Оптимизационная задача поиска объекта спутником дистанционного зондирования
Оценка возможности дистанционного поиска объекта в данных районах на поверхности Земли. Повышение вероятности обнаружения объекта, сопоставимое с вероятностью при максимально возможном времени наблюдения районов. Выбор оптимальной стратегии зондирования.
| Рубрика | Астрономия и космонавтика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.03.2018 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru//
Размещено на http://www.allbest.ru//
Конструкторское бюро «Арсенал» им. М.В. Фрунзе
Оптимизационная задача поиска объекта спутником дистанционного
зондирования
Зубехин Нестор Борисович,
аспирант кафедры «Системы обработки информации и управления» Балтийского Государственного Технического Университета им. Д.Ф. Устинова, инженер ФГУП «
Исследована возможность дистанционного поиска объекта в заданных районах на поверхности Земли. Предложен метод выбора оптимальной стратегии зондирования для указанной задачи. На основе модельных расчётов показано, что оптимальная стратегия обеспечивает существенное повышение вероятности обнаружения объекта сопоставимое с вероятностью при максимально возможном времени наблюдения районов Земли.
дистанционный поиск зондирование земля
Введение
Развитие дистанционных методов поиска и контроля над использованием природных ресурсов Земли является одной из самых важных научно-производственных задач. Практическое использование этих методов при поиске различных объектов спутниками дистанционного зондирования затруднено наличием определённых специфических особенностей самой космической системы и логикой её управления.
Космические системы зондирования характеризуются большими потоками циркулирующей в них информации. В них принято выделять две большие группы информационных потоков для решения следующих задач [1]: обеспечение функционирования спутников и их систем; получение, обработка и доставка информации зондирования потребителю. Решение перечисленных выше задач в реальном масштабе времени невозможно без оптимального распределения информационных ресурсов.
В настоящей статье представлен пример синтеза оптимальной стратегии зондирования, максимизирующей вероятность обнаружения объекта в определённых районах на поверхности Земли.
1. Постановка задачи.
Объект, подлежащий обнаружению, находится в одном из n районов с вероятностями соответственно. Для поиска объекта имеется общий ресурс времени T. Необходимо отметить, что общее время поиска может формироваться из следующих соображений: 1) аппаратура зондирования имеет определённый ресурс на количество включений, из которого с учётом всего жизненного цикла спутника определяется время съёма информации с заданного района в соответствии с определённым планом и энергетическими возможностями; 2) время поиска может быть назначено, исходя из условий решения конкретной поисковой задачи. Известно [2], что при поиске в i-ом районе в течении времени вероятность обнаружения объекта (при условии, что он там находится), равна , где - весовой коэффициент. Требуется так распределить время наблюдения по районам, чтобы максимизировать вероятность обнаружения объекта (более подробно схема зондирования районов Земли показана на рис. 1).
Соответствующая оптимизационная задача может иметь следующий вид
где
- минимально возможное время работы аппаратуры зондирования;
- время видимости района при его прохождении.
2. Синтез оптимальной стратегии зондирования
Специфика задачи (1) состоит в том, что её целевая функция сепарабельна, т.е. представлена в виде суммы функций, каждая из которых зависит от вектора управления на i-ом шаге.
Приведём (1) к дискретной задаче оптимального управления. Для описания процесса распределения ресурса времени между зондируемыми районами введём разностное уравнение вида:
где - сумма распределённого времени; - интервал времени, выделенный i-ому району наблюдения.
Задано ограничение на долю времени зондирования , начальное условие .
При этом ограничение примет следующий вид . Это означает, что в процессе распределения времени наблюдения районов может быть задействован не весь выделенный временной ресурс. Возможны варианты, когда большинство значений , что явно противоречит условиям задачи. Эта ситуация должна быть “наказана”. Для этого терминальную функцию зададим в виде:
где M - коэффициент штрафа (будем задавать его большим числом).
Возьмём целевую функцию из (1) с обратным знаком. Теперь, принимая во внимание (2) и (3), запишем следующую задачу дискретного оптимального управления временем наблюдения районов [3]. Требуется найти минимум функции
при ограничениях
Постановка задачи (4), (5) позволяет применить стандартную схему динамического программирования. При большом количестве наблюдаемых районов, исчисляемых сотнями, стандартная схема динамического программирования сталкивается с так называемым “проклятием размерности”. В этом случае можно использовать различные универсальные вычислительные схемы, основанные на идее динамического программирования и позволяющие реализовать квазиоптимальные решения.
На рис. 2 представлены исходные данные и результаты синтеза оптимальной стратегии зондирования для двадцати районов. Выделенный ресурс времени равнялся суммарному времени видимости районов.
Заключение
Синтез оптимальных стратегий наблюдения в задаче поиска объекта достигнут за счёт использования универсальной вычислительной схемы, основанной на идее динамического программирования. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности применения рассмотренного подхода для решения подобных задач оптимального планирования поиска объектов.
Литература
1 Управление космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли: Компьютерные технологии / Д.И. Козлов, Г.П. Аншаков, Я.А. Мостовой, А.В. Саллогуб. - М.: Машиностроение, 1998. - 368с.
2 Андреева Е.А., Цирулёва В.М. Вариационное исчисление и методы оптимизации. - М.: Высш. шк., 2006. - 584с.
3 Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. - М.: Наука, 1965. - 460с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Хронология изучения объекта J002E2. Тайна "нового спутника Земли" разгадана. Новая "луна", вращающуюся вокруг Земли. Космический каменный обломок, попавший в зону земного притяжения, или отработанный корпус ракеты?
реферат [14,9 K], добавлен 09.10.2006Составление трехмерных карт поверхности Луны по программе NASA World Wind. Этапы поиска воды на естественном космическом спутнике Земли, алгоритмы обработки информации. База данных информационной справочной системы номенклатуры лунных образований.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.05.2011Устройство системы дистанционного мониторинга. Временные изменения отражательной способности объектов. Аэрокосмические исследования динамики в атмосфере и океане. Контроль глобальных атмосферных изменений. Преимущества и недостатки спутниковых систем.
реферат [15,8 K], добавлен 14.05.2011Особенности вида Земли с Луны. Причины возникновения кратеров (районов с неровным ландшафтом и горными хребтами) на поверхности Луны - падения метеоритов и вулканические извержения. Функция советских автоматических станций "Луна–16", "Луна–20", "Луна–24".
презентация [121,6 K], добавлен 15.09.2010Исследование основ спектральной классификации звезд. Изучение спектра распределения энергии излучения по частоте и по длинам волн. Определение основных свойств излучающего объекта. Температура и давление на поверхности звезд разных спектральных классов.
реферат [147,1 K], добавлен 02.01.2017Характеристика Луны с точки зрения единственного естественного спутника Земли, второго по яркости объекта на земном небосводе. Сущность полнолуния, затмения, либрации, геологии Луны. Лунные моря как обширные, залитые некогда базальтовой лавой низины.
презентация [1,7 M], добавлен 20.11.2011Описание кометы как тела Солнечной системы, особенности ее строения. Траектория и характер движения этого космического объекта. История наблюдения астрономами движения кометы Галлея. Наиболее известные периодические кометы и специфика их орбиты.
презентация [3,8 M], добавлен 20.05.2015Описания жидких гейзеров, расположенных на поверхности спутника Энцелада. Изучение особенностей уникального объекта стены Япета. Действующие вулканы спутника Юпитера Ио. Кольца Сатурна - одно из самых красивых явлений в Солнечной системе. Пояс астероидов.
презентация [894,3 K], добавлен 24.02.2014Эволюция Земли в тесном взаимодействии с Солнцем и Луной. Роль и значение луны для жизни на планете Земля. Спектральный анализ как один из основных методов современной астрофизики. Методы поиска различных форм жизни с помощью космических аппаратов.
презентация [2,2 M], добавлен 08.07.2014Установка условного нуля, единицы величины и порядка корректировки для шкалы времени. Три основные системы измерения времени. Особенности использования поясного времени. Циклы движения Земли в Солнечной системе в основе систем счета и измерения времени.
презентация [803,0 K], добавлен 02.03.2017История наблюдений и исследований за метеорами и болидами, их научная ценность. Взаимодействие метеороидов с атмосферой Земли. Физические процессы, протекающие в метеорных следах. Основные методы наблюдения за объектами, применяемые в прошлом и настоящем.
реферат [51,7 K], добавлен 16.10.2010Астрономические наблюдения как основной способ исследования небесных объектов и явлений. Изучение особенностей наблюдения солнечной активности, Юпитера и его спутников, комет, метеоров, солнечных и лунных затмений, а также искусственных спутников Земли.
реферат [31,9 K], добавлен 17.04.2012История проблемы выхода на орбиту. Расчет возможности вывода тела на орбиту одним толчком. Признаки тела переменной массы. Моделирование обстоятельств наблюдения искусственных спутников земли. Математическое моделирование движения ракеты-носителя.
реферат [120,6 K], добавлен 14.10.2015Дистанционное (аэрокосмическое) зондирование - система сбора, переработки и регистрации данных, ориентированных на решение конкретных геологических и метеорологических задач. Виды и технические характеристики аппаратуры для аэрокосмических исследований.
курсовая работа [728,2 K], добавлен 07.01.2010Форма, размеры и движение Земли. Поверхность Земли. Внутреннее строение Земли. Атмосфера Земли. Поля Земли. История исследований. Научный этап исследования Земли. Общие сведения о Земле. Движение полюсов. Затмение.
реферат [991,6 K], добавлен 28.03.2007Спектральный анализ и прогноз данных неравномерности вращения Земли с помощью программы по обработке данных методом сингулярного спектрального анализа. Астрономические и палеонтологические данные. Движение полюсов, природа периодических колебаний.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.06.2015Черная дыра - порождение тяготения. История предсказаний поразительных свойств черных дыр. Важнейшие выводы теории Эйнштейна. Процесс релятивистского гравитационного коллапса. Небесная механика черных дыр. Поиски и наблюдения. Рентгеновское излучение.
реферат [29,3 K], добавлен 05.10.2011Визуальные наблюдения метеоров. Многократный счет метеоров. Наблюдения радиантов. Наблюдения телескопических метеоров (телеметеоров). Фотографические наблюдения метеоров. Спектрографирование метеоров и определение длин волн спектральных линии.
реферат [24,7 K], добавлен 06.03.2007Новая интерпретация преобразования Лоренца. Преобразование Лоренца, сохраняющее уравнения Максвелла инвариантными, имеет дело с действительным объектом и его положением в пространстве и с мнимым отображением этого объекта в пространстве световыми лучами.
доклад [146,9 K], добавлен 19.01.2011Люди, проложившие дорогу к звёздам. Схема орбитального корабля "Буран". Описание положения, параметров и характеристик планет Солнечной системы. Свойства и особенности черной дыры как космического объекта. Практическое значение освоения космоса человеком.
презентация [8,3 M], добавлен 19.02.2012
