La optimización de la visibilidad de la constelación de satélites en órbita terrestre baja con un algoritmo genético...

Área de la Ciencia:

• El diseño de la constelación de satélites
• Algoritmos de optimización
• Mecánica orbital

Sus antecedentes:

• Las constelaciones de satélites de órbita terrestre baja (LEO) enfrentan desafíos de optimización de la visibilidad.
• Garantizar la precisión de la navegación y la robustez dinámica es fundamental para las constelaciones LEO.
• Los efectos de perturbación J2 afectan el rendimiento de la constelación a largo plazo.

Objetivo del estudio:

• Proponer un marco mejorado para la optimización de la visibilidad de la constelación de satélites LEO.
• Mejorar la precisión de la navegación y la robustez dinámica de las constelaciones de satélites.
• Proporcionar una base técnica para las mejoras de la próxima generación del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS).

Principales métodos:

• Desarrolló un marco paralelo adaptativo de algoritmo genético (GA).
• Diseñó una constelación híbrida que integra las órbitas circulares Polar, Walker y Ortogonal.
• Incorpora un factor de relajación dinámica (γ) para compensar las perturbaciones J2.
• Ajuste de parámetros adaptativos aplicados utilizando la entropía de la diversidad de la población.
• Utilizó una estrategia paralela de evaluación de la aptitud para arquitecturas de múltiples núcleos.
• Empleado un diseño simplificado de la función de aptitud.

Principales resultados:

• Logró un promedio de 14,3 satélites visibles en un escenario de 100 satélites, superando al D-NSDE en un 3,6%.
• Reducción de la dilución de precisión de la posición (PDOP) a 2,3 con una cobertura global del 95,6%.
• Demostró una alta robustez con una caída de cobertura de solo un 3,5% después de un fallo de satélite.
• Mantiene el 94,8% de cobertura después de 10 años de perturbación orbital.
• PDOP alcanzado ≤ 2,8 con tiempos de convergencia inferiores a 210 s para los escenarios de 500-1000 satélites.
• Superó la optimización de enjambres de partículas y la evolución diferencial de clasificación dinámica no dominada en visibilidad, robustez y eficiencia.

Conclusiones:

• El marco GA paralelo adaptativo propuesto optimiza efectivamente la visibilidad de la constelación de satélites LEO.
• El marco ofrece una precisión de navegación superior, robustez dinámica y eficiencia computacional.
• Esta investigación supone un avance significativo para el desarrollo futuro del GNSS.