Система расчёта реализуемости заявок потребителей на съемку при целевом использовании орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли
SYSTEM FOR CALCULATION OF CONSUMER RECORDING APPLICATION EXECUTABILITY DURING TARGETED USE OF ORBITAL SPACE VEHICLE GROUP FOR REMOTE PROBING OF EARTH

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам области дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с использованием космических аппаратов.
Уровень техники
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбран многофункциональный наземный комплекс приёма, обработки и распространения информации дистанционного зондирования земли (МНКПОР ДЗЗ), предложенный в патенте на изобретение RU 2 552 109, НИИ ТП, опубликованном в 2015 г. МНКПОР ДЗЗ по патенту RU 2 552 109 представляет собой автоматизированную информационную систему ДЗЗ из космоса, в которой можно функционально выделить подсистему (комплекс) взаимодействия с потребителями с блоком непосредственного взаимодействия, выход которого связан с входом блока ввода формализованной заявки; подсистему (комплекс) хранения информации с блоком хранения формализованных заявок, вход которого связан с выходом блока ввода формализованной заявки, а также блоками хранения данных об аппаратуре приёма, космических аппаратах, метеорологических данных; подсистему (комплекс) вычислений.
При работе МНКПОР ДЗЗ комплекс взаимодействия с потребителями получает заявки на информацию ДЗЗ, формирует заявку на съёмку и обработку, то есть комплекс взаимодействия с потребителями принимает и формализует все заявки, не определяя их реализуемость. Заявки на съёмку поступают на планирование, отсутствие расчёта реализуемости с одной стороны лишает пользователя обратной связи, то есть не даёт ему информацию о том, с какой вероятностью он получит данные ДЗЗ, с другой стороны отсутствие такой информации уменьшает производительность работы оператора космической системы ДЗЗ. В свою, очередь предлагаемое изобретение направлено на устранение данных технических проблем и позволит повысить качество управления работы с информации ДЗЗ.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, ожидаемый от использования изобретения заключается в увеличении производительности оператора космической системы ДЗЗ благодаря наличию у потребителя объективных гарантий доступности данных ДЗЗ, то есть успешной реализации плана съёмок. Объективные гарантии успешной реализации плана съёмок обеспечиваются благодаря расчёту реализуемости заявок потребителей на космическую съёмку при целевом использовании орбитальной группировки космических аппаратов ДЗЗ. Обеспечение потребителя данными о реализуемости его заявки на получение данных ДЗЗ также приведет к повышению качества управления работы с информацией ДЗЗ.
Предложена система приёма и обработки заявок потребителей на съёмку при целевом использовании орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, включающая, как и было указано, подсистему взаимодействия с потребителями с блоком непосредственного взаимодействия, выход которого связан с входом блока ввода формализованной заявки; подсистему хранения информации с блоком хранения формализованных заявок, вход которого связан с выходом блока ввода формализованной заявки, а также блоками хранения данных об аппаратуре приёма, космических аппаратах, метеорологических данных, опорных планах; подсистему вычислений с блоком выбора длительности прогноза, вход которого связан с выходом блока хранения формализованных заявок, а также блоком вычисления реализуемости заявок долгосрочного прогноза, вход которого связан с выходом блока выбора длительности прогноза, выходом блока хранения статистических данных отказов аппаратуры приёма, выходом блока хранения статистических данных отказов на КА, выходом блока хранения статистических метеоданных, а выход связан со входом блока непосредственного взаимодействия и со входом блока хранения формализованных заявок, а также блоком вычисления опорного плана и реализуемости заявок среднесрочного прогноза, вход которого связан с выходом блока выбора длительности прогноза, выходом блока хранения статистических данных отказов аппаратуры приёма, выходом блока хранения статистических данных отказов на КА, выходом блока хранения статистических метеоданных, а выход связан со входом блока непосредственного взаимодействия, со входом блока хранения формализованных заявок и входом блока хранения опорного плана. В отличие от аналога, подсистема хранения информации включает блок хранения статистических данных отказов аппаратуры приёма, блок хранения статистических данных отказов на космических аппаратах, блок хранения статистических метеоданных, а подсистема вычислений включает блок вычисления реализуемости заявок.
P
i
i
Блок вычисления реализуемости заявок реализует два вида вычисления реализуемости заявок потребителей. В случае долгосрочного прогноза использует математическую модель, согласно которой вероятность получения информации на n маршрутах движения космического аппарата определяется, как  где  – вероятность получения качественной информации на -ом маршруте, а  где  – вероятность получения качественной информации на маршруте,  – вероятность неблагоприятных метеоусловий на маршруте,  – вероятность отказа наземной инфраструктуры приёма информации,  – вероятность отказа аппаратуры космического аппарата,  - вероятность отказа из-за наличия более приоритетных заявок на съёмку соседних территорий,  - минимально необходимое число проходов спутника, необходимое для покрытия заявки съемкой, зависящее от площади района интереса (заявки) и полосы захвата целевой аппаратуры космического аппарата.
i
В случае среднесрочного прогноза, сначала каким-либо способом вычисляется опорный план съемки. Вероятность получения качественной информации на -м маршруте вычисляется аналогично долгосрочному прогнозу. А далее, с использованием основных теорем теории вероятности и математической статистики вычисляется вероятность реализуемости, как всей заявки, так и различных ее частей (долей площади) с получением на выходе функции зависимости вероятности реализуемости доли заявки от доли площади района или районов интереса заявки. То есть, обеспечение расчёта реализуемости заявок потребителей при целевом использовании орбитальной группировки космических аппаратов ДЗЗ является ключевой особенностью данного изобретения.
Краткое описание чертежей
Структурная схема предложенной системы расчёта реализуемости заявок потребителей на съёмку при целевом использовании орбитальной группировки космических аппаратов ДЗЗ приведена на рис. 1.
Осуществление изобретения
Система состоит из трёх основных функциональных подсистем: подсистема взаимодействия с потребителями 1; подсистема хранения информации 2; подсистема вычислений 3, в которых, в свою очередь, выделяют функциональные блоки. Функциональные блоки могут быть реализованы как АРМ, разнесены по разным АРМ, связанным сетевым доступом, либо использовать клиент-серверную архитектуру.
Подсистема взаимодействия с потребителями 1 включает последовательно соединённые блок непосредственного взаимодействия 1-1 и блок ввода формализованной заявки 1-2, обеспечивающие, соответственно, подачу и формализацию заявки пользователя. Функциональные блоки 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5 подсистемы хранения информации 2 обеспечивают хранение статистических метеоданных 2-1, отказах аппаратуры приёма 2-2 и аппаратуры космических аппаратов 2-3, формализованных заявок 2-4, а также опорного плана 2-5. В блок хранения формализованных заявок 2-4 из блока ввода формализованной заявки 1-2 поступает заявка пользователя на космическую съёмку.
В подсистему вычислений 3 входит блок выбора длительности прогноза 3-1, в который поступают данные из блока 2-4, а также блок вычисления реализуемости заявок долгосрочного прогноза и блок вычисления опорного плана и реализуемости заявок среднесрочного прогноза, в который поступают данные из блоков 2-2, 2-3, 2-4 подсистемы хранения информации 2 и вычисляют реализуемость заявки потребителя, расчёты могут проходить в автоматическом или автоматизированном режиме. Вычисление реализуемости на долгосрочный период включает этапы выбора начальных условий и расчета реализуемости с учётом факторов влияющих на вероятность получения данных съемки. Вычисление реализуемости на среднесрочный период включает этапы: выбора начальных условий; определения опорного плана работы орбитальной группировки; расчёта реализуемости заявок потребителей на базе опорного плана с учётом факторов, влияющих на вероятность получения данных съемки. На этапе расчёта реализуемости заявок потребителей для каждой заявки из составленного ранее опорного плана методами математической статистики определяется вероятность получения информации в зависимости от количества полученных маршрутов. Реализуемость заявки потребителя, то есть получение качественной информации на маршруте, определяется метеоусловиями, техническим состоянием целевой аппаратуры космического аппарата и пункта приёма-передачи информации, на который запланирована передача информации.
Для одного маршрута реализуемость заявки рассчитывают, как  где  – вероятность получения качественной информации на маршруте,  – вероятность неблагоприятных метеоусловий на маршруте,  – вероятность отказа наземной инфраструктуры приёма информации,  – вероятность отказа аппаратуры космического аппарата,  – вероятность отказа из-за наличия более приоритетных заявок на съёмку соседних территорий. Вероятность неблагоприятных метеоусловий на маршруте, отказа средств наземной инфраструктуры и аппаратуры космического аппарата определяют из любых достоверных источников.
i
Итоговая вероятность Р получения информации в n маршрутах для долгосрочного прогноза определяется как где  – вероятность получения качественной информации на -м маршруте,  - минимально необходимое число проходов спутника, необходимое для покрытия заявки съемкой, зависящее от размеров заявки и полосы захвата спутника, а в случае среднесрочного прогноза используются основные теоремы теории вероятности и математической статистики. При этом вычисляется, как вероятность реализуемости всей заявки, так и вероятность реализуемости части (доли) заявки с получением на выходе функциональной зависимости вероятности реализуемости доли заявки от величины доли заявки (доли площади района или районов интереса, указанных в заявке). Данные о реализуемости заявки или её части передаются в блок непосредственного взаимодействия 1-1 подсистемы взаимодействия с потребителями 1, из которого поступают обратно к пользователю, где он, понимая выполнимость своей заявки, принимает решение, устраивает ли его такая величина реализуемости, или же необходима отмена или коррекция заявки для увеличения её реализуемости. В том числе, может быть проведена коррекция заявки по площади с целью увеличения реализуемости. В случае высоких значений реализуемости заявки на съёмку местности потребитель получает объективные гарантии успешной реализации плана съёмок.
На практике, использование предложенной системы, обеспечивающей изначальную ясность доступности потребителю данных ДЗЗ, позволит увеличить производительность оператора космической системы ДЗЗ. Также, предложенная система может быть использована в составе моделирующего стенда целевого планирования оператора космической системы ДЗЗ, а также на комплексе взаимодействия с потребителями, после отработки его на моделирующем стенде.