Arbre de défaillance d’un GPS

Arbre de défaillance d’un GPS

Sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE

Pierre DAVYMaxime LE CADRE

4°Année3 novembre 2008

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PLAN1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique

2 . Analyse fonctionnelle - Actigrammes A0………A6

3 . Arbre de défaillance - 11 étapes de l’analyse

4 . Conclusion - Analyse - Organisation - Apport

Soutenance projet sureté de fonctionnementJean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE

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INTRODUCTION1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique

2 . Analyse fonctionnelle

3 . Arbre de défaillance

4 . Conclusion


• Système électronique en relation avec les S.E.

• Le GPS : un composant transversal dans les dominantes

• Découvrir un produit utilisé dans la vie courante

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Présentation générale


• Un système de positionnement mondial• Opérationnel pour l’armée américaine en 1978

• Espionnage/Surveillance d’un territoire• Guidage de missiles (+ précis, - de dommages collatéraux)• Positionnement des forces tactiques

• Accessible aux civils depuis 1991• Guidage des aéronefs• Calcul d’itinéraires routiers, maritimes, pédestres…• Localisation de véhicules volés (idSat)

• Précision de l’ordre de 10 m• Constellation de 32 satellites• Des systèmes alternatifs

(GLONASS, běidǒu, IRNSS, QZSS, Galileo, DORIS)( Russe Chinois Indien Japonais Européen Français)

1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique



4 . Conclusion

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Théorie mathématique


• « Principe d’une onde radio qui avance à la vitesse de la lumière qui met un certain temps à parcourir une distance de A vers B »

• Avec 3 satellites on peut trianguler la position

• Cependant les horloges ne sont pas synchrones

• On mesure alors la différence tAB entre le temps d’arrivé du top venant de A et le top venant de B

• On obtient le lieu LAB des points R possible dAR - dBR = c.tAB (ellipsoïde dans l’espace)

• Avec 4 satellites, on a les coordonnées de R dans les 3 dimensions




4 . Conclusion

AB

CRTerre

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Système de coordonnées géodésique: le WGS 84

• Terre aplatie aux pôles Ellipsoïde• Surface équipotentielle de pesanteur Géoïde

• Un récepteur GPS utilise :• L’ellipsoïde pour déterminer sa position mathématique (latitude,

longitude et altitude)• Le géoïde pour déterminer la hauteur (Z)




4 . Conclusion

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Vitesse et effet Doppler

• « Une source émettrice d’ondes en déplacement comprime les ondes dans le sens du mouvement et les étire dans le sens inverse »

• On souhaite obtenir la vitesse du récepteur GPS : vitesse du satellite et fréquence du signal émis effet Doppler

• Relation de Doppler :

• Relations pour GPS mobile et Satellite mobile :

• En assemblant ces deux formules, on obtient :




4 . Conclusion

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Technique de transmission


• Domaine de fréquence : L1 = 1.6GHz et L2 = 1.2 GHz• Deux signaux transmis :

• Code Coarse/Acquisition (C/A) sur L1• Code Precision (P) sur L1 et L2 (annuler l’erreur induite par l’ionosphère)

• Méthodologie de transmission : Code-Division Multiple Access (CDMA) • Plusieurs émetteurs diffusent sur le même canal par étalement de

spectre (+ résistant aux interférences)

• Intercorrélation de 2 signaux très faible : un signal ne peut donc pas être pris pour une autre




4 . ConclusionSignal à transmettre data (50 bit/s)

Porteuse

Signal réellement transmis (1023 Mbit/s)

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Technique de décodage


• Pour faire réapparaître le signal d’origine :XOR entre la porteuse générée localement et le signal reçu

• La porteuse locale doit être la bonne (sur 32) et en phase :Le récepteur teste tous les C/A possibles avec plusieurs

décalages• Fiabilité du codage grâce à l’étalement de spectre et une intégration :

• Méthode superhétérodyne pour diminuer la fréquence à fantenne - fLO




4 . Conclusion

Signal transmis

Signal reçu

Erreurs durant la transmission

1 bit de donnée (20460 bits supposés constants)

Signal final après intégration

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Analyse fonctionnelle


Méthode SADT

Découpage en actigrammes :

1 . Introduction

2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6


4 . Conclusion

A0 Orienter et donner la vitesse à l'utilisateur

A1Réceptionner le signal

A2 Convertir la fréquence

A3 Traiter le signal

A31Démoduler le signal

A32Comparer les signaux

A33Générer code C/A local

A4 Analyser le signal

A5 Acquérir la commande

A6 Afficher les données

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Analyse fonctionnelle


Méthode SADT

Chaque actigramme se présente sous la forme :

• Alimentation électrique sous-entendue• Bits enable non indiqués dans les actigrammes

1 . Introduction



4 . Conclusion

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Réceptionner le signal

A1Convertir la fréquence

A2Traiter le signal

A3Analyser le signal

A4Acquérir la commande

A5

Afficher les données

A6

Util

isat

eur o

rient

é

A0

Sign

al G

PSCommande

Actigramme A0Orienter et donner la vitesse à l’utilisateur

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A1Réceptionner le signal

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A2Convertir la fréquence

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A3Traiter le signal

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A31Démoduler

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A32Comparer les signaux

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A33Générer le code C/A local

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A4Analyser le signal

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A5Acquérir la commande

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1 . Introduction



4 . Conclusion

Actigramme A6Afficher les données

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Objectifs de l’étude


« Calculer la probabilité d’un évènement redouté en fonction des probabilités d’occurrence de non fonctionnement des composants élémentaires. »

• Déterminer et visualiser l'ensemble des causes et des défauts qui pourraient entraîné l'apparition d'un événement redouté.

• Analyser et réduire les risques.• Appliquer une certification sur un produit

1 . Introduction


3 . Arbre de défaillance - Objectifs - Choix des normes - Evénement redouté - Définition / Limites - Evénements initiateurs - Analyse de fonctnt

- Création de l’arbre - Données de fiabilité - Probabilité - Facteurs d’importance - Synthèse

4 . Conclusion

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Choix des normes


• Méthode de type déductif avec représentation du système en statique• Partir d’un évènement redouté et remonter l’arbre pour trouver l’origine

du problème• Norme d’arbre de défaillance CEI 61025(Analyse par Arbre de Panne)• Logiciel RELEX®

• Créer un arbre de défaillance• Calculer la probabilité de l’évènement redouté

• Définition des icônes :• La porte OU :• Le rectangle : Evènement sommet ou intermédiaire• Le cercle : Evènement initiateur

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Evénement redouté


« Non fonctionnement du système de réception GPS »

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Définition du systèmeet de ses limites


• Récepteur GPS : • composants électroniques• Interface homme-machine (LCD, boutons)

• Nous considérons que :• les satellites n’ont jamais de désagréments • les stations américaines de contrôle ne tombent pas en panne• Pas de perturbation des éléments extérieures

(tunnel, champ électromagnétique élevé…)• Aucune défaillance de la batterie ni du transformateur électrique

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Evénements initiateurs


A1• Antenne multidirectionnelle• Connecteur BNC• Amplificateur LNA

A2• Oscillateur• Convertisseur HF/IF

A4• CPU

A6• Module LCD

A3• Inverseur• Bascule D• Compteur programmable• Porte XOR• Compresseur d’adresse• 2 x Multiplexeur• RAM• Verrou

A5• 8 x Boutons Poussoirs• Encodeur d’adresse

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Evènement redouté :Analyse de Fonctionnement


• Résultat d’un dysfonctionnement de un ou plusieurs composants• Des évènements sont liés sans faire appel aux événements du milieu

extérieur• Données de fiabilités d’un récepteur GPS à la première utilisation :

neuf et synchronisé avec au moins 4 satellites

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Tracé de l’arbre


Niveau 0

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Tracé de l’arbre


Niveau 1 A1 A2 Réception Conversion

A3 Traitement

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Tracé de l’arbre


Niveau 1

A5 A4 Commande A6 Analyse Affichage

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Tracé de l’arbre


Niveau 2A3 : Traitement

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Données de fiabilité


1 . Introduction




4 . Conclusion

Actigramme Composant Taux de défaillance A1

Ampli LNA 5

A2Convertisseur HF/IF 1Oscillateur 1

A3Inverseur 0,1Bascule D 0,1Compteur Programmable 0,1Portes XOR 0,01Compteur d'adresse 0,1Multiplexeur 0,1RAM 0,01Verrou 0,01

A4CPU 0,1

A5Encodeur 0,1Bouton Poussoir 1

A6Module LCD 2,5

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Calcul de la probabilité de l’évènement redouté


Après calcul avec le logiciel Relex®,la probabilité de l’évènement redouté« Non fonctionnement du récepteur GPS » est de : 0,0230969 défaillances pour mille d’heures

1 . Introduction




4 . Conclusion

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Calcul des facteurs d’importances


1 . Introduction




4 . Conclusion

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

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Synthèse et recommandations


1 . Introduction




4 . Conclusion

• En utilisation moyenne de 3h par semaine, le GPS subirait une défaillance au bout d’environ 11 années

• Notre arbre étant séparé en plusieurs sous-arbres,le calcul des facteurs d’importance est quelque peu faussé

• Tous les composants ont une fonction, aussi minime qu’elle soit celle-ci possède une importance

• Il serait judicieux de redonder certains composants critiquesafin de réduire la probabilité de défaillance du système

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Conclusion


1 . Introduction



4 . Conclusion

• Recherche documentaire• Propriété industrielle• Modèle open-source non détaillé

• Interprétation de schémas électroniques complexes

• Autonomie• Coordination des tâches

• Découverte de RELEX ®

• Importance de la Sureté de fonctionnement

Questions / Réponses

Documents

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