Logiciels embarqués spatiaux

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 Les logiciels embarqués spatiaux au LESIA

La complexité croissante des projets scientifiques spatiaux met de plus en plus au premier plan les traitements numériques effectués par les instruments eux-mêmes (les traitements bord). Ceux-ci sont habituellement implémentés dans des logiciels embarqués au sein d’unités de traitement numérique appelées DPU (Digital Process Unit). Ces logiciels, appelés logiciels de bord ou logiciels de vol, ont pour principales tâches de :

• gérer la communication avec la plate-forme satellitaire qui héberge l’instrument,
• prendre en charge le pilotage et le monitoring des modules matériels en interface directe avec les détecteurs (CCD, bolomètres, antennes, etc.),
• piloter et synchroniser les sous-systèmes instrumentaux (modules à effet Peltier, obturateurs, etc.),
• réaliser des traitements visant à extraire l’information pertinente dans le flot de données transmis par les détecteurs, en améliorant le rapport signal sur bruit ou encore en corrigeant les données d’un certain nombre de perturbations dues à l’environnement ou au bougé du satellite,
• réduire, réguler et compresser le flot de données qui est transmis au sol par le satellite sous la forme de télémétries,
• fournir éventuellement à la plate-forme satellitaire des informations issues de calculs d’écartométrie qui serviront à accroître la précision du pointage.

Les logiciels de vol présentent un certain nombre de caractéristiques et de spécificités qui rendent leur développement, leur utilisation et leur maintenance relativement complexes.

Savoir-faire du LESIA

Le LESIA, à travers l’équipe Logiciels de vol du SII, dispose d’un savoir-faire qui couvre l’ensemble du cycle de vie des logiciels embarqués spatiaux . En particulier, l’équipe Logiciels de vol du SII possède une expertise dans les domaines suivants :

• études de faisabilité et de dimensionnement,
• gestion des exigences techniques et scientifiques,
• spécification des interfaces bord-bord (entre la plate-forme et l’instrument ou au sein de l’instrument) et des interfaces bord-sol (télécommandes et télémétries),
• conception architecturale et conception détaillée,
• mise au point d’algorithmes avancés de traitement d’images et de traitement du signal,
• tests et validations,
• suivi technique durant les missions.

Projets

L’équipe Logiciels de vol du SII est impliquée dans plusieurs missions en cours d’exploitation ou en phase de préparation.

Dans le cadre du projet CoRoT, le LESIA a participé au dimensionnement, à la spécification et à la validation du logiciel de vol. Durant toute la phase d’exploitation du satellite CoRoT, l’équipe Logiciels de vol du SII a régulièrement été consultée sur des points nécessitant une expertise fine sur le fonctionnement de l’unité de traitement numérique.

En ce qui concerne les projets en préparation, le LESIA est actuellement responsable de l’étude et du développement de plusieurs logiciels de vol pour les missions suivantes :

• RPW sur Solar Orbiter (en exploitation depuis février 2020) :
  • développement du logiciel de vol du calculateur de l’instrument RPW (commande/contrôle des sous-systèmes instrumentaux, compression des données scientifiques, détection d’événements de type "shock crossing" et "type III", surveillance active de l’instrument, gestion des mécanismes FDIR, etc.) ;
• PLATO (en développement) :
  • développement du logiciel de vol des N-DPU.

R&D et veille technologique

Dans le domaine des logiciels embarqués spatiaux, disposer de technologies, d’outils et de processus offrant un fort degré de généricité et de productivité est un véritable enjeu. En effet, plus que jamais, il devient nécessaire d’avoir simultanément la possibilité de mener des études de dimensionnement coûteuses, d’être en mesure de répondre correctement aux appels d’offres lancés par les agences spatiales et de mener à bien les développements des projets sélectionnés.

Parallèlement à sa participation aux projets spatiaux instrumentaux, l’équipe Logiciels de vol du SII mène des d’études de R&D et réalise une veille technologique permanente dans le but de concevoir et mettre en place des technologies, des outils et des processus génériques pour le développement des logiciels embarqués spatiaux.

Ces études de R&D s’articulent essentiellement autour de trois axes :

• les composants logiciels génériques pour l’embarqué spatial ;
• les outils logiciels pour le développement, les tests et la simulation ;
• les méthodes et les processus de développement.

Les objectifs poursuivis sont de :

• diminuer la durée du développement des logiciels de vol,
• réduire l’effort pour le développement des systèmes de tests et d’intégration,
• minimiser le besoin en termes de ressources humaines,
• améliorer la qualité des produits livrés,
• permettre le prototypage rapide des logiciels de vol et le dimensionnement du matériel de vol.

Dans le cadre de ces études, l’équipe Logiciels de vol du SII a conçu une plate-forme générique pour le développement des logiciels scientifiques embarqués dans des instruments spatiaux : la plate-forme GERICOS. Cette plate-forme est actuellement utilisée dans le cadre des projets RPW (Solar Orbiter) et PLATO. Cette plate-forme intègre les technologies incontournables de l’industrie spatiale comme le processeur LEON ou les liens SpaceWire, mais elle agrège aussi de nombreux concepts, pratiques et outils issus des technologies de l’information comme la programmation objets ou l’ingénierie basée sur les modèles.

Contact : Philippe Plasson

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