АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ МОНИТОРИНГА НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ …
УДК 521.35:[528.837:629.78]
АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ
МОНИТОРИНГА НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
А.И. Пикуль, Д.К. Хегай, А.В. Шпак
Предлагается алгоритм, позволяющий производить оценивание информационных возможностей космической системы при различных вариантах ее орбитального построения с учетом характеристик входящих в нее искусственных спутников Земли и объектов мониторинга. Ключевые слова: искусственный спутник Земли, космическая система, рациональное построение баллистической структуры системы ИСЗ, мониторинг наземных объектов.
Введение и постановка задачи Для проведения космического мониторинга наземных объектов, как правило, используется низкоорбитальная система искусственных спутников Земли (ИСЗ). При этом для решения стоящей целевой задачи с требуемым качеством могут использоваться различные варианты ее орбитального построения [1]. В ряде случаев создается избыточность информационных ресурсов системы, что неоправданно увеличивает ее стоимость и сложность. Также при функционировании системы ИСЗ на этапе ее развертывания или при несвоевременном восполнении ее численности может возникнуть ситуация, когда на поверхности Земли формируются зоны, где целевая задача в определенные моменты времени не решается с требуемым качеством. Таким образом, создание новой космической системы мониторинга наземных объектов целесообразно начинать с выбора баллистической структуры, обеспечивающей решение целевой задачи с требуемой эффективностью при заданных ограничениях. Эффективность системы, как правило, характеризуется ее информационными возможностями – периодичностью наблюдения объекта (для неподвижных объектов), а также средней вероятностью обнаружения объекта с учетом допустимого времени устаревания данных (для подвижных объектов). Ограничениями могут являться общая стоимость создания системы, число ИСЗ в системе, количество, местонахождение и специфические особенности потребителей информации системы и др. Рациональность построения системы определяется минимумом затрат на ее создание при условии достижения требуемой эффективности ее работы. Для решения этой сложной задачи целесообразно использовать модели и методы оценки информационных возможностей космических систем при различных вариантах их баллистического построения, реализованные в виде аналитических или статистических алгоритмов.
66 Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета
информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 3 (73)
А.И. Пикуль, Д.К. Хегай, А.В. Шпак
Алгоритм оценивания рациональности построения баллистической структуры системы ИСЗ мониторинга наземных объектов
При рассмотрении вопросов, связанных с построением низкоорбитальной системы ИСЗ, большое значение имеет моделирование процесса ее функционирования. Представляется, что в состав алгоритма, реализующего процесс моделирования баллистической структуры (БС) низкоорбитальной космической системы мониторинга, целесообразно включить расчетные процедуры, позволяющие осуществлять [2]:
расчет параметров трассы полета ИСЗ;
расчет параметров полосы обзора ИСЗ;
формирование признака накрытия полосой обзора ИСЗ заданного района;
имитацию неопределенности положения объекта мониторинга (ОМ) в районе;
формирование признака попадания объекта в полосу обзора ИСЗ;
формирование признака фиксации объекта мониторинга бортовой аппаратурой мониторинга (БАМ) ИСЗ;
расчет параметров области возможного положения объекта мониторинга (ОВПОМ);
расчет параметров круга связи;
формирование признака приема информации на пункте приема информации (ППИ);
формирование признака распознавания объекта на ППИ;
выбор показателей и оценку эффективности применения и возможностей низкоорбитальной системы ИСЗ;
формирование признака захвата ОМ по долготе;
формирование признаков уклонения ОМ от средств БАМ ИСЗ;
формирование предложений по построению баллистической структуры системы ИСЗ. Для исследования информационных свойств космической системы большой практический интерес
представляет определение периодичности обнаружения объекта мониторинга. Известно два подхода к решению этой задачи: аналитический и статистический. Достоинством аналитического подхода является то, что он позволяет сравнительно просто определить среднюю периодичность наблюдения ОМ в заданном районе, а недостатком – отсутствие возможности определять минимальные, максимальные и текущие интервалы времени между последовательными обнаружениями ОМ. Для определения этих интервалов и оценки вероятности того, что временные интервалы между обнаружениями ОМ не превысят заданных значений, целесообразно воспользоваться статистическим подходом, основанным на моделировании процесса функционирования системы.
Расчет параметров трассы полета, полосы обзора ИСЗ и круга связи с ППИ осуществляется стандартными процедурами, достаточно широко рассмотренными в литературе [1, 2]. Формирование признака накрытия полосой обзора ИСЗ заданного района осуществляется путем сопоставления текущих параметров движения ИСЗ с учетом ширины полозы обзора БАМ с географическими границами заданного района подстилающей поверхности. В качестве основного показателя эффективности применения системы целесообразно использовать среднее значение вероятности обнаружения ОМ Wz на мерном интервале, рассчитываемое с учетом допустимого времени устаревания данных ΔTуст
Wz
1 Dj
k Si
i 1
.
Здесь k – количество шагов по времени, когда текущее значение вероятности обнаружения ОМ отлично
от нуля, k = 1…K; i – номер шага по времени, когда текущее значение вероятности обнаружения отлично
от нуля;
K
Tуст t
;
Si
и
Dj
– параметры, используемые при обработке результатов моделирования:
Si Pi t , D j t n j ; Δt – размер шага по времени; j – номер шага по времени на интервале оценки
Тоц, j = 1…Е (Тоц / Δt); nj – общее количество шагов по времени; Pi – текущее значение вероятности обнаружения за время мониторинга ОВПОМ
Pi
np i (ty n i
)
,
где nр i (tу
УДК 521.35:[528.837:629.78]
АЛГОРИТМ ОЦЕНИВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ
МОНИТОРИНГА НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
А.И. Пикуль, Д.К. Хегай, А.В. Шпак
Предлагается алгоритм, позволяющий производить оценивание информационных возможностей космической системы при различных вариантах ее орбитального построения с учетом характеристик входящих в нее искусственных спутников Земли и объектов мониторинга. Ключевые слова: искусственный спутник Земли, космическая система, рациональное построение баллистической структуры системы ИСЗ, мониторинг наземных объектов.
Введение и постановка задачи Для проведения космического мониторинга наземных объектов, как правило, используется низкоорбитальная система искусственных спутников Земли (ИСЗ). При этом для решения стоящей целевой задачи с требуемым качеством могут использоваться различные варианты ее орбитального построения [1]. В ряде случаев создается избыточность информационных ресурсов системы, что неоправданно увеличивает ее стоимость и сложность. Также при функционировании системы ИСЗ на этапе ее развертывания или при несвоевременном восполнении ее численности может возникнуть ситуация, когда на поверхности Земли формируются зоны, где целевая задача в определенные моменты времени не решается с требуемым качеством. Таким образом, создание новой космической системы мониторинга наземных объектов целесообразно начинать с выбора баллистической структуры, обеспечивающей решение целевой задачи с требуемой эффективностью при заданных ограничениях. Эффективность системы, как правило, характеризуется ее информационными возможностями – периодичностью наблюдения объекта (для неподвижных объектов), а также средней вероятностью обнаружения объекта с учетом допустимого времени устаревания данных (для подвижных объектов). Ограничениями могут являться общая стоимость создания системы, число ИСЗ в системе, количество, местонахождение и специфические особенности потребителей информации системы и др. Рациональность построения системы определяется минимумом затрат на ее создание при условии достижения требуемой эффективности ее работы. Для решения этой сложной задачи целесообразно использовать модели и методы оценки информационных возможностей космических систем при различных вариантах их баллистического построения, реализованные в виде аналитических или статистических алгоритмов.
66 Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета
информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 3 (73)
А.И. Пикуль, Д.К. Хегай, А.В. Шпак
Алгоритм оценивания рациональности построения баллистической структуры системы ИСЗ мониторинга наземных объектов
При рассмотрении вопросов, связанных с построением низкоорбитальной системы ИСЗ, большое значение имеет моделирование процесса ее функционирования. Представляется, что в состав алгоритма, реализующего процесс моделирования баллистической структуры (БС) низкоорбитальной космической системы мониторинга, целесообразно включить расчетные процедуры, позволяющие осуществлять [2]:
расчет параметров трассы полета ИСЗ;
расчет параметров полосы обзора ИСЗ;
формирование признака накрытия полосой обзора ИСЗ заданного района;
имитацию неопределенности положения объекта мониторинга (ОМ) в районе;
формирование признака попадания объекта в полосу обзора ИСЗ;
формирование признака фиксации объекта мониторинга бортовой аппаратурой мониторинга (БАМ) ИСЗ;
расчет параметров области возможного положения объекта мониторинга (ОВПОМ);
расчет параметров круга связи;
формирование признака приема информации на пункте приема информации (ППИ);
формирование признака распознавания объекта на ППИ;
выбор показателей и оценку эффективности применения и возможностей низкоорбитальной системы ИСЗ;
формирование признака захвата ОМ по долготе;
формирование признаков уклонения ОМ от средств БАМ ИСЗ;
формирование предложений по построению баллистической структуры системы ИСЗ. Для исследования информационных свойств космической системы большой практический интерес
представляет определение периодичности обнаружения объекта мониторинга. Известно два подхода к решению этой задачи: аналитический и статистический. Достоинством аналитического подхода является то, что он позволяет сравнительно просто определить среднюю периодичность наблюдения ОМ в заданном районе, а недостатком – отсутствие возможности определять минимальные, максимальные и текущие интервалы времени между последовательными обнаружениями ОМ. Для определения этих интервалов и оценки вероятности того, что временные интервалы между обнаружениями ОМ не превысят заданных значений, целесообразно воспользоваться статистическим подходом, основанным на моделировании процесса функционирования системы.
Расчет параметров трассы полета, полосы обзора ИСЗ и круга связи с ППИ осуществляется стандартными процедурами, достаточно широко рассмотренными в литературе [1, 2]. Формирование признака накрытия полосой обзора ИСЗ заданного района осуществляется путем сопоставления текущих параметров движения ИСЗ с учетом ширины полозы обзора БАМ с географическими границами заданного района подстилающей поверхности. В качестве основного показателя эффективности применения системы целесообразно использовать среднее значение вероятности обнаружения ОМ Wz на мерном интервале, рассчитываемое с учетом допустимого времени устаревания данных ΔTуст
Wz
1 Dj
k Si
i 1
.
Здесь k – количество шагов по времени, когда текущее значение вероятности обнаружения ОМ отлично
от нуля, k = 1…K; i – номер шага по времени, когда текущее значение вероятности обнаружения отлично
от нуля;
K
Tуст t
;
Si
и
Dj
– параметры, используемые при обработке результатов моделирования:
Si Pi t , D j t n j ; Δt – размер шага по времени; j – номер шага по времени на интервале оценки
Тоц, j = 1…Е (Тоц / Δt); nj – общее количество шагов по времени; Pi – текущее значение вероятности обнаружения за время мониторинга ОВПОМ
Pi
np i (ty n i
)
,
где nр i (tу