عنوان پایان‌نامه
طراحی مدار ماهواره ای بهینه برای ار تفاع سنجی ماهوا ره ای با تاکید بر پایش سطح آبهای بسته وآزاد در منطقه جغرافیایی ایران
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - نقشه برداری- ژئودزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2472;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59844
- تاریخ دفاع
- ۱۳ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- مصطفی مولایی
- چکیده
- طراحی مدار ماهواره های ارتفاع‌سنجی بمنظور مطالعه جریانهای اقیانوسی و مولفه‌های جزر و مدی نیازمند درک المانهای مداری و تاثیرات آنها بر روی قدرت تفکیک مکانی و توزیع زمانی مشاهدات ارتفاعی اندازه‌گیری شده توسط ماهواره می‌باشد. سه المان مداری شامل ارتفاع مدار، خروج از مرکزیت مدار و زاویه میل مدار مشخص کننده خصوصیات و ویژگیهای نمونه برداری زمانی و مکانی ماهواره میباشند. از طرفی دامنه انتخاب المانهای مداری در ماموریتهای طراحی مدار برای ماهواره‌های ارتفاع‌سنجی دارای محدودیت های خاصی هستند. ارتفاع مدار ماهواره با توجه به تاثیرات اصطکاک اتمسفری، خطاهای موجود در مدلهای میدان ثقل زمین، ترکیب مورد نیاز ارتفاع سنج (بعنوان مثال میزان قدرت و اندازه آنتن ارتفاع سنج)، اثرات منطقه تشعشعی زمین روی سیستم‌های ماهواره (که با افزایش ارتفاع، این اثرات نیز افزایش می‌یابند) و تاثیرات تشعشعات خورشیدی تعیین می‌شود. خروج از مرکزیت مدار انتخاب شده به دو دلیل عمده ذیل باید کمتر از 0.001 باشد. اولاً آن که سرعت حرکت ماهواره در مدار تا حد امکان بدون تغییر بماند تا بتوان خطاهای ناشی از عدم قطعیت تعیین زمان هر مشاهده ارتفاعی را حداقل سازد. ثانیاً دامنه سرعت تغییر ارتفاع ماهواره روی آبها را کمتر از حد ردیاب ارتفاع سنج باقی نگاه دارد، چرا که اگر سرعت تغییر ارتفاع ماهواره بیشتر از یک حد مشخص باشد ردیابهای ارتفاع سنج قادر به دریافت سیگنال برگشتی از سطح آبها باشد. انتخاب زاویه میل مدار حرکت ماهواره نیز به گونه‌ای باید باشد که مسیر حرکت ماهواره آبهای مورد نیاز برای مشاهده ارتفاع سطح آنها را پوشش دهد، زاویه حاده بین تقاطع مسیرهای حرکت ماهواره تا حد امکان بزرگ باشد. همچنین در نظر گرفتن تکراری شدن مسیر حرکت ماهواره به لحاظ زمانی به عنوان تابعی از زاویه میل مدار که فرکانسهای الیاس شده حاصل از مولفه‌های جزر و مدی آبها را مشخص می‌سازد، ضروری است. دوره تناوب تکرار ماهواره تابع ارتفاع و زاویه میل مدار است. به طوری که در هر ارتفاعی و هر زاویه میلی نمی توان یک مدار با دوره تناوب تکرار مشخص داشت. در تعیین دوره تناوب تکرار مدار ماهواره به این موضوع توجه شده است که مؤلفه های جزرومدی در مشاهدات با حداقل پریود تکرار الیاس شوند (با دوره تناوب بینهایت و یا صفر الیاس نشوند). همچنین پریود الیاس شده مؤلفه های جزرومدی از یکدیگر فاصله معنا داری داشته باشند تا بتوان اثر مؤلفه‌های مختلف جزرومدی را در مشاهدات شناسایی و از یکدیگر تفکیک کرد. ثالثاٌ با توجه به این که پوشش مکانی و زمانی ماهواره با یکدیگر رابطه عکس دارند، دوره تناوب تکرار مدار باید طوری انتخاب شود که هر دو پوشش را به صورت مناسب ارئه دهد. در این تحقیق با توجه به هدف کلی طرح که تاکید بر پایش آبهای کشور می باشد پنج ترکیب خاص از المانهای مداری (که تحت عنوان سناریوهای مطالعاتی معرفی شده اند) بررسی شده است که هر یک توان تفکیک مکانی و زمانی مشخصی را نتیجه می دهند. در سناریوی اول، هدف پوشش آبهای جنوب کشور با بیشترین زمان پایش در نظر گرفته شد و با بررسی مدار های مختلف از نظر توان تفکیک زمانی، مدار با دوره تناوب 8.583 روز، زاویه میل 34.5 درجه و ارتفاع 899 کیلومتر نتایج بهتری را ارئه کرد. در سناریوی دوم ارتفاع مدار مشابه ماهواره Topex مقدار 1337 کیلومتر در نظر گرفته شد و و با بررسی مدار های مختلف از نظر توان تفکیک زمانی، مدار با زاویه میل 66.039 درجه و دوره تناوب تکرار 9.9156 روز نتایج بهتری را ارئه کرد. در سناریوی سوم هدف عبور ماهواره از یک منطقه باتلاقی ایران در نظر گرفته شد و با بررسی مدار های مختلف از نظر توان تفکیک زمانی و مکانی، مدار با دوره تناوب 6.912 روز، زاویه میل 45.85 درجه و ارتفاع 1317 کیلومتر نتایج بهتری را ارئه کرد. در سناریوی چهارم، هدف رسیدن به بهترین توان تفکیک زمانی در نظر گرفته شد و با بررسی مدار های مختلف از نظر توان تفکیک مکانی، مدار با دوره تناوب 4.9499 روز، زاویه میل 66.48 درجه و ارتفاع 775 کیلومتر نتایج بهتری را ارئه کرد. در سناریوی پنجم، هدف رسیدن به بهترین توان تفکیک مکانی در نظر گرفته شد و با بررسی مدار های مختلف از نظر توان تفکیک زمانی، مدار با دوره تناوب 30.6325 روز، زاویه میل 60 درجه و ارتفاع 781 کیلومتر نتایج بهتری را ارئه کرد. برای محاسبه P ، دوره تناوب تکرار مداری با زاویه میل i و دوره تناوب کپلری T ، از برنامه Repeat1.m نوشته شده توسط کوزای در محیط مطلب، استفاده شده است. با مقایسه سناریو های پیشنهادی بر مبنای نحوه پوشش مکانی، مدت زمان گذر ماهواره از مناطق مورد نظر، فرکانسهای الیاس شده مولفه های جزرومدی، زاویه حاده بین تقاطع مسیرهای حرکت ماهواره در منطقه مورد نظر و همچنین نحوه پایش مناطق مختلف آبهای ایران، سناریو های متفاوت پیشنهاد شده است. و در نهایت سناریوی سوم جهت پایش کل آبهای کشور و بررسی مؤلفه های جزر و مدی در این آبها به عنوان مدار بهینه پیشنهاد شده است.
- Abstract
- The choice of an orbit for satellite altimetric studies of the ocean circulation and tides requires an understanding of the orbital characteristics that influence the accuracy of the sea level measurements, temporal, and spatial distribution of the satellite observations. In this thesis, we want to design an optimum orbit for an altimetric satellite with emphasis on monitoring the open seas and closed waters in the geographical region of Iran. In order to do that, we studied the influence of different factors in the orbital elements. Those different factors are: the orbital altitude, the inclination of the orbit, and the repetition period. The eccentricity of the chosen orbit should be less than 0.001 to minimize the errors caused by uncertainty in determining the time of altimetry measurements and keep measured distance in the range of tracker. The choice of the satellite orbital altitude is the trade-off between two effects, namely, the influence of atmospheric drag which will be larger for the nearer satellite and the effect of solar radiations will be greater the higher the orbital altitude. The inclination must be selected in a way that measured sea level covers the water bodies of interest, and the crossover tracks are as close as possible to right angles. Repeating period, which is a function of both altitude and inclination, should be selected in a way that (i) the tidal constituents are not aliased to the same, near zero, or infinite periods, (ii) the aliased periods can be separated from each other, (iii) the temporal and spatial coverage of the ground tracks are balanced. In this study, with the emphasis on monitoring the open and closed waters in the geographical region of Iran, five different orbital design scenarios are considered. In the first scenario to cover Persian Gulf and Oman Sea with the highest spatial and temporal resolutions, an orbit with 8.583 days repeating period, 889 km altitude, and 34.50? inclination was designed. The second scenario was to see what the best orbital parameter is if the satellite is considered at the altitude similar to Topex/Posseidon (i.e. 1337 km). In the third one, covering at least one swampland in the region was the goal, which an orbit with 6.912 days repeating period, 1317 km altitude, and 45.85? inclination has been obtained. In the fourth one, considering temporal resolution as the main goal, an orbit with 4.9499 days repeat period, 775 km altitude and 66.48? inclination was derived. In the fifth scenario, an orbit with 30.6325 days repeat period, 781 km altitude and 60? inclination satisfied the goal of having optimum spatial resolution. Eventually, if there were the possibility to launch one alitmetric satellite for the nation, an orbit with 6.917 days repeat period, 1317 km altitude and 45.85? inclination can offer overall optimality.
