Le but de cette thèse est d'étudier la mise en œuvre de services de type Internet of Thing (IoT) ou Machine to Machine (M2M) par satellite. Ce type de système pose une double problématique: d'une part au niveau couche physique : les contraintes liées au terminal (limité en puissance, énergie, taille d'antenne), au canal (potentiellement avec masquage et multitrajet) et au segment spatial impliquent la mise en œuvre de différentes techniques (entrelacement, suppression d'interférents, ...) permettant d'assurer le bilan de liaison adéquat pour le service. D'autre part, le besoin d'offrir un accès à la ressource à un grand nombre de terminaux demandant un débit faible implique l'utilisation de techniques d'accès à contention optimisées, ainsi que la prise en compte au niveau accès des problématiques d'économie d'énergie. Cette couche accès doit également être en mesure de s'interfacer avec des architectures réseaux plus vastes. On peut citer par exemple les architectures Internet afin de supporter des services IP pour l'IoT, avec des notions de services intermittents, telles qu'on les retrouve dans les réseaux DTN, ou bien les architectures 4G/5G pour la mise en œuvre de services mobiles. Cette thèse va investiguer deux approches systèmes innovantes ainsi que différentes techniques aussi bien couche physique que couche accès (potentiellement couplée) permettant leur mise en œuvre. Le premier scénario système consiste à l'utilisation d'un terminal satellite relais très bas débit (contrairement au cas classique traité dans la littérature reposant sur des terminaux broadband), s'interfaçant avec des capteurs en technologie accès terrestres. Des techniques innovantes de gestion des ressources et d'économie d'énergie au travers d'une couche accès dédiée (non DVB) pourraient permettre de supporter le nombre très important de terminaux dans ce type de système. Le second scénario repose sur une communication directe avec des capteurs/objets via une constellation satellite. Cette approche pose le problème de l'efficacité de la forme d'onde pour des services extrêmement sporadique et de la fiabilisation de la communication. Il existe de nombreux travaux coté DLR sur ce type de forme d'onde avec notamment la définition de S-MIM. Néanmoins, cette solution semble complexe et de nombreuses optimisations pourraient être apportées. Coté accès, E-SSA (communication asynchrone à spectre étalé avec SIC) défini par l'ESA est également une piste de travail intéressante même si sa mise en œuvre au niveau système et sa complexité doivent être consolidées. / The aim of this thesis is to study the implementation of Internet-based services of Thing (IoT) and Machine to Machine (M2M) through a satellite link. This type of system have to deal with two issues: first the physical layer level: terminal related constraints (limited in power, energy, and antenna size), channel (potentially with masking and multipath) and the space segment involve the implementation of different techniques (interleaving, interference cancellation,) to ensure proper link budget allowing the communication. On the other hand , the need to provide access to the resource to a large number of terminals requiring low throughput involves the use of optimized contention access techniques , as well as taking into account the level of access issues energy saving. The access layer should also be able to interface with larger networks architectures. Internet architectures for example include supporting IP services for Iota, with sporadic services, such as the ones found in the DTN networks, or 4G architectures / 5G for the implementation of mobile services. This thesis will investigate two innovative approaches and different techniques as well as physical layer access layer (potentially coupled) to their implementation. The first scenario involves the use of a very low throughput satellite relay terminal (unlike in the conventional case found in the literature based on broadband terminals), interfacing with terrestrial access technology sensors. Innovative resource management and energy saving techniques through a dedicated access layer (not DVB) could absorb the large number of terminals in this type of architecture. The second scenario is based on direct communication with sensors / objects via satellite constellation. This approach raises the question of the efficiency of the waveform for extremely sporadic services and the reliability of communication. DLR works on this type of waveform including the definition of S -MIM. However, this solution seems to be complex and many optimizations can be made. From the access layer point of view, E -SSA (asynchronous spread spectrum communication with SIC) defined by the ESA is also interesting even if its implementation to the system and its complexity level should be consolidated.

I flera års tid har antalet svåra och okontrollerade skogsbränder ökat i antal. Det finns ett behov av att detektera skogsbränder med hjälp av satelliter som har högre tidsupplösning samt högre geometrisk upplösning än de satelliter som är i bruk idag. I detta examensarbete utfördes dels en studie av bildframställningen hos, och dels designen av omloppsbanan till en mikrosatellitkonstellation, som använder sig av nära-infraröd (NIR) och kortvågig infraröd (SWIR) avbildningsteknik med förstärkt geometrisk upplösning och tidsupplösning för övervakning av skogsbränder. En översikt av den nuvarande tekniken visade olika alternativ för kamera: två kommersiella sensorer med ett spektralområde på 0.7 till 1.7 μm och geometrisk upplösning på 140 m respektive 112 m; en kommersiell sensor med ett spektralområde på upp till 2.2 μm och geometrisk upplösning på 168 m; samt ett förslag till sensor med högre geometrisk upplösning på 20 m eller 50 m, som erhålls genom att öka brännvidden. Flera slutsatser nåddes med hänsyn till avbildningen: lämpligheten hos linserna som hittades till respektive sensor verifierades, och det upptäcktes att förvrängningen till följd av jordens rotation ökade med förlängd exponeringstid, vilket även skedde för förhållandet mellan signal och störningar. Ett förslag till en cirkulär, solsynkron, polär omloppsbana med ett dagligen upprepande mönster lades fram. En förenklad metod för beräkning av halva storaxeln tillämpades, och därmed bestämdes en höjd på 561 km och lutning på 97.64°. I enlighet med detta uppskattades antalet satelliter som krävs för både global och regional (Sverige) täckning för alla avbildningsalternativ. För global täckning beräknades antalet satelliter som krävs för att uppnå en geometrisk upplösning på 140.25 m till 15 stycken, medan en geometrisk upplösning på 50 m krävde 84 stycken satelliter. För regional täckning (Sverige) krävdes å andra sidan endast 6 stycken satelliter för att uppnå en geometrisk upplösning på 140.25 m, och 32 stycken för en geometrisk upplösning på 50 m. Detta examensarbete har visat hur många satelliter som behövs för antingen global eller regional täckning så att skogsbränder kan detekteras med högre geometrisk upplösning samt högre tidsupplösning. / For several years, the occurrence of more severe and uncontrolled wildfires has been increasing. There is a need to detect wildfires with a higher spatial and temporal resolution than the ones currently provided by operational satellites. In this thesis, an imager study and orbital design of a microsatellite constellation using near infrared (NIR) and shortwave infrared (SWIR) imagers for wildfire monitoring, with enhanced spatial and temporal resolution, was conducted. After a state of the art review, different alternatives of imaging systems were discerned: two commercial sensors with spectral range of 0.7 to 1.7 μm and spatial resolution of 140 m and 112 m, respectively; one commercial sensor with spectral range up to 2.2 μm and spatial resolution of 168 m; and one sensor proposal with higher spatial resolution of 20 m or 50 m, achieved by increasing the focal length. Several conclusions were reached with regards to the imagers: the appropriateness of lenses found for each sensor was confirmed, the Earth rotation distortion was found to increase as the exposure time is extended, as did the signal-to noise ratio. A proposal for a circular sun-synchronous polar orbit with a daily repeating pattern was made. Applying a simplified method to calculate the semi-major axis, an altitude of 561 km and inclination of 97.64° were determined. Accordingly, the number of satellites for both global and regional (Sweden) coverage was estimated for all imager alternatives. For global coverage, the necessary number of satellites to achieve a spatial resolution of 140.25 m was calculated to be 15 satellites, whereas for a spatial resolution of 50 m the number of satellites increased to 84. On the other hand, for regional coverage (Sweden), the number of satellites to achieve a spatial resolution of 140.25 m were 6, and for a spatial resolution of 50 m the number of satellites was 32. This thesis shows how many satellites are required for either global or regional coverage, considering different imager configurations, to detect wildfires with a higher spatial and temporal resolution.