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Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome

Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome. Solange Lemai , Marie-Claire Charmeau CNES Xavier Olive Alcatel Alenia Space. JFPDA – 12 mai 2006. Plan. Autonomie pour les systèmes spatiaux Besoins et bénéfices Architecture décisionnelle

nicole
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Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome

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  1. Intégrer des planificateurs dans le logiciel de vol d'un satellite autonome Solange Lemai, Marie-Claire Charmeau CNES Xavier Olive Alcatel Alenia Space JFPDA – 12 mai 2006

  2. Plan • Autonomie pour les systèmes spatiaux • Besoins et bénéfices • Architecture décisionnelle • Architecture sur trois niveaux hiérarchiques • Exemple de niveau décisionnel • Intégration et coordination de plusieurs planificateurs spécialisés • Exécutif décisionnel • Un superviseur générique à base d'automates pour contrôler les planificateurs et l'exécution du plan • Expérimentation • Implémentation du niveau décisionnel sur un banc de test à Alcatel Alenia Space • A suivre ... JFPDA - 12 mai 2006

  3. Autonomie pour les système spatiaux Besoins/fonctionnalités • autonomie – maintien à poste • contrôle d'orbite(calcul à bord des manoeuvres de correction d'orbite) • guidage(calcul des consignes d'attitude, des profils pour sat. agile) • orbitographie(calcul des données orbitales, ...) • autonomie – FDIR • diagnostic de panne • reconfiguration automatique • reprise de mission autonome • autonomie – commande/contrôle • programmation sur événement(déclenchement de commandes basé sur la surveillance d’événements: date, événement orbital, alarme FDIR, etc.) • planification(élaboration des plans d’activités des charges utiles et/ou de la plate-forme à partir d’objectifs fournis par le sol) • reprogrammation dynamique (adaptation du plan d’activités en fonction du contexte détecté à bord: nouveaux objectifs, variation des ressources) JFPDA - 12 mai 2006

  4. Autonomie pour les système spatiaux Bénéfices JFPDA - 12 mai 2006

  5. Autonomie pour les système spatiaux Exemples d'expérimentation en vol JFPDA - 12 mai 2006

  6. Niveau décisionnel Niveau décisionnel Estimation Estimation durées & rsces durées & rsces Planificateurs Planificateurs Planificateurs Gestion Gestion plan Gestion requêtes Gestion plan requêtes Exécutif Suivi de l'état Exécutif décisionnel Suivi de l'état décisionnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Gestion Gestion Gestion FDIR FDIR FDIR Exécutif Exécutif Exécutif Gestion FDIR Exécutif Interfaces Interfaces Interfaces opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel Interfaces opérationnel opérationnel bord/sol bord/sol bord/sol bord/sol Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Propagateur Propagateur Propagateur orbite orbite orbite Guidage Guidage Guidage Analyse Analyse Analyse données données données Calcul Calcul Calcul manoeuvres manoeuvres manoeuvres COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR Niveau équipements Niveau équipements Niveau équipements Architecture décisionnelle Niveaux hiérarchiques • Niveaux hiérarchiques • temps de réaction différents, • représentations de données plus ou moins abstraites • vision de l'état du système locale ou globale • FDIR répartie • détection et reconfiguration locale dans les sous-systèmes du niveau fonctionnel, • diagnostic et reconfiguration globale au niveau opérationnel, • prévention au niveau décisionnel • Interactions bord/sol • requêtes, plan, OBCP, TC JFPDA - 12 mai 2006

  7. Niveau décisionnel Niveau décisionnel Estimation Estimation durées & rsces durées & rsces Planificateurs Planificateurs Planificateurs Gestion Gestion plan Gestion requêtes Gestion plan requêtes Exécutif Suivi de l'état Exécutif décisionnel Suivi de l'état décisionnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Gestion Gestion Gestion FDIR FDIR FDIR Exécutif Exécutif Exécutif Gestion FDIR Exécutif Interfaces Interfaces Interfaces opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel Interfaces opérationnel opérationnel bord/sol bord/sol bord/sol bord/sol Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Propagateur Propagateur Propagateur orbite orbite orbite Guidage Guidage Guidage Analyse Analyse Analyse données données données Calcul Calcul Calcul manoeuvres manoeuvres manoeuvres COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR Niveau équipements Niveau équipements Niveau équipements Architecture décisionnelle Niveau fonctionnel • Communication • réception TC, émissionTM, ctrl antennes • Gestion du ctrl thermique • Gestion de l'alimentation • SCAO • estimation d'attitude • navigation • propagation d'orbite • guidage • calcul des manoeuvres de correction d'orbite • ctrl des actionneurs • Charge utile • gestion des instruments dédiés à la mission JFPDA - 12 mai 2006

  8. Niveau décisionnel Niveau décisionnel Estimation Estimation durées & rsces durées & rsces Planificateurs Planificateurs Planificateurs Gestion Gestion plan Gestion requêtes Gestion plan requêtes Exécutif Suivi de l'état Exécutif décisionnel Suivi de l'état décisionnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Gestion Gestion Gestion FDIR FDIR FDIR Exécutif Exécutif Exécutif Gestion FDIR Exécutif Interfaces Interfaces Interfaces opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel Interfaces opérationnel opérationnel bord/sol bord/sol bord/sol bord/sol Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Propagateur Propagateur Propagateur orbite orbite orbite Guidage Guidage Guidage Analyse Analyse Analyse données données données Calcul Calcul Calcul manoeuvres manoeuvres manoeuvres COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR Niveau équipements Niveau équipements Niveau équipements Architecture décisionnelle Niveau opérationnel • Exécutif opérationnel • exécution du plan de travail • gestion des modes du satellite • appliquer les actions de reconfiguration • FDIR opérationnel • détection, localisation et planification d'actions de reconfiguration • Gestion interfaces Bord/Sol • distribution des "commandes" venant du sol • configuration de la télémétrie JFPDA - 12 mai 2006

  9. Niveau décisionnel Niveau décisionnel Estimation Estimation durées & rsces durées & rsces Planificateurs Planificateurs Planificateurs Gestion Gestion plan Gestion requêtes Gestion plan requêtes Exécutif Suivi de l'état Exécutif décisionnel Suivi de l'état décisionnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Niveau opérationnel Gestion Gestion Gestion FDIR FDIR FDIR Exécutif Exécutif Exécutif Gestion FDIR Exécutif Interfaces Interfaces Interfaces opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel opérationnel Interfaces opérationnel opérationnel bord/sol bord/sol bord/sol bord/sol Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Niveau fonctionnel Propagateur Propagateur Propagateur orbite orbite orbite Guidage Guidage Guidage Analyse Analyse Analyse données données données Calcul Calcul Calcul manoeuvres manoeuvres manoeuvres COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU COM COM THERM THERM NRJ NRJ SCAO SCAO NAV NAV CU CU FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR FDIR Niveau équipements Niveau équipements Niveau équipements Architecture décisionnelle Niveau décisionnel • "Planificateurs" • raisonner à plus ou moins long terme • "généraliste" ou "spécialisé" • plus ou moins réactif • dédié à la modification de plan • Gestion requêtes • maintenir une liste de requêtes et leur statut • "Planning experts" • fournir en ligne des estimations sur les délais, durées d'activité et consommation de ressource • Gestion du plan courant • Suivi de l'état (prévention) • Exécutif décisionnel • Modes (inactif, avec/sans planif.) JFPDA - 12 mai 2006

  10. Exemple de niveau décisionnel Mission Thèse ONERA/CNES – Sylvain Damiani "Gestion d'une constellation de satellites de surveillance de la Terre: autonomie et coordination" - Orbitographie - Analyse des données - Planification - Reprogrammation dynamique → Réactivité JFPDA - 12 mai 2006

  11. Niveau décisionnel Gestion requêtes d'observations Gestion plan Exécutif décisionnel Suivi de l'état Estimateur téléd. Planif télédéchargements Règle décision simple Planif. observations Exemple de niveau décisionnel JFPDA - 12 mai 2006

  12. planificateur = activité à contrôler au même titre que les activités du plan contrôle = décider du lancement ou de l'arrêt d'une activité Exemple de niveau décisionnel Coordination de planificateurs spécialisés Planificateurs • comportements et conditions d'activation variés • interruptible/non interruptible, durée limitée, activation sur événement ... • coordination • utilisation des résultats d'un autre planificateur, • choix entre plusieurs planificateurs selon le contexte Exécutif décisionnel • Rôle : contrôler l'exécution des activités du plan et contrôler les planificateurs • But : superviseur indépendant de l'application qui contrôle des activités à comportement varié JFPDA - 12 mai 2006

  13. IdleStarting TrStart/startA, set(Ltm) Ltm/ LtmA Ltm/LtmA (Lc&Lca& activity_is_in_state_IdleExecution)/exec, reset(Ltm) Starting Enable Starting Condition Lca Activité en attente Lca/Alc Exécutif décisionnel Schéma de contrôle générique Deux automates d'état pour gérer • une activité en attente de lancement • [déclencheur, préconditions, délai] • une activité en cours d'exécution • [conditions à maintenir pendant l'exécution] • [durée maximale] • [déclencheur de l'arrêt] • [conditions pour lancer une procédure d'arrêt] • [attente de bilan] • ... • Conditions "contingentes", "contrôlables" JFPDA - 12 mai 2006

  14. Interface CV Events, commands A(p) Events, commands TrStart, TrStop, fR, exec Exécutif décisionnel Implémentation Exécutif défini par : • un ensemble d'activités, (ex. observation, planificateur d'observations, etc.) • des signaux en entrée et sortie • une instanciation du schéma de contrôle pour chaque activité • des "variables de contrôle" représentant le contexte d'exécution et leur évolution en fonction des signaux entrants et sortants JFPDA - 12 mai 2006

  15. Exécutif décisionnel Instanciation pour l'application étudiée • 7 activités • 2 pour les activités du plan (observation et télédéchargement) • 4 pour les planificateurs • 1 pour gérer le mode du niveau décisionnel • 10 signaux entrants (alarme du suivi de l'état, alarme du niveau opérationnel, bilans sur l'exécution des activités du plan, événement signalant l'insertion d'activités dans le plan, etc.) • 22 signaux sortants (commandes d'activation et d'arrêt ...) • 6 variables de contrôle • visibilité avec une station sol • plan de télédéchargement disponible pour la prochaine fenêtre de visibilité • etc. JFPDA - 12 mai 2006

  16. Exécutif décisionnel Schéma pour le planificateur d'observations JFPDA - 12 mai 2006

  17. Composantsdécisionnels GestionOBCP Gestionbatterie SCAO Services(TM, TC, temps, ...) Bus logiciel OS etHardware Dependent Software Hardware Expérimentation Architecture Plug&Play Alcatel Alenia Space Niveau décisionnel Niveau fonctionnel Niveauopérationnel ... JFPDA - 12 mai 2006

  18. OBCP "exécutif opérationnel" Expérimentation Maquette - gestion du plan courant - suivi de l'état - gestion des requêtes - planificateurs d'observations (anytime et règle de décision simple) - planificateurs de télédéchargement - automate - contrôle les planificateurs - interface avec le niveau opérationnel Niveau décisionnel Executive PlanDatabase Planning Niveau fonctionnel OrbitPropagator SatSimu DataAnalysis simule la détection de feux simule l'exécution des activités et l'évolution de l'état du satellite simule le calcul des évnts orbitaux (survols des zones à observer, fenêtres de visibilité, fenêtres d'éclairement) JFPDA - 12 mai 2006

  19. Niveau décisionnel Executive PlanDatabase OBCP Planning Niveau fonctionnel OrbitPropagator SatSimu DataAnalysis A suivre... Test des performances • Espace mémoire limité, allocation statique • exploration de l'espace d'états, discrétisation du temps et des niveaux de ressources→ compromis qualité de la décision / mémoire • ex. pour le planificateur d'observationsNbNiveauxEnergie * NbNiveauxMémoire * NbRequêtes(structure de données de 20 Mo) JFPDA - 12 mai 2006

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