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Caractérisation et modélisation de la propagation dans la troposphère aux hautes latitudes pour systèmes satcom bandes Ka à W

Description

Contexte :

De plus en plus de systèmes de communications spatiales sont planifiés en bande Ka et au-dessus (bandes Q/V, W) afin de mettre en place des liaisons à haut débit dans des régions du monde peut desservies jusqu'alors. C'est le cas en particulier des projets de méga-constellations comme ceux sur lesquels travaillent les industriels européens : OneWeb (Airbus D&S), LEOSAT (Thales Alenia Space) ou aux Etats-Unis par exemple avec le projet Starlink de SpaceX. Les régions aux hautes latitudes sont concernées d'une part pour des services de télécommunications à haut débit à fournir aux usagers des nouvelles routes qui s'ouvrent dans l'Arctique à cause du réchauffement climatique comme les navires ou les plateformes d'exploitation des ressources naturelles et d'autre part pour acheminer les données des satellites d'observation de la Terre en orbite basse qui bénéficient dans ces zones de temps de passage plus élevés qu'ailleurs.

Ces liaisons de communication par satellite présentent de basses élévations (pouvant être inférieures à 5° à partir de 80° de latitude Nord) pour lesquelles la propagation est non standard et se caractérise par la présence d'effets quasiment absents des autres latitudes comme la réfraction, les trajets multiples atmosphériques et la présence fréquente de neige en hiver. Ces effets de propagation sont mal pris en compte dans les modèles de prédiction statistiques actuels, notamment pour les fréquences élevées comme la bande Ka. L'amélioration de ces modèles a été difficile jusqu'alors par manque de données de propagation à ces fréquences et aux hautes latitudes.

Objectif :

Depuis quelques années, de nouvelles expérimentations sont menées en bandes Ka et Q/V notamment en Norvège (Telenor, FFI, université d'Oslo, NASA) auxquelles l'ONERA a accès dans le cadre de collaborations, permettant d'envisager des améliorations significatives des modèles de prédiction de la propagation Terre-espace dans ces régions. L'objectif de cette thèse sera donc de développer de nouveaux modèles de propagation d'affaiblissement total en bande Ka et au-dessus, c'est-à-dire prenant en compte la réfractivité et la turbulence de la troposphère (trajets multiples), et les effets d'atténuation (par l'oxygène, la vapeur d'eau, les nuages, la pluie et la neige).

Pour cela, différents types de modèles sont à considérer : les modèles physiques de propagation reposant sur des sorties de prévisions météo à haute résolution permettant de générer l'influence de l'atmosphère pour tout type de configuration (LEO, GEO), les modèles de canal et les modèles statistiques plus conventionnels mieux adaptés à la conception des systèmes. De tels modèles ont été développés et testés récemment par l'ONERA dans le cadre d'étude pour le CNES et l'ESA pour les régions tempérées mais leur application directe aux hautes latitudes nécessite une adaptation spécifique, en cours d'étude pour le CNES dans le cadre des études RS-17/BS-0003-062 et RS-18/BS-0003-062, voire de nouvelles modélisations, objets de ce sujet de thèse. Ces nouvelles modélisations vont permettre en particulier de modéliser les fluctuations rapides du canal de propagation observées dans ces bandes de fréquence à basse élévation, pouvant être dues à la turbulence atmosphérique et/ou à des trajets multiples atmosphériques ou sur le sol. La modélisation de l’influence de la neige et de la glace sera également étudiée.

Profil

Universitaire ou école d'ingénieur

Connaissances en physique notamment de l'atmosphère, interactions ondes EM – scènes, traitement du signal, statistiques. Goût prononcé pour la compréhension des phénomènes physiques.

Maîtrise d’un langage de programmation de type Python/Matlab.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : ONERA/DEMR
Directeur(rice) de thèse/recherche : FERAL Laurent
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : laurent.feral@iut-tlse3.fr
Responsable Cnes de l'offre : BENAMMAR Bouchra

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

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