авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка комплексной методики анализа эффективности систем дистанционного зондирования земли на базе малых космических аппаратов

На правах рукописи

ГЛАЗКОВА ИНЕССА АНАТОЛЬЕВНА РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ НА БАЗЕ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Специальность 05.07.09 Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010 г.

Работа выполнена на кафедре «Системный анализ и управление» Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ)

Научный консультант:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Малышев Вениамин Васильевич

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Чернявский Григорий Маркелович доктор технических наук, старший научный сотрудник Максимов Валерий Георгиевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный космический научно производственный центр имени М.В.Хруничева» (ФГУП «ГКНПЦ имени М.В.Хруничева»)

Защита состоится «10» июня 2010 г. в 15.00 часов на заседании диссертацион ного совета Д 212.125.12 при Московском авиационном институте (государст венном техническом университете, МАИ) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.

Автореферат разослан «07» мая 2010 г.

Отзывы, заверенные печатью, просьба направлять по адресу:

125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый совет МАИ.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125.12, кандидат технических наук, доцент В.В.Дарнопых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Космические средства дистанционного зондирова ния Земли (ДЗЗ) получили в настоящее время широкое применение во всем ми ре. Неуклонно растет разнообразие создаваемых типов космических аппаратов (КА) ДЗЗ и общее их количество. Получаемая ими космическая информация ис пользуется для решения многих хозяйственных и научных задач мониторинга окружающей среды. На этой основе достигается ощутимое повышение эффек тивности производственной деятельности в таких областях, как картографиро вание, землеустройство и землепользование, контроль источников загрязнения окружающей среды и наблюдение за экологической обстановкой, сельское хо зяйство, лесозаготовки и лесовосстановление, планирование и поиск полезных ископаемых, прокладка рациональных маршрутов и т.д. Важнейшее значение имеют также многолетние ряды космических данных ДЗЗ для проведения кли матологических исследований, изучения Земли как целостной экологической системы, обеспечения различных изысканий и работ в интересах океанологии и других отраслей экономики и науки.

Последние годы характеризуются резким ростом числа космических про грамм ДЗЗ, а также существенным изменением их технического, организацион ного, маркетингового характера. Заметен разрыв «сверхцентрализованных про грамм», связанных с запуском тяжелых космических платформ и эксплуатаци ей затратоемких приемных центров, от стремительно растущих программ за пуска малых космических аппаратов, а также развивающейся распределенной инфраструктуры приема, хранения, распространения информации ДЗЗ. При этом начинают лидировать программы, демонстрирующие не только наиболь шую технологическую, но и стратегическую (с точки зрения ценовой и марке тинговой политики) гибкость: граница открытого и бесплатного доступа сме щается в сторону более высокого разрешения (NOAA – EOS). В централизо ванных программах (Landsat 7, Aster) конкурентоспособным преимуществом становится политика свободного распространения и копирования данных (copyright free), в коммерческих – открытость информационных интерфейсов и гибкость лицензионной политики (RADARSAT, IRS).

При разработке средств ДЗЗ необходимо учитывать, что качество решения социально-экономических задач зависит от информативности данных, форми руемых бортовой целевой аппаратурой, периодичности наблюдения, оператив ности передачи этих данных потребителю, а также эффективности способов их последующей обработки. Параметры технических средств к началу их практиче ского использования должны удовлетворять требованиям потребителей и соот ветствовать техническому уровню, не уступающему уровню лучших зарубежных аналогов.

Одним из вариантов создания современной системы ДЗЗ является приме нение малых космических аппаратов (МКА) в ее орбитальной группировке, что позволяет обслужить большое число потребителей со своими требованиями к по лучаемой информации. Поэтому разработка принципов и методов создания сис тем ДЗЗ на базе МКА является актуальной научно-технической задачей, имею щей прикладное значение.

Объект исследования - система ДЗЗ на базе МКА с различными вариан тами построения орбитальной группировки.

Предмет исследования - система ДЗЗ на базе МКА и анализ эффективно сти ее функционирования.

Целью работы является повышение эффективности функционирования систем ДЗЗ на базе МКА.

Методы исследования основаны на методах системного анализа, элемен тах теории вероятностей, имитационного моделирования, а также параметриче ского анализа.

Научная новизна результатов работы состоит в разработке комплексной методики анализа эффективности функционирования систем ДЗЗ на базе МКА, включающей методику оценки эффективности функционирования системы ДЗЗ по различным показателям (оперативность и периодичность наблюдения, про изводительность, время наблюдения заданной территории), методику расчета стоимости проектирования МКА ДЗЗ, методику расчета затрат на изготовление МКА ДЗЗ.



Практическая значимость результатов работы заключается в создании программно-методического обеспечения, позволяющего проводить комплекс ную оценку эффективности систем ДЗЗ на базе МКА, а также рекомендациях по созданию космических систем ДЗЗ на базе МКА, в том числе с использова нием спутников «Метеор-3М №1» и «Монитор-Э» в различных комплектациях и проектируемых низкоорбитальных микроспутников для мониторинга задан ных территорий Российской Федерации.

Результаты, представленные в работе, использованы при создании реаль ных проектов систем ДЗЗ на базе МКА в ФГУП «ГКНПЦ имени М.В.Хруничева», ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»», ФГУП «НПО им.

С.А.Лавочкина», ГУ «НИЦ «Планета»», а также в учебном процессе кафедры «Системный анализ и управление» МАИ. Внедрение (использование) результа тов работы подтверждается соответствующими актами.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным ис пользованием предлагаемых методов и моделей, а также их соответствием ре зультатам разработки и эксплуатации известных космических систем ДЗЗ.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований опубликованы в 30 статьях и тезисах докладов, в том числе в 4 статьях [1-4] в изданиях из рекомендованного ВАК Минобрнауки России перечня, неодно кратно представлялись автором и обсуждались на международных конгрессах, конференциях и симпозиумах, а также на научных семинарах кафедры «Сис темный анализ и управление» МАИ.

На защиту выносится:

1. Комплексная методика анализа эффективности функционирования сис тем ДЗЗ на базе МКА по различным показателям (оперативность и периодич ность наблюдения, производительность, время наблюдения заданной террито рии) с учетом стоимости на создание МКА ДЗЗ.

2. Программно-методическое обеспечение, позволяющее проводить ком плексную оценку эффективности систем ДЗЗ на базе МКА.

3. Результаты сравнительного анализа эффективности целевого функцио нирования различных проектов систем ДЗЗ с применением предложенной ме тодики и соответствующие рекомендации по созданию КС ДЗЗ на базе МКА.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 раз делов, заключения, списка литературы из 82 наименований и 3 приложений.

Объем основного текста диссертации составляет 102 страницы машинописного текста, включает 37 рисунков, 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований принципов и ме тодов создания космических систем ДЗЗ на базе МКА, формулируется цель ра боты, определяются объект и предмет исследований, характеризуется содержа ние работы, определяется научная новизна полученных в работе результатов и приводятся основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ основных направлений развития кос мических систем ДЗЗ (отечественных и зарубежных), в том числе на базе МКА, дается сравнительный анализ перспективных программ ДЗЗ, формулируется решаемая в работе научно-техническая задача.

Технические характеристики систем и КА ДЗЗ рассмотрены на примерах КА США, Франции, Европейского космического агентства, Индии и Японии. В качестве отечественных рассмотрены космические средства метеоназначения («Метеор-3М», «Электро»), оперативного наблюдения суши («Ресурс-01 №4», «Ресурс-ДК», «Монитор-Э»), фотонаблюдения суши («Ресурс-Ф», «Комета») и оперативного наблюдения океана («Океан-О»). Дан сравнительный анализ их характеристик. Приведен обзор МКА, применяющихся в системах ДЗЗ.

Обсуждаются перспективы использования МКА ДЗЗ различного назначения, определен состав задач мониторинга окружающей среды, для ре шения которых могут привлекаться МКА. Дан сравнительный анализ отечест венных и зарубежных наземных космических комплексов ДЗЗ, который пока зывает, что с точки зрения использования космической информации перспек тивной является группа потребителей, получающая данные космических съе мок на коммерческой основе. К этой группе потребителей могут быть отнесены как организации, так и частные пользователи. Кроме того, в связи с усилением самостоятельности отдельных регионов, возникает необходимость в информа ционном обеспечении органов управления территориями различного уровня (от федерального до местного), создании территориальных информационных сис тем. Представляется, что в ближайшие 3 - 5 лет потенциальный спрос этой группы потребителей может составить 50 - 60% от всего объема заказываемых съемок. Целевыми функциями потребителей этой группы являются охрана ок ружающей среды, улучшение экологической обстановки, обоснование и выбор более эффективного варианта размещения отдельных экономических и приро доохранных объектов.

Одним из путей расширения сферы применения космической информации и повышения ее эффективности является комплексирование разнородной ин формации для получения синтезированных изображений. Это направление по лучает все более широкое развитие в зарубежных технологиях создания ин формационных продуктов на базе космических данных. Например, националь ный центр ДЗЗ NRSC (National Remote Sensing Centre) Великобритании плани рует свою дальнейшую научно-техническую политику ориентировать на пере ход от использования отдельных космических съемок к комплексированию данных, получаемых из разных источников.

На рис.1 представлен прогноз объективных потребностей в материалах космических съемок на российском и мировом рынках.

млн. кв. км R=1-10 м R=10-200 м Федеральные потребности Внутренний рынок Мировой рынок 2005 г. 2010 г. 2015 г.

Рис.1. Прогноз объективных потребностей в материалах космических съемок на российском и мировом рынках В работе анализируется состав задач мониторинга окружающей среды, решаемый группировкой МКА, возможный состав бортовой аппаратуры, пред ложена система показателей для оценки эффективности системы, сформирова ны варианты орбитальной группировки на базе МКА.

Методологической основой проектирования космической системы ДЗЗ служит системный подход, основные принципы которого сводятся к следую щему: формулировка целей и задач, стоящих как перед системой в целом, так и перед отдельными ее компонентами;

формирование показателей целевой и эко номической эффективности;

анализ требований к отдельным компонентам;

формирование состава и структуры системы;

формирование возможных аль тернатив;

декомпозиция системы, целей и задач при сохранении на каждом уровне иерархии как целей, стоящих непосредственно перед этим уровнем, так и целей вышестоящего уровня;

выбор определяющих параметров системы;

оп тимизация структуры и ее параметров;

выбор предпочтительного варианта, разработка системного проекта системы мониторинга окружающей среды.

Таким образом, при общем проектировании космической системы ДЗЗ должны быть выбраны: параметры орбитальной группировки (количество КА, орбитальные параметры);

параметры КА и его основных бортовых систем (ап паратуры наблюдения, системы управления, включая систему ориентации и стабилизации, бортовой целевой радиолинии, надежность КА и его массогаба ритные характеристики);

алгоритмы управления орбитальной группировкой (развертыванием, поддерживанием, восполнением).

Постановка задачи. Показатели эффективности должны объективно, в ко личественной форме, характеризовать степень достижения целей, а также иметь достаточно простой физический смысл, быть наглядными для восприятия и анализа. Для многоцелевых систем вид и форма получения оценок отдельных показателей должны допускать их свертку в интегрированные, обобщенные по казатели, на базе которых могут формироваться критерии оценки и выбора аль тернативных вариантов системы в целом или отдельных ее компонентов.

В данной работе за основу принят показатель, характеризующий эффек тивность орбитальной группировки Э и определяемый по формуле:

N P Э= (1) i N3 i = где N3 - полное число задач, решаемых для различных пользователей с исполь зованием космической информации, поступающей от орбитальной группировки, i номер задачи, Рi — вероятность решения i-ой задачи. Если каждая задача имеет свой приоритет по сравнению с другими, то для оценки эффективности орбитальной группировки можно использовать выражение N3 N i Pi, Э= = 1, (2) i i =1 i = где аi - коэффициент важности i-й задачи. В случае равенства всех приоритетов формула (2) принимает вид (1).

Каждую задачу можно считать решенной, если одновременно выполнены все требования потребителя к космической информации. Тогда для вероятности реше ния i-й задачи Рi можно записать:

J Pi = Pji, (3) j = где j - номер требования, J - количество требований, Pji - показатель выполнения j ого требования для i-ой задачи.

В работе при оценке эффективности орбитальной группировки учитыва ются следующие основные требования к космической информации:





1. Спектральный диапазон аппаратуры наблюдения должен лежать в требуемых пределах, тр.

2. Разрешение аппаратуры R должно быть не хуже требуемого, R RТР.

3. Периодичность наблюдения tnер любой точки в заданном районе должна быть не ниже требуемой, т.е. tnер t nep.

TP Формально вероятность выполнения первого требования Рi для i-ой зада чи может быть определена из условия:

1, если ТР Pi = i. (4) 0, если ТР i Выполнение этого требования зависит только от комплектации бортовой аппа ратуры. Поэтому для оценки Рi необходима полная информация о бортовой аппаратуре КА.

Аналогично может быть определена и вероятность РRi выполнения второго требования 1, если R RiТР PRi =. (5) 0, если R RRiТР Для оценки РRi необходимы данные об аппаратуре наблюдения и высоте орбиты каждого КА.

Периодичность наблюдения различных точек заданного района является сложной, неоднозначной функцией. Она изменяется от точки к точке района наблюдения, от витка к витку орбиты КА. Для того чтобы получить какую-либо оценку периодичности наблюдения заданного района, следует получить оценки периодичности для множества точек обслуживаемого района, и только после этого можно вычислить ту или иную характеристику для района, например, максимальную периодичность, минимальную периодичность, среднюю перио дичность (математическое ожидание) или вероятность того, что периодичность будет не хуже заданной. В дальнейшем в работе именно этот показатель Рti = P(tnep t nepi ) TP (6) используется в качестве основного. Для вычисления вероятности Рti необходи мы данные о структуре орбитальной группировки и характеристиках аппарату ры наблюдения, прежде всего углах обзора. С учетом сказанного вероятность решения i-ой задачи (3) можно определить так:

Pi= Pi ·PRi ·Pti. (7) При выборе наилучшего варианта орбитальной группировки необходимо учитывать, по крайней мере, два показателя – эффективность Э и стоимость С.

С одной стороны, желательно получить максимум эффективности системы, с другой стороны, желательно добиться этого при минимальной стоимости. По добные задачи принято называть задачами векторной (или многокритериаль ной) оптимизации. Для решения таких задач и, следовательно, для преодоления возникшей неопределенности могут быть применены два основных подхода.

Первый подход предполагает введение дополнительных гипотез, позво ляющих свести задачу многокритериальной оптимизации к задаче однокрите риальной оптимизации. По существу речь идет о свертывании критериев. Вто рой подход предполагает сокращение множества исходных вариантов решений путем неформального анализа этих вариантов и построении, так называемого, множества Парето, или другими словами, множества неулучшаемых вариантов.

Для коммерческой системы ДЗЗ объективно существует также возмож ность свертки показателя эффективности и стоимости в одну обобщенную кри териальную функцию – прибыль П, которая представляет собой разность меж ду доходом D от продажи космической информации и стоимостью системы С за весь срок ее функционирования, т.е.

П=D–C. (8) Таким образом, для коммерческой системы ДЗЗ в качестве критерия опти мальности может быть выбрана прибыль (8), которую и нужно максимизиро вать:

П max. (9) Поскольку доход является функцией эффективности D = D (Э), то с учетом (1) - (3) и (8) задача оптимизации (9) трансформируется в задачу максимизации эффективности при заданной стоимости:

N P max, CC, Э= (10) i N3 i = где вероятность решения системой ДЗЗ i-ой задачи определяется по (4) – (8).

Именно оптимизационная задача (10) и решается в работе применительно к рассматриваемым проектам систем ДЗЗ на базе МКА.

Во второй главе рассмотрены методические основы системного проекти рования орбитального сегмента системы ДЗЗ.

Методика оценки эффективности системы ДЗЗ. Предполагаются извест ными типы и характеристики КА, входящие в состав орбитальной группировки.

В рассматриваемом случае часть ее параметров предполагается известной. Это количество КА в группировке, высота и наклонение орбиты для существующих КА. Поэтому указанные параметры должны быть определены лишь для вновь проектируемых КА. Другие же параметры орбитальной структуры, а именно, долгота восходящего узла и аргумент широты, должны быть определены для всех КА без исключения. Поскольку рассматривается стадия системного проек тирования, то не рассматривается эволюция системы в целом, и, как следствие, вопросы поддержания и восполнения орбитальной группировки. Что касается состава аппаратуры наблюдения и ее параметров, то для существующих КА они известны, а для вновь проектируемых должны быть определены.

Таким образом, задача сравнительного анализа вариантов орбитальной группировки системы ДЗЗ на базе МКА может быть формализована в виде за дачи определения наилучшей из них, состоящей из существующих и проекти руемых КА, соответствующего состава бортовой аппаратуры для вновь проек тируемых КА. Как показывает практика, в качестве показателей эффективности системы ДЗЗ целесообразно использовать совокупность следующих разнопри родных индикаторов:

- оперативность получения информации о выбранном районе на заданном пункте приема информации (ППИ) tоп (отсчитывается от момента получения команды на борту КА на проведение съемки выбранного района);

- периодичность обновления информации о выбранном районе tобн;

- производительность системы, задаваемая числом проконтролированных районов (объектов) за сутки nПР;

- качество информации, характеризуемое совокупностью частных показа телей:

- разрешение на местности lРМ;

- точность привязки получаемых изображений к земным координатам ПР;

- погрешность геометрических искажений в изображении наблюдаемого объекта или района ИС;

- время наблюдения заданной территории и необходимое минимальное время для ее полного накрытия.

Пусть орбитальная группировка системы ДЗЗ имеет следующие характе ристики:

ХОГ - совокупность характеристик, включающая общее число КА в группи ровке и их орбитальные параметры;

ХКАОСН - характеристики системы ориентации и стабилизации КА, а также системы автономной навигации;

ХЦА - совокупность характеристик бортовой целевой аппаратуры КА.

Наземные ППИ заданы совокупностью характеристик ХППИ, а наблюдае мый район (районы) - совокупностью характеристик ХНР. Съемка производится в сезонно-погодных условиях, характеризуемых совокупностью параметров ХСПУ. Тогда, для введенных показателей эффективности системы ДЗЗ могут быть записаны функциональные зависимости общего вида:

tОП = f1 (ХОГ, ХКАОСН, ХЦА, ХППИ, ХНР, ХСПУ);

tОБН = f2 (ХОГ, ХКАОСН, ХЦА, ХППИ, ХНР, ХСПУ);

nПР = f3 (ХОГ, ХКАОСН, ХЦА, ХППИ, ХНР, ХСПУ );

(11) ОСН lРМ = f4 (ХОГ, ХКА, ХЦА, ХСПУ);

ПР = f5 (ХКАОСН, ХЦА);

ИС = f6 (ХКАОСН, ХЦА).

Задачей оценки эффективности системы ДЗЗ является, во-первых, матема тическое моделирование целевого функционирования системы с целью получе ния зависимостей (11), а во-вторых, анализ на их основе вариантов построения системы ДЗЗ и нахождение альтернативы, удовлетворяющей требованиям за казчика по основным показателям эффективности системы.

В случае принятого в главе 1 стохастического подхода может быть сфор мулирован один обобщенный (агрегированный) показатель в форме вероятно сти успешного решения целевой задачи (3):

РЦ = Р [(tОП t*ОП, tОБН t*ОБН,..., ИС *ИС ], (12) то есть вероятности того, что все частные показатели будут иметь значения не хуже требуемых.

Для нахождения вероятности (12) необходимо знать плотность распреде ления вероятности системы случайных показателей (tОП, tОБН,..., ИС), каждый из которых является функцией случайных аргументов из числа характеристик, входящих в ХОГ, ХКАОСН,..., ХСПУ. При этом, выбор требуемого варианта орби тальной группировки системы ДЗЗ заключается в нахождении варианта, обес печивающего РЦ Р*Ц, где Р*Ц - требуемая вероятность успешного выполне ния задачи наблюдения.

Структурная схема моделирования для оценки эффективности системы ДЗЗ приведена на рис.2.

Первые шесть блоков модели задают участвующие в моделировании пара метры и характеристики, от которых зависят показатели эффективности систе мы. В блоках 7а и 7б содержатся данные со значениями следующих характери стик: характеристик стандартной миры, по которой определяется разрешение;

отражательных характеристик фона, на котором расположены шпалы миры;

альбедо земной поверхности и облаков;

коэффициентов пропускания атмосфе ры и параметров ее турбулентности в заданном оптическом диапазоне;

коэф фициентов ослабления атмосферой радиоволн выбранного диапазона;

характе ристик облачности и др. Названные характеристик необходимы для определе ния разрешения на местности lРМ.

Собственно моделирование процессов нахождения показателей эффектив ности целевого функционирования системы ДЗЗ (11) с учетом перечисленных в блоках 1 - 7 характеристик формализовано в блоках 8 - 13 модели.

В блоке 8 формализована процедура нахождения разрешения на местности lРМ путем решения частотно-энергетического уравнения. При этом учитывают ся частотно-контрастные характеристики (ЧКХ) как собственно оптической системы, так и звеньев смаза изображения за счет вибраций и нескомпенсиро ванной составляющей бега изображения, звена анализирующей дискретизации, апертуры элемента фотоприемного устройства (ФПУ), турбулентности атмосферы.

Рис.2. Структурная схема моделирования оценки эффективности системы ДЗЗ В блоке 9 реализована статистическая модель определения ошибки «при целивания» оси аппаратуры относительно выбранной точки на Земле с задан ной широтой и долготой на момент начала съемки. При этом учитываются ошибки ориентации и стабилизации КА, а также ошибки навигационных изме рений положения КА на орбите.

Математическая модель определения геометрических искажений изобра жения (блок 10) основана на моделировании во времени процессов считывания с ФПУ полученных фрагментов изображения с учетом угловых эволюций КА и кривизны Земли.

В блоке 11 реализована математическая модель расчета показателя опера тивности получения информации tОП. Оценка показателя осуществляется мето дом статистических испытаний имитационной модели процесса функциониро вания группировки КА при наблюдении заданного района. В модели имитиру ется движение всех КА группировки по заданным орбитам путем интегрирова ния уравнений движения. Случайными исходными данными для каждого про гона баллистической модели являются: долгота восходящего узла орбиты мар керной плоскости;

величина аргумента перигея орбиты КА плоскости орби тальной группировки;

начальная временная фаза, определяющая положение КА на орбите с заданным наклонением в маркерной плоскости орбитальной груп пировки;

время суток на Гринвичском меридиане, определяющее положение наблюдаемого района и положение Солнца.

При оценивании tоп в каждой реализации учитываются ограничения на съемку и передачу информации на ППИ: по условию попадания района наблю дения в полосу обзора и захвата целевой аппаратуры;

по условию наличия об лачности над районом в момент наблюдения бальностью выше критической;

по условию допустимого угла Солнца над местным горизонтом во время наблюде ния;

по условию попадания КА в зону видимости ППИ при сбросе информа ции;

по возможности сброса всей накопленной информации на ППИ при реали зуемой скорости передачи информации.

По завершении всех реализаций в модели рассчитываются математическое ожидание и дисперсия показателя tоп, а также строится график функции распре деления F(tоп) и плотности распределения (tоп).

Аналогичным образом построена модель определения периодичности об новления информации tобн (блок 12) с той лишь разницей, что если в первом случае прогон модели останавливается как только любой из КА проведет пер вое наблюдение района и сброс информации (начиная от команды на съемку), то во втором случае прогон модели продолжается в течение нескольких суток полета (до полутора - двух недель) и в каждом прогоне измеряется интервал между соседними сеансами наблюдения района. После этого интервалы усред няются по длине каждой реализации и по всем реализациям и находится сред нее значение периодичности обновления информации tобн.

В блоке 13 реализована математическая модель расчета производительно сти системы nпр, который основан на решении маршрутной задачи наблюдения по заданным координатам районов. При этом учитываются скорости перенаце ливания аппаратуры, ограничения на программные углы разворота, а также ог раничения на возможности КА по приему и передаче информации.

Блок 14, хотя и не является непосредственно формализующим показатели эффективности системы ДЗЗ, но в нем заложен алгоритм расчета двух важных характеристик целевой аппаратуры: потока информации на входе накопителя qВХ и скорости сброса информации на ППИ сИ. Обе эти характеристики совме стно с емкостью запоминающего устройства (ЗУ) QЗУ участвуют при оценке показателей оперативности получения и периодичности обновления информа ции в виде ограничений на скорость прохождения информации от датчика це левой аппаратуры до ППИ. При расчете qВХ учитываются параметры движения КА, поле зрения аппаратуры, размеры элементов ФПУ и общее их количество, информационные затраты на сжатие информации и другие характеристики. При расчете скорости передачи информации на ППИ сИ учитываются характеристи ки радиотехнического комплекса целевой аппаратуры КА (мощность излуче ния, характеристики антенны, способ модуляции, значение несущей частоты и др.), характеристики трассы (дальность, величина ослабления радиоизлучения) и характеристики приемной части ППИ (размеры антенны, эквивалентная шу мовая температура, требуемая достоверность приема цифрового сигнала и др.).

Порядок и последовательность проведения расчета показателей эффектив ности ДЗЗ задается блоками модели 15 - 27.

Схема расчета условно разбита на две ветви. В блоках 15 - 19 осуществля ется расчет показателей качества информации, а в блоках 20 - 27 - показателей оперативности получения и периодичности обновления информации, а также показателя производительности системы.

Расчет начинается с задания фиксированных и условно-фиксированных тактико-технических характеристик (ТТХ) КА и целевой аппаратуры (блоки и 16). Под условно-фиксированными характеристиками понимаются такие ха рактеристики, которые являются необходимыми как при расчете показателей качества, так и показателя производительности и временных показателей. В ча стности, такими характеристиками являются: высота полета КА h, предельный угол Солнца о, при котором еще допустимо наблюдение, а также максималь ный программный угол разворота КА по крену max.

Далее в блоке 17 задаются значения варьируемых ТТХ КА и целевой аппа ратуры, причем только тех характеристик, от которых зависят показатели каче ства информации.

В блоке 18 с привлечением математических моделей блоков 8, 9 и 10 осу ществляется расчет разрешения на местности lРМ, точности привязки получен ного на борту изображения района к местности ПР и показателя геометриче ских искажений ИС изображения. В блоке 19 рассчитанные значения показате лей сравниваются с допустимыми и, если это требование не удовлетворяется, то осуществляется поиск новых значений варьируемых ТТХ. После того, как будут найдены значения ТТХ КА и целевой аппаратуры, обеспечивающие тре буемые показатели качества съемки, осуществляется переход к блоку 20. В нем задаются значения фиксированных ТТХ системы ДЗЗ, которые необходимы для расчета показателя производительности и временных показателей. В блоке осуществляется задание значений варьируемых (исследуемых) характеристик системы, которые участвуют в нахождении tОП, tОБН и nПР. В блоке 22 произво дится расчет длительности сеанса наблюдения, который зависит от размеров наблюдаемого района, способа накрытия района полем зрения целевой аппара туры, орбитальной скорости КА. В блоке 23 с учетом характеристик поля зре ния целевой аппаратуры, характеристик системы ориентации КА, а также высо ты орбиты КА рассчитываются поля захвата и обзора при наблюдении.

В блоке 24 рассчитываются значения потока (скорости поступления) ин формации на входе накопителя qВХ и скорости передачи информации на ППИ сИ. В блоке 25 осуществляется собственно расчет временных показателей эф фективности системы ДЗЗ tОП, tОБН, а также показателя производительности nПР.

В блоке 26 рассчитанные значения показателей сравниваются с требуемыми и, если требования удовлетворяются, весь расчетный процесс завершается. Если же требования не удовлетворяются, то сначала проверяется условие нахожде ния варьируемых характеристик системы ДЗЗ в рамках ограничений (блок 27).

Если есть запас по ограничениям на варьируемые ТТХ, то переходом в блок выбираются новые их значения, и повторяется весь процесс расчета tОП, tОБН, nПР. Если же запас по ограничениям исчерпан, то можно попытаться изменени ем значений условно-фиксированных характеристик системы ДЗЗ (например, изменением высоты КА) добиться как удовлетворения требований по показате лям качества, так и по временным показателям и производительности. В этом случае весь расчетный процесс повторяется, начиная с блока 16.

Методика определения стоимости проектирования МКА ДЗЗ. Стоимость орбитальной группировки системы ДЗЗ является одним из важнейших показате лей, от которых зависит ее экономическая эффективность. В случае коммерче ской системы ДЗЗ от нее непосредственно зависит прибыль, получаемая в про цессе целевого функционирования. В связи с этим стоимость должна в той или иной форме учитываться в критерии оптимальности (10) при проектировании.

Для этапа проектирования системы ДЗЗ необходимы простые модели, ко торые бы, тем не менее, достаточно полно отражали зависимость стоимости системы от выходных ее характеристик, от основных проектных параметров, которые должны выбираться на этапе системного проектирования. Основным требованием выбора перспективного проекта оптимального варианта на пред приятии является его технико-экономическая целесообразность. При рассмот рении создаваемого изделия на предмет его технико-экономического обоснова ния необходимо иметь представление о его техническом уровне, что особенно важно при сравнении альтернативных вариантов по методу «стоимость - эф фективность».

Выходные технические параметры систем ДЗЗ на базе перспективных КА, характеризующие их технический уровень, оказывают существенное влияние на стоимостные показатели. Практика определения затрат по созданию средств ДЗЗ показывает, что улучшение технических параметров, в частности, исполь зование новых технологий, переход к маломассогабаритным приборам и борто вым системам, негерметичному исполнению бортовой аппаратуры приводит к естественному возрастанию затрат на разработку и изготовление МКА ДЗЗ.

Следует отметить, что определение затрат на опытно-конструкторские ра боты (ОКР) и изготовление КА в зависимости от массы изделия, проводимое до сравнительно недавнего времени согласно разработанным межведомственным методикам, в настоящее время представляется нецелесообразным. Расчет затрат на ОКР и изготовление современных наукоемких КА ДЗЗ в зависимости от его массы дает существенные отклонения от фактических значений, так как массо вые характеристики не совсем точно реагируют на повышение технического уровня КА ДЗЗ (производительность, разрешение, полосу обзора, срок активно го существования КА, оперативность доставки информации и т.д.), а также на изменение элементной базы, используемые технологии и материалы, примени тельно к маломассогабаритным изделиям.

В связи с этим, большую точность в расчетах обеспечивает метод опреде ления затрат на создание системы ДЗЗ в зависимости от технического уровня КА. Использование этого метода приводит к необходимости обработки опреде ленного объема статистических материалов, при этом находятся корреляцион ные зависимости, связывающие стоимостные показатели системы ДЗЗ с ее тех ническими параметрами. Предлагаемая методика предназначена для определе ния затрат на ОКР и изготовление маломассогабаритных КА ДЗЗ на стадиях:

научно-исследовательских работ;

разработки тактико-технического задания;

разработки технических предложений;

разработки эскизного проекта.

Под затратами на ОКР понимаются расходы в денежном выражении на выполнение всех мероприятий и работ, начиная с разработки технических предложений и заканчивая подготовкой эксплуатационной документации на образцы серийного производства МКА ДЗЗ, включая: технические предложе ния;

эскизное проектирование;

разработку рабочей документации;

изготовле ние макетов;

наземные испытания и корректировку рабочей документации;

на земные комплексные и межведомственные испытания;

летные испытания. В за траты на ОКР по созданию МКА ДЗЗ не включаются затраты на разработку на земного комплекса приема, обработки и распространения космической инфор мации. В затраты на ОКР также не включаются капитальные вложения на раз витие научно-исследовательской, проектно-конструкторской, испытательной и производственной баз.

Методика позволяет определять стоимостные показатели, предназначен ные для решения основных задач: обоснования основных направлений развития ракетно-космической техники;

разработки предложений в проекты программ развития средств космической техники ДЗЗ;

разработки на ранних стадиях про ектирования МКА ДЗЗ;

обоснования лимитных цен на создание МКА ДЗЗ;

про ведения технико-экономических исследований в различных разрезах. Методика распространяется на МКА ДЗЗ следующих назначений: оптико-электронного наблюдения;

радиолокационного наблюдения;

метеорологии.

Методика разработана на базе анализа фактических и проектно-сметных данных по существующим и разрабатываемым МКА ДЗЗ и связи за период 1998 - 2008 годов. При разработке методик учитывались требования по их уни фикации, что нашло отражение как при формировании структуры затрат каж дого стоимостного показателя, так и в содержании методики. Методика по строена по единой структуре, включающей: стоимостной показатель;

область применения методики;

структуру затрат;

перечень и структуру исходных дан ных, необходимых для расчетов;

коэффициенты удорожания.

В качестве показателя точности в методике принято относительное сред неквадратическое отклонение фактических значений от значений, рассчитан ных по эмпирическим зависимостям (в процентах). Методика не заменяет каль куляционно-сметных расчетов, выполняемых организациями-разработчиками МКА ДЗЗ. По мере накопления новых данных о затратах на МКА ДЗЗ методика подлежит периодической корректировке и уточнению.

Для расчета затрат на ОКР по созданию МКА требуется следующая исход ная информация:

- целевое назначение МКА ДЗЗ (метеорологии, радиолокации, оптико электронного наблюдения);

- облик МКА (масса МКА;

масса платформы служебных систем;

баллисти ческие характеристики;

масса целевой аппаратуры наблюдения;

основные ТТХ специальной и служебной бортовой аппаратуры);

- степень унификации, т.е. насколько базовая платформа приспособлена для установки других типов аппаратуры наблюдения;

- сведения об удорожании разработки.

Затраты на ОКР по созданию МКА ДЗЗ на базе единой унифицированной платформы служебных систем (СОКР) предлагается определять по формуле:

[ n (1 K )З n ] Б Б С С ОКР = ЗОКР + Зокрi + (13) Kу прi ОКР i =1 i = где: ЗОКР - затраты на ОКР по созданию базовой унифицированной платформы Б служебных и обеспечивающих систем МКА, млн. руб.;

Зокр - затраты на ОКР по с созданию целевой аппаратуры, млн.руб.;

К прi - коэффициент применяемости, характеризующий степень приспособленности базовой платформы служебных систем для установки целевой аппаратуры i-го типа без доработки (может при нимать значения от 0 до 1 в зависимости от степени унификации базовой плат формы служебных систем);

Ку- коэффициент удорожания разработки МКА по отношению к ценам 2008 года;

n – количество возможных типов аппаратуры наблюдения.

Коэффициент применяемости К пр определяется головным разработчиком экспертным путем. Его значение следует принимать равным: 1 - для унифици рованных платформ, не требующих дополнительных доработок по установке других типов целевой аппаратуры;

0,9 0,8 – для унифицированных платформ, требующих небольших доработок небольшой части обеспечивающих систем с улучшением технических характеристик по установке других типов аппаратуры наблюдения;

0,7 0,5 – для унифицированных платформ, требующих дорабо ток значительной части обеспечивающих систем по установке других типов це левой аппаратуры;

0,4 0,2 - для унифицированных платформ, требующих до работок конструкции и значительной части обеспечивающих систем по уста новке других типов целевой аппаратуры.

Затраты на ОКР по созданию унифицированной платформы служебных и обеспечивающих систем МКА ДЗЗ определяются по следующей зависимости:

С ОКР = Кt · З m, Б (14) где K t - коэффициент, учитывающий увеличение стоимости ОКР по созданию унифицированной платформы служебных систем за счет повышения конструк тивно-технологической сложности МКА, применения более эффективных ма териалов и комплектующих изделий, ужесточения требований к наземной от работке;

З – удельная стоимость разработки унифицированной платформы млн. руб млн. руб служебных систем, (удельная стоимость – 0,5 );

m – масса уни кг кг фицированной платформы служебных систем (без целевой аппаратуры), кг.

Значение коэффициента K t определяется по формуле:

K t = 1 + g (t1 – 2000), (15) где g – параметр, зависящий от целевого назначения МКА ДЗЗ (определяются эмпирически);

t1 – год начала летных испытаний. Значение массы унифициро ванной платформы служебных систем имеет диапазон: 400 кг m 1000 кг.

Методика определения затрат на изготовление МКА ДЗЗ. Для расчета за трат на изготовление МКА ДЗЗ на базе унифицированной платформы служеб ных систем требуется следующая информация: масса служебных систем плат формы;

массовая сводка состава и основные ТТХ аппаратуры платформы;

мас са целевой аппаратуры;

сведения о наличии в составе платформы особо дорого стоящих комплектующих изделий и систем.

Затраты на изготовление опытного образца МКА на базе унифицирован ной платформы служебных систем определяются по формуле:

L ), С ИЗГi = КСБ C j p j + C изгi ОП c (16) j = где: КСБ – коэффициент, учитывающий затраты на сборку, испытания платфор мы служебных систем МКА, изготовление технологической оснастки, а также внепроизводственные расходы и начисления, КСБ = 1,25;

С j - удельная стои млн. руб мость изготовления элементов платформы служебных систем МКА, ;

L кг – количество бортовых систем платформы;

pj – вес служебных систем плат формы i-го типа, кг;

Cизгi - стоимость изготовления целевой аппаратуры i-го ти c па, млн. руб.

Стоимость производства серийного образца МКА на базе унифицирован ной платформы служебных систем с целевой аппаратурой i-го типа определя ется через затраты на изготовление опытного образца МКА по следующей за висимости:

с = Д N С ИЗГi, ОП С (17) изг.

где Д и – статистические коэффициенты (Д = 0,8 – 0,9;

= 0,2);

N – порядко вый номер изделия.

Вторым методом затратs на изготовление серийного образца МКА ДЗЗ оп ределяются по следующей зависимости с оп К серj N j, С =С (18) изг. изг.

оп где C - стоимость изготовления опытного МКА ДЗЗ;

К серj - коэффициент, изг.

выражающий соотношение затрат на первый серийный и опытный образцы МКА ДЗЗ ( К серj = 0,90);

N j - масштаб производства или программа выпуска МКА;

- коэффициент эластичности затрат по отношению к размеру изготов ления МКА ( = 0,12).

Формула (18) используется при расчете затрат на серийное изготовление оп МКА ДЗЗ, по которым выполнялись ОКР и имеются данные по величине C.

изг.

В данной главе работы приведен пример расчета затрат на ОКР по созда нию МКА ДЗЗ по предложенным методикам. Аналогичные расчеты были про ведены для каждого исследуемого в следующей главе проектного варианта сис темы ДЗЗ, принимая во внимание удовлетворение ограничений по стоимости в (10).

В третьей главе определяется облик космической системы ДЗЗ на базе МКА путем проведения сравнительного анализа приведенных ниже проектных вариантов построения орбитальной группировки и определения предпочти тельного из них в соответствии с предложенной методикой.

Проектный вариант системы 1.

Рассматриваются два способа орбитального построения системы: система 1-го этапа, включающая существующий тяжелый КА «Метеор-3М №1» и МКА «Монитор-Э», и система 2-го этапа, которая подразумевает наращивание орби тальной группировки МКА серии «Монитор».

При расчетах рассматривался обобщенный показатель эффективности (12), учитывающий (6), (7), а также надежность функционирования КА на орбите P = PБ (t М )PОП (tОП Т * ) (19) Первый сомножитель PБ (t М ) характеризует вероятность безотказной рабо ты КА системы ДЗЗ на выбранном интервале моделирования. В работе показа но, что в середине срока активного существования рассматриваемых КА PБ (t М ) =0,95. Второй сомножитель PОП (t ОП T * ) характеризует оперативность на блюдения заданного района системой, то есть вероятность того, что информа ция о заданном районе будет получена за время t ОП не более заданного Т*.

Оценка вероятности PОП (t ОП T * ) проводилась по изложенной выше мето дике. Моделирование по рассматриваемому проектному варианту проводилось при следующих исходных данных и допущениях:

1) Орбитальные параметры группировки: КА «Метеор-3М №1»:

- высота орбиты – 1018 км;

- наклонение – 99,63°, солнечно-синхронная орбита (ССО);

КА «Монитор-Э»:

- высота орбиты – 542 км;

- наклонение – 97,54° (ССО);

Ме стное солнечное (абсолютное) время прохождения экватора: для КА «Метеор 3М № 1» - 9 ч. 30 ±20 мин в восходящем узле;

для КА «Монитор-Э» - 10 ч. ±20 мин в нисходящем узле.

2) Район съемки для расчетного случая p = 52,72;

p = 110,17.

3) Место расположения ППИ - г. Москва, разрешенный угол радиовидимо сти ППИ при сбросе ЦИ - 7°.

4) Условия наблюдения: 23.03.2009 г. Угол Солнца при съемке 10°.

5) Полоса обзора КА: КА «Монитор-Э» - 860 км (макс.);

КА «Метеор-3М № 1» - 1280 км (макс.). Считалось, что размеры объекта наблюдения много меньше полосы обзора.

6) Команда на съемку района может поступить любому КА, если он нахо дится в зоне радиовидимости (ЗРВ) Центра управления полетами (ЦУП). В мо дели принято допущение, что полетное задание (ПЗ) закладывается на борт КА при нахождении его в ЗРВ ЦУПа не менее 3-х минут. Координаты ЦУПа – г.Королев Московской области, Российская Федерация, угол видимости - 7°.

7) Объект считается снятым, если он попадает в полосу обзора любого из КА и при этом наклонная дальность съемки минимальна (поле зрения аппара туры наблюдения направлено поперек плоскости орбиты).

8) Информация считается переданной на ППИ, если КА находится в зоне ППИ не менее 3-х минут. В противном случае КА уходит на следующий виток.

9) Время съемки района - не более 30 с.

С учетом изложенного, время t ОП в каждой реализации модели определя лось суммой времен:

t ОП = t задЦУП + t ПЗ + t задНР + t С + t задППИ + t пер (19) где t задЦУП - время задержки на подлет КА к ЗРВ ЦУП;

t ПЗ - время передачи ПЗ в зоне радиовидимости ЦУП (считается, что ПЗ передается в течение пролета всей ЗРВ);

t задНР - время задержки на подлет к наблюдаемому району;

tС - время съемки района;

t задППИ - время задержки на подлет к ЗРВ ППИ;

t пер - время пере дачи ЦИ на ППИ (полагается, что информация передается в течение пролета всей ЗРВ ППИ).

Время обработки целевой информации на ППИ и передачи ее потребителю в модели не учитывается. Общее количество реализаций модели для каждого расчетного случая составило 200.

Результаты моделирования для рассматриваемого варианта орбитальной группировки системы ДЗЗ приведены на рис.3, 4.

Число реализаций Количество реализаций модели - tоп Рис.3. Гистограмма плотности распределения tоп для системы ДЗЗ с КА «Метеор-3М № 1» и «Монитор-Э» Здесь показаны гистограмма (t ОП ) распределения t ОП и функция вероятно сти PОП (t ОП ), построенная по данной гистограмме. Как видно из рис.4 с вероят ностью PОП = 0,9 оперативность наблюдения системой ДЗЗ заданного района t ОП не превысит Т*= 1,2 суток, а с вероятностью PОП =0,95 не превысит Т*=1,5 су ток. Общая эффективность выполнения задачи оперативного наблюдения с учетом указанной выше надежности КА составит P =0,85 для t ОП Т*= 1, суток, P =0,9 для t ОП Т*= 1,5 суток.

Количество реализаций модели 200.

Pоп Ширина полосы обзора КА "Монитор-Э" 860 км. Ширина полосы обзора КА "Метеор-3М № 1" 1280 км tоп Рис.4. Функция вероятности распределения tоп для системы ДЗЗ с КА «Метеор-3М № 1» и «Монитор-Э» Для сравнения были проведены также расчеты показателя оперативности наблюдения только в составе одного КА «Метеор-3М № 1» либо одного КА «Монитор-Э». Итоговые результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Сравнительные результаты моделирования по оперативности наблюдения КА Т*, сут «Метеор-3М № 1» + Р «Метеор-3М №1» «Монитор-Э» «Монитор-Э» 0,85 1,2 1,75 5, 0,9 1,5 1,9 6, Как видно из таблицы 1, группировка КА в составе «Метеор-3М № 1» и «Монитор-Э» обеспечивает (при той же вероятности выполнения целевой зада чи) оперативность наблюдения почти в 1,5 раза выше по сравнению с опера тивностью наблюдения только КА «Метеор-3М № 1» и почти в 5 раз выше по сравнению с оперативностью наблюдения только КА «Монитор-Э».

Одновременно с расчетом оперативности были проведены оценки произ водительности и периодичности наблюдения системой ДЗЗ. Под производи тельностью системы понималось время tн, в течение которого заданный район на Земле покрывается полностью полосой захвата аппаратуры КА «Метеор-3М № 1» или «Монитор-Э» хотя бы один раз. В качестве примера был выбран Хан ты-Мансийский автономный округ Российской Федерации, границы которого по широте и долготе составляют 1=58,56°с.ш.;

2=5,68°с.ш.;

1=59,2°в.д.;

2=85,2° в.д. Результаты статистического моделирования для состава группи ровки «Метеор-3М № 1» + «Монитор-Э»;

«Метеор-3М № 1»;

«Монитор-Э» приведены на рис.5, 6. В качестве полосы захвата аппаратуры КА «Монитор-Э» была принята полоса захвата, равная ~ 160 км. В данном расчете предполага лось, что съемка – плановая, и производится в надир. При необходимости, мо жет быть рассчитан и обобщенный показатель эффективности (12) с учетом на дежности функционирования КА системы ДЗЗ.

Число реализаций Рис.5. Гистограмма плотности распределения tн для системы ДЗЗ с КА «Метеор-3М № 1» и «Монитор-Э» Рн Рис.6. Функция вероятности распределения tн для системы ДЗЗ с КА «Метеор-3М № 1» и «Монитор-Э» Оценка эффективности системы ДЗЗ по показателю периодичности на блюдения была проведена для случая наблюдения того же района, что и при оценке оперативности наблюдения. Оценка производилась для случая объекто вой съемки, т.е. с возможностью перенацеливания полосы захвата в полосе об зора (при этом учитывалось, что при плановой съемке и узкой полосе захвата периодичность наблюдения близка к периоду изомаршрутности) методом ими тационного моделирования с соответствующем осреднением на временном ин тервале результатов, представленных на рис.3, 4 и таблице 1. Результаты расче тов по периодичности наблюдения даны в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, при наличии в составе системы ДЗЗ из КА «Ме теор-3М №1» и «Монитор-Э» периодичность наблюдения уменьшается почти в 1,7 раза по сравнению с одним КА «Метеор-3М № 1» и почти в 2,3 раза по сравнению с одним КА «Монитор-Э».

Таблица 2. Сравнительные результаты моделирования по периодичности наблюдения Состав системы ДЗЗ Среднее значение tобн, сут «Метеор-3М № 1» + «Монитор-Э» 0, «Метеор-3М № 1» 1, «Монитор-Э» 1, Проектный вариант системы 2.

Рассматривается система ДЗЗ на базе 5 МКА. Высота орбит КА - 607 км, наклонение орбит – 97,7924 градусов. Наблюдению (мониторингу) подлежат территории Тверской, Калужской и Архангельской областей Российской Феде рации. В данном случае рассматривается задача в детерминированной поста новке, т.е. параметры орбитальной группировки КА предполагаются заданны ми, неслучайными, что является частным случаем по отношению к выше рас смотренной задаче. Поэтому проводится моделирование с одной реализацией процесса целевого функционирования системы ДЗЗ.

В одном из случаев орбитальное построение системы – 5 солнечно синхронных орбит, отстоящих на 5 градусов по долготе восходящего узла. Ре зультаты моделирования на временном интервале 2 суток представлены на рис.7,8.

Рис.7. Зависимость доли времени наблюдения географической широты (в %) от суммарного времени наблюдения заданной территории (в диапазоне от 53 до 77 градусов северной широты) Рис.8. Зависимость доли площади наблюдаемой территории (в % от общей площади заданной территории) от продолжительности временного интервала моделирования (красная линия – непосредственно доля наблюдаемой площади в моменты времени, голубая линия – площадь отснятой территории в % от общей площади) Анализ зависимостей на рис.7,8 показывает, что рассматриваемая система ДЗЗ способна снять любую точку из трех наблюдаемых районов через 12 часов с момента начала съемки.

В работе также рассмотрены и иные варианты построения орбитальных группировок системы ДЗЗ, дан сравнительный анализ их целевого функциони рования по показателям, указанным на рис.7,8. Результаты представлены в таб лице 3, которая позволяет видеть, что наиболее предпочтительным является Вариант 2 орбитального построения системы, близким к нему – Вариант 4.

Таблица 3. Сравнительные результаты моделирования Показатели эффективности Варианты орбитального Минимально необходимое Периодичность Время наблюдения построения системы ДЗЗ время для полного накры наблюдения заданной территории тия заданной территории Вариант 1. 12 часов 26 часов Мин. – 8% 5 орбит Макс. – 19 % Вариант 2. 7 часов 24 часа Мин. – 8% 1 орбита Макс. – 29 % Вариант 3. 48 часов 48 часов Мин. – 6,5% 2 плоскости (3 и 2 орбиты) Макс. – 27 % Вариант 4. 24 часа 26 часов Мин. – 7,4% 2 орбиты (3 и 2 спутника) Макс. – 28 % Вариант 5. 24 часа 28 часов Мин. – 6,3% 2 орбиты (3 и 2 спутника) Макс. – 23,5 % ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ В результате проведенных в работе исследований решена актуальная на учно-техническая задача разработки комплексной методики анализа эффектив ности систем ДЗЗ на базе МКА. Получены следующие основные научные и практические результаты, прошедшие апробацию на реальных проектах ДЗЗ на базе МКА:

1. Разработана комплексная методика анализа эффективности систем ДЗЗ по различным показателям (оперативности наблюдения;

периодичности на блюдения;

производительности;

времени наблюдения заданной территории), включая расчет стоимости проектирования и затрат на изготовление МКА ДЗЗ.

2. Разработано программно-методическое обеспечение для проведения имитационного моделирования процесса целевого функционирования систем ДЗЗ с различными вариантами построения орбитальных группировок.

3. Проведен сравнительный анализ некоторых орбитальных группировок ДЗЗ и даны рекомендации по созданию соответствующих систем ДЗЗ:

• КА «Метеор-3М №1» и «Монитор-Э» в различных комплектациях;

• проектируемых микроспутников, предназначенных для мониторинга территории Российской Федерации.

4. Проведен анализ состояния и определены основные тенденции развития отечественных и зарубежных космических средств ДЗЗ на базе МКА.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Панфилов А.С., Глазкова И.А. Оценка точности предполетной радиометриче ской калибровки оптико-электронной съемочной аппаратуры видимого и ближне го ИК-диапазонов спектра // Исследование Земли из космоса. – 2003, № 5. - С.43 50.

2. Глазкова И.А., Юрченко Б.А., Седельников В.П., Лукашевич Е.Л. Использова ние детальной цифровой космической информации в интересах Роскартографии.

(первый отечественный опыт – космический аппарат «Монитор») // Геодезия и картография. – 2006, № 4. – С.42-48.

3. Малышев В.В., Глазкова И.А., Дарнопых В.В. Оценка эффективности функ ционирования перспективной системы микроспутников ДЗЗ методом имитацион ного моделирования // Вестник МАИ. – т.16, № 6, 2009. – С.125-134.

4. Глазкова И.А. Анализ опыта создания космических систем дистанционного зондирования Земли на базе малых космических аппаратов и тенденции развития российской космической промышленности в этой области // Космонавтика и раке тостроение. – 2010, № 2 (в печати).

5. Глазкова И.А. Программа дистанционного зондирования Земли «Монитор» // Тез. докл. V-ого Международного симпозиума по малым космическим аппаратам.

Франция, Ля Боль: изд-во Французского космического агентства. - 2000.

6. Глазкова И.А., Юрченко Б.А. Система дистанционного зондирования Земли ГКНПЦ им. М.В.Хруничева» // Тез. докл. III-его Международного симпозиума Международной академии астронавтики (IAA). - Германия, Берлин. - 2001.

7. Глазкова И.А. Космическая система ДЗЗ «Монитор», участие в Глобальной системе мониторинга окружающей среды и безопасности – GMES // Сб.тр. Симпо зиума «Космическая промышленность России и Украины в XXI веке». Франция, Париж. - 2001.

8. Глазкова И.А. Космическая система дистанционного зондирования Земли ГКНПЦ им. М.В.Хруничева на базе малых космических аппаратов // Тез. докл. II ой Международной конференции «Малые спутники. Новые технологии, миниатю ризация. Области эффективного применения в XXI веке». Московская область, Королев: ГОНТИ ЦНИИМаш. - 2002.

9. Глазкова И.А. Система дистанционного зондирования Земли «Монитор» // Тез.

докл. Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зон дирования Земли из космоса, физические основы, методы и технологии монито ринга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов». Москва 2003.

10. Глазкова И.А., Шкарин В.Е., Стефанский М.А. Развитие программы дистанци онного зондирования Земли ГКНПЦ им. М.В.Хруничева // Тез. докл. I-ой Между народной конференции «Земля из космоса – наиболее эффективные решения».

Москва. - 2003.

11. Глазкова И.А., Михеев О.В., Панфилов А.С. и др. Малый космический аппарат ДЗЗ «Монитор-Э» и дальнейшее развитие аппаратов этого типа // Тез.докл. IV-ой Международной конференции «Малые спутники. Новые технологии, миниатюри зация. Области эффективного применения в XXI веке». Московская область, Ко ролев: ГОНТИ ЦНИИМаш. - 2004.

12. Глазкова И.А., Михеев О.В., Панфилов А.С. и др. Малый космический аппарат дистанционного зондирования Земли «Монитор-Э» разработки ГКНПЦ им.

М.В.Хруничева и создание орбитальной группировки на его основе // Тез. докл. 9 й Междун. конф. «Системный анализ и управление космическими комплексами».

М.: МАИ, 2004. С.76-77.

13. Глазкова И.А. Новый российский космический аппарат дистанционного зонди рования Земли «Монитор-Э // Тез. докл. II-ой Международной конференции «Земля из космоса – наиболее эффективные решения». Москва. – 2005.

14. Глазкова И.А., Михайлов Е.В., Горохова М.А. Основные направления исполь зования космической информации, получаемой с космического аппарата «Мони тор-Э» // Сб. тр. 31-ого Международного симпозиума по дистанционному зонди рованию Земли. Санкт-Петербург. - 2005.

15. Глазкова И.А., Артамонов А.А. Опыт целевого применения КА «Монитор-Э» и перспективные разработки МКА ДЗЗ ГКНПЦ им. М.В.Хруничева // Тез. докл. IV ой Международной конференции «Аэрокосмические методы и геоинформацион ные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве. Москва. - 2007.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.