Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XXXIV Международной научно-практической конференции «Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований» (Россия, г. Новосибирск, 21 декабря 2020 г.)

Наука: Информационные технологии

Секция: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Новиков Л.В., Шестопалова О.Л. АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА ДЛЯ НАЗЕМНОЙ ГРУППЫ ПОИСКА ОТДЕЛЯЕМЫХ ЧАСТЕЙ РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ИХ ФРАГМЕНТОВ // Вопросы технических и физико-математических наук в свете современных исследований: сб. ст. по матер. XXXIV междунар. науч.-практ. конф. № 12(27). – Новосибирск: СибАК, 2020. – С. 23-27.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА ДЛЯ НАЗЕМНОЙ ГРУППЫ ПОИСКА ОТДЕЛЯЕМЫХ ЧАСТЕЙ РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ИХ ФРАГМЕНТОВ

Новиков Леонид Владимирович

студент направления подготовки 09.04.01Московского авиационного института (национального исследовательского университета),

РФ, г. Москва

Шестопалова Ольга Львовна

канд. техн. наук, доцент, филиал «Восход» Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

Проведение запусков космических аппаратов (КА) с российских космодромов требует отведения по трассе полета ракет космического назначения (РКН) специальных территорий, предназначенных для падения на Землю отработавших элементов конструкций РКН – ступеней, головных обтекателей, соединительных и хвостовых отсеков, спускаемых аппаратов и капсул со специнформацией [1]. Такие территории называются районом падения (РП) отделяющихся частей (ОЧ) [4].

Поиском ОЧ РКН занимается наземная поисковая группа (НПГ). Для быстрого поиска и идентификации фрагментов ОЧ, ликвидации экологического ущерба, а также для сокращения времени работы поисковых групп необходимо как можно быстрее добраться до ОЧ РКН [5].

В данной статье рассматривается разработка программного обеспечения расчета оптимального маршрута для наземной группы поиска отделяемых частей ракет космического назначения и их фрагментов. Разработанный программный продукт преобразовывает оцифрованные схемы дорог в виде ориентированного графа, производит расчет оптимального маршрута алгоритмами Дейкстры и Ли, выводит полученные результаты, а также время, требуемое для проведения расчетов в тактах, и выводит расстояние полученного маршрута в метрах. Метод поиска ОЧ РКН пользователь выбирает на основании скорости и качества вычисления. Метод Дейкстры производит качественное вычисление, но из-за подробного расчета, а именно учета фактора коэффициента проходимости дорог, требуется некоторое время для вычисления. Метод Ли – быстрое, но в нем данный фактор не учитывается.

Актуальность разработки обусловлена потребностью эффективного решения задачи поиска фрагментов РКН.

Предварительным этапом является процедура построения оцифрованной схемы дорог и РП, которая выполняется с помощью свободно распространяемого программного продукта Google Earth, который дает возможность просматривать трехмерную модель Земли, выполненную при помощи спутниковых фотографий в высоком разрешении. Пользователям этой программы предоставляется возможность исследовать земной шар, вводя адреса и координаты или с помощью управления клавишами стрелок и мыши. Программа также дает возможность добавлять свои собственные данные при помощи Keyhole Markup Language (KML) и загружать эти данные при помощи различных источников, такие как блоги и форумы [2]. Если пользователь добавляет собственные данные, необходимо сообщить о корректности и проверки этих данных, иначе у разработчиков навигационных алгоритмов могут возникнуть предположения о некорректных построениях в силу человеческого фактора.

Схема дорог преобразовывается в ориентированный граф.

Граф G – это упорядоченная пара непустых множеств вершин или узлов V и множество пар вершин, которые называются ребрами E. Данное определение можно записать в виде формулы [3]:

                                               (1)

Затем для работы с графом производится пересчет геодезических координат в местную систему координат [6].

Геодезические координаты  (геодезическая широта, долгота и высота), заданные на некотором эллипсоиде, и прямоугольные координаты   в геодезической системе координат, заданные на том же эллипсоиде, связаны соотношениями

                                             (2)

где:

;

A=6378136 м – большая полуось рассматриваемого земного эллипсоида;

е2=0,006694366 – квадрат первого эксцентриситета рассматриваемого земного эллипсоида;

B, L, H – геодезическая широта, долгота, высота координат, заданные на эллипсоиде.

Широта – угол j между местным направлением зенита и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0 до 90 градусов в обе стороны от экватора.

Долгота – двугранный угол λ между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, отсчитываемый от 0 до 180 градусов.

Высота – расстояние от земной поверхности, которое используется для полного определения положения точки трехмерного пространства.

На рисунке 1 представлены географические координаты.

 

undefined

Рисунок 1. Географические координаты

 

Далее пользователь указывает значения широты и долготы НПГ и ОЧ РКН, выбирает метод поиска, и программа производит вычисления.

Пример результата работы программы представлен на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Результат работы программы методом Дейкстра

 

Полученный маршрут сохраняется в файлах формата KLM и GPX.

Файл формата GPX можно загрузить в любом навигаторе, который поддерживает данный формат файла.

Файл формата KML можно загрузить в программу Google Earth.

Существует множество программ, которые вычисляют кратчайшие пути. Каждые из них имеют свои достоинства и недостатки.

Из популярных можно отметить:

1) iGO Navigation – это программа, которая производит расчет кратчайшего пути и включает в себя большой выбор карт для поиска.

2) OsmAnd – программа, созданная на базе автономных карт и позволяющая ориентироваться на местности и находить интересующие объекты на карте.

Все эти программы являются платными и в них постоянно всплывает реклама, которая мешает в работе. При этом районы поиска не имеют цифрового описания дорог. Также некоторые РП являются секретными, что целесообразно для разработки собственного программного продукта.

Для оптимизации программного продукта, разработанного в рамках бакалаврской работы, предлагается дополнить его рядом задач, которые помогут повысить качество работы программы, сократить время на вычисления, а также расширить объем использования данного программного обеспечения:

1) возможность формирование  количества поисковых подгрупп  в соответствие с требованием организации;

2) построение возможных маршрутов и выбор оптимального маршрута с учетом критериев:

- времени - определение длительности маршрута с учетом времени года, погодных условий, светового дня, состояние почвы дорожного покрытия;

- типом транспортного средства;

- количеством отделяемых частей.

3) построение оптимального маршрута на основании методов Дейкстры и волнового алгоритма с учетом требования пункта 2.

4) выбор технического средства для поиска и обнаружения в соответствии с категорией отделяемых частей;

5) выбор технического средства в случае возникновения нештатной ситуации (фрагмент космического назначения падает за пределы района падения или невозможности поиска фрагмента на наземном транспортном средстве из-за плохой погоды, или если объект является секретным и необходимо как можно быстрее добраться до него). В такой ситуации поисковые группы будут заниматься поиском фрагментов на вертолетах.

Внедрение данного продукта позволит организации эффективнее решать задачи поиска элементов РКН.

 

Список литературы:

  1. Авдошкин В.В. Проблемные вопросы использования трасс запусков космических аппаратов и районов падения отделяющихся частей ракет космического назначения. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. – 372с.
  2. Google Earth. URL: https://ru.qwe.wiki/wiki/Google_Earth (дата обращения: 29.11.2020)
  3. Граф..URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Граф (дата обращения: 29.11.2020).
  4. Район падения. URL:http://russian.space/298/ (дата обращения: 29.11.2020).
  5. Космический центр "Южный". URL:http://russian.space/129/ (дата обращения: 25.05.2020).
  6. Колодяжный А. Н. Методы и алгоритмы обработки траекторных измерений: Учебное пособие. – М.: Изд – во МАИ, 2012. – 84 с.: ил.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом