21126

21126

طراحي مدار يك منظومه ماهواره اي به روش واكر به منظور عكسبرداري زمان حقيقي

كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري ماهواره - كنترل

1398/04/03

دكتر بهمن قرباني واقعي

فناوري هاي نوين

مسائل مهندسي اغلب نيازمند پاسخ هاي بهينه اي است كه هدف آنها، به حداكثر رساندن نتايج با استفاده از حداقل منابع موجود است. در بعضي از موارد مي توان مسائل را با استفاده از مدل هاي تعريف شده اي كه حل آنها به صورت تحليلي ميسر است، ساده سازي كرد. با اين حال، اكثر مسائل غيرخطي نيازمند تكنيك هاي هوشمند براي يافتن پاسخ هاي مناسب است. در اين پايان نامه، هدف طراحي مدار يك منظومه از ماهواره هاي تصويربرداري است كه بتواند داده هاي تصوير را به محض انجام عكسبرداري توسط ماهواره ها، در كوتاه ترين زمان ممكن با برقراري لينك هاي بين ماهواره اي به يك ايستگاه زميني هدف ارسال نمايد. بنابراين منظومه ماهواره اي بايد از نظر مخابراتي، يك منطقه هدف را بطور تقريبا مداوم مشاهده نمايند تا بتوان با برقراري لينك هاي بين ماهواره اي به عكسبرداري زمان حقيقي دست يافت. براي دستيابي به اين هدف، لازم است درصد پوشش زماني روزانه از ايستگاه هدف به 100 درصد نزديك شود. در اين پايان نامه ابتدا مدار يك منظومه ماهواره اي به روش كلاسيك واكر طراحي مي شود و سپس تحليل پوشش جهت دستيابي به پوشش مداوم براي يك ايستگاه هدف انجام مي شود. نتايج نشان مي دهد كه مي توان با استفاده از 36 ماهواره در 12 صفحه مداري، به درصد پوشش زماني روزانه 97 درصد دست يافت. سپس براي افزايش درصد پوشش زماني روزانه، كاهش تعداد گپ ها و كاهش حداكثر زمان بازديد مجدد از ايستگاه هدف، از يك الگوريتم هوشمند بنام الگوريتم ازدحام ذرات، جهت طراحي مدار منظومه ماهواره اي، استفاده شد. با استفاده از اين الگوريتم، 2 پارامتر Ω و M براي هر يك از ماهواره ها جهت كمينه سازي تابع هزينه طراحي گرديد. افزايش 1.5 درصدي مقدار درصد پوشش زماني روزانه نسبت به روش واكر، گوياي عملكرد مطلوب الگوريتم PSO در طراحي پارامترهاي مدار ماهواره ها است. اما در روش هاي عددي طراحي مدار، به هر ماهواره يك صفحه مداري اختصاص مي يابد كه باعث افزايش هزينه هاي ناشي از پرتابگر مي شود. در واقع 36 ماهواره در 36 صفحه مداري توزيع مي گردد در انتها، روش واكر دلتا (روش تحليلي) و الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات (روش عددي) بصورت تركيبي بكار رفت به نحوي كه پارامتر Ω ماهواره ها به روش واكر و پارامتر متوسط آنومالي (M) ماهواره ها توسط الگوريتم ازدحام ذرات طراحي شد. براي يك منظومه 36 ماهواره اي كه در 12 صفحه مداري توزيع گرديد، نه تنها مقدار درصد پوشش زماني روزانه از ايستگاه هدف به 98.5 درصد رسيد بلكه هزينه پرتاب نيز به "1" /"3" كاهش يافت (تبديل 36 صفحه مداري به 12 صفحه مداري). بنابراين، روش تركيبي واكر-PSO براي دستيابي به پوشش تقريبا مداوم منطقه هدف جهت رسيدن به يك تصويربرداري زمان حقيقي مناسب خواهد بود.

1398/07/09

Orbit design of a Satellite Constellation using Walker method for Real-Time Imaging application

10/1/2019 12:00:00 AM

Engineering issues often require optimal solutions that their object is to minimize the results based on the least available resources. In some cases, issues can be simplified by using defined models that are analytically solved. However, most nonlinear problems require intelligent techniques to find suitable solutions. The purpose of this thesis is to design a constellation orbit consist of imaging satellites to transmit image data to a determined ground station using Inter-Satellite Links (ISL). Therefore, from the communication perspective, the satellite constellation should observe an almost constant target zone in order to achieve real-time imaging by establishing inter-satellite links. To achieve this purpose, the determined ground station needs to be covered daily. In this thesis, the orbit of a satellite constellation is designed using the classic Walker method. Besides, cover analysis is performed to acquire continuous coverage for a determined station. The results illustrate that we can obtain coverage percentage up to 97% by using 36 satellites in 12 orbital planes. Then, an intelligent particle swarm algorithm was utilized to design the satellite constellation orbit to increase the percentage of daily time coverage, reduce the number of gaps, and reduce the maximum time visited the determined ground station. Using this algorithm, the value of two parameters Ω and M play an important role for each satellite orbit to minimize the cost function. The 1.5% increase in the percentage of daily time coverage compared to the Walker method illustrates the desirable performance of the PSO algorithm in the design of satellite orbit parameters. In contrast, in numerical methods of orbit design, each satellite is assigned an orbit plane that leads to increases the cost of the launcher. Indeed, 36 satellites are distributed in 36 orbits. Finally, the Walker Delta method (analytical method) and the particle swarm optimization algorithm (numerical method) have been combined in such a way that the Ω parameter and the mean anomaly parameter (M) of the satellites have been designed using walker method and the particle swarm algorithm respectively. For the satellite constellation consists of 36 satellites distributed in 12 orbital planes, the percentage of daily time coverage of the determined station reaches to 98.5%; moreover, the launch cost was reduced to one-third (reducing 36 orbital planes to 12). As a result, in real-time imaging application, the Walker-PSO combined approach would be appropriate to achieve almost continuous coverage of the determined zone.