بخشی از مقاله
چکیده
تعیین زمان عبور ماهواره های تصویر برداری کاربرد های مختلفی در کشاورزی، مدیریت بحران، مسائل نظامی و ... دارد. در این تحقیق با استفاده از اطلاعات دوخطی، مدل SGP4 و در نظر گرفتن اغتشاشات مداری، مدار ماهوارههای ارتفاع پایین در یک بازهی زمانی مشخص مدلسازی شده است. همچنین، با توجه به هندسهی نگاه ماهوارههای تصویربرداری اپتیکی، تعیین زمان پایش اهداف زمینی در بازه زمانی موردنظر مدلسازی شده است؛ و در قالب یک مطالعه موردی نتایج حاصل شده با استفاده از نرمافزار تجاری Orbitron مورد ارزیابی قرارگرفته است که نتایج به دست آمده کارایی مطلوب الگوریتم تهیه شده را نشان میدهد.
.1 مقدمه
در زمان بحران، در یک منطقه ی حادثه دیده جهت تعیین مناطقی که حادثه ی بیشتری وارد شده است. برای امدادرسانی به این مناطق نیاز به تصاویر ماهواره ای قبل و بعد حادثه می باشد همچنین در کشاورزی مدرن بمنطور مطالعات فصلی و بررسی وضعیت سلامت محصول و یا میزان محصول تولیدی و ... نیاز به زمان عبور ماهواره های تصویر برداری از منطقه ی مورد نظر می باشد. سازمان نوراد NORAD - ٌ - به منظور تشخیص موشکها از ماهوارهها، تمام حرکتهای اجرام در مدار زمین، بهطور متناوب توسط شبکهای بزرگی از ایستگاههای زمینی ردیابی و محاسبات و اندازه گیریها توسط اطلاعات دو خطی در فهرست اجرام نوراد نگهداری وذخیره میشود.
[1] با توجه به اینکه ایستگاههای زمینی پایش، قادر نبودند بطور ادامه دار اجرام را ردیابی کنند، الگوریتمی با نام مدل اغتشاشات کلی ساده شده به منظور پیشبینی حرکت اجرام تهیه شد. این الگوریتم از اطلاعات دو خطی ماهواره به عنوان ورودی استفاده میکند. با استفاده از ترکیب این الگوریتم با فهرست اجرام نوراد، تمام حرکت اجرام دور زمین قابل ردیابی است. این پیشبینی متناسب یا مدار ماهواره و دقت ایستگاههای زمینی تا مدت زمان چند ساعت یا چند روز معتبر بوده ونیاز است اطلاعات دو خطی به صورت مرتب برای الگوریتم بهروز شود.
همچنین، نوراد [2] پنج مدل ریاضی جهت پیشبینی موقعیت و سرعت ماهواره با اعمال اغتشاشات مداری ایجاد کرده است که اولین مدل SGP1 - مدل اغتشاشات ساده شده - است. در SGP اثر کشش را برروی حرکت متوسط، خطی فرض میشد و برای ماهوارههای نزدیک زمینی - ارتفاع پائین - بکار میرفت. مدل بعدی [3] SGP4 است که اثرات اتمسفری و بی نظمی های میدان ثقل نیز در آن لحاظ شده است. مدل [4] SDP42 توسعه یافته برای ماهوارههای ژرف مدار می باشدکه درآن اثرات ثقلی ماه و خورشید نیز لحاظ گردیده شده است. مدل [5] SGP8 نیز مشابه مدل SGP4 است با این تفاوت که در آن روش حل معادلات دیفرانسیلی تغییر نموده است. در این تحقیق برای ماهوارههای در مدار نزدیک از مدل SGP4 استفاده شده است.
جهت بررسی زمان پایش نقطهی هدف توسط ماهوارههای تصویربرداری نیازمند مدلسازی مدار و پیشبینی موقعیت ماهواره میباشیم. مدار ماهوارههای تصویربرداریمعمولاً دارای مدار قطبی، خورشید آهنگ و در ارتفاع پایین هستند تا امکان تصویربرداری با پوشش زمینی سراسری، تکرار شونده و زمان گذر معین فراهم گردد. تحقیقات محدودی به منطور تعیین زمان و امکان تصویربرداری ماهوارهها از مناطق مختلف صورت گرفته که از جملهی آنها میتوان به تحقیق انجام شده توسط زنونی و همکاران [6] اشاره کرد که به تعیین زمان گذر ماهوارههای تجاری از یک منطقه مشخص پرداخته است. همچنین هادسون و همکاران [7] ایجاد پوشش زمینی را در دو حالت نادیر - Nadir - و خارج نادیر و - Off-Nadir - برای ماهوارههای سنجش از دور بررسی کرده است.
.2 مدلسازی مدار ماهواره های ارتفاع پائین
.2-1 مدل اغتشاشات ساده شده شماره 4
مدل اغتشاشات ساده شده شماره 4 مدلی بسط داده شده از مدل اصلی اغتشاشات کلی ساده شده است. محاسبات مداری توسط این مدل، با اضافه کردن اثرات زیر به محاسبات کپلری معمول، کامل شده است:[8]
· اثرات کشش اتمسفری و کششهای قطبی محاسبه و به آنامولی اولیه اضافه شده است.
· تغییرات مداری ناشی از دورههای کوتاه مدت و بلند مدت مداری به محاسبات اضافه شده است.
· ترمهای هارمونیک منطقهای ناشی از میدان نامنظم جاذبه زمین در مدل دیده شده است. این الگوریتم برای مدارهای نزدیک زمین با دورهی زمانی کمتر از 225 دقیقه مناسب میباشد.
.2-2 اطلاعات دو خطی
TLE3 های ماهوارهها را میتوان از سایتهای اینترنتی تهیه کرد. فرمت پارامترهای اطلاعات دوخطی که در الگوریتمهای اغتشاشات ساده شده استفاده میشود در شکل - 1 - نشان داده شده است.
شکل .1 فرمت دادههای اطلاعات دو خطی ماهواره [9]
ردیابی در ایستگاه زمینی به کمک دو خط اطلاعاتی ماهواره صورت میپذیرد. برای دستیابی به دقیقترین مدل پیشبینی مسیر ماهواره، اطلاعات دو خطی باید با یکی از مدلهای ساده شده اغتشاشات مورد استفاده قرار گیرد. اگر بخواهیم پارامترهای ردیابی یعنی زوایای فراز و سمت و پارامتر رنج را در زمانی غیر از مبدأ زمان دوخطی بهدست آوریم، به دلیل وجود اغتشاشات مداری بعضی از پارامترهای مداری دستخوش تغییراتی میشود. این تغییرات در یک دور چرخش ماهواره به دور زمین آنچنان قابل ملاحظه نیست اما با گذر زمان بطور یکنواخت آن قدر افزایش یافته که بهراحتی بعد از گذر چند روز قابل تشخیص است. این تغییرات رفته رفته المانهای مداری را از مقادیر نامی خود منحرف میکند.
اغتشاشات مداری ناشی از دو عامل اصلی زیر است :[10]
· زمین به صورت دقیق کروی نیست و توزیع جرم در آن متناسب و با قرینهی کروی نیست - که عمده این اغتشاشات در پارامتر J2 میباشد - .
· ماهوارهها بجز شتاب گرانش نیروهای دیگری را در اطراف زمین حس میکند، نیروهای ناشی از بقیه اجسام سنگین ونیرو هایی که جز نیروهای اصطکاکی دسته بندی میشوند.
