文摘
由卫星数据收集期间和之后自然灾害具有重要意义。在这项工作中,可重构为灾难监测卫星星座设计,和卫星星座是由直接飞开销的灾难站点通过轨道转移。通过分析卫星轨道之间的空间几何关系和一个任意灾难站点,数学模型建立监测轨道转移和开销。由于灾害的不可预知性,目标站点等间距的在地球上被认为是所有可能的灾难场景,和星座最佳的可重构设计意图最小化总速度增加,最大和平均重新配置一次,重新配置和标准偏差乘以目标站点。来处理这个多目标优化、物理编程方法与遗传算法采用。通过优化,得出的计算结果和不同的观察方式的具体案例分析了可重构的星座。优越的设计证明了与现有文献相比,和优秀的观察可重构星座的性能。
1。介绍
全球或区域观测卫星星座是用于一些紧急情况或重大灾害监测等任务,通常,特定的星座的观察模式受到车载设备和卫星的几何配置(1,2]。然而,像地震这样的自然灾害,森林火灾,或极端天气随机发生,通常,数据采集实现只有当卫星飞越灾难发生的位置(3,4]。为灾区得到及时充分的观察,卫星轨道机动是必需的。因此,配置一个星座需要调整由于观测任务的变化,并要求重新配置的星座。
卫星星座重新配置被定义为“故意改变的相关安排的卫星星座卫星和轨道机动的加法或减法以达到所需的覆盖率变化或能力”(5]。通常,优化星座重新配置包括最终的星座配置设计和最优轨道转移,目的是尽量减少总油耗以及重新配置时间(6,7]。基于卫星星座重新配置,可重构的概念星座(侦察)提出了8,9]。侦察的操作包括以下两种模式:全球观测模式(傻子)正常操作和地区观测模式(ROM)的应急响应,并由于侦察的灵活性,及时和适当的观察可以实现不确定感兴趣的领域(10]。
近年来,大量的关于星座重新配置进行了研究。De尽情et al。5)使用拍卖算法优化星座的重新配置,所有卫星和轨道转移的最优策略设计与总燃料消耗量最小化的目的。重新配置时间不是视为一个设计指标开展工作。香港et al。11)引入了一个概念,一个基线设计双模灾害监测的星座,和一个正常模式以及模式被认为是灾难。然而,星座需要额外的在轨推进剂仓库模式转型提供了足够的燃料。陈等人。12]调查观察一些特定的目标在地面上在一个紧急需求时在短时间内,提出了适应多目标差分进化方法处理星座的重构,重构的主要思想是调整卫星的平均异常。与已知的初始优化实现星座和目标网站在他们的工作。Fakoor et al。13,14)使用混合入侵杂草优化/粒子群优化算法来处理星座重新配置。卫星和最优轨道转移的最优分配组合在一个步骤简化重新配置的过程。然而,重新配置时间不是视为一个优化目标的工作。斯等人。3]针对森林火灾监测和介绍了l型方法和随机编程方法设计的初始星座和操纵序列重新配置。直接开销灾难站点监控是实现重组后,和结果证明他们的设计执行比现有的观测卫星。
至于地区或特定目标观测,地面轨迹重复轨道是一个通常的选择,已被证明有更好的部分覆盖属性比unrepeated [15,16]。地面跟踪被认为是重复或周期如果以固定时间间隔重复,和间隔通常是不可分割的多个节点的一天(17- - - - - -20.]。因此,网站是位于地面轨迹可以定期观察。此外,由于车载传感器受益减少卫星之间的距离要监视的网站,一个最优的方式实现数据收集灾区是使卫星直接飞在目标站点(3]。因此,实现及时、充分的观察自然灾害现场,重复地面轨迹轨道,地面轨迹的直接通过网站,可以选择为每个目标轨道卫星在最初的星座。重新配置后,每颗卫星星座在最后能够直接飞在目标站点数据收集在一个固定的时期,和这段时间可以设计成一个或多个节点根据特定任务的要求。
先前的调查上面提到的考虑了大量的方法来优化重组过程以及使用重复轨道部分覆盖。然而,他们中的大多数是与一个已知的最初的星座,一个已知的最后一个星座,或一组已知的观测地点,其中一些被认为是重新配置监控不可预知的灾难站点以及可重构的设计最初的星座。此外,大多数以前的研究了燃料消耗作为优化目标,其中一些被认为是优化重构时间或它们之间的权衡。此外,目前没有一个星座与观察地球的任务可以实现主动手段收集数据的自然灾害或其他重大事件(3]。因此,侦查的设计根据约束的燃料消耗率,重新配置时间,不可预测的灾难网站具有重要意义。
在本文中,我们的目标是设计一个侦察,实现及时、充分的观察任意和不可预知的灾难站点通过轨道机动。卫星星座飞直接在灾区的数据收集的目的是重新配置。由于灾难的不可预知性,目标站点等间距的在地球上是所有可能的灾难场景。最佳的侦察,几个优化目标被认为是,(1)减少燃料消耗,相当于最小化总速度增量在重新配置;(2)最小化最大和平均重构时间,确保及时观察目标站点;和(3)尽量减少重构倍标准偏差,以确保类似的重组能力目标站点。来处理这个多目标优化、物理编程方法与遗传算法采用。首选的设计指标在物理编程被认为是根据特定需求或偏好的设计师,这使得设计更加可行,实用、合理。此外,傻子和罗的演示上观察分析了侦察性能正常全球扫描以及一些紧急灾害监测。作为一个整体,我们工作的主要贡献可以概括如下:首先,一个数学模型建立了轨道转移和开销监测通过分析卫星轨道之间的空间几何关系和任意灾难站点。 Secondly, a ReCon for unpredictable disaster monitoring is designed, and several optimization objectives are considered to optimize the reconfiguration process as well as to ensure that the ReCon has similar reconfiguration ability to observe any possible disaster site. Thirdly, two observation modes are presented in the ReCon, and normal global scan as well as emergency disaster monitoring with excellent observation performance can be achieved, respectively.
本文的其余部分组织如下:具体问题制定过程中描述部分2。概述的物理规划方法提出了部分3。数值结果与现有的设计实例和比较文学节中给出4。最后,结论提出了部分5。
2。问题公式化
在本节展示了问题公式化。为了简化制定过程,以及使模型更容易建立和理解,应该做一些合理的和必要的假设。首先,机动轨道转移的冲动,这是相当准确的在最初的任务规划(19]。其次,特定的传感器不是模仿,因为所有的传感器(如视觉光谱摄像机,红外摄像机,和雷达声纳)受益于最小化卫星之间的距离和所监视的区域3]。监测数学模型对轨道转移和开销,以及描述侦察优化问题的最优设计,介绍如下。
2.1。模型概述
2.1.1。问题描述
我们工作的目的是设计一个侦察灾害监测。有两种观察方式的侦察,这是正常运营的傻子和罗应急反应(10]。不可预知的灾难发生时,观察模型的星座可以转化成罗通过重新配置,和卫星星座能够飞开销灾难站点监控通过轨道机动。在这个工作中,星座与傻子被定义为最初的星座,而星座ROM是目标的星群,最初的星座设计达到最优重构监控任何可能的灾难。初始和目标星座的特性,以及轨道转移,可以描述如下。
(1)最初的星座。对于傻子的最初的星座,卫星的数量 ,这也是轨道的飞机的数量。偏心率和近地点的论点都是为每一个轨道设置为0。半径和倾向每个轨道将是相同的。升交点赤经(RAAN)和纬度(AOL)的轨道参数 是和 ,分别。应该提到的所有卫星,选择是沿着赤道,确保均匀分布均匀性的观察,第一颗人造卫星, ;因此,我们有 。 升交点之间的角度和卫星,然后呢 。因此,最初的星座的设计变量 , , ,和 ,在哪里 。
地球的扰动被认为是在这个工作。对于最初的轨道,假设RAAN改变利率,近地点的说法,意思是异常 , ,和 ,分别。表示的意思是角速度的卫星。然后,节点可以被定义为最初的轨道
改变利率 , ,和可以表示为 在哪里 , 表示地球的平均半径的值是 (21]。
同时,节点的初始轨道,相应的角速度 ,这是不同于 ,被定义为
(2)目标星座。至于目标星座ROM,轨道平面的数量,RAAN,和倾向保持最初的星座一样,只有共面轨道转移被认为是。每个目标轨道的类型被认为是重复地跟踪圆轨道,和半径的轨道是由革命的数量和节点数天的重复周期。同时,圆形轨道意味着卫星和地球之间的距离不变,可以确保一致性的观察。
地面跟踪被认为是重复或周期性的如果它以固定时间间隔允许重复循环观测地球的(1]。让是节点的目标轨道和时期节的一天。和是正整数,'。重复的地面轨迹的轨道,应该保证精确匹配的时期 ,这可以被描述为一个数学条件,这是以下表达式(20.]: 在哪里是一个固定的时间间隔,这也是重复的时期。
重复地面轨迹为目标轨道,假设RAAN改变利率,近地点的说法,意思是异常 , ,和 ,分别。表示的意思是角速度的卫星,表示地球的角速度表示地心引力常数。然后,这段时间和可以被定义为
此外,半径可以计算(1] 在哪里
节段的轨道,相应的角速度 ,这是不同于 ,被定义为
在这部作品中,节点的一天被认为是重复周期,以确保高频率的观察,这也意味着 。同时,方便调整我们的模型对其他类型的重复周期。
应该提到它和将被用作初始和目标轨道的角速度在以下分析。
(3)轨道转移。在这项工作中,Hohmann传输,最优two-impulse共面圆轨道转移,介绍。总速度增量Hohmann转移是由最初的圆形轨道的半径和目标圆轨道的半径 。让 ,和表示地心引力常数;然后,可以表达的
的传输时间是一个椭圆转移轨道的周期的一半,是指哪一个 在哪里转移轨道的半长轴和吗 。
2.1.2。数学建模
由于灾难的不可预知性,目标站点的地球表面在步骤1度设置场景,和所有卫星星座被认为监控这些通过轨道机动目标站点。说明该模型在数学上,一个任意的地面目标站点和一个轨道卫星是基本的场景。本节的主要任务是计算每个卫星监测的具体的过渡时间基本场景中的每个目标站点,然后形成整个星座重新配置的过程。应该注意的是,过渡时间是指卫星从任务开始的时间完成转会,而重新配置时间表示最大的过渡时间的卫星星座。
提升通过首先考虑卫星的监测任务。基本的场景呈现在图1。在图中,是J2000惯性系统。十字路口的 - - - - - -轴和赤道 ,的十字路口 - - - - - -轴和地球 。地面轨迹的轨道上定义图中所示的是无旋地球惯性系统,这也是轨道的投影。这是一个圆和旋转 - - - - - -轴在例行角速度由于扰动。目标站点。
假设目标站点的经度和纬度是和 ,分别被认为是当前的时间 ,这也是任务开始时间。相应的赤经和赤纬的目标站点的时刻是和 ,分别在哪里 和 。至于这颗卫星,轨道的倾角 ,RAAN在时刻 ,近地点的偏心以及参数都设置为0。
在惯性系统中,目标站点是旋转的 - - - - - -轴在例行角速度,等于地球旋转角速度。让 地面轨迹的纬度极限;然后,只有满足的目标网站 可以相交地面跟踪和有机会直接监视卫星飞开销,因此,只有这种目标站点被认为在以下分析。
一个特定的时间后,目标站点首先将相交的地面轨迹点吗由于地球的自转。在本文中,这个特定的时间被定义为目标站点之间的“最小距离1”和地面轨道,这是标记为 ,,是由 ,其中数字“1”表示提升通过(下同)。只有在至少然后卫星可能有机会直接飞到目标站点在提升。显然,目标站点将相交地面跟踪每一个节点后第一个路口。因此,如果卫星不能完成前的轨道转移目标站点地面轨迹相交,那么它将得到另一个节点的一天时间等待和执行轨道转移,等等。在这里,被标记为节点数天 ,它被定义为“等待天”。
为点在地上,赤纬和提升被认为是在的时刻。做一个大圆的过境点和并与赤道点相交 。同时,做一个大圆的过境点和并与赤道点相交 。让地心角 。然后,在球形直角三角形 , 和可以表示为 在哪里 。的情况下 ,很明显, 和 。
因此,定义“最小距离1”可以通过计算 的函数确保落在区间的 。 是地球的角速度,RAAN的变化率。
在这里,我们把随着期限卫星进行轨道转移。根据上面的分析,可以表示为 在哪里 是等待的天数。的时间间隔是节点的一天。
至于下行,可以进行类似的分析。如图2“最小距离2”可以由 ,数字“2”代表了下行。
让的中点 。做一个大圆的过境点和和交叉与地面跟踪和赤道点和 ,分别。同时,做一个大圆的过境点和并与赤道点相交 。赤纬和赤经的点已经获得。为点在地上,赤纬和提升被认为是在的时刻。因此,对于点在地上,赤纬和正确的提升 。为点 ,赤纬是和正确的提升也是 。
然后,在球形直角三角形 ,很容易获得 在哪里 ,和案例 ,很明显, 。
因此,定义“最小距离2”可以通过计算
同样的,我们需要随着期限卫星进行轨道转移。根据上面的分析,可以表示为 在哪里 是等待的天数。
一次和决心,下一个任务是获取卫星的过渡时间。在本文中,我们定义所需的卫星在目标轨道的位置和卫星在初始轨道的位置作为“目标位置”和“初始位置” ,分别。显然,这两个职位是改变随着时间的推移,和过渡的主要思想是等待一个合适的时机实现Hohmann转移。
如图3,表示初始圆轨道的半径和表示目标圆轨道的半径。让和是最初的角速度和目标轨道,分别由方程计算(3)和(8)。计算的过渡时间,直接的开销在提升通过观察分析了卫星,和下行,可以以同样的方式进行分析。
在初始位置的时刻,美国在线(AOL)被认为是 ,这是一个给定的参数。后 ,目标位置离地面点是正确的呈现在图1,相应的美国在线(AOL) 。因此,在时刻,美国在线(AOL)可以表达的目标位置
然后,相位差在初始和目标位置之间的时刻,这是
如图3如果执行Hohmann转移,相位差初始和目标的位置需要被限制 在哪里由方程(定义的传输时间10)。同时,要求目标位置 ,如图3。
之间的区别和逐渐改变了由于之间的区别和 。定义的相位差,需要减少,
的情况下 ,目标定位是“追逐”最初的位置,直到目标位置在初始位置,然后,第一个操作可以实现。定义“追逐”的时间 ,这也是轨道转移前的等待时间,然后呢可以表达的
因此,总的过渡时间可以表示为
的情况下 ,分析可以以类似的方式进行。下降的同时,通过观察,可以做类似分析,和总过渡时间可以获得。
到目前为止,时间限制和和总过渡时期和了,问题是判断是否卫星的轨道转移的期限内可以实现吗或 。应该提到,为了确保质量的观察,卫星需要一个时间间隔为监控任务后过去的冲动,和间隔工作将一半的目标轨道 (3]。
总之,对于基本的场景,一个卫星开销监控一个武断的目标站点在提升,计算过程可以概括为以下七个步骤。
步骤1。输入目标站点 ,参数 , , , , ,和初始和目标轨道,并设置 。
步骤3。计算时间限制由方程(14)。
第5步。判断 。如果上述不等式成立,然后去第六步。否则, ,并返回到步骤3。
步骤6。计算总速度增量由方程(9)。
步骤7。输出 , ,和 。
同样,为降序通过可进行分析,一个卫星监测目标的数学模型可以得出如图4。
因此,当考虑卫星星座操纵的监控目标站点在地球的表面,同样的分析给出图4可以单独进行, 组 , ,和可以获得。最后,建立重构模型。
2.2。优化问题
星座设计通常是一个复杂的优化问题,大量的设计变量;特别是当有几个设计目标,计算过程可能非常耗时(22][23]。摘要优化设计简化通过限制某些设计变量。原因和细节简化分析如下。
首先,半径或高度和倾向每个初始的圆形轨道是一样的。的RAAN沿着赤道,每个轨道均匀分布和倾向是由纬度最高的地区,需要监控。
其次,半径或高度目标轨道的数量是由革命时期的重复,它是一个给定的参考的设计高度最初的轨道。
第三,目标的重复周期轨道是一个节点,和只有一个卫星在轨道平面。卫星的数量 ,这也是轨道平面的数量,是由特定的观测频率需求和经济条件的设计师。
因此,一旦卫星的数量 ,的倾向 ,和高度确定目标轨道的设计师,设计变量将会降低高度最初的轨道和AOL每个初始轨道, 。第一颗卫星,它是合理的 ,因为只有阶段每颗卫星之间的差异。
基于上面的分析,我们的设计可以作为设计得出的最优高度最初的轨道,每个轨道平面相区别,目的是减少燃料消耗,最大限度的重新配置一次,意味着所有卫星目标的过渡时间,标准偏差的所有目标,重新配置时间和最大天等待所有目标网站。
在制定优化问题之前,象征着需要定义设计变量和设计指标。假设有( )在地球表面和目标网站( )卫星星座。设计变量是高度最初的轨道和相位差异卫星之间和第一颗人造卫星 为 。对任意目标站点( )和一个任意的卫星( ),的冲动 ,过渡时间 ,等候的日子可以获得基于之前描述的数学模型。应该提到星座,重构时间定义为所有卫星的最大转变时间。因此,重新配置一次星座的目标站点可以被定义为
同时,最大等待天星座的目标站点可以表示为
总之,侦察的优化问题设计可以制定 在设计指标被定义为 在哪里表示重新配置的平均值乘以目标站点,可以表达的
表示设计变量的向量,表示为
和是低和上界,他们是由设计师决定的。的高度 , 和被定义为较低的上限,而相位差异呢( ),0和较低的上限。因此,和可以表示为 的数字“0”和““都是 。
3所示。物理规划方法
物理规划方法是一种有效的方法来处理多目标问题,其中主要的思想是将问题转化为一个简略的问题通过使用偏好函数,捕获设计师的偏好(24,25]。权衡所有设计指标之间被认为是在问题公式化,和帕累托设计的首选地区帕累托表面生成。因此,妥协的解决方案。
3.1。偏好函数描述
偏好函数定义的意图反映设计师的偏好,和每个偏好函数对应于一个设计指标。假设有设计指标,每个人都被标记为 ;同时,相应的价值偏好函数标记为 ,在哪里 。偏好函数的值越小 ,更满足了设计指标 。应该注意到它直接取决于设计变量的向量 ,因此,也可以表示为函数 。
一般来说,偏好在物理编程主要分为以下四类:类1、小更好;2班,更大更好;3班,值是更好;和类4,范围是更好的。每个类分为软、硬类型,如类1 S和类1 H,后缀字母S和H表示软类型和硬类型,分别。软的,偏好函数的值是逐渐改变了可行的地区,然而难,价值偏好函数的可行域保持不变,这将是0。作为一个整体,偏好函数可以得出八种基本类型,列出,如图5。
此外,对于软类型,设计指标可以分为几个地区。在这里,我们上课1 s作为一个例子,和其他软类型可以定义在类似的模式。类1 s地区可以列出如下:
区域1:高度的范围( )。
区域2:理想的范围( )。
区域3:可以忍受的范围( )。
区域4:不受欢迎的范围( )。
区域5:高不良范围( )。
地区6:不可接受的范围( ),
在哪里来是该地区结束点,由设计师根据特定的偏好。这六个区域图6。
3.2。偏好函数公式
偏好函数制定6个区间划分的基础上设计指标。通过设计的价值和偏好函数的斜率在每个地区的终点,和配件的价值偏好函数在每个地区的特定偏好函数可以获得。
作为一个例子说明了类1 s。让是该地区号码, 。至于地区6日的偏好函数是一个线性扩展区域5的终点。价值和偏好函数的斜率地区的终点是和 ,分别。
计算的值 ,修改的偏好函数区域介绍。第一区域的价值和修改偏好函数通常是0.1,和休息可以由以下公式计算: 在哪里是一个常数由设计师和 。
计算斜率 ,的平均斜率的偏好函数介绍了区域,它被定义为
然后,第一个区域的斜率可以表示为 在哪里是一个常数由设计师和 。
相邻地区的斜坡可以表示为
因此,在每个地区偏好函数的值,这说明如下。
当 ,
当 , 在哪里 和功能来表示如下:
因此,制定类1 s的偏好函数。其他类型的偏好函数可以以类似的方式制定。
最后,形成的总目标函数,因此和多目标函数转化为一个简略的函数,它可以表示为 在哪里是设计变量的向量。
在这篇文章中, ,和是设计指标提出了方程(27)。的分类设计指标、速度增量最大重新配置一次,意味着过渡时间,和所有目标重构时间的标准偏差属于类1 s,而最大等待天属于类1 h。
4所示。数值结果
在本节中,基于提出的模型进行了仿真。初始条件和喜好设计指标建立的物理编程是指文献[3),而且,结果与文献中获得。此外,傻子和侦察的罗通过具体案例进行了分析和比较,和上级观测侦察的属性。
4.1。仿真设置
初始条件的仿真提出了如下。倾向选为90°全球监测和卫星的数量设置为5,这是一样的发射星座在文献[3]。目标站点的地球表面在步骤1度考虑,忽略了南北两极,卫星将经过直接没有任何操纵。也就是说,64440 ( )目标站点总被认为是灾难现场。最后重复地面轨迹轨道,参数中引入部分2表中列出1。
对于设计变量和设计指标,具体范围确定根据文献[3]。在参考文献中,最小化的变化介绍了轨道周期来减少燃料消耗。最低时期变化是12.125分钟5卫星,和相应的速度增量为每个卫星约为62.961 m / s。在我们的设计需要考虑到星座回到傻子灾害监测后,两个Hohmann转移所需的卫星。因此,如果62.961 m / s的一半是用于转移,然后初始轨道高度约为605.8公里。因此,它是合理的初始高度的边界 公里, 公里,和相应的速度增量大约是17.5 m / s, 39.2 m / s。同时,RAAN和第一颗人造卫星的美国在线(AOL),这也是锚卫星,都设置为0,因为只有卫星的相对位置。
基于边界的初始高度,角速度的差异确定初始和目标的轨道,和转移能力可以表示为方程(22)。因此,合理设置最大的边界重构时间100和200小时,最大等待天6天。同时,首选的平均价值重构时间设置为48小时内根据发射星座在文献[3]。至于重构时间的标准偏差,0是一个首选值以确保监控任何星座具有类似能力通过轨道机动目标站点。作为一个整体,可以设计可行区域的设计指标,和细节的区域端点类1 s提供了表2。
遗传算法用于优化。参数表列出用于遗传算法3。
4.2。优化结果
的基础上,介绍了物理规划方法和遗传算法,优化实施,结果如下。
改变最好的健身价值在优化是呈现在图7,这两个值往往收敛后给定的公差内83代。
表列出了设计变量的值4。
从表中给出的结果4,我们可以发现,每个阶段的区别是近72的积分。实际上,由于均匀分布目标网站和轨道均匀分布在这个问题上,很容易形成一个直观的结论,卫星应分布均匀,并优化结果完全验证了这一结论。
此外,如果我们认为沃克-δ星座,其中配置参数可以表示为 , , (22),并设置 , , ,和 ,然后我们可以发现结果表中给出4非常接近提出沃克-δ星座。事实上,它很容易验证提出沃克-δ星座,也可以标记为配置5/5/3 [26),是最佳的结果为我们的设计我们的程序。此外,统一的沃克——的性能δ星座对整个全球也因此可以验证我们的工作。
值表的设计指标5。
从表中给出的结果5,我们可以发现每个卫星的最终速度增量是27.172 m / s,和考虑到所需的星座是傻子,整个过程中每个卫星的速度增量是54.344 m / s,这是大约86.3%的发射。应该提到的速度增量优化设计师的偏好,因此,可以更小的增量成本的重新配置。
同时,最大重组时间约为150小时,而意味着过渡时间只有50小时。也就是说,对于任何目标站点在地面上,整个星座可以在6天完成重组,和每个卫星的平均过渡时间约为2天。因此,卫星星座可以实现任何目标的轨道转移6天内逐渐在全球,开销和目标站点可以监控在整个重新配置的过程。除此之外,重新配置的标准差乘以目标站点是最小约22.6小时,远低于最大重构时间,和类似的重新配置可以实现所有目标网站的能力。
此外,重复地面轨迹是选择目标轨道的卫星在我们的设计中,这意味着灾难站点总是可以直接间接监控整个星座后重新配置。一旦任务结束后,观察星座可以转换回傻子的逆过程。
4.3。案例研究
在本节内,一个实际案例研究展示设计侦察的优越性和有效性。森林火灾的监测任务在凉山,四川,中国。傻子和罗的侦察,以及发射提出了文献[3),都是考虑监测任务,这些星座的特定观测性能进行了比较。
任务开始时间是2020.3.30.10:00:00 UTC,目标站点的地理纬度和经度28.531°N和101.241°E。侦察,RAAN和AOL锚卫星的起始时间都设置为0,和其他卫星的轨道高度和相位差异提供了表4。在开始时间发射,具体参数可以在表中找到2文献[3]。至于卫星上的照相机,具体参数设置根据GF-1 [27]。高分辨率模式的相机被认为是开销火灾监测、地面和卫星片的宽度是60公里。
目标站点的观测序列不同的星座图8。的 - - - - - -轴代表从任务开始的时间,单位为小时。每个三角形沿着 - - - - - -轴表示一个观察, - - - - - -三角形的顶点值代表了监测,观测以来持续时间很短。傻子的图显示的观察序列最初的星座,而罗提出了观测序列的图侦查期间和之后的重新配置。
观测的总数随每个星座,从任务开始的时间和具体的变化趋势可以得出基于观察序列,如图9。
从数据8和9,我们可以发现,观测的ROM的总数和发射不仅仅是傻子,因此,观察灾区后重新配置更充分和频繁。此外,罗可以达到4额外的2天内观察发射相比,因此,罗更及时的观察,尽管观测的ROM的总数是2小于发射的。此外,观察罗成为定期(每天5次发射)约100小时后,定期观察,这将继续,直到任务结束后没有额外的轨道转移的卫星星座。
在上述情况下,每个卫星的罗在提升通过监视目标站点,每颗卫星的轨道是一个重复重复相同的轨道。因此,所有卫星在ROM沿着相同的重复地面轨迹飞行,这也是所谓的星座星座(花17],它被标记为ROM1在这工作。实际上,每颗卫星能够监控目标站点下行期间通过见我们的数学模式。如果星座的初始条件变化,最后从ROM1罗可能有所不同。这里,我们的美国在线(AOL)设置锚在起始时间为180°,卫星和其他条件保持不变。然后,我们可以得到一个新的观察模式,这是标记为ROM2。ROM1,所有在提升通过卫星观察目标站点,和每个卫星的AOL不变的锚,而在ROM2,有一个在下行通过卫星观测目标站点,和它的美国在线(AOL)是56.740°在别人的后面。傻子的具体配置,ROM1 ROM2呈现在图10。
(一)傻子
(b) ROM1
(c) ROM2
根据配置,提出地面跟踪和平均每天观测数据的傻子,ROM1, ROM2可分析,如图11,红色的点代表了目标站点。应该提到平均观测数据计算了Razoumny所呈现的方法(28,29日]。从图中,我们可以发现,傻子,卫星可以均匀扫描整个地区纬度带内没有偏见,而在ROM,卫星可以扫描该地区附近的一个固定的地面轨迹频繁。具体来说,傻子,卫星可以观察到目标站点每天约0.25倍,这意味着目标站点只能得到一个观察大约4天,尽管所有地区的纬度带可以被监控。罗,卫星可以观察到目标站点每天5次,尤其是ROM1,只有目标站点周边地区可以得到5观察一天,和大部分的地区无法监控。地球作为一个整体,侦察可以扫描均匀在傻子正常运行,当灾难发生时,它可以向罗,卫星可以扫描灾区充分和频繁。
(一)傻子
(b) ROM1
(c) ROM2
进一步分析不同属性的傻子和罗的低分辨率模式GF-1相机被认为是,片的宽度是800公里。同样,平均每天观测数据的傻子,ROM1, ROM2计算,结果在图12。与更广泛的每个卫星,傻子能达到3倍的观察每天的大部分地区在全球范围内,而罗可以监视目标站点每天10次。傻子,每天观测数据为一个特定的纬度仍然几乎相同,而对于ROM1和ROM2,周边地区的目标是主要的观察对象。因此,不同模式的侦察展示优秀的观察表现为全球观察和灾害监测。
(一)傻子
(b) ROM1
(c) ROM2
此外,为了验证该数学模型的准确性,目标站点之间的距离和卫星地面跟踪ROM1 ROM2呈现在图13,地面的放大视图如图11 (b)和11 (c)。应该注意的是,每个卫星的轨道参数和地面轨道ROM1和ROM2通过数值模拟计算,在数值模拟时,过渡时间和时刻实现轨道转移由该数学模型给出。从图13,我们可以发现最小弧目标站点和地面轨道卫星之间的距离小于0.01度,大约几百米,不影响观察的开销。因此,分析计算的过渡时间和时刻实现轨道转移足够准确的初始观测任务规划。
(一)ROM1
(b) ROM2
5。结论
在这篇文章中,一个可重构的星群,它可以实现及时、充分的观察不可预知的灾难站点通过轨道机动,设计是成功的。通过分析空间几何关系一个任意的卫星轨道和灾难站点,数学模型建立监测轨道转移和开销。旨在最小化总速度增量和重新配置一次,最初的星座优化和重构过程相结合,实施,和一个物理编程方法以及遗传算法用于多目标优化问题。偏好在物理编程设定的是指文献[3),和结果比较来展示我们的设计的优越性。此外,傻子和罗的侦察以及发射进行了分析和比较,和优秀的观察表演的侦察。
至于优化的结果,最佳的可重构星座非常接近沃克-δ星座。每个卫星的重构速度增量54.344 m / s,这是约86.3%的文献[3]。最大重组时间约为150小时,而平均过渡时间只有50个小时,这意味着卫星可以逐渐完成过渡,开销和目标站点可以监控在整个重新配置的过程。也,重新配置的标准差乘以目标网站是最小化不到一天实现类似的重组能力目标站点。特定灾害情况分析,观察性能的傻子,罗,发射比较。傻子可以达到甚至观察全球,而罗可以监视目标站点经常充分和及时的多发射。此外,不同属性的傻子和罗进一步的分析和比较,结果表明,侦察具有良好的全局观察和灾害监测观察表演。
此外,它应该提到偏好在我们的模型是根据设计师设计的,如果少速度增量或重新配置时间是必需的,很容易调整我们的模型和获得的首选最佳结果。未来的工作将是监控2个或更多的灾难站点,以及监控移动灾难站点通过星座重新配置。本研究可以提供初步设计的基本思想和方法可重构灾害监测的星座。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者感谢李教授的建议关于如何最好地提高。这项工作得到了湖南省自然科学基金(No.2020JJ4657)和中国国家自然科学基金(No.11372345)。