Semestre 8 - Parcours SYStèmes COMmunicants (SYSCOM)

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Les thèmes suivant seront abordés

* Décomposition en valeurs propres/singulières :

- définition, existence, caractérisation.

- approximation de faible rang et lien avec l'ACP

- quelques éléments sur la théorie de la perturbation (en lien avec l'incertitude sur les données et le calcul en arithmétique finie )

- principales méthodes numériques pour le calcul des paires propres (QR, puissance itérée et méthodes de sous-espace, méthode de Lanczos/Arnoldi)

* Résolution de systèmes d'équations linéaires

- caractérisation des solutions: inverse, moindre carré et pseudo-inverse

- quelques éléments sur la théorie de la perturbation - lien avec le conditionnement et l’arithmétique finie

- principales méthodes numériques pour la résolution de systèmes linéaires (à base de factorisation ou de méthodes itératives ) point fixe et méthodes de sous espaces emboîtés

- principe d'accélération de convergence (préconditionnement)

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Ce module introduit les fondements de l’optimisation continue sous contraintes, en partant de la fonction de Lagrange et des multiplicateurs associés. Les conditions de Karush–Kuhn–Tucker sont présentées et interprétées de manière intuitive pour comprendre le rôle des contraintes actives et la nature des points stationnaires. Le cours décrit ensuite les principales méthodes numériques utilisées en pratique, comme les approches de type SQP, les algorithmes de point intérieur ou active set, ainsi que la méthode d’Uzawa (premier algorithme). Des exemples simples illustrent les différences de comportement entre les algorithmes et leur sensibilité au choix du point initial. Le cours met également l’accent sur l’utilisation des solveurs MATLAB, notamment fmincon, afin d’établir un lien direct entre théorie et mise en œuvre.

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I- Champ électromagnétique rayonné par une distribution de courant électrique harmonique

II- Puissance rayonnée par une distribution de courant électrique harmonique

III- Notion d’intensité de rayonnement électromagnétique

IV- Descripteurs fondamentaux des antennes

IV-1- Directivité (diagramme de rayonnement, lobe principal, directions aveugles, angle

d’ouverture à 3dB, niveau des lobes secondaires, plans E et H)

IV-2- Impédance d’entrée

IV-3- Efficacité

IV-4- Gain

IV-5- Polarisation  

IV-6- Surface effective    

               IV-7- Bande passante

               IV-8- Centre de phase

V- Bilan de liaison (Equation de FRIIS)

VI- Perspectives dans le domaine des antennes et technologies associées

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I- Représentation modale du champ électromagnétique

               I-1- Base modale orthonormée dans les structures guidantes

               I-2- Représentation modale du champ électromagnétique

II- Représentation symbolique des relations de fermeture et de passage en électromagnétisme

II-1- Représentation symbolique des relations de fermeture 

                              II-1-1- Dipôle pour la représentation d’un demi-guide infini

                              II-1-2- Dipôle pour la représentation d’un demi-guide court-circuité 

                              II-1-3- Quadripôle pour la représentation d’un tronçon de guide

II-1-4- Application : maximisation de la puissance délivrée par une source de courant

harmonique dans un guide d’onde

               II-2- Représentation symbolique des relations de passage imposées au champ

électromagnétique à la traversée d’une surface

II-2-1- Sources virtuelles de champ électromagnétique et leurs grandeurs duales

II-2-2- Quadripôle pour la représentation d’une surface quelconque

III- Formulation des problèmes aux limites sans sources réelles de champ électromagnétique

III-1- Schéma équivalent de structures guidantes sans sources réelles

III-1- Formulation de problèmes aux limites à partir des lois de Kirchhoff et d’Ohm

IV- Résolution des problèmes aux limites sans sources réelles de champ électromagnétique

IV-1-  Méthode de Galerkin avec une fonction d’essai par source virtuelle

IV-2- Application No1 : équation de dispersion d’une ligne microruban

IV-3- Application No2 : équation de dispersion d’un guide nervuré

V- Perspectives dans le domaine de la modélisation électromagnétique de structures guidantes

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Au cours de ce projet, les étudiants doivent mettre en pratique les compétences acquises en modélisation électromagnétique. Ce projet comporte 5 séances. Les trois premières séances sont généralement dédiées à la résolution analytique du problème posé. Les deux séances suivantes permettent de programmer sous MATLAB les équations obtenues et confronter les résultats à ceux obtenus avec un logiciel de simulation électromagnétique 3D : Ansoft-HFSS. Une analyse critique et comparative est attendue sur les résultats obtenus.

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I- Ouvertures rayonnantes

               I-1- Dualité des équations de Maxwell pour les sources de courants électriques et

magnétiques

I-2- Champ électromagnétique rayonné par des distributions de courants électriques et

magnétiques harmoniques

I-3- Intégrales du rayonnement électromagnétique

I-4- Principes d’équivalence en électromagnétisme (principe d’équivalence de LOVE)

I-5- Application : Ouverture rayonnante rectangulaire

I-6- Ouvertures rayonnantes usuelles et leurs propriétés

II- Antennes planaires

               II-1- Principe de fonctionnement

               II-2- Choix du substrat et technologie MMIC

II-3- Modèle électromagnétique d’une antenne planaire   

II-4- Application : Antenne planaire rectangulaire

II-5- Excitation des antennes planaires

III- Perspectives dans le domaine des ouvertures rayonnantes et des antennes planaires

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Conception d'une système Rx/TX RF en technologie planaire : transpondeur 6GHz vers 4 GHz.

Les étudiants sont en charge de développer un équipement qui s'intégrera dans le système global. L'ensemble des fonctions seront développées entièrement de la définition des spécifications jusqu'à leur réalisations physique et leur caractérisation.

Les différents équipements réalisés sont :

• Antennes
• Filtres de pré-sélection
• Filtres FI
• Filtre Images
• Amplificateurs : LNA, LLA, MLA
• Mélangeurs
• Oscillateurs
• Duplexeur

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-          Différentes topologies de coupleurs, diviseurs de puissance et filtres sont mesurés à partir d’analyseurs de réseaux vectoriels.

-          L’analyse spectrale permet de caractériser une conversion de fréquence réalisée à partir d’un oscillateur et d’un mélangeur ainsi que la non-linéarité d’amplificateurs de puissance. La mesure du facteur de bruit est également effectuée.

-          Le diagramme de rayonnement d’une antenne est déterminé à partir de l’utilisation d’un wattmètre.

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Principes des éléments finis 

formulation variationnelle
fonctions de bases et discrétisation
maillages 1D et 2D
résolution.
BE d’application à l’aide de la PDE toolbox matlab sur des problèmes liés à l’électronique (physique du semi-conducteur, guide d’ondes).
Poursuite de la mise en œuvre à travers le cours de programmation

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Cours d’initiation à linux et au langage Fortran. Les principales notions de syntaxe sont vus à travers des séances d’exercices en autonomie ainsi qu’un projet d’application. L’interfaçage avec le langage python est vu en fin de projet.

Note : Le travail de développement est effectué obligatoirement sous linux afin de permettre aux étudiants d’approfondir leurs connaissances de ce système d’exploitation.

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Cette série de TP Optoélectronique comprend 5 expériences traitant des thèmes divers en télécommunications optiques et en métrologie optique. Les étudiants caractérisent les pertes optiques dans les composants fibrés (tels que fibres longues, isolateurs, atténuateur optique, etc) utilisées en télécommunications optiques en TP Opto 1. En TP Opto 2, on caractérise le temps de vol et la dispersion chromatique dans des fibres optiques, deux notions fondamentales de la propagation dans une fibre optique. Les étudiants manipuleront aussi, en TP Opto 3, les sources lumineuses (LED et diode laser) afin de caractériser leur réponse et leur profile de rayonnement. En TP Opto 4, les étudiants prennent en main un interféromètre à fibre optique afin de mesurer les déplacements d'une cible ou d'objet avec une résolution sub-micrométrique dans le contexte de la métrologie optique de précision. Enfin, les étudiants estimeront la bande passant d'un lien optique de télécommunications à base des différentes fibres optiques en TP Opto 5.

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Ce cours offre une introduction à l’optoélectronique, en se concentrant sur les systèmes de communication par fibre optique. Les principaux thèmes abordés incluent :

• Fondamentaux des fibres optiques : Types de fibres optiques, mécanismes d’atténuation, dispersion et limitations de bande passante.

• Sources de lumière : Fonctionnement et caractéristiques des sources de lumière à jonction PN (DEL et diodes laser), y compris la modulation et l’efficacité.

• Photodétecteurs : Principes des photodiodes (PIN, APD), responsivité et mécanismes de bruit.

• Électronique d’amplification et de filtrage : Conception d’amplificateurs transimpédance (TIA), analyse du bruit et techniques de filtrage pour les récepteurs optiques.

• Bruit en photodétection : Sources de bruit (bruit de grenaille, bruit thermique, courant d’obscurité) et stratégies pour minimiser leur impact sur les performances du système.

• Considérations au niveau système : Intégration des composants dans des liaisons de communication par fibre optique, y compris les calculs de bilan de liaison et l’optimisation des performances.

Le cours combine des cours théoriques, des exercices pratiques et des séances de laboratoire pour renforcer les concepts et développer des compétences pratiques.

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• Conférences :

o    A. Dufour – CNES : Radiations et composants

o    N. Verdier– CNES : les programmes cubesat Nanolab Academy

o    J.L. Le Gal – CNES : Introduction à la mécanique spatiale

o    J.L. Le Gal – CNES : les outils d’ingénierie concourante CNES

•          CM : Système de contrôle d’attitude et d’orbite (SCAO)

o    Description des différents modes satellites (detumbling, pointage, suive, fin de vie)

o    Description des actionneurs : roue à inertie, magnetocoupleurs

o    Description de l’Architecture de nanosatellite (plateforme, charge utile, partie mécanique)

o    Notions de mécanique spatiale :

§  Orbites

§  Systèmes de coordonnées : équatorial, écliptique, géocentrique, terrestre, orbital, satellite, instrument

§  Représentation d’attitude du satellite :

·         matrice MCD, Angles d’Euler, quaternion

·         Attitude du satellite : modèles cinématique et dynamique, couples perturbateurs

·         Simulateur d’attitude : jumeau numérique

o    Modélisation des actionneurs

o    Contrôleurs PID

o    Loi de commande à partir de la description en quaternion

•   Projet cubesat :

o    Utilisation des outils d’analyse concourante du CNES :

§  IDM-CIC : contruction d’un jumeau numérique, extraction de données (masse, inertie, consomation

§  Simu-CIC, IDM-View, VTS, STELA : Choix d’orbite en fonction des besoins mission (éclairement vs consommation, durée de vie en orbite, attitude du satellite pour réaliser la mission, temps de visibilité station sol, volume de donnée)

o    Développement d’un propagateur d’attitude en orbite sous Simulink

o    Mise en œuvre d’un mode de contrôle d’attitude à partir de MTQ et de roue à réaction : detumbling, pointage sol

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Cours Magistral (M.F. Foulon – Thales Alenia Space) : Description de la mission METOP 5G et dimensionnement de l’architecture système du satellite à partir de l’analyse de besoin satellite

BE dimensionnement : 

                        o    Extraire les caractéristiques de linéarité d’un équipement (TWTA) à partir de données mesurées (IP3, C/I, Psat, OBO, IBO, PAE, caractéristiques AM/AM, AM/PM, consommation, dissipatino)

o    Etablir un modèle de simulation non linéaire d’équipement à partir des données extraites

o    Comprendre les effets du bruit et des non linéarités sur les performances des systèmes.

o    Concevoir une architecture de chaine de conversion de fréquence selon deux modes de fonctionnements distincts : FGM (Fixed Gain Mode) et ALC (Automatic Level Control)

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1 semestre de 12 séances interactives et hebdomadaires.

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Développer ses compétences en communication professionnelle en effectuant des tâches de communication courantes, écrites et orales, en langues étrangères autre que l'anglais.

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Les cours d'éducation physique et sportive sont répartis sur 4 semestres et comprennent 80 heures de formation en présentiel au maximum. Ils sont organisés par le département d'éducation physique et sportive de l'INP (Département d'Éducation Physique et Sportive, DEPS-INP), qui propose également  la participation à de nombreux tournois et événements universitaires. Il existe une association sportive étudiante dynamique qui propose un large éventail d'activités tout au long de l'année scolaire. 

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M1 Leadership 1 : Gestion des conflits    

Session 1 : Introduction à la gestion des conflits 
Session 2 : Processus de gestion de la communication 
Session 3 : Négociations 
Session 4 : Conflits entre cultures 1 
Session 5 : Conflits entre cultures 2 
Session 6 : Jeux de rôles.

M1 Leadership 2 : Jeu d'entreprise en comptabilité managériale  

A l'issue du module, les étudiants auront : 

● s'être familiarisés avec un certain nombre de concepts clés de l'entreprise (recrutement/RH, 
gestion/finance, marketing/communication, etc ;)
● ont travaillé en équipe et en tant que leaders pour prendre des décisions commerciales stratégiques complexes 
en respectant les contraintes, les délais, les objectifs, etc ;
● mesuré l'impact de leurs décisions sur les performances de l'entreprise.

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Une initiation à l'entrepreneuriat est proposée à tous les étudiants au cours du semestre 5, dans le cadre des semaines CMS consacrées au développement de carrière, sous la forme d'une journée d'initiation aux compétences entrepreneuriales créatives organisée en collaboration avec la formation à l'entrepreneuriat Ecrin de l'université de Toulouse. La formation EO comprend des sessions spécialisées sur des thèmes liés à l'entrepreneuriat et la participation à des événements sur l'entrepreneuriat proposés par différents acteurs.

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À la fin du module Finance, les étudiant.e.s auront : 

• identifié les principes fondamentaux de la finance d'entreprise
• analysé les raisons qui sous-tendent les principales décisions financières des entreprises et 
• acquis une meilleure compréhension de ce qui constitue la mentalité de la finance d'entreprise. 

À la fin du module Stratégie, les étudiant.e.s auront :

• exploré la boîte à outils stratégique pour les managers
• identifié et appliqué les principaux outils stratégiques 
• appliqué les outils stratégiques à des cas concrets.

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