Soutenance de thèse
Navish LALLBEEHARRY
Mercredi 05 décembre 2018 à 10h30
IUT A Avenue Paul Langevin, 59650 Villeneuve-d’Ascq – salle hemicycle
Jury:
- Jean-Charles LE BUNETEL (Université de Tours, Rapporteur),
- Christophe BATARD (Université de Nantes, Rapporteur)
- Véronique MOEYAERT (Université de Mons, Examinateur)
- Pierre DéGAUQUE (Université de Lille, Examinateur)
- Virginie DéGARDIN (Université de Lille,Directeur de thèse)
Résumé :
| Dans le contexte des avions plus électriques de nouvelle génération, connus sous la dénomination MEA (More Electrical Aircraft), le remplacement des sources d’énergie hydraulique et pneumatique par des sources d’énergie électrique conduit à une augmentation de la puissance électrique nécessaire et à un accroissement des besoins de communication entre systèmes. Cela implique des câbles et des connexions supplémentaires, avec des conséquences en termes de poids, de fiabilité et de maintenance. Les besoins de communication et la surveillance des réseaux électriques sont ainsi devenus une des priorités du monde de l’aéronautique. Dans ce contexte, une solution envisageable pour pallier à ces besoins de communication croissant tout en limitant le poids, consiste à combiner la transmission des données avec celle de la puissance et qui est souvent appelée «transmission par courant porteur en ligne » (CPL).
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent dans un premier temps sur la fiabilisation de la technologie CPL et dans un second temps sur le diagnostic de réseaux filaires en utilisant le CPL dans le contexte aéronautique. Il s’agit tout d’abord de réaliser un travail concernant la synchronisation OFDM dans une chaine de communication CPL pour les données de systèmes avioniques. L’objectif de l’étude est de fiabiliser le lien CPL en respectant les contraintes de temps de latence imposées par le domaine aéronautique. Un dimensionnement des paramètres du lien CPL a d’abord été réalisé tout en prenant en compte le cahier des charges issu de notre collaborateur industriel SAFRAN Electrical & Power. Nous avons introduit des erreurs de fréquence d’échantillonnage afin d’estimer les effets d’une désynchronisation sur le taux d’erreurs binaires. Ensuite une optimisation d’un algorithme d’estimation de l’erreur a été étudiée. Réalisée en mode aveugle c’est à dire sans l’utilisation des symboles ou sous porteuses pilotes, cette technique d’estimation nous permet d’avoir une estimation du déphasage subi par les symboles à la réception, et pour atteindre des taux d’erreurs de 10-3 avec correction du déphasage, la puissance émise ne doit être supérieure que de 2 à 3 dB par rapport au cas de référence sans erreur de synchronisation, quelle que soit la valeur de l’erreur de fréquence d’échantillonnage dans des canaux aéronautiques. La seconde partie de la thèse est consacrée à la surveillance des réseaux filaires embarqués, l’objectif étant d’utiliser la communication CPL comme moyen de détection de défaut. Nous avons centré notre étude sur la détection d’un défaut suite à un arc électrique, modélisé par une résistance parallèle, et donc connectée entre les 2 fils du bifilaire CPL, ou d’un défaut dans une connectique, modélisé par une résistance série sur un fil de la bifilaire. Contrairement à la réflectométrie, technologie principalement adressée pour la détection de défaut dans les câbles et qui se basent sur le traitement des signaux réfléchis sur un canal de transmission, nous nous sommes focalisés sur l’étude des signaux transmis. Nous avons conçu une stratégie de détection de défaut sur un câble sur la base d’une comparaison entre les estimations de la fonction de transfert du canal sain, et celles du canal avec défaut et qui sont déduites des caractéristiques des signaux CPL reçus. Afin de disposer des caractéristiques de canaux avec et sans défaut, un banc de test représentatif d’un harnais multibranches a été conçu avec différents échantillons de défauts résistifs. Nous avons proposé plusieurs coefficients de détection de défauts basés sur la corrélation, et la distance euclidienne ainsi qu’un algorithme aveugle basé sur les symboles reçus. Afin d’éviter des cas de fausse alarme ou d’absence de détection, des seuils de détection ont été discutés. Les différents coefficients de détection et les seuils ont été comparés et éprouvés en présence de bruit blanc en termes de la puissance émise, et du taux de détection. Nous avons proposé ainsi une stratégie de détection basée sur l’utilisation concomitante et redondante de 2 coefficients de détection avec une utilisation systématique de l’algorithme aveugle pendant la transmission d’information pour une surveillance continue du canal et une utilisation d’un coefficient basé sur la corrélation pendant l’envoi de trames pilotes pour une surveillance ponctuelle du canal. |
Abstract :
In the context of modern generation electric aircrafts, known as MEA (More Electrical Aircraft), the replacement of hydraulic and pneumatic energy sources by electrical energy sources leads to an increase in the electrical power required and an increase in communication needs between systems. This involves additional cables and connections, with consequences in terms of weight, reliability and maintenance. Communication needs and the monitoring of electrical networks have thus become one of the priorities in the avionic sector. In this context, a possible solution to overcome these increasing communication needs while limiting the weight, is to combine the transmission of data with power and which is often called « Power Line Communications » (PLC).
The research presented in this thesis focuses firstly on the reliability of PLC technology and secondly on the diagnosis of wired networks using PLC in the aeronautical sector. First of all, we studied the OFDM synchronization in a PLC communication chain for data transmission on avionic systems. The objective of the study is to make the PLC link more reliable by respecting the latency constraints set in the aeronautical domain. A characterization of the parameters of the PLC link was first carried out while taking into account the specifications from our industrial collaborator SAFRAN Electrical & Power. We introduced sampling frequency errors in order to analyze the effects of sampling frequency desynchronization on the bit error rate. We then proposed an optimized algorithm for error estimation. Carried out in blind mode, that is without the use of pilot symbols or subcarriers, this technique allows us to estimate the phase shift of the symbols at the receivers end. To obtain error rates of 10-3 with phase shift correction, the transmitted power shall not be more than 2 to 3 dB higher than the reference case without a synchronization error, regardless of the value of the sampling frequency error in the measured aeronautic channels.
The second contribution of the thesis is devoted to the monitoring of embedded wired networks and the objective being to use PLC communication as a mean of detecting a fault. We focused our study on the detection of a fault following an electric arc, modeled by a parallel resistance, and therefore connected between two wires, or a connection fault, modeled by a series resistance on a wire of the two-wired cable. Unlike reflectometry techniques whereby fault detection is based on analyzing the reflected signals, we focused our study on the evaluation of the transmitted signals. We designed a fault detection strategy on a cable based on a comparison between the estimates of the healthy channel transfer function, and those of the faulty channels, which are deduced from the characteristics of the received PLC signals. In order to have the channel characteristics with and without faults, a test bench of a multi-branch harness has been designed with different resistive fault samples. We proposed several correlation-based fault detection coefficients, Euclidean distance, and a blind algorithm based on received symbols. In order to avoid false alarms or no detection, detection thresholds were discussed. The different detection coefficients and the thresholds were compared and tested in the presence of white noise in terms of the transmitted power and the detection rate. We thus proposed a detection strategy combining the use of 2 detection coefficients with a systematic use of the blind algorithm during the transmission of information for a continuous monitoring of the channel and the use of a correlation based coefficient during the transmission of pilot frames for channel monitoring purposes.
