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Réseau spatial de l’UPSay :
catalogue de formations aux techniques spatiales
pour les doctorants
Préambule :
Le réseau spatial de l’UPSay a recensé les modules de master M2 ou d’écoles d’ingénieurs
particulièrement orientés vers les techniques spatiales. Cela a permis de constituer un catalogue des
modules de formations relatifs à l’espace au sein des établissements de l’UPSay. Ces modules
peuvent être ouverts à des doctorants de l’UPSay dans le cadre de leurs cours de thèse. Ce catalogue
est transmis aux responsables des écoles doctorales pour qu’ils puissent les proposer aux doctorants.
Pour constituer ce catalogue, nous nous sommes attachés à respecter les critères suivants :
- avoir l’accord du responsable de la formation d’accueillir des doctorants de l’UPSay sous
réserve de places disponibles
- que la formation ait un lien identifié avec les techniques spatiales (même si le cours peut
avoir d’autres applications que des applications spatiales)
- le module doit recouvrir une unité d’enseignement complète, que le doctorant doit suivre
dans son intégralité. Etant donné que le nombre d’heures de cours que les écoles doctorales
demandent aux doctorants de suivre ne dépasse pas quelques dizaines d’heures par an, on
s’est limité essentiellement à des modules ≤ 3ECTS (soit environ 30 heures de présence).
- privilégier si possible les cours concentrés sur une semaine bloquée (plus facile à gérer pour
un doctorant que des cours hebdomadaires).
Quatre établissements d’enseignement supérieur ont répondu positivement à la proposition de
contribuer au catalogue (Université Paris-Sud, UVSQ, Telecom ParisTech, Supélec), ainsi que
l’Ecole Doctorale d’Astronomie et d’Astrophysique (ED127) qui a mis en place des cours de thèse
pour ses doctorants. Le catalogue fait l’objet de l’Annexe 1, et les détails sur les modules sont
donnés dans l’Annexe 2.
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ANNEXE 1 : Liste des modules de formation au spatial
pour doctorants
Ecole Doctorale d’Astronomie et d’Astrophysique (ED 127): (cours de thèse mutualisables avec
d’autres ED) (Contact: Marc Ollivier: [email protected] )
Le détail des modules de l’ED127 se trouve dans le document ED en ligne sur le lien suivant :
http://ecole-doctorale.obspm.fr/IMG/pdf/cours_doctoraux_2013-2014.pdf
modules d’ouverture :
- Analyse de données : méthodes et applications (une semaine bloquée, à l’IAS) (document ED
page 4)
- Sensibilisation à la conduite de projets (une semaine bloquée, au LESIA) (document ED page 4)
- Simulations numériques et calculs hautes performances (une semaine bloquée, à la maison de la
simulation) (document ED page 5)
- L’approche statistique Bayésienne par l’exemple (une semaine bloquée, à l’IAP) (document ED
page 5)
module d’approfondissement :
- Surfaces et atmosphères planétaires : approche comparative et exobiologie (15 heures) (document
ED page 7)
Université Paris Sud 11:
M2 « Astronomie, Astrophysique et Ingénierie Spatiale (AAIS), parcours « Outils et Systèmes de
l’Astronomie et de l’Espace » (contact: Pascal Bordé: [email protected] ) :
Le détail des modules du master AAIS se trouve sur le site : http://master.osae.fr/ , onglet
« enseignements », puis « cours proposés en M2 » :
Tronc commun :
- Ingénierie des systèmes et conduite de projet (tronc commun 2 ECTS, 36 heures)
Spécialisation « Techniques Instrumentales » :
- Mécanique et cryogénie (30 heures)
- Rayonnement millimétrique et détection micro-ondes (30 heures)
- Environnement spatial (36 heures)
Spécialisation « Techniques numériques » :
- Simulation numérique (30 heures)
- Systèmes numériques embarqués (30 heures)
M1 STU :
- Télédétection - 3 ECTS (Resp. : Frédéric Schmidt : [email protected] ) (Annexe 2, page
4)
M2 STU - parcours Planétologie
- Etude des surfaces planétaires et techniques spatiales associées - 3 ECTS (resp. François Poulet :
[email protected] ) (Annexe 2, page 5)
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Université de Versailles-Saint Quentin (UVSQ) : (Contact : Gérard Caudal : [email protected] )
M2 ICE - parcours Interaction Climat-Environnement (Resp. : Matthieu Roy-Barman :
- Méthodes expérimentales pour l’environnement – 3 ECTS
M2 ICE - parcours Méthodes Physiques en Télédétection (Resp. : Valérie Ciarletti)
- Radiométrie optique et micro-ondes - 3 ECTS (Annexe 2, page 6)
- Transfert radiatif - ≈3 ECTS (Annexe 2, page 8)
- Mécanique spatiale et orbitographie - 3 ECTS (Annexe 2, page 9)
- Systèmes spatiaux et droit de l’Espace - (option - 3 ECTS) (Annexe 2, page 11)
M2 ICE - parcours Planétologie (Resp. : Nathalie Carrasco)
- Capteurs pour l'exploration in situ des environnements planétaire - 3 ECTS (Annexe 2, page 13)
- Projet de définition scientifique d’une mission spatiale - 3 ECTS (projet pour rentrée 2014)
(Annexe 2, page 14)
M2 recherche et professionnel Traitement de l'Information et Exploitation des Données (TRIED)
(Resp. : Cécile Mallet, Sylvie Thiria)
- Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques : méthodologie et applications
(4 modules de 2 à 3 ECTS , en formation à distance pour doctorants) (Annexe 2, pages 15 à 19)
Telecom ParisTech : (Contact: Anne-Claire Lepage)
modules pour les élèves ingénieurs en spécialisation :
- Systèmes de communications satellitaires et aéroportés (3 modules, pour un total de 60 heures,
certains cours peuvant être optionnels) (Annexe 2, page 20)
- Application du traitement des images (17 séances de 1h30) (Annexe 2, page 21)
SUPELEC : (Contact : Sihem Tebbani)
- Aéronautique et Spatial (24 heures par des industriels, prérequis en automatique) (Annexe 2, page
23)
- Systèmes spatiaux embarqués (24 heures + visite, par des industriels, prérequis en automatique,
limité à 18 personnes) (Annexe 2, page 25)
- Optimisation (24 heures) (Annexe 2, page 27)
- Systèmes de navigation (24h) (Annexe 2, page 29)
- Traitement des images : méthodes et outils (24h) (Annexe 2, page 31)
- Applications du traitement des images (Annexe 2, page 33)
- Méthodes de l’Automatique : principes et mise en oeuvre (24h) (Annexe 2, page 35)
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ANNEXE 2 : Détail des modules
Module de M1 GEOS411 (STU, UPSud) : Télédétection
Responsable : Frédéric SCHMIDT
Équipe enseignante : Frédéric SCHMIDT
Volume horaire : 3 ECTS (cours : 12h, TD : 9h, TP : 9)
Horaires :
Les lundis 18 nov. - 2 déc., 9h-12h15
Les mardis 26 nov.- 10 déc., 9h-12h15
Le mercredi 27 nov., 13h30-14h30
Le mercredi 4 déc., 9h-12h15 et 13h30-16h45
Objectif : La télédétection est largement utilisée en géosciences et dans les disciplines connexes (environnement,
urbanisme, géographie…) aussi bien en recherche que dans les secteurs professionnels. Ce module a pour objectif
d’initier les étudiants à la télédétection et ses applications essentiellement terrestres dans les domaines des Sciences
de la Terre (interprétations géomorphologiques et géologiques des images spatiales mono- et multi-spectrales).
Programme : L’ensemble du cours et des TDs s’appuiera sur des données aériennes et satellitaires terrestres et
extra-terrestres couvrant les bandes spectrales du visible, du proche infrarouge, de l’infrarouge thermique et du radar
(photographie aérienne, SPOT, Landsat, Airsar, Radarsat…). Différents points seront abordés comme :
Rappels de physique du rayonnement et introduction au transfert radiatif
Introduction au traitement du signal
Acquisition des données (types de capteurs, orbitographie, codage des données, résolutions spectrale et
spatiale...)
Données topographiques directes (GPS, altimètre LASER, radar) et indirectes (extraction des données
topographiques à partir de couples d’images en mode stéréoscopiques (visible et radar) : stéréoscopie,
photogrammétrie, interférométrie
Traitement de base d’image (histogramme, filtres, équalisation...). Classification supervisée ou non
Analyse et interprétation qualitative des images satellitaires en géologie et géomorphologie
Prérequis :
Bases de photo-interprétation et de mathématiques
Modalités de contrôle :
1ère session : Examen écrit
2ème session : Examen oral
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Parcours planétologie
UE 4 : Etude des surfaces planétaires et techniques spatiales associées
(3 ECTS)
Le but de ce module est d’apporter une connaissance de l’étude des surfaces planétaires en
abordant leur caractérisation minéralogique et chimique. Il fournira les principaux concepts
concernant le transfert de rayonnement dans les milieux compacts permettant l’interprétation des
données de télédétection. Le cours abordera une présentation des techniques d’observation
embarquées ou in-situ des surfaces planétaires. Il sera illustré par des exemples d’instruments
volant à bord de missions spatiales en cours (Cassini-Huygens vers Saturne et Titan, Rosetta vers
la comète Churyumov-Gerasimenko, Mars-Express et les MER vers Mars), avec des applications
possibles à la télédétection terrestre. L’accent sera mis sur la physique des processus en jeu dans
la technique de mesure utilisée, sur la notion de chaîne de prélèvement- préparation- analyse-
détection, sur les complémentarités entre mesures in-situ et par télédétection, et enfin sur
l’analyse conjointe de données d’imagerie et l’utilisation de bases de données de références
(observationnelles ou de laboratoire). Une moitié de l’enseignement sera consacrée à des travaux
pratiques ou dirigés.
1 - Caractérisation minéralogique et chimique des surfaces planétaires
Spectrométrie optique & infrarouge
Spectrométrie gamma & neutrons
Sondages radar
2 - Photométrie planétaire. Transfert de rayonnement dans les milieux compacts
3 - Traitement d’image, gestion de données, intégration de données d’imagerie
Responsable :
Francois Poulet, IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale), Bâtiment 121, Université de Paris-Sud,
F 91405-ORSAY Cedex, Tel. 33+1 69 85 85 82, Fax. 33+1 69 85 86 75, E-mail :
francois.poulet[@robas]ias.u-psud.fr
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M2 recherche « Méthodes physiques en télédétection »
Module « Radiométrie optique et micro-ondes » (3 ECTS)
Responsable : Odile Picon ( [email protected] )
Autres enseignants : Monique Dechambre, Sophie Lachérade
a). Cours « Théorie des antennes »
Intervenant : Odile Picon ( [email protected] )
Organisation : 5x3h de cours +1x3h de travaux pratiques
Ouvrage : Picon, O. (2009), Les Antennes : théorie, conception et applications, Dunod, 371 pp.
Plan :
Principe de rayonnement d’une antenne
Description des différents types d’antennes et de leur utilisation
Caractéristiques des antennes
Rayonnement des courants
Rayonnement des ouvertures planes
Bilan de liaison
Réseaux d’antennes et systèmes multi antennes
Principe de radiométrie
Qualités radiométriques d’une antenne
TP1 : mesures d’antenne
b). Cours « Radiométrie micro-ondes »
Intervenant : Monique Dechambre ([email protected])
Résumé : Ce cours est une introduction aux techniques d’observation de la Terre par radar et
radiomètre.
Organisation : 3x3h de cours.
Ouvrages :
Le Chevalier F. (2000), Principes de traitement des signaux Radar et Sonar, Masson, 270 pp.
Ulaby F. T., Moore R. K., Fung A. K. (1986), Microwave Remote Sensing : Active and Passive,
Artech House Publishers,
Volume I. Fundamentals and Radiometry (456 pp.)
Volume II. Radar Remote Sensing and Surface Scattering and Emission Theory (608 pp.)
Volume III. From Theory to Applications (1120 pp.)
Plan :
Mesures micro-ondes : introduction générale, rappels sur les ondes électromagnétiques
Bases du radar : définition, utilisation, équation du radar, principales composantes d’un
système radar, types de radars et techniques associées, traitement du signal radar
Radars embarqués sur satellite ou avion : principe, définition, choix techniques et
technologiques, paramètres techniques et performances d’un radar spatial, étalonnage
o Les altimètres
o Les « GPR » embarqués
o Les « SAR »
Applications pour l’observation de la Terre
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c). Cours : « Systèmes imageurs » Intervenant : Sophie Lachérade ( [email protected] )
Résumé : panorama des systèmes imageurs d’observation de la Terre par satellite dans le domaine
réflectif.
Organisation : 2x3h de cours
Ouvrage : Lier P., Valorge C., Briottet X. (2008), Imagerie spatiale : des principes d’acquisition au
traitement des images optiques pour l’observation de la Terre, Cepadues Editions, 844 pp.
Plan :
Introduction : exemples d’imageurs et d’applications, diversité spectrale, perturbation du
signal par la présence d’effets atmosphériques, effets directionnels des surfaces observées
Systèmes de télédétection satellitaire optique : choix de l’orbite, mode d’acquisition des
images, composants des systèmes imageurs (détecteurs, optique, filtres), traitement à bord,
segment sol, produits en sortie
Performance des imageurs : performances géométriques, résolution (netteté, échantillonnage,
interpolation), performances radiométriques (sources d’erreur, étalonnage)
Choix d’un instrument en fonction de l’application
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M2 recherche « Méthodes physiques en télédétection »
Module « Transfert radiatif » (7x3h)
Responsable : Cyril Crevoisier ( [email protected] )
Cours : « Introduction au transfert radiatif »
Intervenant : Cyril Crevoisier ( [email protected] )
Résumé : Ce cours a pour but d’introduire les notions de transfert radiatif direct et inverse qui sont à
la base de l’exploitation des observations spatiales du système Terre-Atmosphère. Après avoir
replacé l’observation satellitaire dans le contexte de l’étude du climat, les grandeurs et lois
fondamentales sont rappelées, ce qui conduit à l’établissement de l’équation de transfert radiatif qui
donne le rayonnement émis par l’atmosphère et reçu au sommet de celle-ci. Cette équation fait
intervenir diverses informations thermodynamiques, spectroscopiques et instrumentales qui sont
définies et les principaux modèles radiatifs directs sont décrits. Enfin, le problème inverse qui
consiste à passer des mesures aux variables atmosphériques est abordé et illustré par de nombreux
exemples tirés de l’exploitation de missions spatiales actuelles.
Organisation : 7x3h de cours
Plan :
Introduction au transfert radiatif : complexité du système Terre-Atmosphère, les grands cycles
climatiques, bilan radiatif terrestre, intérêt de l’observation spatiale
Champs de rayonnement : grandeurs énergétiques de base et unités, caractéristiques des
surfaces, rayonnement du corps noir
Equation de transfert radiatif : transmission atmosphérique, établissement de l’équation de
transfert radiatif, application au rayonnement montant
Equilibre thermodynamique local : équilibre thermodynamique, niveaux d’énergie, fonction
source d’émission, ETL et atmosphère terrestre
Spectre d’absorption de l’atmosphère terrestre : transitions électroniques, vibrationnelles et
rotationnelles, résolution spectrale, banques de données spectroscopiques
Transmission atmosphérique : coefficient d’absorption et facteur de transmission, formes de
raie, chemin géométrique, largeur équivalente, modèles raie-par-raie, modèles de bande
Compléments sur l’équation de transfert radiatif : cas particuliers en ciel clair, phénomènes de
diffusion, ETR dans les cas de diffusions
Inversion de l’équation de transfert radiatif : problèmes directs et inverses, fonction de poids,
inversion de l’ETR
Sondage vertical par satellite : généralités, les types de plateformes, les satellites polaires de la
NOAA, AIRS (Atmospheric Infrared Sounder), IASI (Infrared Atmospheric Sounding
Interferometer)
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M2 recherche « Méthodes physiques en télédétection »
Module « Mécanique spatiale et orbitographie » (3 ECTS)
Responsable : Michel Capderou ( [email protected] )
Autre enseignant : Florent Deleflie
a). Cours « Mécanique spatiale »
Intervenant : Florent Deleflie ( [email protected] )
Résumé : Nous présentons les grandes lois de la mécanique spatiale qui régissent le mouvement des
corps autour de la Terre. La présentation est illustrée d’exemples pratiques, en analysant les écarts au
mouvement képlérien et les conditions d’observation depuis le sol. Nous donnons aussi les
caractéristiques des grandes familles d’orbites, en insistant sur les orbites de la classe des GNSS.
Organisation : 4x3h de cours/TD
Ouvrages :
Capderou M. (2005), Satellites – Orbits and missions, Springer, 564 pp.
Kaula W. M. (2000), Theory of satellite geodesy: Applications of satellites to geodesy, Dover
Publications, 140 pp.
Murray C. D., Dermott S. F. (2000), Solar System dynamics, Cambridge University Press, 608 pp.
Plan :
Introduction : définition de l’orbitographie, position du problème ; le mouvement vu comme
un senseur de forces (restitution d’orbite) ; différents types d’orbites
Généralités sur l’environnement spatial : environnements gravitationnel et non gravitationnel ;
caractérisation des environnements planétaires ; le cas spécifique du système Terre ; analyse
de mission et physique fondamentale
Problème des deux corps
Propagation numérique d’une orbite perturbée : principes généraux (repère de travail, bilan
des forces) ; écriture des équations du mouvement ; principes de l’intégration numérique ;
algorithmes classiques d’intégration numérique ; applications et aspects qualitatifs en
dynamique orbitale
Les équations du mouvement perturbé : principes de l’approche ; équations planétaires de
Lagrange ; équations de Gauss
Développement en harmoniques sphériques : loi de la gravitation et potentiel ; écriture du
développement ; interprétation des premiers termes
Bilan des forces intervenant en dynamique orbitale : forces d’origine gravitationnelle
(potentiel interne, potentiel externe, autres forces gravitationnelles) ; forces d’origines non
gravitationnelles
Mise en évidence des perturbations orbitales : terme principal en J2 (illustration numérique,
interprétation analytique) ; autres termes du champ de gravité ; autres perturbations
Principes de la restitution d’orbite : équations variationnelles ; approches itératives pour le
calcul d’orbite ; stratégies de calcul d’orbites
Conclusions, discussions, exercices …
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b). Cours « Orbitographie »
Intervenant : Michel Capderou ( [email protected] )
Résumé : Ce cours s’appuie sur les bases acquises en mécanique spatiale pour appliquer plus
spécifiquement ces notions à l’orbite des satellites. En étudiant les mouvements relatifs entre l’orbite,
la Terre et le Soleil, on s’intéresse particulièrement aux satellites d’observation de la Terre (et le cas
très important des héliosynchrones). On étudie aussi la trace des satellites (et les répétitivités de
traces), l’évolution de leur altitude, ainsi que les conditions géométriques de prise de vue (fauchée
des instruments, échantillonnage spatio-temporel). On termine par une brève étude des satellites
autour de Mars ou d’autres corps célestes.
Organisation : 4x3.5h de cours, dont 3 heures effectuées avec matériel informatique pour l’utilisation
du logiciel IXION (orbitographie et échantillonnage).
Ouvrages :
Capderou M. (2003), Satellites – Orbites et missions, Springer (Berlin, Paris), 504 pp.
Capderou M. (2005), Satellites – Orbits and missions, Springer (Berlin), 564 pp.
Capderou M. (2012), Satellites : de Kepler au GPS, Springer (Berlin, Paris), 866 pp.
Capderou M. (2014), Handbook of Satellite Orbits: from Kepler to GPS, Springer (New York), 933
pp.
Plan :
Rappels et applications : ellipsoïde terrestre, latitude géodésique et latitude géocentrique ;
anomalies v, E et M, moyen mouvement ; paramètres orbitaux (éléments képlériens)
métriques et angulaires ; potentiel terrestre
Satellite en orbite réelle (perturbée) : liste des perturbations ; étude du mouvement perturbé
par la méthode de Lagrange (ébauche) ; variations séculaires ; variations à longue période, à
courte période ; différentes définitions de la période
Mouvement orbite/Terre/Soleil : précession nodale, précession apsidale ; calcul effectif de la
période et de l’altitude ; mouvements de la Terre (diurne, annuel), mouvement des pôles ;
mouvement apparent du soleil (déclinaison, équation du temps) ; satellites géosynchrones,
maintien à poste ; satellites héliosynchrones, maintien en orbite
Trace du satellite : trace d’orbite circulaire, d’orbite elliptique ; utilisation des éléments
orbitaux NORAD
Orbite par rapport au soleil (passage, heure) : heure de passage et satellite héliosynchrone ;
cycle de précession ; dérive de l’heure locale
Orbite par rapport à la Terre (phasage, altitude) : contrainte de phasage ; diagramme de
phasage ; grille de référence ; altitude au cours d’une révolution ; orbite gelée
Vue depuis le satellite : fauchée des instruments, géométrie de visée ; échantillonnage spatial
et temporel ; tableaux mensuels d’échantillonnage
Satellite d’autre corps céleste : satellite de Mars ; satellite d’autre planète, de satellite naturel
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M2 recherche « Méthodes physiques en télédétection »
Module « Systèmes spatiaux et droit de l’espace » (3 ECTS)
Responsable : José Achache ( [email protected] )
Autres enseignants : David Comby, David Mimoun, Laurence Ravillon
a). Cours « Application opérationnelle des techniques spatiales »
Intervenant : José Achache ( [email protected] )
Organisation : 3x3h de cours/TD
b). Cours « Ingénierie satellite »
Intervenant : David Mimoun ( [email protected] )
Résumé : Ce cours présente une première approche de l’ingénierie satellite
Organisation : 2x3h de cours
Ouvrages :
CNES (2002), Cours de technologie spatiale : techniques et technologies des véhicules spatiaux,
CNES et CILF, 3 volumes : 621, 1087, 803 pp.
Larson W. J., Wertz J. R. (1999), Space mission analysis and design, Microcosm Press, 969 pp.
Plan :
Introduction aux systèmes spatiaux : définition ; place du satellite dans le système spatial
Contraintes de design des satellites : analyse mission ; environnement spatial ; contraintes
charge utile (pointage, profil de puissance)
Description des sous-systèmes satellite
Les charges utiles, exemple et contraintes
Les grands trade-off (autonomie/architecture centralisée ….)
L’AIV (Intégration, validation et tests)
Elements de management d’un satellite (notion de phase projet, WBS, product tree ….)
Maturité (TRL), gestion des risques
c). Cours « Systèmes de positionnement »
Intervenant : David Comby ( [email protected] )
Organisation : 1x3h de cours
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d). Cours « Droit de l’espace »
Intervenant : Laurence Ravillon ( [email protected] )
Organisation : 2x3h de cours
Ouvrages :
Achilleas P. (2009), Droit de l’espace : télécommunication, observation, navigation, défense,
exploration, Larcier, 384 pp.
Martin A., Couston M., Ravillon L. (2009), Galileo : chronique d’une politique spatiale européenne
annoncée, Lexis Nexis, 346 pp.
Ravillon L. (1997), Les télécommunications par satellite, aspects juridiques, Lexis Nexis, 509 pp.
Ravillon L. (2003), Le droit des activités spatiales : adaptation aux phénomènes de
commercialisation et de privatisation, Lexis Nexis, 678 pp.
Ravillon L. (2005), Le droit des activités spatiales à l’aube du XXIe siècle, Lexis Nexis, 349 pp.
Ravillon L. (2008), Gestion et partage des risques dans les projets spatiaux : questions d’actualité,
Editions A. Pedone.
Plan
Les sources du droit de l’espace : sources internationales (traités spatiaux), sources internes
(lois spatiales), sources contractuelles
L’encadrement juridique des activités spatiales : télécommunications par satellite,
télédétection par satellite, navigation par satellite, véhicules suborbitaux habités et tourisme
spatial
La gestion contractuelle des risques engendrés par les activités spatiales
Les aspects contentieux
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Parcours planétologie
UE 3 : Capteurs pour l’exploration in-situ des environnements planétaires
Ce module est consacré aux instruments de mesure modernes mis en œuvre sur les plateformes en
orbite autour des planètes, ou déposées à leur surface.
Il met l’accent sur les mesures de composition chimique et isotopique (atmosphères neutres,
milieux ionisées, échantillons solides prélevés), ainsi que sur le sondage électromagnétique du
proche sous-sol des corps solides du système solaire, à partir d’instrumentation spatiale
développée en Ile-de-France. Il est illustré par des exemples d’instruments volant, ou en passe de
voler, à bord de missions spatiales passées (Cassini-Huygens pour la surface de Titan), en cours
(Rosetta vers la comète Churyumov-Gerasimenko, Mars Science Laboratory vers la surface de
Mars, Phobos-Grunt vers la surface de Phobos), et à venir (EJSM vers les système de Saturne,
Exomars vers la surface de Mars).
L’accent sera mis sur la physique et/ou la chimie des processus en jeu dans la technique de
mesure utilisée, sur la notion de chaîne de prélèvement- préparation- analyse- détection, et sur les
complémentarités entre mesures in-situ et par télédétection. L’enseignement repose
essentiellement sur des cours magistraux associés à des travaux dirigés. Une application pratique
sera menée sur une des techniques enseignées (chromatographie en phase gazeuse). Les cours
ayant lieu dans différents lieux, ils sont également l’occasion de visites de laboratoire impliqués
dans les développements instrumentaux pour l’analyse in situ.
1 - Introduction générale : Place de l’analyse in situ en planétologie Spécificités
analytiques et implications Historique de l’analyse in situ et exemples actuels
2 - Systèmes de prélèvement et de préparation d’échantillons gazeux et solides
3 - Systèmes d’analyse des environnements neutres et de la matière solide : Spectrométrie de masse Chromatographie en phase gazeuse Méthodes
électromagnétiques : spectroscopie d’absorption par diode laser, sondage électromagnétique,
sondage radar
4 - Mesure in situ des milieux ionisés
5 - Séminaires et visites de laboratoires
Responsable :
Cyril Szopa, Laboratoire des ATmosphères, Modélisation et Observations Spatiales (LATMOS),
IPSL/CNRS, Site de Guyancourt, 11 Bd D’Alembert, 78280 Guyancourt Tél : 33 (0)1 80 28 52
89 ; E-mail : cyril.szopa[@robas]latmos.ipsl.fr
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Parcours planétologie
UE 11 : Projet de définition scientifique d’une mission spatiale (3 ECTS)
Il s’agit de travailler avec des experts de la NASA et avec des enseignants de l’équipe
pédagogique impliqués dans des missions spatiales. Le but du module est d’apprendre à
concevoir et à rédiger des propositions de projets scientifiques à visée d’exploration spatiale, en
réponse aux appels d’offres étudiants diffusés par les grands organismes du spatial (CNES, ESA,
NASA..).
Ce module est essentiellement basé sur du travail personnel et une séance de cours introductif.
Contact pour l’UVSQ : Nathalie Carrasco ([email protected])
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Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques
Méthodologie et applications
Responsables : Sylvie Thiria - Cécile Mallet
Pour les inscriptions et informations complémentaires :
Contact: cé[email protected]
Tel : 01 80 28 52 16
Organisation de la formation à distance
La formation a lieu via la plateforme de formation à distance de l’Université de Versailles-
Saint-Quentin.
Le cours est constitué d’un ensemble de présentations visuelles interactives et d’une bande
son associée. Des documents au format pdf permettent d’approfondir l’apprentissage.
Des exercices de Travaux dirigés sont proposés pour chacun des modules et en fin de
formation un TP sera réalisé. Il est nécessaire de disposer et de connaitre le logiciel Matlab
Pour chacun des modules un Travail Pratique (TP) sera réalisé, le temps nécessaire
dépend de chacun.
Le temps nécessaire dépend de chacun :
Les modules 2 et 4 proposés correspondent à 20 heures de cours en enseignement
classique
Le module 3 est un projet qui ne peut être réalisé qu’en complément du module 2
L'évaluation de chacun des modules est effectuée à partir d’un compte rendu du travail
pratique réalisé pour lequel les codes et les données sont fournies.
Dates limites Module 1
(2 ECTS) Module 2
(3 ECTS) Module 3
(2 ECTS) Module 4
(3 ECTS)
inscription 29 Février-
15 Mars
29 Février-
15 Mars
29 Février-
15 Mars
29 Février-
15 Mars
remise du compte
rendu de la
première partie
pratique
15 Avril 15 Avril 15 Avril 15 Avril
Correction par le
tuteur de la
première partie
pratique
15 Mai 15 Mai 15 Mai 15 Mai
Remise du
compte rendu
final de la
seconde partie
pratique
15 juin 15 Juin 15 Juin 15 Juin
Evaluation par le
tuteur de la
seconde partie
pratique
15 Juillet 15 Juillet 15 Juillet 15 Juillet
Les comptes rendus peuvent être remis en anglais ou en français
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Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques
Méthodologie et applications Module 1
Statistiques descriptives unidimensionnelles et Indicateurs bidimensionnels
(3 ECTS)
Répertoire FOAD TPA01 TPA02 TPA03
Ce module est un module pratique qui nécessite des connaissances en statistique descriptive.
Pour certains rappels de statistiques, vous pouvez vous rendre sur le site de statnet à l’adresse
:http://www.agro‐ montpellier.fr/cnam‐ lr/statnet/cours.htm
L’objectif est d’acquérir la maitrise de méthodes statistiques classiques nécessaires à une
première analyse de données. Les travaux pratiques sont réalisés soit à partir de données
synthétiques soit à partir de données réelles (pluviométrie au Sénégal et effet de serre)
Partie 1 : Le travail pratique TP aborde le traitement de données statistiques
unidimensionnelles, pour lequel il faudra déterminer des indicateurs élémentaires (moyenne,
écart type, médiane, ...) et donner des représentations graphiques comme par exemple des
camemberts, des histogrammes, et des boîte à moustaches). L’objectif des exercices proposés
est d’apporter une première compréhension de l’information véhiculée par les données à
travers ces indicateurs et représentations.
Il s’agit d’aborder successivement trois jeux de données
- déterminer des indicateurs élémentaires et leur représentation graphique dans le cas du lancé
de dés
- représentation par histogramme de données simulées (selon une loi de probabilité) et une
illustration du théorème de la limite centrale
- statistique descriptive de données réelles qui concernent la pluviométrie au Sénégal.
Partie 2 : Le travail pratique TP aborde le traitement de données statistiques
bidimensionnelles il s’agit ici de données environnementales qui entrent en jeu dans l’étude
de l’effet de serre. Cette partie est plus particulièrement dédiée aux corrélations linéaires et à
la régression linéaire aux moindres carrés. Après avoir étudié l’évolution des températures
observées en plusieurs points du globe par une approche statistique dans le cadre de laquelle
on sera amené à calculer des corrélations et on représentera les données par des nuages de
points (diagramme de dispersion). Nous verrons ensuite comment étudier les relations
linéaires entre les variables de température et de CO2.
17
Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques
Méthodologie et applications Module 2
Initiation et mise en oeuvre d’un réseau de neurones multicouche (3 ECTS)
Répertoire FOAD A11 B11 B21 B22 B23 TPB01
Ce cours est un cours de niveau master ou même de niveau supérieur. Un niveau licence en
statistiques, en analyse de donnée, en probabilité et en analyse est souhaitable pour suivre ce
cours. Ce module comprend une partie théorique et une partie réalisée avec le logiciel Matlab
Le cours présente la théorie et la mise en oeuvre des méthodes de régression non
linéaires par Perceptron multicouches et permet d’aborder les notions fondamentales
liées à l’apprentissage statistiques. La partie théorique se décompose en quatre
modules de Formation à distance :
o Introduction aux méthodes neuronales et à l’apprentissage statistique
o Perceptron et séparabilité linéaire
o Réseaux Multicouche et séparabilité non linéaire
o Régression non linéaire et classification avec un Perceptron Multicouche)
Le travail pratique TP aborde l’apprentissage de l’Espérance (TP partie 1) et de la
Variance (TP partie 2) sur un jeu de données synthétiques. Le but du TP est de
mettre en oeuvre une méthodologie constructive pour déterminer une fonction de
régression à l’aide de perceptrons multicouches.
o TP Partie 1 : - Un PMC réalisant une régression à partir de données
brutessimulées pour approximer l’espérance. Il s’agit d’une application
directe ducours sur des données synthétiques. La réalisation de cette partie
est suiviede la rédaction d’un compte rendu Des échanges auront lieu entre
tuteurs et apprenants afin d'améliorer le travail rendu si nécessaire.
o TP Partie 2 : - Une approximation de la variance de données brutes
également effectuée par une régression à l’aide PMC. La réalisation de cette
seconde partie donne lieu à un second compte rendu qui ferra l’objet d’une
évaluation
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Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques
Méthodologie et applications Module 3
Mise en oeuvre d’un réseau de neurones multicouche dans le contexte de la
télédétection spatiale (2 ECTS)
Répertoire FOAD TPB05
Ce module est un travail pratique de niveau master ou même de niveau supérieur. Un niveau
licence en statistiques, en analyse de donnée, en probabilité et en analyse est souhaitable pour
suivre ce cours. Ce module propose aux apprenants qui ont suivi le Module 1 de mettre en
oeuvre une méthode neuronale pour la détermination des épaisseurs optiques des aérosols par
inversion de données radiométriques sur les océans
Des éléments bibliographiques (thèse) sont fournis pour permettre aux apprenants
d’appréhender le domaine d’application.
Le travail pratique TP aborde la méthodologie d’apprentissage (TP partie 1) et de
validation (TP partie 2)
o TP partie 1 : Il s’agira de construire, par apprentissage, un PMC capable de
retrouver l’épaisseur optique des aérosols à partir de leurs réflectances et des
éléments géométriques dus aux angles de visée (positions relatives du soleil et
du satellite). Un travail préalable sur les données disponibles sera nécessaire
pour les organiser et les normaliser. La réalisation de cette partie est suivie de
la rédaction d’un compte rendu Des échanges auront lieu entre tuteurs et
apprenants afin d'améliorer le travail rendu si nécessaire.
o TP Partie 2 : La partie 2 s’intéressera à la validation du modèle élaboré dans la
1ère partie. Cela consistera en la mise à l’épreuve du modèle PMC sur des
images satellitaires et à effectuer des comparaisons avec les sorties de la chaine
de traitement SeaWifs délivrée par la NASA. La réalisation de cette seconde
partie donne lieu à un second compte rendu qui fera l’objet d’une évaluation
19
Apprentissage statistique : réseaux de neurones, cartes topologiques
Méthodologie et applications Module 4
Initiation et mise en oeuvre d’une carte topologique (3 ECTS)
Répertoire FOAD C11 C21 C22 TPC01
Ce cours est un cours de niveau master ou même de niveau supérieur. Un niveau licence en
statistiques, en analyse de donnée, en probabilité et en analyse est souhaitable pour suivre ce
cours. Les cartes topologiques ou auto-organisatrices (cartes auto organisatrice de Kohonen)
font partie de la famille des modèles dits à «apprentissage non supervisé», elles permettent
d’étudier des données d’observation en effectuant de la classification automatique. Le but
premier des cartes auto organisatrices est descriptif : les données étudiées ici sont des
observations. Comme pour d’autres techniques de classification automatique comme les k-
moyennes, les nuées dynamique ou la segmentation par arbre, il s’agit de regrouper des
données «similaires», mais la notion d’ordre topologique est un apport supplémentaire permis
par les cartes topologiques. Ce module comprend une partie théorique et une partie réalisée
avec le logiciel Matlab
Le cours présente la théorie et la mise en oeuvre des méthodes de classification
automatique par cartes topologiques. La partie théorique se décompose en quatre
modules de Formation à distance :
o Introduction à la quantification vectorielle –méthode des k-moyennes
o Cartes topologiques - Apprentissage
o Classification et cartes topologiques
o Exemples d’applications
Le travail pratique TP a pour but de commencer à familiariser l’auditeur, avec le
maniement des cartes topologiques et leur exploitation. Il se décompose en deux
parties :
o TP Partie 1 : Il s’agit d’une application directe du cours sur des données
simulées. Nous chercherons à trouver une taille de carte topologique optimum
d’abord en 1D puis en 2D. Dans le cas 2D nous complèterons les résultats avec
une classification par labellisation. La réalisation de cette partie est suivie de la
rédaction d’un compte rendu Des échanges auront lieu entre tuteurs et apprenants
afin d'améliorer le travail rendu si nécessaire.
o TP Partie 2 : Dans cette seconde partie nous travaillons sur des données réelles.
Il s’agit de la mise en oeuvre des cartes topologiques pour la classification de
chiffres manuscrits pour lesquels différents codages seront utilisés. On
s’intéressera à trouver des paramètres d’apprentissage optimum et à montrer une
représentation interne de la carte. La réalisation de cette seconde partie donne
lieu à un second compte rendu qui fera l’objet d’une évaluation
20
Systèmes de communications satellitaires et aéroportés (TELECOM ParisTech)
Responsable Anne Claire Lepage ([email protected])
Cette unité d'enseignement prépare aux métiers liés au domaine des Communications spatiales et
aéronautiques.
Les intervenants sont des enseignants-chercheurs de l'école ainsi que des professionnels du secteur
spatial (constructeurs, opérateurs, ...)
Pour la partie "Communications par satellites", les objectifs sont :
- comprendre le fonctionnement global d’un système de communications par satellites
- connaître les différents éléments constituant le système
- pour une application donnée, identifier les paramètres importants afin d’être capable de faire des
choix sur le système
Pour la partie "Radionavigation aérienne", les objectifs sont :
- identifier et distinguer les dispositifs de navigation aérienne
- comprendre leur fonctionnement
Le module complet est de 60 heures. Il se déroule de mi-février à début mai.
Dans le cadre de la formation doctorale, certains cours peuvent être optionnels afin de réduire le
nombre d’heures.
Module 1 : Techniques pour les communications satellitaires
- Introduction aux systèmes de télécommunications par satellite (architecture d'un système de
télécommunications par satellite, orbites, fréquences, spécificités de l'environnement spatial,
éléments constituant un satellite, ...)
- Charge utile d'un satellite de télécommunications
- Exemple de dimensionnement d’une charge utile
- Charge utile avec traitement bord et multi-spots
- Le segment sol
- Bilan de liaison spatiale
- Caractéristiques d'une liaison : objectifs de qualité, techniques de modulation et techniques d'accès
multiples pour les systèmes satellitaires
- Communications par satellites : La vision de l’opérateur
- Orbitographie
Module 2 : Applications Satellites actuelles et futures : communications, observation et géo-
localisation
- Satellites pour l'imagerie ; instruments ; altimètres et radars imageurs (SARs) pour l'observation de
la terre
- Diffusion et multimédia par satellites
- Les systèmes VSAT
- Principes et technique de géo-localisation par satellites
Module 3 : Avionique : techniques de radiocommunication pour la navigation et la sécurité
aérienne.
- Les instruments embarqués pour la navigation aérienne. Aide à l'approche et à l'atterrissage.
- Systèmes de sauvetage.
21
Application du traitement des images (TELECOM ParisTech)
Responsable Jean-Marie Nicolas ([email protected])
Ce module a pour vocation de donner aux étudiants une bonne connaissance du traitement
numérique des images satellitaires et de les préparer aux divers métiers qui leur seront offerts
dans les industries et les laboratoires de recherche concernés par l'analyse et le traitement des
images.
Sont abordés tout d’abord les enjeux de la numérisation de la chaîne d'analyse de l'image, les
moyens mis en place pour obtenir les images, enfin les principales familles de traitements
nécessaires pour analyser et interpréter les images.
Ce module est de 25 heures environ. Il se déroule de début mai à fin juin.
Programme :
- satellites et géométrie des images
- applications de la télédétection
- imagerie satellitaire optique
- principes de l'imagerie radar à synthèse d'ouverture
- traitement des images RSO
- polarimétrie
- analyse du relief, images optiques et radar
- visualisation et traitement d'images satellitaires
- indexation et fouille en imagerie satellitaire
22
SUPELEC
Contact : Sihem Tebbani ([email protected])
Liste des cours Aéronautique et spatial .......................................................................................................................... 23
Systèmes spatiaux embarqués ............................................................................................................... 25
Optimisation .......................................................................................................................................... 27
Systèmes de navigation ......................................................................................................................... 29
Traitement des images : méthodes et outils ........................................................................................... 31
Applications du traitement des images .................................................................................................. 33
Méthodes de l'automatique : principes et mise en œuvre ...................................................................... 35
23
Aéronautique et spatial Responsable pédagogique : Gilles Duc ([email protected])
Durée : 24h
Le contrôle des avions, des hélicoptères, des lanceurs, des satellites ou des missiles est un
domaine d'application privilégié des méthodes de l'automatique. Ce cours propose un panorama
des principales applications aux systèmes aéronautiques et spatiaux, chacune présentée par un
spécialiste d'une entreprise leader dans son domaine.
Notions générales d'aérodynamique et de mécanique du vol Atmosphère, forces et moments aérodynamiques. Ailes et dispositifs de pilotage. Stabilité. Vol
stabilisé en palier et en manœuvre. Equations du mouvement. Particularités de différents types
d'aéronefs.
Pilotage des avions civils Introduction à la philosophie de pilotage AIRBUS. Description du cahier des charges multi-
objectifs. Modélisation de la boucle fermée de pilotage. Synthèse de lois de pilotage avion rigide
par une approche modale. Synthèse de lois de pilotage avion flexible. Axes de recherche.
Pilotage des missiles tactiques Configurations aérodynamiques, actionneurs et modes de pilotage. Cahier des charges et structure
des chaines de pilotage.
Lois de pilotage, méthodes de synthèse et d'analyse, principaux compromis. Axes de recherche.
Pilotage des hélicoptères Caractéristiques de l'hélicoptère, contraintes des systèmes de conduite du vol, constitution des
systèmes de conduite du vol.
Processus de définition des lois de commande, mise au point et validation, performances.
Pilotage des lanceurs Problématique du pilotage d'Ariane 5. Caractéristiques du lanceur, cahier des charges du pilotage
(instabilité, tenue des structures, phénomène de flexion, robustesse). Pilotage par commande
LQG puis par commande H-infini : modélisation, critère de commande, validation,
implémentation et comparaison des deux méthodes.
Systèmes de commande d'attitude et d'orbite des satellites Cahier des charges d'automatique pour applications spatiales. Formulation mathématique des
critères : besoin de performance en suivi de cible, rejet des perturbations, robustesse aux
dynamiques non modélisées (sur des exemples de satellite d'observation, rendez-vous spatial,
manoeuvres orbitales). Application aux structures flexibles : formulation classique, résolution
Hinfini. Numérisation, complexité et sensibilité à la troncature numérique des correcteurs
embarqués.
24
Guidage des missiles tactiques Spécifications système. Modes de guidage. Approfondissement de la navigation proportionnelle ;
distance de passage et paramètres influents : durée d'autoguidage, distance à rattraper, bruits,
manoeuvres cible, manoeuvrabilité et constante de temps missile ; lien avec la commande
optimale. Asservissement autodirecteur et découplage de la ligne de visée.
Guidage et optimisation de trajectoires des lanceurs Notions de commande optimale. Méthodes numériques et pratiques d'optimisation de trajectoires.
Traitement analytique complet d'un cas simplifié, mais représentatif d'une trajectoire lanceur.
Simplifications faites pour passer en temps réel (guidage).
Systèmes de navigation Introduction aux techniques de navigation basées sur le filtrage de Kalman et l'hybridation de
plusieurs senseurs de navigation (équipements inertiels, équipements de radionavigation par
satellites...).
Introduction aux techniques inertielles et aux technologies employées (performances
caractéristiques, avantages - inconvénients des différentes technologies...). Notions de
radionavigation par satellites (GPS, Glonass, Galileo...) : définitions, caractéristiques et
performances des équipements...
25
Systèmes spatiaux embarqués Responsable pédagogique : M. Philippe Bénabes ([email protected])
Durée : 24h
Les systèmes embarqués dans les satellites, les lanceurs ou les vols habités doivent faire face à
un environnement spatial hostile. Ils intègrent à la fois du matériel et du logiciel qui se doit d'être
robuste et fiable pour garantir le succès des missions complexes pouvant dépasser les 20 ans de
fonctionnement en orbite en totale autonomie. Ces contraintes liées aux missions spatiales, y
compris les aspects de tenue aux radiations, doivent désormais être prises en compte dans de
nombreux systèmes embarqués grand public.
A l'issue de ce module, l'étudiant aura une connaissance globale des systèmes spatiaux et sera
capable d'intervenir dans la conception de systèmes embarqués fonctionnant en environnement
hostile. Il comprendra mieux comment faire face aux contraintes mécaniques, thermiques,
radiatives et électromagnétiques. L'accent sera également mis sur la variété des activités
relatives à l'embarqué et sur les interfaces avec les métiers connexes : du silicium au système
complet, en passant par le logiciel, les tests et les télécoms.
Présentation des missions et systèmes spatiaux Différents types de missions spatiales et orbites. Le marché du spatial, historique, les satellites de
télécommunication, les satellites d'observation de la Terre, les missions scientifiques, les vols
habités. Introduction des systèmes spatiaux : composition d'un lanceur (propulsion, avionique),
d'un satellite d'observation/télécom/scientifique (orbites, missions, charges utiles, instruments).
Présentation des contraintes de l'environnement spatial. Mise en perspective des cours de la
mineure qui suivront.
Le système satellite Description du système : plateforme (propulsion, contrôle, commandes) et charge utile
(instrument optique, transpondeurs). En particulier seront étudiés : l'automatique de contrôle
d'attitude et d'orbite (senseurs, algorithmes, actuateurs...), le contrôle thermique et radiations.
Différents métiers : automatique, thermique, puissance, traitement des données, radiations, RF...
Electronique numérique embarquée Spécificité des systèmes électroniques embarqués dans le spatial.
Fonctions embarquées : calculateur, interfaces, instruments compression d'image, mémoire de
masse, répéteurs
Conception de cartes électroniques. Conception de composants (ASIC/FPGA). Durcissement aux
radiations.
Logiciel de Bord Processeurs, mémoires et architectures utilisés dans le spatial.
Types de traitements bord : maintien en orbite, traitement du signal, télécommande et télémétrie,
gestion des modes de secours, reconfiguration de la mission, algorithmes divers.
26
Contraintes du traitement bord : robustesse, fiabilité, temps réel, déterminisme. Validation du
logiciel embarqué.
Présentation des technologies spatiales pour éclairer les choix d'architecture logicielle. Co-design
Hardware/Software.
Communications Bus de communication: Mil Std 1553, Ethernet déterministe, SpaceWire, CAN, SPI, liens série
Gbits, liaisons optiques, etc..
La charge utile : fréquences, composants (LNA, switches, circulateurs, OMUX, Tubes, SSPA,
antennes).
Liaisons sol-bord : Télécommande / Télémétrie. Bilan de liaison, redescente image, traitements
radar, multifaisceaux...
Gestion de l'énergie / Puissance Panneaux solaires, batterie, convertisseurs, régulation de
puissance, commandes moteurs et actuateurs. Profils de mission, gestion des éclipses. Etudes pire cas, part stress.
TD : étude d'un pire cas (méthode des extrêmes, quadratique et Monte Carlo)
Fiabilité / Validation des systèmes spatiaux Comment garantir la tenue de la mission. Tolérance aux pannes : détection, décision, correction,
reconfiguration.
Différents types de redondance (chaude / froide / tiède). Autonomie de décision, automatisation
de tâches, non propagation de panne.
Test et validation de systèmes spatiaux (tests équipement, tests satellite): vide thermique, tests en
température, tests radiation, tests mécaniques (chocs et vibrations). Description et mise en œuvre
des moyens sols.
Visite d'un site de Production ou d'intégration Visite du site Astrium Space Transportation des Mureaux : Ariane 5, ATV et principaux ateliers.
Visite du site Astrium Satellites d'Elancourt : labo de conception électronique, salles blanches de
fabrication équipements et tests. Les guides seront des intervenants de chaque métier. De jeunes
diplômés de Supélec pourront accompagner les étudiants et présenter leur profession.
Méthode pédagogique : -Des intervenants différents pour chaque module, experts dans leur domaine
-Démonstrations de quelques outils (pas besoin de salle spécifique):
oMathematica pour l’étude pire-cas
oMatlab pour du traitement de signal
oOutil d'analyse radiations
-Vidéos montrant le test des systèmes et équipements
27
Optimisation Responsable pédagogique : Sihem Tebbani ([email protected])
Durée : 24h
L'optimisation possède des applications pluridisciplinaires, et permet donc de résoudre une
multitude de problématique de divers secteurs applicatifs. Elle est devenue incontournable
notamment avec la complexification des cahiers des charges et la diversification des contraintes
à respecter (techniques mais aussi humaines, réglementaire, environnementale...). Ce cours a
pour but de présenter succinctement les principaux concepts et approches de l'optimisation et
surtout de l'illustrer par divers exemples et applications de domaines très variés : aéronautique,
spatial, automobile, biomédical....
Introduction Intérêt de l'optimisation, exemples de problèmes d'optimisation, classification des problèmes
d'optimisation.
Convexité, optimisation unidimensionnelle (Fibonacci, nombre d'or).
Optimisation continue sans contraintes Conditions d'optimalité du 1er ordre et 2nd ordre, résolution exacte (gradient, Newton, quasi-
Newton, moindres carrés non linéaires), résolution approchée sans calcul de gradient.
TD 1 : Résolution de problème d'optimisation sans contraintes (identification...) par les deux
approches.
Optimisation continue avec contraintes Conditions d'optimalité de Karush Kuhn Tucker, méthode de type SQP (Successive Quadratic
Programming), méthodes par utilisation de pénalités (intérieures et extérieures), dualité
lagrangienne.
TD 2 : Résolution de problèmes d'optimisation avec contraintes par les deux approches primale et
duale.
Application à la gestion d'un réseau multi-énergie Optimisation combinatoire : notion de complexité combinatoire, algorithme du "Branch en
Bound", méthodes de plans coupants, utilisation de la programmation dynamique.
Optimisation stochastique : recuit simulé, algorithme génétique, optimisation par essaims
particulaires.
Optimisation continue : application à l'exploitation d'un système électrique.
TD 3 : Résolution d'un problème d'optimisation combinatoire et d'un problème stochastique avec
application à un réseau électrique.
Application en aéronautique Définition. Résolution par transformation en un problème contraint. Résolution par agrégation
des critères. Pareto-optimalité : définition et détermination de la surface de Pareto.
TD 4 : Résolution d’un problème multi-critère.
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Application de l'optimisation dans le transport aérien Programmation dynamique stochastique.
Optimisation de l'affectation de flotte, problème de "Revenue Management".
Application dans le spatial : optimisation de trajectoires spatiales Technique de collocation, CVP, CP.
Transfert interplanétaire, de rentrée atmosphérique.
Application en Automatique Programmation semi-définie et LMI.
Commande par retour d'état, LQ.
Application dans le domaine biomédical SVM (Support Vecteur Machine).
Application dans le domaine.
29
Systèmes de navigation Responsable pédagogique : Dominique Lecointe ([email protected])
Durée : 24h
Cette formation a pour objectif de donner une vue d'ensemble des systèmes de navigation utilisés
dans une large gamme d'applications (air, mer, terre, espace) tant civiles que militaires. La
formation constitue une introduction à la navigation inertielle, à la radionavigation et aux
techniques d'hybridation de différents moyens de navigation. Elle présente les connaissances
techniques fondamentales qui permettent de comprendre les principaux problèmes soulevés par
la conception et la réalisation des systèmes de navigation, et les solutions adoptées pour les
résoudre. Après une présentation générale de la navigation, ses objectifs, ses enjeux et des
notions de géodésie, la navigation inertielle est abordée avec une approche à la fois théorique et
pratique, illustrée avec des exemples. La radionavigation par satellite est présentée, à travers
l'exemple du GPS, en explicitant les limitations et les différentes techniques d'amélioration des
performances. Les spécificités des autres systèmes de radionavigation par satellite (GALILEO,
GLONASS,...) sont présentées. Les techniques de filtrage statistique (filtrage de Kalman)
permettant d'hybrider les informations de plusieurs moyens de navigation sont étudiées : en
particulier les techniques d'hybridation entre les systèmes inertiels et les systèmes de
radionavigation.
La formation comprend plusieurs séances de travaux dirigés qui permettent, à travers la
construction et l'utilisation de simulateurs simples de navigation, de mieux assimiler les concepts
présentés.
Introduction à la navigation Historique de la navigation. Les enjeux et objectifs, les applications.
Définitions (localisation, navigation, guidage, moyens et système de navigation,...). La
performance de la navigation. (précision, intégrité, disponibilité, continuité de service).
Notions de géodésie (ellipsoïde, géoïde, gravité,...). Les repères.
Rappels sur les outils mathématiques de la navigation.
Principes fondamentaux de la navigation : navigation à l'estime, navigation inertielle,
radionavigation.
Navigation inertielle Typologie des systèmes inertiels : du pilotage à la navigation.
Les centrales inertielles de navigation : à plateforme stabilisée, à composants liés.
Les algorithmes de navigation inertielle : mécanisation.
L'alignement des centrales inertielles.
Les senseurs inertiels :
accéléromètres : principes, erreurs, performances/technologie.
gyroscopes et gyromètres : principes, erreurs, performances/technologies.
Modèle d'erreurs de la navigation inertielle : période de Schuler, période de 24 heures, divergence
de la voie Z.
Erreurs d'intégration numérique des CI à composants liés et algorithmes de compensation.
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Radionavigation Les systèmes de radionavigation terrestres (VOR, TACAN, DME, ILS, MLS, LORAN).
Les systèmes de radionavigation par satellites.
Présentation du système GPS et des signaux GPS. La performance du système GPS.
Mesures GPS, calcul de la position et vitesse.
Les limitations du GPS : intégrité, tenue au brouillage, masquage, précision...
Les techniques d?amélioration du GPS :
techniques différentielles de localisation GPS,
contrôle d'intégrité : algorithmes FDE,
augmentation de la constellation (LAAS, SBAS),
modernisation du GPS (nouveaux signaux),
amélioration de la tenue au brouillage par aide inertielle, par antennes actives (CRPA).
Le système Galileo, ses signaux et ses services.
Les autres systèmes de radionavigation par satellites (en service ou en développement).
Navigation hybride Enjeux de la navigation hybride.
Introduction au filtrage statistique : filtrage de Kalman.
Etude d'un exemple simple : hybridation d'une centrale inertielle avec un baro-altimètre par filtre
de Kalman étendu (EKF).
Les hybridations entre navigation inertielle et radionavigation (couplage lâche, serré, ultra serré).
Autres techniques de filtrage statistique pour la navigation hybride (UKF, filtrage particulaire..).
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Traitement des images : méthodes et outils Responsable pédagogique : Elisabeth Lahalle, ([email protected])
Durée : 24h
Le but de cet enseignement est d'exposer les méthodes d'analyse d'images choisies pour leur
pertinence ou pour la qualité des résultats obtenus. Le terme générique d'analyse d'image
désigne l'ensemble des opérations suivantes : à partir d'une image numérique, il convient
d'extraire les informations pertinentes en regard de l'application concernée, les traiter et les
interpréter. La modélisation préalable de l'information, les prétraitements permettant de garantir
une bonne qualité d'image, la détection et l'estimation d'attributs de régions ou de points d'intérêt
sont les différentes phases de traitement d'images que l'on souhaite détailler en s'appuyant sur
des concepts et des méthodes qui ont fait leur preuve. L'ingénieur doit pouvoir conceptualiser et
segmenter un problème de traitement d'images selon ces axes en ayant à l'esprit les outils
candidats et leurs conditions d'utilisation.
Généralités Définitions.
Objectifs.
Propriétés statistiques et spectrales-modèles Histogramme.
Entropie.
Fonction de corrélation.
Représentation fréquentielle.
Modèles d'images.
Attributs de région Texture.
Attributs stochastiques.
Matrice de cooccurence.
Echantillonnage-interpolation-représentations discrètes Echantillonnage.
Interpolations.
Partitions élémentaires.
Structures hiérarchiques : pyramides, ondelettes, trames.
Prétraitements Correction : compensation de fond, égalisation de caméra.
Réhaussement de contraste : LUT, Pseudo-couleurs, Modifications et égalisation d'histogramme,
filtrage linéaire.
Réduction de bruit : modèle de bruit, filtrage linéaire, filtrage d'ordre, filtrage homorphique,
filtrage par équation de diffusion.
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Restauration d'images : filtrage de Wiener, régularisation.
Morphologie mathématique Les opérateurs de base : érosion, dilatation, ouverture et fermeture.
Les transformations morphologiques en analyse d'images binaires et à niveaux de gris.
Détection de contours Approches classiques : Sobel, DOG, LOG
Approches analytiques : Canny, Deriche
Le principe d'une détection par la technique des contours actifs.
Détection d'attributs particuliers Recherche de forme : Transformée de Hough, descripteur de Fourier.
Recherche de points singuliers.
Segmentation par régions Les méthodes sur histogramme : K-means.
Les méthodes par transformation de région : analyse des statistiques locales et croissance de
région sur critères.
33
Applications du traitement des images Responsable pédagogique : Lionel Husson ([email protected])
Durée : 24h
L'application à l'imagerie médicale est exposée selon trois axes : de l'analyse des besoins
spécifiques des radiologues, de la caractérisation des systèmes d'imagerie, aux traitements visant
une meilleure exploitation de l'information contenue dans les images fournies par ces systèmes.
Les ultrasons, de par leur pouvoir de pénétration dans les solides et la résolution spatiale qu'ils
permettent sont une des méthodes les plus utilisées en contrôle industriel. Les images formées à
partir des signaux recueillis sont exploitées à des fins de diagnostic sur le matériel inspecté.
L'objectif de ce cours est de donner un aperçu général de la thématique 'image" dans ce contexte
applicatif. On présentera ainsi les différentes techniques d'imagerie des signaux ultrasonores
(transitoires, de fréquence centrale de l'ordre du MHz,) et les traitements les plus utilisés. On
mettra en perspective les problématiques spécifiques au domaine. On s'attachera
particulièrement aux avancées les plus récentes relatives aux acquisitions multi-éléments (mise
en oeuvre de réseaux de transducteurs pilotés indépendamment) et aux algorithmes de
reconstruction qui leur sont associés.
Les principes physiques sur lesquels s'appuie l'utilisation de données de télédétection optique
pour le suivi de la végétation sera exposé. Après une brève présentation des grandeurs physiques
utiles pour le suivi de la végétation, le cours détaillera les méthodes de détection nuageuse et de
correction atmosphérique, abordera l'estimation des variables biophysiques couramment
utilisées, avant de présenter différentes applications de l'imagerie spatiale pour le suivi de la
végétation (agriculture, forêts, cycles de l'eau et du carbone...).
Les principes fondamentaux de stéréoscopie spatiale ainsi que les méthodes d'extraction
d'information tridimensionnelle sera exposé. Les principes de base de restitution du relief sont
présentés incluant les notions d'angles stéréoscopiques, de géométrie épipolaires et de mesures
de disparités. Une description préalable de la géométrie de prise de vue est nécessaire incluant
la modélisation géométrique, l'affinage des modèles géométriques et la spatio-triangulation. Au-
delà des méthodes, quelques aspects algorithmiques seront avancés sans pour autant en faire
l'essentiel du cours.
Imagerie médicale Contexte général. Radiographies. Médecine nucléaire. IRM. Échographie. Reconstruction
tomographique.
Imagerie Ultrasonore en contrôle non destructif Contexte applicatif, le CND par ultrasons : Généralités, principes, spécificités
L'imagerie ultrasonore en CND : Ascan, Bscan, Cscan, etc.
Les traitements classiques en CND et leur application : Images segmentées, images redressées.
Les techniques multi-éléments et nouvelles imageries : Principes généraux, focalisation
synthétique...
Exemples applicatifs.
34
Principes physiques pour la télédétection optique des terres émergées ; suivi de la
végétation Le suivi de la végétation par satellite est l'un des grands domaines d'application de l'imagerie
spatiale et plusieurs systèmes satellitaires optiques lui sont presque entièrement dédiés : les
satellites LANDSAT (USA), les satellites SPOT (France, avec bien d'autres applications),
l'instrument VEGETATION sur SPOT4 et SPOT5, les satellites Alllemands RapidEye, et dans un
proche avenir les satellites Venµs (Franco-Israelien), Sentinelle 2 (ESA), EnMap (Allemand),
LDCM (USA)...
L'obtention de données de qualité et facilement utilisables n'est cependant pas immédiate, du fait
de la présence perturbatrice de l'atmosphère et des nuages, des effets directionnels (la propriétés
réflectives dépendent des angles d'observation et de la direction solaire) et topographiques, et de
la complexité et de la diversité naturelle des plantes et des sols observés.
Les futurs satellites Venµs et Sentinelle 2 ont été conçus pour minimiser les difficultés liées à
l'atmosphère et faciliter l'utilisation des données spatiales, ouvrant le champ à des applications
nouvelles, plus précises et plus opérationnelles. Le cours proposé abordera tous ces aspects.
Extraction d'nformations à partir d'images d'observation de la terre Mise en place d'une cartographie de l'occupation des sols et de son évolution
Par occupation des sols, on désigne le type de couverture (sol nu, végétation, urbain, route, eau,
etc.). Cette nomenclature de classes peut être plus ou moins détaillée en fonction du domaine
d'application et des images disponibles.
Introduction aux techniques d'extraction d'informations qui sont couramment appliquées en
observation de la Terre par télédétection
Classification et segmentation d'images, reconnaissance d'objets et détection de changements.
Ces techniques seront présentées à l'aide d'exemples sur des données réelles et de démonstrations
basées sur le logiciel libre Monteverdi développé par le CNES.
Extraction d'une information 3D à partir d'images satellitaires La mise à disposition d'images satellitaires ou aériennes haute résolution a permis le
développement de nouvelles applications dont notamment la restitution du relief par stéréoscopie.
En effet, le relief génère des déformations géométrique des images et il est donc possible, à partir
de ces déformations, de le mesurer. Pour cela, il est nécessaire de disposer d'au moins deux
images de la même zone, acquises sous des angles d'incidence différents. Ces deux images
forment un couple stéréoscopique.
La précision de la mesure du relief, appelée précision altimétrique, est fonction du facteur B/H. B
représente la distance entre les deux satellites et est appelée base. La hauteur H représente
l'altitude moyenne des satellites.
Cette précision de mesure dépend également de la précision de la modélisation géométrique des
images. Le modèle géométrique permet d'établir une correspondance entre chaque pixel de
l'image et sa localisation au sol. On rappellera au préalable ces notions de modélisation
géométrique et les différentes techniques pour établir et améliorer la précision de ces modèles.
Lorsque la modélisation géométrique est parfaitement connue il est alors possible de restituer
automatiquement un modèle numérique de surface de la scène imagée. Les méthodes classiques
de restitution 3D seront présentées ainsi que quelques astuces algorithmiques et les précisions de
restitution associées.
On terminera par la présentation de différentes applications de ces techniques.
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Méthodes de l'automatique : principes et mise en œuvre Responsable pédagogique : Gilles Duc ([email protected])
Durée : 24h
Le cours a pour but de présenter de façon simple et synthétique un panorama des principales
méthodes de l'automatique (non limité aux méthodes de commande), en illustrant
systématiquement les développements par des études de cas (TD sous Matlab notamment).
Identification On présente des méthodes permettant de déterminer un modèle linéaire d'un processus dynamique à partir de
données expérimentales.
Filtrage de Kalman Le filtrage de Kalman permet, à partir d'une modélisation sous forme d'équations d'état, d'estimer un message utile à
partir de données bruitées.
Structure RST, commande polynomiale La structure RST est une façon très générale de représenter un correcteur linéaire au moyen de 3 polynômes. La
synthèse de ceux-ci est obtenue ici en choisissant les pôles du système en boucle fermée.
Commande prédictive A partir d'un modèle du système, la commande prédictive a pour principe d'anticiper les consignes futures,
lorsqu'elles sont connues, pour calculer la commande. Elle peut déboucher sur la synthèse d'un régulateur sous forme
RST ou sous forme d'un retour d'état.
Commande par retour d'état et observateur A partir d'un processus décrit sous forme d'équations d'état, la synthèse de la commande s'effectue en 2 étapes :
synthèse d'un retour d'état en supposant accessibles toutes les informations nécessaires ; calcul d'un observateur pour
reconstruire les informations manquantes.
Commande H-infini Cette approche se présente comme une extension de l'automatique fréquentielle étudiée en tronc commun. Elle offre
un cadre très général permettant de gérer plus efficacement les compromis performance-robustesse.
Analyse des systèmes non-linéaires Pour les systèmes non linéaires dynamiques, la théorie générale de la stabilité s'appuie essentiellement sur les travaux
de Lyapunov. On n’étudie ici que les concepts les plus couramment utilisés. Dans le cas critique où la théorie de
Lyapunov ne permet pas de conclure, on peut faire appel à la théorie de la variété centrale.
Commande floue La logique floue propose un mode de représentation plus qualitatif que quantitatif. La commande floue, basée sur ce
mode de représentation, n'utilise pas de modèle mathématique du système comme les approches classiques de
commande : elle modélise qualitativement le comportement d'un expert pour commander le système et permet donc
de capitaliser le savoir-faire humain.