Analysis and optimization of snapshot-mode earth observation constellations

Abstract

El problema propuesto en este documento es la realización de una planificación optimizada para la toma de imágenes de una constelación formada por satélites ágiles. Este tipo de satélites presenta una mayor libertad para modificar su actitud con respecto a sus predecesores. Los objetivos de este proyecto fueron principalmente: minimizar el tiempo de observación de un cierto escenario, dada una nube de puntos objetivos en un área, y maximizar la calidad de las imágenes tomadas por la constelación. Para poder realizar simulaciones y obtener resultados se crearon dos modelos de realidad. El primero consiste en un cierto vehículo sobrevolando un plano, que serviría para ensayar los algoritmos creados, y el segundo es un modelo de una constelación de satélites heliosíncronos orbitando la Tierra. Se estudió el movimiento óptimo de giro de la cámara para el apuntamiento entre dos puntos. Se llegó a la conclusión de que este movimiento era una rotación alrededor del eje de Euler y se analizó como resolver este movimiento de forma numérica. Dada la imposibilidad de obtener la secuencia óptima de observación de un escenario de manera exacta, se desarrolló un Algoritmo de Selección de Objetivos (TSA) para buscar una secuencia con un tiempo de observación aceptable. Además un algoritmo de optimización ha sido probado, obteniendo de manera exitosa caminos de observación alternativos para el problema plano. Se han realizado simulaciones en varios escenarios globales y locales. En los escenarios globales se han estudiado las tendencias que presenta el número de puntos objetivo observados durante 24 horas de simulación. Por otra parte, se han simulado la observación de escenarios locales sobre la península ibérica. El objetivo de estas simulaciones era observar las tendencias del tiempo de observación total al variar ciertos parámetros. Además se ha medido el efecto de ciertos acontecimientos aleatorios como la presencia de nubes en el tiempo de observación.