نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشکده فناوری های نوین- دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

یافتن بهترین برنامه‌ریزی ممکن به منظور حداکثر نمودن مشاهدات تصویری یک ماهواره سنجشی و انتقال آن‌ها به ایستگاه زمینی، به عنوان تابعی از مشخصات ماهواره، مدار حرکتی ماهواره، سیستم کنترل وضعیت، میدان دید و اهداف رصدی اهمیت فراوانی دارد. ترکیب خاصیت چابکی ماهواره با توجه به قابلیت انتقال وضعیت سریع آن در راستای سه محور رول، پیچ و یاو که امکان جهت‌گیری افزون بر ندیر را به ماهواره می‌بخشد، با استفاده از یک نرم‌افزار مناسب می‌تواند به شکل قابل توجهی نرخ پاسخ‌دهی، زمان بازدید و سطح پوشش ماهواره‌ را بهبود داده و نیازهای کاربران را پاسخ دهد. بنابراین، در این مقاله برنامه‌ریزی یک ماهواره‌ چابک سنجش از دور ابتدا مدل می‌شود، به طوری که پس از دریافت اهداف رصدی از کاربر و اختصاص اولویت رصد به هر هدف، قابلیت پیاده‌سازی و اجرای وظایف رصدی توسط زیرسیستم مکانیک مداری به منظور برآورده‌سازی محدودیت پنجره زمان دسترسی به اهداف و توسط زیرسیستم کنترل وضعیت در راستای برآورده‌سازی محدودیت اجرای مانور وضعیت حول محورهای رول و پیچ بررسی شده و تایید می‌شود. سپس، با استفاده از کنترل نظارتی گسسته پیشامد، از اجرای صحیح رفتار منطقی برنامه‌ریزی با توجه به ویژگی‌ها و الزامات خاصی که به ماموریت افزوده شده است، اطمینان حاصل می‌شود. به کمک یک الگوریتم جستجوگر بهینه مبتنی بر روش بلمن فورد ، توالی برنامه بهینه برای بهره‌برداری حداکثری از ماهواره ضمن برآورده شدن محدودیت‌های عملیاتی ماموریت به صورت خودکار به دست می‌آید. در نهایت برای نشان دادن صحت برنامه‌ریزی انجام شده، یک ماموریت سنجش از دور شبیه‌سازی می‌شود

کلیدواژه‌ها

موضوعات

##[1]    Wang, G. Wu, L. Xing, and W. Pedrycz, “Agile Earth Observation Satellite Scheduling Over 20 Years: Formulations, Methods, and Future Directions,” IEEE Syst J, vol. 15, no. 3, pp. 3881–3892, 2021, doi: 10.1109/JSYST.2020.2997050.##
##[2]    S. Nag, J. LeMoigne, and O. de Weck, “Cost and risk analysis of small satellite constellations for earth observation,” in 2014 IEEE Aerospace Conference, 2014, pp. 1–16. doi: 10.1109/AERO.2014.6836396.##
##[3]    M. Lemaı̂tre, G. Verfaillie, F. Jouhaud, J.-M. Lachiver, and N. Bataille, “Selecting and scheduling observations of agile satellites,” Aerosp Sci Technol, vol. 6, no. 5, pp. 367–381, 2002.##
##[4]    A. Globus, J. Crawford, J. Lohn, and A. Pryor, “A Comparison of Techniques for Scheduling Earth Observing Satellites.” [Online]. Available: www.stk.com##
##[5]    G. Verfaillie and M. Lemaître, “Selecting and scheduling observations for agile satellites: some lessons from the constraint reasoning community point of view,” in International Conference on Principles and Practice of Constraint Programming, 2001, pp. 670–684.##
##[6]    X. Wang, G. Song, R. Leus, and C. Han, “Robust Earth Observation Satellite Scheduling With Uncertainty of Cloud Coverage,” IEEE Trans Aerosp Electron Syst, vol. 56, no. 3, pp. 2450–2461, 2020, doi: 10.1109/TAES.2019.2947978.##
## [7]   Y. Gu, C. Han, and X. Wang, “A Kriging Based Framework for Rapid Satellite-to-Site Visibility Determination,” in 2019 IEEE 10th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE), 2019, pp. 262–267. doi: 10.1109/ICMAE.2019.8880987.##
##[8]    C. Han, S. Bai, S. Zhang, X. Wang, and X. Wang, “Visibility optimization of satellite constellations using a hybrid method,” Acta Astronaut, vol. 163, pp. 250–263, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.01.025.##
##[9]    X. Wang, C. Han, P. Yang, and X. Sun, “Onboard satellite visibility prediction using metamodeling based framework,” Aerosp Sci Technol, vol. 94, p. 105377, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.105377.##
##[10] D. L. Brandel, W. A. Watson, and A. Weinberg, “NASA’s advanced tracking and data relay satellite system for the years 2000 and beyond,” Proceedings of the IEEE, vol. 78, no. 7, pp. 1141–1151, 1990, doi: 10.1109/5.56928.##
##[11] S. Rojanasoonthon, J. F. Bard, and S. D. Reddy, “Algorithms for parallel machine scheduling: a case study of the tracking and data relay satellite system,” Journal of the Operational Research Society, vol. 54, no. 8, pp. 806–821, Aug. 2003, doi: 10.1057/palgrave.jors.2601575.##
##[12] X. Wang, R. Leus, and C. Han, “Fixed Interval Scheduling of Multiple Earth Observation Satellites with Multiple Observations,” in 2018 9th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE), 2018, pp. 28–33. doi: 10.1109/ICMAE.2018.8467667.##
##[13] X. Liu, G. Laporte, Y. Chen, and R. He, “An adaptive large neighborhood search metaheuristic for agile satellite scheduling with time-dependent transition time,” Comput Oper Res, vol. 86, pp. 41–53, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.cor.2017.04.006.##
##[14] Y. She, S. Li, and Y. Zhao, “Onboard mission planning for agile satellite using modified mixed-integer linear programming,” Aerosp Sci Technol, vol. 72, pp. 204–216, 2018.##
##[15] B. Du, S. Li, Y. She, W. Li, H. Liao, and H. Wang, “Area targets observation mission planning of agile satellite considering the drift angle constraint,” J Astron Telesc Instrum Syst, vol. 4, no. 4, p. 047002, 2018.##
##[16] J. Li, C. Gao, C. Li, and W. Jing, “A survey on moving mass control technology,” Aerosp Sci Technol, vol. 82, pp. 594–606, 2018.##
##[17] V. Gabrel, A. Moulet, C. Murat, and V. Th. Paschos, “A new single model and derived algorithms for the satellite shot planning problem using graph theory concepts,” Ann Oper Res, vol. 69, no. 0, pp. 115–134, 1997, doi: 10.1023/A:1018920709696.##
##[18] X. Wang, C. Han, R. Zhang, and Y. Gu, “Scheduling Multiple Agile Earth Observation Satellites for Oversubscribed Targets Using Complex Networks Theory,” IEEE Access, vol. 7, pp. 110605–110615, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2925704.##
##[19] S. de Florio, “Performances optimization of remote sensing satellite constellations: a heuristic method,” in Proc. of 5th Intern. Workshop on Planning and Scheduling for Space (IWPSS 2006), 2006.##
##[20] P. Wang, G. Reinelt, P. Gao, and Y. Tan, “A model, a heuristic and a decision support system to solve the scheduling problem of an earth observing satellite constellation,” Comput Ind Eng, vol. 61, no. 2, pp. 322–335, 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.cie.2011.02.015.##
##[21] Z. Li and X. Li, “A multi-objective binary-encoding differential evolution algorithm for proactive scheduling of agile earth observation satellites,” Advances in Space Research, vol. 63, no. 10, pp. 3258–3269, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.01.043.##
##[22] J. Wang, E. Demeulemeester, and D. Qiu, “A pure proactive scheduling algorithm for multiple earth observation satellites under uncertainties of clouds,” Comput Oper Res, vol. 74, pp. 1–13, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.cor.2016.04.014.##
##[23] W. J. Wolfe and S. E. Sorensen, “Three scheduling algorithms applied to the earth observing systems domain,” Manage Sci, vol. 46, no. 1, pp. 148–166, 2000.##
##[24] T. P. Bagchi, “Near Optimal Ground Support in Multi-Spacecraft Missions: A GA Model and its Results,” IEEE Trans Aerosp Electron Syst, vol. 45, no. 3, pp. 950–964, 2009, doi: 10.1109/TAES.2009.5259176.##
##[25] A. Sarkheyli, A. Bagheri, B. Ghorbani-Vaghei, and R. Askari-Moghadam, “Using an effective tabu search in interactive resources scheduling problem for LEO satellites missions,” Aerosp Sci Technol, vol. 29, no. 1, pp. 287–295, 2013.##
##[26] C. Li, S. Chen, J. Li, and F. Wang, “Distributed multi-step subgradient optimization for multi-agent system,” Syst Control Lett, vol. 128, pp. 26–33, 2019.##
##[27] Y. She and S. Li, “Optimal slew path planning for the Sino-French Space-based multiband astronomical Variable Objects Monitor mission,” J Astron Telesc Instrum Syst, vol. 4, no. 1, p. 017001, 2018.##
##[28] F. Perea, R. Vazquez, and J. Galan-Viogue, “Swath-acquisition planning in multiple-satellite missions: an exact and heuristic approach,” IEEE Trans Aerosp Electron Syst, vol. 51, no. 3, pp. 1717–1725, 2015, doi: 10.1109/TAES.2015.130751.##
##[29] J. Li, C. Li, and F. Wang, “Automatic Scheduling for Earth Observation Satellite With Temporal Specifications,” IEEE Trans Aerosp Electron Syst, vol. 56, no. 4, pp. 3162–3169, 2020, doi: 10.1109/TAES.2020.2966902.##
##[30] W. M. Wonham and K. Cai, “Supervisory control of discrete-event systems.” Springer, 2019.##
##[31] V. Saeidi, A. A. Afzalian, and D. Gharavian, “Localization of DES Supervisory Control with Respect to Each Controllable Event,” Journal of Control, vol. 12, no. 3, pp. 29–41, 2018.##
##[32] C. G. Cassandras and S. Lafortune, Introduction to discrete event systems. Springer, 2008.##
##[33] A. Afzalian, A. Saadatpoor, and W. M. Wonham, “Systematic supervisory control solutions for under-load tap-changing transformers,” Control Eng Pract, vol. 16, no. 9, pp. 1035–1054, 2008.##