Математические аспекты оценивания результативности применения космических аппаратов дистанционного зондирования Земли
Ключевые слова:
вероятность обнаружения объекта, геометрическая вероятность, R-функции, дистанционное зондирование Земли, результативностьАннотация
Данная статья посвящена оцениванию результативности применения КА дистанционного зондирования Земли. В качестве обобщенного показателя результативности предложена вероятность мониторинга КА дистанционного зондирования Земли заданного района. Указанная вероятность определяется вероятностью наступления события получения информации об объекте и вероятность наступления события передачи данных на пункт обработки по каналам систем спутниковой связи. Вероятности получения информации об объекте определяются вероятностью обнаружения объекта в районе и вероятностью его идентификации. Основное внимание уделено оцениванию вероятности обнаружения объекта в районе обслуживания. Данный показатель имеет геометрический смысл, определяющий процент площади района, просмотренный космическим аппаратом. Расчет геометрической вероятности cделан с использованием R-функций. В работе произведено математическое описание полосы обзора и района обслуживания конечными математическими выражениями, на основании которых получены соотношения для расчета площадных показателей просмотра районов земной поверхности.Литература
1. Свиридов К.Н. О предельном разрешении аэрокосмических систем дистанци-онного зондирования земли (ДЗЗ) // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2014. Т. 1 №1. С. 34-40.
2. Стратилатова Н.Н., Куренков В.И., Кучеров А.С., Егоров А.С. Методика срав-нительной оценки эффективности космических аппаратов дистанционного зон-дирования Земли с различными оптико-электронными телескопическими ком-плексами // Вестник самарского государственного аэрокосмического универ-ситета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского уни-верситета). 2016. Т. 15. №2. С. 80-89.
3. Коваленко А.Ю. Баллистическое проектирование разнородной системы КА с заданным циклом замыкания трассы // Труды СПИИРАН. 2015. №3(40) С.45-54.
4. Абчук В.А. Справочник по исследованию операций // М.: Воениздат, 1979. 368 с.
5. Волгин Д.А. Космическая программа дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и группировка космических аппаратов (КА) России // Научные труды института непрерывного профессионального образования. 2016. №6(6). С.211-216.
6. Gorelov Yu.N., Kurganskaya L.V., Manturov A.I., Sollogub, A.V., and Yurin, V.E. On Optimization Of Attitude Control Programs For Earth Remote Sensing Satellite // Gyroscopy and Navigation. 2014. Т. 5. No 2. pp. 90-97.
7. Gorelov, Yu.N., Manturov, A.I., Yurin, V.E., and Pyrinov N.I. Generation Of Satellite Attitude Control Programs For Stereo Imaging. 22nd Saint Petersburg In-ternational Conference on Integrated Navigation Systems, ICINS 2015 - Proceed-ings. 22. 2015. pp. 120-122.
8. Коваленко А.Ю., Мосин Д.А., Уртминцев И.А. Оценивание эффективности об-служивания произвольного района земной поверхности КА ДЗЗ в целях эколо-гического мониторинга // Экология и развитие общества. 2015. №4(15) С.45-50.
9. Коваленко А.Ю., Кубасов И.Ю. Методика оценивания эффективности обзора КА произвольных районов земной поверхности // Актуальные проблемы защи-ты и безопасности: Труды девятнадцатой Всероссийской научно-практической конференции. Санкт-Петербург. 4-7 апреля 2016 г. Том 1. С. 136–139.
10. Dash J., Ogutu B.O. Recent advances in space-borne optical remote sensing systems for monitoring global terrestrial ecosystems // Progress In Physical Geography. 2015. vol. 40. no. 2. pp. 322-351.
11. Свиридов К.Н. О новом подходе к получению и обработке изображений ДЗЗ, искаженных турбулентной атмосферой // Ракетно-космическое приборострое-ние и информационные системы. 2014. Т. 1. №4. С.28-36.
12. Nazmutdinova A.I., Itskov A.G., Milich V.N. Description of the process of presentation and recognition of forest vegetation objects on multispectral space images // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances In Mathematical Theory and Applications). 2017. vol. 27. no. 1. pp. 105-109.
13. Han Y., Koike H., Idesawa M. Recognizing objects with multiple configurations // Pattern analysis & applications. 2014. vol. 17. no. 1. pp. 195-209.
14. Дарнопых В.В., Малышев В.В., Усовик И.В. Многокритериальная оптимизация эффективности целевого функционирования орбитальных группировок систем дистанционного зондирования Земли на основе оперативного планирования // Вестник московского авиационного института. 2014. Т. 21. №5. С.37-52.
15. Лаверов Н.П., Попович В.В., Ведешин Л.А., Гальяно Ф.Р. Методы анализа дан-ных дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистан-ционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. №6. С.145-153.
16. Reshmin S. A. Properties of the time-optimal control for Lagrangian single-degree-of-freedom systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2015. Vol. 60, No. 12, pp. 350–355.
17. Власов С.А., Кульвиц А.В., Кубасов И.Ю., Мосин Д.А. Баллистическое проекти-рование систем космических аппаратов: учебное пособие // СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского. 2007. 86 с.
18. Рвачев В.Л. Геометрические приложения алгебры логики // Киев: Техника, 1967. 212 с.
19. Durrieu S., Nelson R.F. Earth observation from space - the issue of environmental sustainability // Space Policy. 2013. vol. 29. no. 4. pp. 238-250.
20. Баринов К.Н., Мамон П.А. Теория полета космических аппаратов // М.: МО СССР. 1974. 346 с.
21. Эльясберг П.Э. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли // М.: Наука, 1965. 540 с.
22. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Лупян Е.А. Перспективы российских исследо-ваний ДЗЗ // Земля и вселенная. 2015. №2. С.53-60.
23. Wickwire K.H. Mathematical models for the control of pest and infectious diseases // Theor. Popul. Biol. 2012. Vol.11. pp.182-238.
24. Бирюков А.В. Синтез многоцелевых орбитальных структур космических аппа-ратов ДЗЗ. // Перспективные информационные технологии – 2014. Труды Международной научно-технической конференции. Самара. 30 июня-04 июля 2014 г. С.441-442.
25. Маштаков Я.В., Ткачев С.С. Влияние возмущений на точность стабилизации спутника ДЗЗ // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2016. №18. – С.1-31.
26. Официальный сайт NASA. URL: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/SpacecraftQuery.jsp. (дата обращения 19.04.2017).
27. Сайт CELESTRAK. URL: http://celestrak.com/NORAD/elements/supplemental/. (дата обращения 19.04.2017).
2. Стратилатова Н.Н., Куренков В.И., Кучеров А.С., Егоров А.С. Методика срав-нительной оценки эффективности космических аппаратов дистанционного зон-дирования Земли с различными оптико-электронными телескопическими ком-плексами // Вестник самарского государственного аэрокосмического универ-ситета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского уни-верситета). 2016. Т. 15. №2. С. 80-89.
3. Коваленко А.Ю. Баллистическое проектирование разнородной системы КА с заданным циклом замыкания трассы // Труды СПИИРАН. 2015. №3(40) С.45-54.
4. Абчук В.А. Справочник по исследованию операций // М.: Воениздат, 1979. 368 с.
5. Волгин Д.А. Космическая программа дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и группировка космических аппаратов (КА) России // Научные труды института непрерывного профессионального образования. 2016. №6(6). С.211-216.
6. Gorelov Yu.N., Kurganskaya L.V., Manturov A.I., Sollogub, A.V., and Yurin, V.E. On Optimization Of Attitude Control Programs For Earth Remote Sensing Satellite // Gyroscopy and Navigation. 2014. Т. 5. No 2. pp. 90-97.
7. Gorelov, Yu.N., Manturov, A.I., Yurin, V.E., and Pyrinov N.I. Generation Of Satellite Attitude Control Programs For Stereo Imaging. 22nd Saint Petersburg In-ternational Conference on Integrated Navigation Systems, ICINS 2015 - Proceed-ings. 22. 2015. pp. 120-122.
8. Коваленко А.Ю., Мосин Д.А., Уртминцев И.А. Оценивание эффективности об-служивания произвольного района земной поверхности КА ДЗЗ в целях эколо-гического мониторинга // Экология и развитие общества. 2015. №4(15) С.45-50.
9. Коваленко А.Ю., Кубасов И.Ю. Методика оценивания эффективности обзора КА произвольных районов земной поверхности // Актуальные проблемы защи-ты и безопасности: Труды девятнадцатой Всероссийской научно-практической конференции. Санкт-Петербург. 4-7 апреля 2016 г. Том 1. С. 136–139.
10. Dash J., Ogutu B.O. Recent advances in space-borne optical remote sensing systems for monitoring global terrestrial ecosystems // Progress In Physical Geography. 2015. vol. 40. no. 2. pp. 322-351.
11. Свиридов К.Н. О новом подходе к получению и обработке изображений ДЗЗ, искаженных турбулентной атмосферой // Ракетно-космическое приборострое-ние и информационные системы. 2014. Т. 1. №4. С.28-36.
12. Nazmutdinova A.I., Itskov A.G., Milich V.N. Description of the process of presentation and recognition of forest vegetation objects on multispectral space images // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances In Mathematical Theory and Applications). 2017. vol. 27. no. 1. pp. 105-109.
13. Han Y., Koike H., Idesawa M. Recognizing objects with multiple configurations // Pattern analysis & applications. 2014. vol. 17. no. 1. pp. 195-209.
14. Дарнопых В.В., Малышев В.В., Усовик И.В. Многокритериальная оптимизация эффективности целевого функционирования орбитальных группировок систем дистанционного зондирования Земли на основе оперативного планирования // Вестник московского авиационного института. 2014. Т. 21. №5. С.37-52.
15. Лаверов Н.П., Попович В.В., Ведешин Л.А., Гальяно Ф.Р. Методы анализа дан-ных дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистан-ционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. №6. С.145-153.
16. Reshmin S. A. Properties of the time-optimal control for Lagrangian single-degree-of-freedom systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2015. Vol. 60, No. 12, pp. 350–355.
17. Власов С.А., Кульвиц А.В., Кубасов И.Ю., Мосин Д.А. Баллистическое проекти-рование систем космических аппаратов: учебное пособие // СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского. 2007. 86 с.
18. Рвачев В.Л. Геометрические приложения алгебры логики // Киев: Техника, 1967. 212 с.
19. Durrieu S., Nelson R.F. Earth observation from space - the issue of environmental sustainability // Space Policy. 2013. vol. 29. no. 4. pp. 238-250.
20. Баринов К.Н., Мамон П.А. Теория полета космических аппаратов // М.: МО СССР. 1974. 346 с.
21. Эльясберг П.Э. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли // М.: Наука, 1965. 540 с.
22. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Лупян Е.А. Перспективы российских исследо-ваний ДЗЗ // Земля и вселенная. 2015. №2. С.53-60.
23. Wickwire K.H. Mathematical models for the control of pest and infectious diseases // Theor. Popul. Biol. 2012. Vol.11. pp.182-238.
24. Бирюков А.В. Синтез многоцелевых орбитальных структур космических аппа-ратов ДЗЗ. // Перспективные информационные технологии – 2014. Труды Международной научно-технической конференции. Самара. 30 июня-04 июля 2014 г. С.441-442.
25. Маштаков Я.В., Ткачев С.С. Влияние возмущений на точность стабилизации спутника ДЗЗ // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2016. №18. – С.1-31.
26. Официальный сайт NASA. URL: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/SpacecraftQuery.jsp. (дата обращения 19.04.2017).
27. Сайт CELESTRAK. URL: http://celestrak.com/NORAD/elements/supplemental/. (дата обращения 19.04.2017).
Mathematical Aspects of Evaluating Effectiveness of the Earth's Surface Spacecraft
Abstract
This article is devoted to evaluation of the effectiveness of the spacecraft remote sensing of the Earth. The probability of monitoring the spacecraft remote sensing of the specified area is proposed as a generalized indicator of the effectiveness. That probability depends on the probability of the reception of information about the object and the probability of occurrence of data transmission to the point of processing through the channels of satellite communication systems. The probability of obtaining information about an object is determined by the probability of object detection in the area and probability of its identification. The focus is on the estimation of the probability of object detection in a service area. This figure has a geometric meaning, which determines the percentage of the area surface viewed by the spacecraft. The calculation of geometric probability is generally performed using R-functions. The work includes mathematical description of the span and area of service by the final mathematical expressions, on the basis of which correlations to calculate area-based indicators of the viewing areas of the earth's surface were obtained.
Опубликован
2017-07-03
Как цитировать
Коваленко, А. Ю. (2017). Математические аспекты оценивания результативности применения космических аппаратов дистанционного зондирования Земли. Труды СПИИРАН, 4(53), 29-50. https://doi.org/10.15622/sp.53.2
Раздел
Теоретическая и прикладная математика
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
