Планирование сеансов связи с космическими аппаратами для наземных средств с мгновенным переключением между объектами
Автор: Григорьев В.С., Ксендзук А.В.
Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt
Рубрика: Информатика и управление
Статья в выпуске: 4 (68) т.17, 2025 года.
Бесплатный доступ
В работе рассматривается задача планирования сеансов связи типа КА-Земля с целью получения требуемого количества информации от каждого объекта. При этом считается, что время переключения наземной станции между космическими аппаратами пренебрежимо мало. Например, это может быть наземная станция с фазированной антенной решеткой. В работе описывается модель определения интервалов видимости. Модель учитывает геометрические и энергетические параметры видимости. Приводится математическая модель планирования в виде задачи нелинейного программирования. При этом в целевой функции оптимизируется не длительность сеансов связи, а объем принимаемой информации. В работе представлены результаты численного экcперимента для трех алгоритмов: оптимизационного, основанного на равномерном разделении интервала видимости (базовый алгоритм), основанного на методе случайных блужданий (случайный алгоритм). Численный эксперимент проводился для моделирования приема данных от группировки спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) компании Planet Labs. Эксперимент показывает, что использование оптимизационного алгоритма позволяет получить требуемое количество информации для каждого КА для группировки порядка 135 объектов. Кроме того, для группировки порядка 175 КА оптимизационный метод позволяет улучшить значение метрики на 16% по сравнению с базовым алгоритмом и на 20% по сравнению с случайным алгоритмом.
Оптимальное планирование сеансов связи, оптимизационные методы, модель сеанса связи, дистанционное зондирование Земли, фазированная антенная решетка
Короткий адрес: https://sciup.org/142247115
IDR: 142247115 | УДК: 004.021
Spacecraft communication sessions scheduling by ground-based sensors with instant transitions between objects
The paper considers the problem of planning space-to-ground communication sessions with the aim of obtaining the required amount of information from each object. It is assumed that the time required to switch between spacecraft is negligible. Examples of ground-based sensors with instant transitions between objects are radio stations with phased antenna arrays. A model for determining visibility intervals is described. The model takes into account the geometric and energy parameters of visibility. A mathematical model of planning is presented in the form of a nonlinear programming problem. In this case, the objective function optimises not the duration of communication sessions, but the amount of information transmitted. The article presents the results of a numerical experiment for three algorithms: an optimisation algorithm, an algorithm based on uniform division of the visibility interval (the basic algorithm) and an algorithm based on the random walk method (the random algorithm). The numerical experiment was conducted for a group of Earth remote sensing (ERS) satellites from Planet Labs company. The experiment shows that the use of the optimisation algorithm allows the required amount of information to be obtained for each spacecraft for a group of about 135 objects. In addition, for a group of about 175 satellites, the optimisation method improves the metric value by 16% compared to the basic algorithm and by 20% compared to the random algorithm.
