Оптимальное планирование целевого функционирования низкоорбитальных космических систем связи и наблюдения

• Автор: Дарнопых, Валерий Витальевич
• Шифр специальности: 05.13.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 214 с. : ил.

ЗДЕНИЕ
ША 1. ЗАДАЧА ПЛАНИРОВАНИЯ ЦЕЛЕВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗКООРБИТАЛЫ1ЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ И НАБЛЮДЕНИЯ ... 20 El. Сведение задачи планирования к задаче фсу ,'йрования временных последовательностей выполнения операций
1.1.1. Понятие о временной последовательности выполнения операций
1.1.2. Процедура формирования временных последовательностей выполнения операций
1.2. Задача планирования оперативной коммутации каналов в низкоорбитальной космической системе связи
1.2.1. Сценарий целевого функционирования
1.2.2. Модели временных интервалов радиовидимости
1.2.3. Модели коммутации радиоканалов
1.2.4. Критерий эффективности
1.2.5. Техническая постановка задачи
1.2.6. Математическая постановка задачи
1.3. Задача оперативного планирования съемки земных объектов низкоорбитальной космической системой наблюдения 37 -
1.3.1. Сценарий целевого функционирования
1.3.2. Модели временных интервалов (моментов) сч1ки земных объектов и сеансов связи
1.3.3. Модели целевого функционирования аппаратуры бортового«информационного комплекса КА
1.3.4. Критерий эффективности
1.3.5. Техническая постановка задачи
1.3.6. Математическая постановка задачи
1.4. Общая формализованная математическая постановка задачи
1.4.1. Модели временных параметров выполнения целевых операций системы
1.4.2. Модель состояния фазового вектора системы
1.4.3. Ограничения
1.4.4. Критерий эффекгивности
1.4.5. Формулировка задачи
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ВА 2. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАКИРОВАНИЯ
2.1. Метод оптимального планирования с применением процедуры маршрутизации
2.1.1. Модель процесса целевого функционирования
2.1.2. Способ организации процесса маршрутизации
2.1.3. Численный алгоритм
2.1.4. Адаптация численного алгоритма к планированию на множестве графов
2.2. Метод оптимального планирования с ^раменением Процедуры направленного перебора
2.2.1. Модель процесса целевого функционирования

2.2.2. Способ организации процесса направленного перебора
2.2.3. Численный алгоритм
2.3. Комплексная методика и примеры решения задач планирования
2.3.1. Применение процедуры маршрутизации для решения модельной задачи
2.3.2. Применение процедуры направленного перебора для решения модельной задачи
2.3.3. Комплексная методика решения задач планирования
2.4. Специализированное программное обеспечение
2.4.1. Программный комплекс планирования оперативной коммутации радиоканалов спутниковой связи
2.4.2. Программный комплекс оперативного планирования съемки земных объектов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
AB А 3. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
3.1. Планирование передачи данных по мобильным каналам спутниковой связи
3.1.1. Техническая постановка задачи
3.1.2. Методика решения задачи
3.1.3. Оценки эффективности установления мобильных каналов спутниковой связи
3.1.4. Рекомендации
3.2., Цианирование передачи речи по мобильным каналам спутниковой связи
3 5.2.1. Техническая постановка задачи
3.2.2. Методика решения задачи
3.2.3. Оценки эффективности установления мобильных каналов спутниковой связи
3.2.4. Рекомендации
3.3. Планирование космического мониторинга пожароопасного .она
3.3.1. Техническая постановка задачи
3.3.2. Методика решения задачи
3.3.3. Оценки эффективности планирования космического мониторинга
3.3.4. Рекомендации
3.4. Планирование космического мониторинга экологической обстановки заданных регионов
3.4.1. Техническая постановка и методика решения задачи
3.4.2. Оценки эффективности планирования космического мониторинга
3.4.3. Сравнительный анализ целевого функционирования систем при проведении космического мониторинга
3.4.4. Рекомендации
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
ЮОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
ИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ИЛОЖЕНИЕ
Актуальность темы. Современный этап развития космонавтики характеризуется нашейной активностью в сфере создания, развертывания и эксплуатации низкоорби-ьных космических информационных систем. Они отличаются от геостационарных и дневысотных систем малогабаритными и легкими космическими аппаратами (КА), ;ершающими за сутки более десяти витков по орбитам, неоднократно обслуживаю-ми значительные по площади территории земной поверхности и обеспечивающими «временную и качественную доставку необходимой информации сотням тысяч по-бителей, большой численностью КА в своих космических сегментах, техническими дктеристиками бортовой аппаратуры КА, основными принципами организации про-:са целевого функционирования. К низкоорбитальным информационным системам, ;жде всего, относятся космические системы наблюдения (КСН) - системы дистанци-юго зондирования, осуществляющие промышленный и экологический мониторинг [ной поверхности и околоземного пространства, съемку земных объектов, метео- и ас-•физические исследования, и космические системы связи (КСС) - глобальные и ре-шальные системы персональной спутниковой связи, предоставляющие услуги радио-ефонии, передачи данных, персонального радиовызова, телевещания, обеспечиваю-е ретрансляцию сообщений с помощью межспутниковых линий связи. Среди проек-! низкоорбитальных КСН следует отметить Argos, Ampte, ROSAT, Express, CBERS, )t, LandSat, ERS, EOS, SSR, "Ресурс-Ф", "Курс", низкоорбитальных КСС - Iridium, )balstar, ECCO, Skybridge, Celestri, Teledesic, Orbcomm, "Коскон", "Сигнал", "Ростеле-". Некоторые из них предусматривают совмещение функций по предоставлению ус-' связи и осуществлению космического мониторинга, а также обеспечение ретрансля-î информационных сообщений не только от наземных абонентов и КА этой же систе-, но и от иных объектов, находящихся в воздушном и околоземном пространстве.
Задача управления низкоорбитальными космическими информационными систе-ш характеризуется важностью вопросов оперативного планирования их целевого акционирования, что обусловлено ограниченными техническими возможностями уговой аппаратуры КА, необходимостью рациональной эксплуатации и реализации ■ чно-технического потенциала КА, большой размерностью массивов обрабатываемой тратурой информации, высокими требованиями к эффективности систем и качеству доставляемых ими информационных услуг, себестоимостью систем и их целевых граций. Задача планирования целевого функционирования низкоорбитальных КСН ;тоит в формировании программ оперативной съемки земных объектов при ограни-шых ресурсах бортового информационного комплекса КА, а низкоорбитальных КСС организации мобильных и виртуальных соединений абонентских терминалов посред-;ом коммутации радиоканалов в абонентских, фидерных и межспутниковых линиях ï ограниченной пропускной способности КА. Наиболее часто такие задачи математи-

1.4. Общая формализованная математическая постановка задачи
Целью данного параграфа является общая формализованная математическая поставки задачи планирования целевого функционирования низкоорбитальных КСС и КСН ; космических информационных систем. Для этого последовательно рассматриваются ;дующие основные элементы постановки: модели временных параметров выполнения 1евых операций космической системы по непосредственному обслуживанию инфор-дионных источников и служебных целевых операций, модель фазового вектора сис-1ы, ограничения на вектор управления и фазовый вектор системы, критерий эффек-шости целевого функционирования системы и собственно формулировка задачи.
1.4.1. Модели временных параметров выполнения целевых операций системы, новными целевыми операциями низкоорбитальной космической информационной темы являются операции по непосредственному обслуживанию информационных ис-шиков, а также служебные операции, необходимые для их выполнения.
Обобщая рассмотренные выше модели, под моделями временных параметров вы-шения целевых операций космической системы будем понимать последовательности гервалов времени, в течение которых эти операции возможны, и соответствующие им хтедовательности параметров, характеризующие информационные источники и кос-ческий и наземный сегменты системы.
Последовательности интервалов времени, в течение которых возможно выполнение 1свых операций КА по обслуживанию информационных источников, представляются иде:
{(Д,4)}, 1 = к = щ, (1.37)
: Д и 4 - соответственно начальный и конечный моменты времени интервала обслувания информационного источника / -ым КА; N - количество КА системы; к, - коли-
;тво возможных интервалов времени обслуживания информационных источников i -КА за интервал планирования [?0, Т].
Последовательностям (1.37) соответствуют последовательности порядковых номе-$ в сквозной нумерации (далее - номеров) информационных источников
К}> I = ЦУ, к = и,, п,к е{1,2,..„Я}, (1.38)
:орые могут обслуживаться космической системой на интервалах времени (7ГД /1к2). ;сь Я - количество информационных источников.
Последовательности интервалов времени, в течение которых возможно выполнение 'жебных целевых операций, необходимых для выполнения целевых операций по об-'живанию информационных источников, представляются в виде:
{(4,4)},/=Щ/ = и , (1.39)