mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2025-13-5-75-86RTWBZRmireabulletin-1246Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSК вопросу выбора критериев качества алгоритмов планирования наблюдений за космическими аппаратамиOptimization criterion for spacecraft observation planning algorithmshttps://orcid.org/0009-0001-7084-1433КсендзукА. В.KsendzukA. V.

Ксендзук Александр Владимирович, д.т.н., заведующий кафедрой № 346 – радиоэлектронных систем, Институт радиоэлектроники и информатики

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 56628472300

Alexander V. Ksendzuk, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Department of Radioelectronic Systems, Institute of Radio Electronics and Informatics

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 56628472300

ks_alex@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-0045-6626КузнецовИ. А.KuznetsovI. A.

Кузнецов Иван Алексеевич, аспирант

125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 10, к. 1

Ivan A. Kuznetsov, Postgraduate Student

10-1, Geroyev Panfilovtsev ul., Moscow, 125

0601ivankuznetsov@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationМежгосударственная акционерная корпорация «Вымпел»РоссияMAK VympelRussian Federation2025081020251357586Copyright © Ксендзук А.В., Кузнецов И.А., 20252025Ксендзук А.В., Кузнецов И.А.Ksendzuk A.V., Kuznetsov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1246

Цели. Одна из важнейших задач мониторинга космического пространства – это планирование наблюдений за космическими аппаратами. От того, насколько хорошо составлен план наблюдений, зависят качество и объем получаемой информации. В настоящее время существует множество различных методов планирования наблюдений за космическими аппаратами, однако единые критерии, которые позволяют сравнить различные алгоритмы планирования, отсутствуют. Цель работы – на основе физических принципов наблюдения радиолокационными, радиотехническими и оптическими средствами мониторинга разработать критерии качества планирования, определить их основные параметры аналитически и проверить численно.Методы. Предложенные критерии качества – детерминированные, ограниченные по энергии мощностью сигнала и временем наблюдения. Аналитически определены предельные значения критериев качества для фиксированного времени наблюдения. В вычислительном эксперименте для 4 алгоритмов планирования получены значения критериев качества.Результаты. Для сравнения различных алгоритмов планирования наблюдений, учитывающих приоритет космического аппарата и общее времени его наблюдения, предложен критерий качества «вес – время наблюдения». Для учета структуры общего времени наблюдения введен критерий «вес – структура наблюдения». Аналитически показано, что значения критериев ограничены, а также различаются для разных методов планирования. Выполнен численный эксперимент, который подтвердил характер изменения критериев для различных методов планирования и параметров, входящих в критерии.Выводы. Предложенные критерии качества планирования наблюдений основаны на физических принципах наблюдения радиотехническими и оптическими средствами и позволяют численно сравнить результаты планирования наблюдений за космическими аппаратами с учетом приоритетности наблюдения, времени наблюдения и его структуры. Вычислительный эксперимент подтвердил возможность применения предложенных критериев «вес – время наблюдения» и «вес – структура наблюдения» для сравнения различных алгоритмов планирования. Предложенные критерии целесообразно использовать для оптимизации алгоритмов планирования или их численного сравнения для различных условий наблюдения за космическими аппаратами. 

Objectives. One of the critical tasks of space monitoring is the planning of observations due to the quality and amount of information obtained depending on how well the observation plan is developed. However, the selection of a method for planning spacecraft observations is hampered by a lack of unified criteria for comparing different planning algorithms. Therefore, the work sets out to develop planning quality criteria on the basis of physical observation principles based on radar, radiotechnical, and optical monitoring approaches in order to analytically determine their main parameters and check these parameters numerically.Methods. The proposed quality criteria are deterministic, limited in energy by signal strength and observation time. The limiting values of the quality criteria for fixed observation time are analytically determined. In order to obtain the values of the quality criteria for four scheduling algorithms, a computational experiment is carried out.Results. The proposed “weight–observation time” quality criterion is used to compare different observation planning algorithms that take into account spacecraft priority and total observation time. In order to account for the structure of the total observation time, the “weight–observation structure” criterion is introduced. It is analytically confirmed that the limited criteria values differ for different scheduling methods. The conducted numerical experiment is used to confirm the nature of the change of criteria for different planning methods and parameters included in the criteria.Conclusions. The proposed observation planning quality criteria, which are based on the physical observation principles by radiotechnical and optical means, are used to numerically compare the results of spacecraft observation planning to take into account the priority of observation, as well as observation time and structure (how many and how long are the intervals into which the total observation time is divided). The possibility of using the proposed “weight–observation time” and “weight–observation structure” criteria to compare different planning algorithms is confirmed by computational experiment. Therefore, it is reasonable to use the proposed criteria for optimization of scheduling algorithms or their numerical comparison for different satellite observation conditions.

планирование наблюденийкритерий качествакосмический аппаратмониторинг космических аппаратовконфликтное наблюдениеobservation planningquality criterionspacecraftspacecraft monitoringconflict observationReferencesLiu J., Yang X., Cheng H., et al. Progress of China’s Space Debris Research. Chinese J. Space Sci. 2022;42(4):824–829. https://doi.org/10.11728/cjss2022.04.yg26Liu J., Yang X., Cheng H., et al. Progress of China’s Space Debris Research. Chinese J. Space Sci. 2022;42(4):824–829. https://doi.org/10.11728/cjss2022.04.yg26Cowles K. Site selection criteria for the optical atmospheric visibility monitoring telescopes. The Telecommunications and Data Acquisition Report (TDA Progress Rep.). 1989;42–99:235–239.Cowles K. Site selection criteria for the optical atmospheric visibility monitoring telescopes. The Telecommunications and Data Acquisition Report (TDA Progress Rep.). 1989;42–99:235–239.Еленин Л.В., Молотов И.Е., Боровин Г.К. Эффективное планирование наблюдений космических объектов на орбитах различных типов. Препринты Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. 2018;72. 18 c. https://doi.org/10.20948/prepr-2018-72Elenin L.V., Molotov I.E., Borovin G.K. Effective planning of observations of space objects on different types of orbits. Preprinty Instituta prikladnoi matematiki im. M.V. Keldysha RAN = Preprints of the Keldysh Institute of Applied Mathematics. 2018;72. 18 p. (in Russ.). https://doi.org/10.20948/prepr-2018-72Fedeler S.J., Holzinger M.J., Whitacre W. Optimality and Application of Tree Search Methods for POMDP-based Sensor Tasking. In: Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference (AMOS). Maui, Hawaii, USA. 2020. 24 p. URL: https://amostech.com/TechnicalPapers/2020/Poster/Fedeler.pdfFedeler S.J., Holzinger M.J., Whitacre W. Optimality and Application of Tree Search Methods for POMDP-based Sensor Tasking. In: Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference (AMOS). Maui, Hawaii, USA. 2020. 24 p. Available from URL: https://amostech.com/TechnicalPapers/2020/Poster/Fedeler.pdfSchubert M., Kebschull C., Gelhaus J., et al. Evaluating sensor tasking strategies for object cataloging in GEO. Acta Astronautica. 2024;228:7–16. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.11.026Schubert M., Kebschull C., Gelhaus J., et al. Evaluating sensor tasking strategies for object cataloging in GEO. Acta Astronautica. 2024;228:7–16. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.11.026Dhingra N.K., DeJac C., Herz A., et al. Space domain awareness sensor scheduling with optimality certificates. In: Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. 2023. 15 p. URL: https://amostech.com/TechnicalPapers/2023/SDA/Dhingra.pdfDhingra N.K., DeJac C., Herz A., et al. Space domain awareness sensor scheduling with optimality certificates. In: Proceedings of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. 2023. 15 p. Available from URL: https://amostech.com/TechnicalPapers/2023/SDA/Dhingra.pdfKsendzuk A., Grigorev V. Satellite Radio Monitoring Stations Observation Planning: Time Alignment Observation Algorithm. In: 2021 International Conference Engineering and Telecommunication (En&T). IEEE; 2021. P. 2–6. https://doi.org/10.1109/EnT50460.2021.9681763Ksendzuk A., Grigorev V. Satellite Radio Monitoring Stations Observation Planning: Time Alignment Observation Algorithm. In: 2021 International Conference Engineering and Telecommunication (En&T). IEEE; 2021. P. 2–6. https://doi.org/10.1109/EnT50460.2021.9681763Tian M., Ma G., Huang P., et al. Optimizing satellite ground station facilities scheduling for RSGS: a novel model and algorithm. Int. J. Digital Earth. 2023;16(1):3949–3972. https://doi.org/10.1080/17538947.2023.2259870Tian M., Ma G., Huang P., et al. Optimizing satellite ground station facilities scheduling for RSGS: a novel model and algorithm. Int. J. Digital Earth. 2023;16(1):3949–3972. https://doi.org/10.1080/17538947.2023.2259870Garcia-Piquer A., Morales J.C., Ribas I., et al. Efficient scheduling of astronomical observations –Application to the CARMENES radial-velocity survey. Astronomy & Astrophysics. 2017;604:A87. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201628577Garcia-Piquer A., Morales J.C., Ribas I., et al. Efficient scheduling of astronomical observations –Application to the CARMENES radial-velocity survey. Astronomy & Astrophysics. 2017;604:A87. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201628577Johnston M.D. Scheduling tools for astronomical observations. In: Boroson T.A., Davies J.K., Robson I. (Eds.). New Observing Modes for the Next Century. Astronomical Society of the Pacific Conference Series (ASP), 1996;87:62–71. URL: https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1996ASPC...87...62J/ADS_PDFJohnston M.D. Scheduling tools for astronomical observations. In: Boroson T.A., Davies J.K., Robson I. (Eds.). New Observing Modes for the Next Century. Astronomical Society of the Pacific Conference Series (ASP). 1996;87:62–71. Available from URL: https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1996ASPC...87...62J/ADS_PDFГригорьев В.С., Ксендзук А.В. Оптимизационные методы составления расписания наблюдений за космическими аппаратами в околоземном пространстве наземными радиотехническими измерительными средствами. Журнал радиоэлектроники. 2023;7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.1Grigorev V.S., Ksendzuk A.V. Optimization methods for scheduling observations of spacecraft by ground-based radio measuring instrument. Zhurnal Radioelektroniki = J. Radio Electronics. 2023;7 (in Russ.). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.1Теоретические основы радиолокации; под ред. В.Е. Дулевича. М.: Сов. радио; 1978. 607 с.Dulevich V.E. (Ed.). Teoreticheskie osnovy radiolokatsii (Theoretical Foundations of Radar). Moscow: Sovetskoe Radio; 1978. 607 р. (in Russ.).Фалькович С.Е., Хомяков Э.Н. Статистическая теория измерительных радиосистем. М.: Радио и связь; 1981. 965 c.Fal’kovich S.E., Khomyakov E.N. Statisticheskaya teoriya izmeritel’nykh radiosistem (Statistical Theory of Measurement Radio Systems). Moscow: Radio i svyaz’; 1981. 965 p. (in Russ.).Fürbacher A., Fruth T., Weibigke A., et al. Concept for generic agile, reactive optical link planning. CEAS Space J. 2025. 10 p. https://doi.org/10.1007/s12567-025-00592-0Fürbacher A., Fruth T., Weibigke A., et al. Concept for generic agile, reactive optical link planning. CEAS Space J. 2025. 10 p. https://doi.org/10.1007/s12567-025-00592-0García A. Greedy algorithms: a review and open problems. ArXiv Prepr. arXiv:2408.08935 (2024). https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.08935García A. Greedy algorithms: a review and open problems. ArXiv Prepr. arXiv:2408.08935 (2024). https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.08935Сигов А.С., Андрианова Е.Г., Жуков Д.О., Зыков С.В., Тарасов И.Е. Квантовая информатика: обзор основных достижений. Russian Technological Journal. 2019;7(1):5–37. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-1-5-37Sigov A.S., Andrianova E.G., Zhukov D.O., Zykov S.V., Tarasov I.E. Quantum informatics: Overview of the main achievements. Russian Technological Journal. 2019;7(1):5–37 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-1-5-37Ксендзук А.В., Замуруев С.Н. Перспективы создания радиотехнического комплекса мониторинга космического пространства на базе космоцентра МИРЭА. В сб.: Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем («РАДИОИНФОКОМ-2022»): Сб. научных статей по материалам VI Международной научно-практической конференции. М.: РТУ МИРЭА; 2022. С. 72–75. https://www.elibrary.ru/knywzkKsendzuk A.V., Zamuruev S.N. Prospects for the creation of a radio engineering complex for monitoring outer space on the basis of the MIREA Space Center. In: Actual Problems and Prospects of Development of Radio Engineering and Information Communication Systems (RADIOINFOCOM-2022): Proceedings of the 6th Scientific and Technical Committee. Moscow: RTU MIREA; 2022. P. 72–75 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/knywzk

The authors declare that there are no conflicts of interest present.