АВТОНОМНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ЗАДАЧ НАБЛЮДЕНИЯ В ГРУППИРОВКАХ СПУТНИКОВ
Аннотация
Использование автономного планирования является одним из основных условий мак-симальной реализации потенциальных возможностей группировок спутников. Автономное планирование в этом случае реализуется с помощью информационного взаимодействия и локальных бортовых вычислений спутников на основе алгоритмов распределенного автономного планирования. В статье рассматривается подход, в котором автономное планирование использует также вычислительные ресурсы наземных пунктов системы дистанционного зондирования Земли. С помощью наземных вычислений для каждой входной заявки на космическую информацию генерируется формальное описание сценария ее выполнения, причем этот сценарий может включать в себя выполнение как одного, так и множества сеансов наблюдений. В случае сценария с множеством сеансов наблюдений при необходи-мости возможно включение в него логических условий, определяющих порядок выполнения наблюдений. С помощью наземных вычислений для каждого сеанса наблюдения рассчитывается также упорядоченный по времени список всех временных интервалов, когда это наблюдение может быть выполнено средствами группировки. Аналогичным образом вы-числяются временные интервалы, когда оказывается возможным информационное взаи-модействие между компонентами системы дистанционного зондирования Земли. При на-личии этих данных задача автономного планирования каждого наблюдения сценария вы-полнения заявки решается таким образом. Информация, полученная с помощью наземных вычислительных средств, которая необходима для автономного решения задачи планиро-вания наблюдений передается спутникам. Порядок локального планирования наблюдений определяется в соответствии с порядком перечисления временных окон в списке, в кото-ром каждое окно задает допустимый сеанс наблюдения. Если наблюдение оказывается не запланированным, то эта задача передается следующему спутнику. Эффективность ин-формационного взаимодействия в группе спутников, и как следствие, эффективность автономного планирования, критическим образом зависят от возможностей сетевого уровня, в частности, от периодов времени, когда существует возможность передачи данных между узлами сети. Этот аспект задачи также рассматривается в статье, в частности предлагается подход к передаче данных в коммуникационной сети группировки спутников. Этот подход строится на основе DTN-технологии (от англ. Delay and Disruption Tolerant Networking) и CGR-маршрутизации (от англ. Contact Graph Routing) сообщений в сети.
Литература
2. Lenzen C. et al. Onboard Planning and Scheduling Autonomy within in Fire Bird Mission // Pro-ceedings of the 14-th International Conference on Space Operations. – 2014. AIAA 2014 – 1759.
3. Kennedy A. et al. Automated Resource-Constrained Science Planning for the MiRaTA Mission // Proceedings of the AIAA/USU Conference on Small Satellites. – 2015. SSC15-6-37.
4. Herz E. et al. Onboard Autonomous Planning System // Proceedings of the 14-th International Conference on Space Operations. – 2014. AIAA 2014 – 1783.
5. Li J., Chi Y. Planning and Scheduling of an Agile EOS Combining On ground and On-board Decisions // IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 382. 032023. – http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/382/3/032023.
6. Advanced Exploration Systems. – https://www.nasa.gov/directorates/heo/aes/index.html.
7. Соколов Н.Л. и др. Основные принципы создания космической информационной сети, устойчивой к разрывам и задержкам в каналах связи // Лесной вестник. Системный ана-лиз, управление и обработка информации в космической отрасли. – 2015. – № 3. – С. 137-144.
8. Caini C. 2 - Delay-tolerant networks (DTNs) for satellite communications // Advances in De-lay-Tolerant Networks (DTNs) / Ed. J. Rodrigues. Oxford: Woodhead Publishing, 2015. – P. 25-47.
9. Zhang Z. 8 - Opportunistic routing in mobile ad hoc delay-tolerant networks (DTNs) // Ad-vances in Delay-Tolerant Networks (DTNs) / Ed. J. Rodrigues. Oxford: Woodhead Publishing, 2015. – P. 159-172.
10. Rodrigues J., Soares V. 1 - an introduction to delay and disruption-tolerant networks (dtns) // Advances in Delay-Tolerant Networks (DTNs) / Ed. J. Rodrigues. Oxford: Woodhead Publish-ing, 2015. – P. 1-21.
11. Araniti G. et al. Contact Graph Routing in DTN Space Networks: Overview, Enhancements and Performance // IEEE Communication Magazine. – 2015. – P. 38-46.
12. Birrane E., Burleigh S., Kasch N. Analysis of the contact graph routing algorithm: Bounding interplanetary paths // Acta Astronautica. – 2012. – No. 75. – P. 108-119.
13. Fraire J. A. et al R. Assessing Contact Graph Routing Performance and Reliability in Distrib-uted Satellite Constellations // Journal of Computer Networks and Communications. – 2017. – Vol. Article ID 2830542. – 18 p.
14. Caini C., Firrincieli R. Application of Contact Graph Routing to LEO satellite DTN commu-nications // IEEE International Conference on Communications. – 2012. – P. 3301-3305.
15. Herz E. EO and SAR Constellation Imagery Collection Planning // Proceedings of the 14-th SpaceOps Conference 2014 (AIAA 2014-1728).
16. Iacopino C., Harrison S. and Brewer A. Mission Planning Systems for Commercial Small-Sat Earth Observation Constellations // Proceedings of the 9th International Workshop on Plan-ning and Scheduling for Space (IWPSS). – 2015. – P. 45-52.
17. Ковтун В.С., Строченкин А.В., Фролов В.Н. Выбор оптимальных вариантов маршрутов съемок для космической системы дистанционного зондирования Земли // Космическая техника и технология. – 2014. – № 3 (6). – C. 57-63.
18. Mclaren D. et al. Scheduling results for the THEMis observation scheduling tool // In 7th In-ternational Workshop on Planning and Scheduling for Space, IWPSS-11, 2011. – https://ai.jpl.nasa.gov/public/papers/mclaren_iwpss2011_schedulingresults.pdf.
19. Knight R., McLaren D. and Hu S. Planning coverage campaigns for mission design and analy-sis: Clasp for the proposed DESDyni mission // In Proceedings International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics, and Automation for Space. 2012. – https://ai.jpl.nasa.gov /public/papers/knight_isairas2012_planning.pdf.
20. Knight R. Area Coverage Planning for Sub-dividable Framing Instruments // Intl Symposium on Artificial Intelligence, Robotics, and Automation for Space, 2014. – https://ai.jpl.nasa.gov /public/papers/knight_isairas2014_area.pdf.
21. Карсаев О.В. Имитационное моделирование автономного управления группировкой ма-лых спутников // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2018. – № 1 (195). – С. 140-154.
