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Contrôle par apprentissage par renforcement d'un drone à voilure fixe sous perturbations de vent
No full textThis thesis explores the use of Reinforcement Learning (RL) for controlling a fixed-wing UAV in attitude and waypoint tracking under varying wind conditions. Unlike traditional controllers such as PID or MPC that rely on accurate models, RL provides a data-driven alternative capable of adapting to nonlinear and uncertain dynamics. Among RL methods, model-based approaches—especially TD-MPC—show strong potential by combining dynamics learning and short-horizon planning. Experiments conducted in JSBSim demonstrate superior tracking performance under nominal wind, though robustness to partially observed disturbances remains challenging. Beyond the experiments, this work contributes a detailed UAV model, a full JSBSim-based simulation environment, and a pedagogical introduction to RL for control. The thesis integrates both attitude and waypoint tracking results to provide a coherent analysis and perspective. Future research envisions hybrid controllers combining data-driven and physics-based models to enhance robustness, interpretability, and reliability of autonomous UAV control.Cette thèse étudie l'application de l'Apprentissage par Renforcement (RL) au contrôle d'un drone à voilure fixe (FW-UAV) pour les tâches d'attitude et de suivi de trajectoire sous différentes conditions de vent. Contrairement aux méthodes classiques comme PID ou MPC, dépendantes d'une modélisation précise, le RL offre une alternative fondée sur les données, capable de s'adapter à des dynamiques complexes sans modèle explicite. Parmi les approches RL, les méthodes à modèle interne, notamment TD-MPC, démontrent un fort potentiel en combinant apprentissage des dynamiques et planification à court horizon. Les expériences menées avec JSBSim montrent de meilleures performances de suivi en conditions nominales, bien que la robustesse face aux perturbations partiellement observées reste difficile. Au-delà des résultats expérimentaux, ce travail fournit un modèle dynamique détaillé du drone, un environnement JSBSim complet et une introduction pédagogique au RL pour le contrôle. La thèse est structurée autour des tâches de contrôle d'attitude et de ralliement de point de passage, dont les conclusions sont synthétisées dans la dernière section. Les travaux futurs envisagent des approches hybrides alliant apprentissage fondé sur les données et modèles physiques afin d'améliorer la robustesse, l'interprétabilité et la fiabilité des autopilotes
Sky wave propagation modelling in HF band
No full textInternational audienceThis communication proposes a state-of-the-art review of different usual techniques used for skywave HF propagation modelling. The different methods are briefly introduced with their advantages and limitations with respect to the operational needs. In addition, a focus on the ionospheric medium description used to feed the models is proposed, and in particular of high-level data products based on advanced data processing technique
Ionospheric scintillation modeling II. Theoretical study of power spectral densities of ionospheric scintillation
No full textInternational audienceAn electromagnetic signal that has passed through a layer of ionospheric irregularities can undergo significant modifications. The Power Spectral Density (PSD) of such a signal can then be rich in information about the medium through which it has passed. Thus, this paper is dedicated to the theoretical study of the PSD of the log-amplitude and phase of a signal received by a ground receiver, for a satellite-Earth link that encounters ionospheric irregularities. Incident plane wave (PW), incident spherical wave (SW) and corrected plane wave (CPW) formalisms are considered. For each approach, an analytic integral formulation of the log-amplitude and phase PSD of the received signal are established and compared under the assumptions of weak scattering and a thin layer of irregularities relative to the length of the satellite-Earth link. The SW analytic formalism is validated trough comparison with a numerical approach solving the Parabolic Wave Equation (PWE) in spherical coordinates combined with Multiple Curved Phase Screens (MCPS). Asymptotic derivations of the PSD analytic formulations for low and high frequencies are proposed, and in addition, particular attention is given to the frequency corresponding to the maximum of the log-amplitude PSD. These formulations are analysed, and their sensitivity to the characteristics of the medium is discussed to address the inversion problem, consisting of deriving parameters that describe the irregularities of the medium through its log-amplitude and phase PSD.Un signal électromagnétique ayant traversé une couche d’irrégularités ionosphériques peut subir des modifications significatives. La densité spectrale de puissance (DSP) d’un tel signal peut alors contenir de nombreuses informations sur le milieu qu’il a traversé. Ainsi, cet article est consacré à l’étude théorique de la DSP de la log-amplitude et de la phase d’un signal reçu par une station au sol, pour un lien satellite-Terre rencontrant des irrégularités ionosphériques. Les formalismes d’onde plane incidente (PW), d’onde sphérique incidente (SW) et d’onde plane corrigée (CPW) sont considérés. Pour chaque approche, des formulations intégrales analytiques de la DSP de la log-amplitude et de la phase du signal reçu sont établies et comparées sous les hypothèses de diffusion faible et de couche mince d’irrégularités par rapport à la longueur du lien satellite-Terre. Le formalisme analytique SW est validé par comparaison avec une approche numérique résolvant l’Équation d’Onde Parabolique (EOP) en coordonnées sphériques, combinée avec des écrans de phase courbes multiples (MCPS). Des développements asymptotiques des formulations analytiques de la DSP pour les basses et hautes fréquences sont proposés, et une attention particulière est portée à la fréquence correspondant au maximum de la DSP de la log-amplitude. Ces formulations sont analysées et leur sensibilité aux caractéristiques du milieu est discutée afin d’aborder le problème inverse, consistant à déduire les paramètres décrivant les irrégularités du milieu à partir de la DSP de la log-amplitude et de la phase
Assessment of "Reduced Basis" Formulations for Electromagnetic Finite Element Tearing and Interconnecting (FETI) frequency sweeps simulations of large reconfigurable Transmit Arrays Antennas
No full textInternational audienceElectromagnetic simulation in the frequency domain of large arrays using metamaterials can be extremely computationally expensive if the frequency sampling required is very fine. We explore here the benefits of the Reduced Basis (RB) algorithms to address problem sizes that are inaccessible with commercial solvers as CST Microwave Studio of HFSS, and even more so for simulations with a very fine frequency discretization (Fig. 1). The FETI-2LM domain decomposition methods (DDM) developed at ONERA for electromagnetic wave problems (FACTOPO_FEM-FETI code) have recently been enhanced by advances in the use of RB algorithms. We will briefly present the theoretical foundations of the reduced basis method and focus our presentation on FETI-2LM simulations of high-gain circularly polarized (CP) transmit-array (TA) antennas in the X and Ka bands. The benefits of RB will be examined in the context of frequency sweeps during gain and axial ratio calculations
Investigating the formation of a geometrically necessary boundary using discrete dislocation dynamics
No full textInternational audienc
Analyse de résolvent des effets d’émoussement sur la stabilité d’une couche-limite hypersonique autour d’un cône
No full textInternational audienc
High-order multistep coupling: convergence, stability and PDE application
No full textInternational audienceDesigning coupling schemes for specialized advanced mono-physics solvers in order to conduct accurate and efficient multiphysics simulations is a key issue that has recently received a lot of attention. A novel high-order adaptive multistep coupling strategy has shown potential to improve the efficiency and accuracy of such simulations, but requires further analysis. The purpose of the present contribution is to conduct the numerical analysis of convergence of the explicit and implicit variants of the method and to provide a first analysis of its absolute stability. A simplified coupled problem is constructed to assess the stability of the method along the lines of the Dahlquist’s test equation for ODEs. We propose a connection with the stability analysis of other methods such as splitting and ImEx schemes. A stability analysis on a representative conjugate heat transfer case is also presented. This work constitutes a first building block to an a priori analysis of the stability of coupled PDEs
Comparing methods of UAV detection and tracking based on low-cost 3D LiDAR
No full textInternational audienceThe increasing diversity of UAV applications requires the ability to detect and track them accurately. We address the interest of a 3D LiDAR network to better cover urban canyons. Detection and tracking of objects using a low-cost 3D LiDAR have primarily been developed for on-vehicle sensors in the context of autonomous vehicles and ADAS with processing choices particularly suited for ground objects detection. We compare trackingby- detection strategies based on object classification through supervised learning and tracking-before-detection strategies that perform tracking without object classification. We discuss the need to favour the latter approach in a defence context for identifying protean threats. We conduct flight tests with a drone to gather real data from a low-cost 3D LiDAR, as well as ground-truth drone position data, to create a test database for UAV detection and tracking methods. The test scenario includes variations in the drone’s altitude, distance to the sensor, and flight speed, in order to evaluate the tracking methods under realistic conditions and to test the limits of the low-cost 3D LiDAR sensor. Based on these data, we implement two processing methods for multi-target UAV tracking. We evaluate the performance of these approaches in terms of estimation quality. In a broader sense, we assess the applicability of classical approaches developed for autonomous vehicles and ground object detection and tracking using on-vehicle 3D LiDAR sensors, in an anti-drone defence context in urban areas. This assessment focuses on detecting and tracking protean UAV based on degraded 3D LiDAR measurements. We identify innovation avenues to improve or surpass these approaches for this purpose
Analyse haute-fidélité des charges aérodynamiques du rotor ERATO à double-flèche en vol d'avancement à forte charge
No full textInternational audienceThe validity of using comprehensive analysis (CA) tools coupled with computational fluid dynamics (CFD) to predict the aerodynamics of classical rotor blades was proven in the literature. This paper aims to enhance this validation for the complex double-swept planform ERATO blade under high-thrust level-flight condition. In order to do so, RCAS and HOST comprehensive analysis tools and Helios/RCAS and elsA/HOST high-fidelity loose couplings are compared to the results of the experimental campaign of the ERATO blade that was carried out by ONERA in 1998 at the S1MA transonic wind tunnel. Trim commands, airloads and pressure coefficient distribution are used to validate the numerical simulations. The results highlight the need for high-fidelity methods in order to accurately predict the aerodynamic response. The numerical data provided by the high-fidelity methods are used to analyse the flow features that are at the origin of the airloads variations.La validité de l'utilisation de méthodes rapides (CA) couplés avec la dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour prédire l'aérodynamique des pales de rotor classiques a été démontrée dans la littérature. Cet article vise à élargir cette validation pour la pale ERATO de forme complexe comprenant une double-flèche, en conditions de vol d'avancement à forte charge. Pour ce faire, les outils d'analyse rapides RCAS et HOST et les couplages faibles à haute-fidélité Helios/RCAS et elsA/HOST sont comparés aux résultats de la campagne expérimentale de la pale ERATO réalisée par l'ONERA en 1998 dans la soufflerie transsonique S1MA. Les commandes de trim, les charges aérodynamiques et la distribution des coefficients de pression sont utilisées pour valider les simulations numériques. Les résultats soulignent la nécessité de méthodes haute-fidélité afin de prédire avec précision la réponse aérodynamique. Les données numériques fournies par les méthodes haute-fidélité sont utilisées pour analyser les caractéristiques de l'écoulement à l'origine des variations de charges aérodynamiques
Etude expérimentale et numérique de la capacité d’actionneurs piézoélectriques minces intégrés à cœur de composite à générer des ondes de Lamb : réponse fréquentielle et paramètres influents sur la transduction
No full textSHM : Structural Health Monitoring; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceLes matériaux composites font désormais partie intégrante de la structure des aéronefs. Etant soumis à des conditions extrêmes tout au long de leur vie, ils sont sujets à diverses dégradations. En lieu et place des contrôles réalisés actuellement lors de coûteuses maintenances programmées, la surveillance en continu à l’aide de transducteurs embarqués permettrait une détection des dommages dès leur apparition. Parmi les méthodes de contrôle envisageables, les techniques ultrasonores sont avantageusement sensibles aux endommagements comme les fissures ou décollements. En particulier, les transducteurs piézoélectriques (PZT) peuvent être couplés à des structures minces et émettre ou recevoir des ondes élastiques guidées (ondes de Lamb). De plus, leur intégration à cœur du composite les protège des conditions environnementales et permet de s’affranchir des problématiques de collage. D’après la littérature, des pastilles PZT collées en surface de plaques se comportent comme des filtres vis-à-vis des ondes de Lamb, leur sensibilité dépendant du ratio entre diamètre du transducteur et longueur d’onde. De plus, leur réponse est approchée sous certaines conditions par un modèle simplifié appelé ‘pin-force’, permettant des simulations numériques à faible temps de calcul. Dans ce papier, la capacité d’actionneurs similaires intégrés à cœur d’une plaque en composite à fibre de carbone à émettre des ondes de Lamb est étudiée. Tout d’abord, des expériences et des simulations par éléments finis (EF) ont permis de déterminer l’impact de l’intégration sur la réponse fréquentielle des PZT. Puis, les paramètres influents sur la transduction sont analysés afin de proposer une méthodologie de simulation des contrôles avec transducteurs intégrés. Cette dernière repose sur un premier calcul des contraintes générées localement à l’aide d’un code multiphysique EF ; contraintes qui servent alors de source dans des simulations par éléments finis spectraux d’ordre élevé au moyen du module CIVA-SHM. Enfin, les limites de cette approche sont discutées