes altitude……………………..……………………………….11 I.8.3. Orbite géostationnaire…………………….……………………………………11 I.9. Géométrie entre la terre et le satellite……………………………………………………12 I.10. Positions des satellites……………………………………………………………….…14 I.10.1. Les trois lois de Kepler………………………………………………………..14 I.10.2. Position du satellite sur l’orbite………..……………………………………...15 I.10.3. Position du plan orbital dans l’espace……………..…………………………..17 I.11. Perturbations orbitales………………………………………………………………….19 I.11.1. Perturbation du troisième corps………………………..……………………..19 I.11.2. Perturbation due au non sphéricité de la terre…………………………..…….19 I.11.3. Perturbations dues aux frottements atmosphériques………………………….19 I.11.4. Perturbations dues aux radiations solaires…………………………………….19 I.11.5. Perturbations intrinsèques……………………………………………………..20 I.12. Conclusion……………………………………………………………………………...20 Chapitre II : Système de télécommunications optiques II.1. Introduction……………………………………………………………………………..21 II.2. Réseaux satellites de communications………………………………………………….21 II.3. Lien inter satellite (ISL)………………………………………………………………...22 II.4. Les sources des vibrations des satellites………………………………………………..23 II.4.1. Les sources externes……………………………………….………………….23 II.4.2. Les sources internes………….………………………………………………..27 II.5. Structure standard d’un système de transmission numérique dans les réseaux des satellites lasers………………………………………………………………………………...28 II.5.1. Le bruit dans les photodiodes………….....………………………………….. 29 II.5.2. Amplification optique…………………………………………………………30 II.5.3. Principe physique de fonctionnement du laser………..………………………31 II.6. Structure développé d’un système de transmission optique dans les réseaux des satellites lasers…………………………………………………………………………………………..32 II.7. Conclusion……………………...………………………………………………………34 Chapitre III : Optimisation de l’ouverture de Télescope III.1. Introduction……………………………………………………………………………35 III.2. Modèle des équations………………………………………………………………….35 III.3. Interprétation des résultats……………………………………………………………..40 Chapitre IV : Maximisation de la bande passante pour la communication par satellite laser IV.1. Introduction……………………………………………………………………………45 IV.2. Maximisation de la bande passante pour la Communication par Satellite Laser…...…45 IV.3. Définition des constantes C1, C2, C3…….……………………………………………47 IV.4. Interprétation des résultats……………………………………………………………..50 Conclusion générale…………………………………………………………………………52 Références bibliographiques…………………………………..……………………………53 Liste de notations La liste ci-dessous regroupe les notations employées dans les différents chapitres du mémoire suivant leurs apparitions. Surface équivalente du satellite perpendiculaire à la vitesse. BER Bit Error Rate (taux d’erreur du bit). c Distance du centre de l’ellipse au centre de la terre. Coefficient de trainée aérodynamique. Ouverture de télescope récepteur. Ouverture de télescope émetteur après son optimisation. Ouverture du télescope émetteur avant son optimisation. dF Force perturbatrice. e charge de l’électron. e,a Excentricité, demi-axe de l’orbite du satellite. erf Fonction d’erreur. Force d’origine aérodynamique s’exerçant sur le satellite. f( ) Densité de probabilité de l’erreur dans l’angle d’élévation. f( ) Densité de probabilité de l’erreur dans l’angle azimut. f(θ) Densité de probabilité de l’erreur dans l’angle de pointage radial. G Constante de gravitation. Gain de récepteur. Gain de télescope émetteur adapté aux amplitudes des vibrations. Gain de télescope émetteur non adapté aux amplitudes des vibrations. h constante de planck. i Inclinaison de l’orbite. I La puissance reçu normalisée. ISL Intersatellite link (lien intersatellite). Terme traduisant l’aplatissement polaire de la terre. L(θ) Facteur de perte. m Masse du satellite. M Facteur de multiplication avalanche. Mouvement moyen du satellite l'indice de réfraction moyen. OOK On-Off Keying. PPM Pulse Position Modulation. PPBM Pulse Polarization Binary Modulation. Puissance optique émise Puissance optique reçue. signal optique reçu dans le cas de l’émission du bit 1. signal optique reçu dans le cas de l’émission du bit 0. p la pression atmosphérique. P (y/s) la probabilité conditionnelle. P(s) la probabilité que un bit on ou off est transmis. P (y) la probabilité a priori de y. q l'humidité spécifique. r Distance entre le centre de la terre et le satellite. Rayon terrestre. R Sensibilité de la diode à avalanche. la responsivité de détecteur. Surface apparente en direction du soleil. SF Facteur d’inclinaison du système de poursuite. T la température. UIT Union internationale des télécommunications. v Anomalie vraie. V Vitesse du satellite Fréquence optique. WDM Wavelength Division Multiplexing. Z Distance entre deux satellites. ω Argument du périgée. Ω Ascension droite du noeud ascendant. Г Accélération due à la pression de radiation. Masse volumique de l’atmosphère. Ecart type de l’angle d’élévation. θv Angle d’élévation. Ecart type de l’angle azimut. Angle azimut. Erreur dans l’angle de pointage radial. Déviation standard de l’angle de l’erreur de pointage. λ Longueur d’onde. Rendement quantique de l’émetteur et de récepteur ,respectivement. Ecart type dans le cas de l’émission du bit1. Ecart type dans le cas de l’émission du bit 0. Liste des figures Figure. I.1 : Composante d’un système de télécommunications par satellite…………………5 Figure. I.2 : Structure d’un satellite…………………………………………………………...8 Figure. I.3: Orbite basse décrite par le satellite - Dessin Philippe VOLVERT……………...10 Figure .I.4 : Orbite moyenne décrite par le télescope spatial Hubble - Dessin Philippe VOLVERT………………………………………………………………………..…………..11 Figure. I.5 : Orbite décrite par un satellite de télécommunications - Dessin Philippe VOLVERT……………………………………………………………………………………11 Figure. I.6 : Les orbites du satellite………………………………………...………………..12 Figure. I.7 : Géométrie entre la terre et le satellite…………………………………..………12 Figure. I.8 : Angle de nadir et angle de site……………………………………………….…14 Figure. I.9 : loi des L’ellipse……………………………………………………………...….14 Figure. I.10 : Loi des aires………………………………………………………………..….15 Figure. I.11 : les paramètres qui définissent la forme de l'orbite……………………….……16 Figure. I.12: Détermination de la position d’un satellite dans l’espace…………………...…18 figure. II.1 : Lien inter satellite (ISL). ………………………………………………………23 figure. II.2: Effet de l’attraction de la lune et du soleil………………………………………25 figure.II.3 : Détermination de la forme de l’ellipse et de la position du satellite sur l'orbite..25 Figure. II.4 : Les sources des vibrations…………………………………………………..…27 Figure. II.5 : structure générale d’un système de transmission optique dans les réseaux des satellites lasers………………………………………………………………………………...28 Figure. II.6 : Diagramme des différents bruits qui apparaissent au cours de la détection amplification optique……………………………………………………………………...….30 Figure. II.7 : Schéma de principe de fonctionnement d’une source laser………………...…31 Figure. II.8.a: Modèle de l’émetteur………………………………………………………...33 Figure. II.8.b: Modèle de récepteur…………………………………………………………34 Figure. III.1 : Les amplitudes des vibrations en fonction de SNR……………………….…40 Figure. III.2 : en fonction de S………………………………………………….....41 Figure. III.3 : Le facteur du gain optimal en fonction de SNR…………………………..42 Figure. III.4 : Le facteur du gain optimal en fonction des amplitudes des vibrations…...43 Figure. III.5 : L’ouverture optimale du télescope émetteur en fonction des amplitudes des vibrations…………………………………………………………………………………...…44 Figure. IV.1: Le gain du télescope émetteur en fonction des amplitudes de vibrations…50 Figure. IV.2 : La bande passante du système en fonction de ………………………….…51 Liste des tableaux Tableau .I.1: Les fréquences utilisées par les satellites…………………………………….…9 Tableau. II.1 : Comparaison entre différentes constellations………………………………..22 Problématique Les satellites laser utilisant comme support de transmission des faisceaux lasers comme porteuse d’information, ce satellite est placé en orbite basse et qui fait l’objet de bombardement pour des poussières cosmiques cousant la dégradation du signal porteur d’information, cette instabilité se manifeste par des vibration uploads/Geographie/ moulay-hamza-modelisation-des-sources-de-vibration.pdf