Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế chòm sao GPS ảnh hưởng đến các hiện tượng che khuất hình học trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương
Tóm tắt
Sự gia tăng nhu cầu về sự phân bố không gian và thời gian tốt hơn của dữ liệu che khuất sóng vô tuyến là động lực cho nhiều nghiên cứu mở rộng, xem xét cả số lượng vệ tinh GNSS/thiết bị thu tín hiệu hoặc các công cụ tối ưu hóa tốt hơn dẫn đến phân bố tốt hơn. Bài báo này đề cập đến vấn đề thiết kế một nhiệm vụ che khuất sóng vô tuyến chỉ dựa vào hệ thống định vị toàn cầu (GPS) với hiệu suất tối ưu trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương. Các mô hình chòm sao được thảo luận và các chòm sao lưới 2D và lưới 3D hình hoa được áp dụng để phát triển một hệ thống với quỹ đạo tròn và elip tương ứng. Một mô hình truyền động quỹ đạo bị nhiễu dẫn đến phân tích trước chính xác hơn đáng kể được sử dụng. Nhấn mạnh vào sự phân bố không gian và thời gian các sự kiện che khuất sóng vô tuyến lần đầu tiên, quy chuẩn phân bố được cung cấp như một thước đo phân bố thể tích sử dụng khái niệm biểu đồ Voronoi trong không gian 3D bao gồm các khoảng thời gian và không gian. Các tối ưu hóa được thực hiện bằng cách sử dụng thuật toán di truyền để xác định các tham số thiết kế chòm sao tối ưu thông qua hàm phù hợp và các ràng buộc được chế tạo. Chòm sao kết quả đã được đánh giá bằng một cuộc so sánh khu vực với FORMOSAT-3/COSMIC phân bố toàn cầu về quy chuẩn phân bố, số lượng các sự kiện che khuất sóng vô tuyến và độ bao phủ như một thước đo phân phối bổ sung từ điểm này đến điểm khác. Mặc dù đã chứng minh rằng lưới 3D tối ưu có hiệu suất tốt hơn FORMOSAT-3, nhưng phương pháp thiết kế đã dẫn đến một chòm sao lưới 2D hình hoa, vượt trội so với các chòm sao khác trong sự nhấn mạnh khu vực về các sự kiện che khuất sóng vô tuyến. Hiệu suất toàn cầu của nó được thảo luận và được chứng minh rằng việc sử dụng nhiều thiết bị nhận GNSS để tăng số lượng vệ tinh có thể không đảm bảo một phân bố tốt về dữ liệu che khuất sóng vô tuyến trong một số khía cạnh.
Từ khóa
#chòm sao GPS #che khuất sóng vô tuyến #khu vực châu Á - Thái Bình Dương #tối ưu hóa quỹ đạo #mô hình truyền động quỹ đạoTài liệu tham khảo
Abdelkhalik O, Gad A (2011) Optimization of space orbits design for Earth orbiting missions. Acta Astronautica 68:1307–1317. doi:10.1016/j.actaastro.2010.09.029
Anthes R (2011) Exploring Earth’s atmosphere with radio occultation: contributions to weather, climate and space weather. Atmos Meas Tech 4:1077–1103
Asvial M, Tafazolli R, Evans BG (2004) Satellite constellation design and radio resource management using genetic algorithm. Communications, IEEE proceedings, pp 151:204–209. doi:10.1049/ip-com:20040291(410)151
Aurenhammer F (1991) Voronoi diagrams—a survey of a fundamental geometric data structure. ACM Comput Sur (CSUR) 23:345–405
Avendaño ME, Davis JJ, Mortari D (2013) The 2-D lattice theory of fower constellations. Celest. Mech. Dyn. Astron. 116:325–337
Bevis M, Businger S, Chiswell S, Herring TA, Anthes RA, Rocken C, Ware RH (1994) GPS meteorology: mapping zenith wet delays onto precipitable water. J Appl Meteorol 33:379–386
Brunini C, Azpilicueta F, Nava B (2013) A technique for routinely updating the ITU-R database using radio occultation electron density profiles. J Geod 87:813–823
Coesa U (1976) Standard atmosphere, 1976. US Government Printing Office, Washington, DC
Cook G (1965) Satellite drag coefficients. Planet Space Sci 13:929–946
Cook K, Fong C-J, Wenkel MJ, Wilczynski P, Yen N, Chang G (2013) FORMOSAT-7/COSMIC-2 GNSS radio occultation constellation mission for global weather monitoring. In: Aerospace conference, 2013 IEEE. IEEE, pp. 1–8
Crossley WA, Williams EA (2000) Simulated annealing and genetic algorithm approaches for discontinuous coverage satellite constellation design. Eng Optim 32:353–371. doi:10.1080/03052150008941304
Davis JJ, Avendaño ME, Mortari D (2013) The 3-D lattice theory of flower constellations. Celest Mech Dyn Astron 116:339–356
Douglas M (2010) Adaptive sounding arrays for tropical regions. In: Extended abstracts, 29th conference on Hurricanes and Tropical Meteorology. Am Meteor Soc Tucson, AZ, pp 12B. 17
Ely T, Crossley W, Williams E (1999) Satellite constellation design for zonal coverage using genetic algorithms. J Astronaut Sci 47:207–228
Flores F, Rondanelli R, Díaz M, Querel R, Mundnich K, Herrera LA, Pola D, Carricajo T (2013) The life cycle of a radiosonde. Bull Am Meteorol Soc 94:187–198
Fong C-J, Shiau W-T, Lin C-T, Kuo T-C, Chu C-H, Yang S-K, Yen NL, Chen S-S, Kuo Y-H, Liou Y-A (2008) Constellation deployment for the FORMOSAT-3/COSMIC mission. IEEE Trans Geosci Remote Sens 46:3367–3379
Fong C-J, Yen NL, Chu C-H, Yang S-K, Shiau W-T, Huang C-Y, Chi S, Chen S-S, Liou Y-A, Kuo Y-H (2009) FORMOSAT-3/COSMIC spacecraft constellation system, mission results, and prospect for follow-on mission. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences 20
Fonseca CM, Fleming PJ (1993) Genetic algorithms for multiobjective optimization: formulation discussion and generalization. In: ICGA, pp 416–423
Goldberg D, Holland J (1988) Genetic algorithms and machine learning. Mach Learn 3:95–99. doi:10.1023/A:1022602019183
Gunzburger M, Burkardt J (2004) Uniformity measures for point sample in hypercubes. Rapp. tech. Florida State University (cf. p 73)
Hogan P, Gaskins T (2009) Spatial information processing: standards-based open source visualization technology. In: AGU fall meeting abstracts, p 04
James RW, Wiley JL (1999) Space mission analysis and design. MicrocosmPress, Torrance
Juang J-C, Tsai Y-F, Chu C-H (2013) On constellation design of multi-GNSS radio occultation mission. Acta Astronaut 82:88–94
Kessler DJ (1990) Collision probability at low altitudes resulting from elliptical orbits. Adv Space Res 10:393–396
Kliore A, Cain DL, Levy GS, Eshleman VR, Fjeldbo G, Drake FD (1965) Occultation experiment: results of the first direct measurement of Mars’s atmosphere and ionosphere. Science 149:1243–1248
Le Marshall J, Xiao Y, Norman R, Zhang K, Rea A, Cucurull L, Seecamp R, Steinle P, Puri K, Fu E (2012) The application of radio occultation observations for climate monitoring and numerical weather prediction in the Australian region. Aust Meteorol Oceanogr J 62:323–334
Lee S, Mortari D (2013) 2-D Lattice flower constellations for radio occultation missions. Front Aerosp Eng 2:79–90
Mortari D, Wilkins MP (2008) Flower constellation set theory. Part I: compatibility and phasing. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 44:953–962
Mortari D, Wilkins MP, Bruccolerr C (2003) The flower constellations. Adv Astronaut Sci 115:269–290
Mousa A, Aoyama Y, Tsuda T (2006) A simulation analysis to optimize orbits for a tropical GPS radio occultation mission. Earth Planets Space 58:919–925
Poli R, Langdon WB (1998) Schema theory for genetic programming with one-point crossover and point mutation. Evolut Comput 6:231–252
Rider L (1985) Optimized polar orbit constellations for redundant earth coverage. J Astronaut Sci 33:147–161
Rider L (1986) Analytic design of satellite constellations for zonal earth coverage using inclined circular orbits. J Astronaut Sci 34:31–64
Seeber G (2003) Satellite geodesy: foundations, methods, and applications. Walter de Gruyter, Berlin
Speckman L, Lang T, Boyce W (1990) An analysis of the line of sight vector between two satellites in common altitude circular orbits. In: Astrodynamics conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics
Walker J (1978) Satellite patterns for continuous multiple whole-Earth coverage. In: Maritime and aeronautical satellite communication and navigation, pp 119–122
Walker JG (1977) Continuous whole-earth coverage by circular-orbit satellite patterns. In: DTIC Document, United Kingdom
Wickert J, Michalak G, Schmidt T, Beyerle G, Cheng C-Z, Healy SB, Heise S, Huang C-Y, Jakowski N, Kohler W (2009) GPS radio occultation: results from CHAMP, GRACE and FORMOSAT-3/COSMIC. Terr Atmos Ocean Sci 20:35
Wilkins MP, Mortari D (2008) Flower constellation set theory part II: secondary paths and equivalency. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 44:964–976
Wu B-H, Chu V, Chen P, Ting T (2005) FORMOSAT-3/COSMIC science mission update. GPS Solut 9:111–121
Xu G (2008) Orbits. Springer, Heidelberg
Yan K, Yang F, Pan C, Song J, Ren F, Li J (2013) Genetic algorithm aided gray-APSK constellation optimization. In: Wireless communications and mobile computing conference (IWCMC), 2013 9th international. IEEE, pp 1705–1709
Yunck TP, Chao-Han L, Ware R (2000) A history of GPS sounding. Terr Atmosp Ocean Sci 11:1–20