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Logistische Optimierung von Beobachtungszeitplänen für optische Satelliten

Arbeitsgruppe:AG Optimierung und Optimale Steuerung
Leitung: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Patrik Kalmbach
Dr. Matthias Knauer ((0421) 218-63863, E-Mail: knauer@math.uni-bremen.de)
Dr. Jan Tietjen
Projektpartner: OHB System GmbH, OHB System GmbH
Laufzeit: 01.07.2007 - 14.01.2008
Bild des Projekts Logistische Optimierung von Beobachtungszeitplänen für optische Satelliten

Die Globale Überwachung für Umwelt und Sicherheit (GMES = Global Monitoring for Environment and Security) ist eine Initiative der Europäischen Kommission (EU) und der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) mit dem Ziel, ein europäisches Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten zu erstellen.
Die Daten und Analysen sollen dabei sowohl von direkten Messungen (zum Beispiel chemische Analysen zur Wasser-, Boden-, oder Luftqualität) als auch indirekt von Fernerkundungssatelliten gewonnen werden. Hierdurch sollen die Arbeiten nationaler Institutionen (zum Beispiel der nationalen Umweltbehörden) auf europäischer Ebene koordiniert und ausgebaut werden. Besondere Bedeutung sollen Beobachtungsdaten aus dem Weltraum einnehmen.
Die bisher eher wissenschaftlich geprägte Analyse von Satellitendaten soll im Rahmen von GMES zu vielfältigen direkten Anwendungen führen, die über reine Grundlagenforschung hinausgehen. Hat man eine optimierte Satellitenbahn bestimmt und analysiert, so gibt es weitere Einschränkungen. So können z.B. Satelliten aufgrund verschiedener Rahmenbedingungen (beschränkter Speicherplatz für Bildaufnahmen, Sonnenstand begrenzter Batteriestrom, Wiedereinschaltrestriktionen) nicht kontinuierlich Bildinformationen zur Erde senden.
In diesem Projekt wurde die Satellitenorbitoptimierung unter Berücksichtigung von optimierten Betriebszeitplänen unter mathematischen Gesichtspunkten behandelt.

Softwaretool zur Betriebszeitenoptimierung Softwaretool zur Betriebszeitenoptimierung
Hier spielten Dinge wie Prioritäten von Zielgebieten, verschiedene Beobachtungsmodi, Totzeiten zwischen Bildaufnahme und Bodenstationskontakten, Position von Boden-stationen, Gesichtsfeld der Sensoren, Revisitzeiten, mehrere Ein- und Ausschaltpunkte pro Orbit und prozentuale Abdeckung des Beobachtungsraums eine entscheidende Rolle. Dabei waren besondere Anforderungen an die Berechnungszeit der für das Optimierungsverfahren verwendeten Gradienten gestellt. Bei der aufwendigen Berechnung von bis zu 2000 Betriebszeitpunkten und Zielgebieten verteilt über die ganze Erdkugel mussten besondere Techniken zur effizienten Berechnung der Ableitungen angewendet werden, um die Rechenzeit in einem vertretbaren Rahmen zu halten.