Système

Le système Argos est composé :

• de balises Argos qui émettent des signaux vers les satellites
• de satellites équipés d'instruments pour recevoir les émissions des balises
• de stations de réception au sol des signaux collectés par les satellites
• de deux centres de traitement mondiaux qui traitent et redistribuent les données collectées aux utilisateurs.

Le principe de fonctionnement du système Argos est le suivant :

• Environ 14 000 balises fonctionnent de par le monde. Chaque balise, alimentée par piles ou par énergie solaire, envoie à intervalle régulier des données aux instruments Argos embarqués sur 9 satellites.
• Les informations collectées par les satellites sont ensuite renvoyées à une soixantaine de stations de réception au sol.
• Les stations de réception transmettent à leur tour les informations collectées à deux centres de traitement mondiaux.
• Situés à Toulouse (France) et à Wood Hole (Etats-Unis), ces centres analysent ces données et les livrent aux utilisateurs (communauté scientifique, gouvernements, industriels...).

Principe de fonctionnement du système Argos

Les balises sont des équipements intégrant un émetteur certifié Argos. Chaque balise est caractérisée par un numéro d'identification qui est propre à son électronique de transmission. Une balise émet périodiquement un message caractérisé par les paramètres suivants :

• la fréquence d'émission (autour de 401.650 MHz), qui doit être stable, car le calcul de la localisation est basé sur la mesure de l'effet Doppler.
• la période de répétition est l'intervalle de temps entre deux envois de message consécutifs. Elle varie de 90 à 200 secondes selon l'utilisation de la balise,
• le numéro d'identification de la balise,
• les données transmises.

La durée de transmission de chaque message est inférieure à une seconde.

A l'heure actuelle, 9 satellites sont équipés d'instruments Argos pour recevoir les signaux émis par les balises. Les messages Argos sont reçus par le satellite puis sont simultanément :

1. stockés sur l'enregistreur embarqué du satellite, et retransmis vers le sol chaque fois qu'il passe au-dessus d’une des stations de réception à haute latitude (vidage des données reçues tout au long de l’orbite)
2. retransmis en temps réel vers le sol, et peuvent être ainsi reçus par les stations de réception du réseau Argos en bande-L en visibilité du satellite.

Les satellites décrivent une orbite polaire entre 650 et 850 km d'altitude (500 km pour Angels) : ils passent au-dessus des pôles Nord et Sud à chaque révolution. Les plans d'orbites tournent autour de l'axe des pôles à la même vitesse que la Terre autour du Soleil. Chaque satellite voit simultanément et à tout moment toutes les balises situées à l'intérieur d'un cercle d'un diamètre de 5 000 km. Avec le déplacement du satellite, la trace au sol de ce cercle forme une bande de 5 000 km de large qui s'enroule autour de la Terre en passant par les pôles Nord et Sud.

Les satellites actuellement équipés pour recevoir les signaux des balises Argos sont les suivants :

• NOAA-15, lancé le 13 mai 1998, équipé d'un instrument Argos-2
• NOAA-18, lancé le 20 mai 2005, équipé d'un instrument Argos-2
• NOAA-19, lancé le 6 février 2009, équipé d'un instrument Argos-3
• METOP-B, lancé le 17 septembre 2012, équipé d'un instrument Argos-3
• SARAL, lancé le 25 février 2013, équipé d'un instrument Argos-3
• METOP-C, lancé le 7 novembre 2018, équipé d’un intrument Argos-3
• Angels, lancé le 18 décembre 2019, équipé d’un instrument Argos-Néo
• GAzelle, lancé le 7 octobre 2022, équipé d’un instrument Argos-4
• OceanSat-3/EOS-6 lancé le 26 novembre 2022, équipé d’un instrument Argos-4

Les prochains instruments de quatrième génération (Argos-4) (en photo ci-dessous) seront lancés via les satellites Metop-SG 1B et MetOp-SG 2B (EUMETSAT) fin 2025 et 2030. Ces instruments offrent des performances accrues grâce notamment à des bandes de fréquence largement étendues et une augmentation significative de la capacité de traitement.

Instrument Argos-4

Crédits : ADS, Germany.

En parallèle a été développé un modèle miniaturisé de l’instrument Argos-4, appelé Argos-Néo, qui dans un premier temps ne comprendra que la partie récepteur/processeur (pas d’émetteur donc) et sans faire de haut-débit (traitement limité aux balises de 124 et 400 bits/sec). Cette miniaturisation permettra un gain proche de 10 en volume et masse et supérieur à 3 en terme de puissance consommée. Un protovol Argos-Néo a été lancé sur le nanosatellite ANGELS (de taille 12U) le 18 décembre 2019, il est le précurseur de la future constellation KINEIS qu’il est prévu de faire voler à compter de 2024 via une vingtaine de nanosatellites.

Instrument Argos-Néo

Près de 60 stations reçoivent les données envoyées par les satellites en temps réel et les retransmettent vers des centres de traitement.

Stations de réception des signaux Argos - Crédits : CNES.

Ces stations sont divisées en deux catégories :

• Pour le mode dit régional, un réseau de stations en bande-L couvrant une grande partie du globe terrestre et recevant en temps réel les données provenant des balises qui sont reçues par le satellite lorsque celui-ci est en visibilité de la station. Ce réseau permet d'accélérer l'acheminement des données reçues à bord vers les utilisateurs mais n'assure pas une couverture totale du globe.
• Pour le mode dit global, les stations de réception principales (en général en bande-X) qui récupèrent la totalité des messages enregistrés par les satellites tout au long d'une orbite et confèrent donc au système sa couverture mondiale. Ces trois stations sont Wallops Island, Fairbanks aux États-Unis et Svalbard en Norvège. Ces stations reçoivent également des données en temps réel.

Deux centres de traitement redondants, l'un à Woods Hole (MA), aux États-Unis, et l'autre à Toulouse en France, reçoivent et traitent la totalité des données reçues. Les calculateurs procèdent alors au calcul des localisations et au traitement des données reçues. Les traitements réalisés dans un centre de traitement global sont les suivants :

• le contrôle de la qualité des messages, du niveau de la réception, de la datation (time-tag), du numéro d'identification de l'émetteur, des longueurs de message capteurs et de la valeur de la fréquence reçue (pour le calcul de la localisation) ;
• la datation des messages en temps universel (UTC) ;
• la localisation des balises à partir des mesures de temps/fréquence effectuées par l'instrument (principe de l'effet Doppler) ;
• le classement des messages par balise et par ordre chronologique ;
• le traitement des données.

Tous ces résultats sont archivés et mis à la disposition des utilisateurs.