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Arbre de défaillance d’un GPS

4°Année 3 novembre 2008. Arbre de défaillance d’un GPS. Sureté de fonctionnement Jean-Charles BADOCHE Pierre DAVY Maxime LE CADRE. Soutenance projet s ureté de fonctionnement Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE. PLAN. 1 . Introduction - Présentation

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Arbre de défaillance d’un GPS

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  1. 4°Année 3 novembre 2008 Arbre de défaillance d’un GPS Sureté de fonctionnement Jean-Charles BADOCHE Pierre DAVY Maxime LE CADRE

  2. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE PLAN 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle - Actigrammes A0………A6 3 . Arbre de défaillance - 11 étapes de l’analyse 4 . Conclusion - Analyse - Organisation - Apport

  3. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE INTRODUCTION 1 . 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

  4. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Présentation générale 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • 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)

  5. B C Terre A R • Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Théorie mathématique 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • « 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

  6. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Théorie mathématique 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • Système de coordonnées géodésique: le WGS 84 • Terre aplatie aux pôles  Ellipsoïde • Surface équipotentielle de pesanteur  Géoïde • Un récepteur GPS utilise : • L’ellipsoïdepour déterminer sa position mathématique (latitude, longitude et altitude) • Le géoïdepour déterminer la hauteur (Z)

  7. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Théorie mathématique 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • 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 :

  8. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Technique de transmission 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • 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 Signal à transmettre data (50 bit/s) Porteuse Signal réellement transmis (1023 Mbit/s)

  9. Signal transmis 1 bit de donnée (20460 bits supposés constants) Signal reçu Erreurs durant la transmission Signal final après intégration • Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Technique de décodage 1 . Introduction - Présentation - Théorie - Technique 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • 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

  10. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Analyse fonctionnelle 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • MéthodeSADT • Découpage en actigrammes :

  11. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Analyse fonctionnelle 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion • MéthodeSADT • Chaque actigramme se présente sous la forme : • Alimentation électrique sous-entendue • Bits enable non indiqués dans les actigrammes

  12. Commande Réceptionner le signal A1 Signal GPS Utilisateur orienté Convertir la fréquence A2 Traiter le signal A3 Analyser le signal A4 Afficher les données A6 Acquérir la commande A5 A0 • Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A0Orienter et donner la vitesse à l’utilisateur 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  13. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A1Réceptionner le signal 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  14. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A2Convertir la fréquence 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  15. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A3Traiter le signal 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  16. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A31Démoduler 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  17. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A32Comparer les signaux 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  18. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A33Générer le code C/A local 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  19. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A4Analyser le signal 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  20. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A5Acquérir la commande 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  21. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Actigramme A6Afficher les données 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle - SADT - A0 - A1 - A2 - A3 - A4 - A5 - A6 3 . Arbre de défaillance 4 . Conclusion

  22. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Objectifs de l’étude 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • « 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

  23. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Choix des normes 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  24. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Evénement redouté 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 « Non fonctionnement du système de réception GPS »

  25. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Définition du systèmeet de ses limites 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  26. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Evénements initiateurs 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  27. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Evènement redouté :Analyse de Fonctionnement 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  28. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Tracé de l’arbre 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • Niveau 0

  29. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Tracé de l’arbre 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • Niveau 1 • A1 A2 • Réception Conversion • A3 • Traitement

  30. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Tracé de l’arbre 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • Niveau 1 • A5 • A4 Commande A6 • Analyse Affichage

  31. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Tracé de l’arbre 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • Niveau 2 • A3 : Traitement

  32. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Données de fiabilité 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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

  33. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Calcul de la probabilité de l’évènement redouté 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  34. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Calcul des facteurs d’importances 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6

  35. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Synthèse et recommandations 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 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 • 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

  36. Soutenance projet sureté de fonctionnement • Jean-Charles BADOCHE - Pierre DAVY - Maxime LE CADRE Conclusion 1 . Introduction 2 . Analyse fonctionnelle 3 . Arbre de défaillance 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

  37. Questions / Réponses

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