دستیابی به پاکیزگی مغناطیسی یک ماهواره با استفاده از جانمایی بهینه تجهیزات برپایه PSO

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 گروه مهندسی راه آهن برقی، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشکده فناوری های نوین، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

10.30699/jsst.2021.1242

چکیده

حسگرمغناطیسی یکی از پرکاربردترین حسگرها به دلیل سبکی و مصرف توان پایین در میکرو ماهواره‌ها می‌باشد. یکی از معایب بزرگ این حسگرها این است که داده‌های خروجی تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی حاصل از تجهیزات خراب شده و غیرقابل اعتماد می‌گردد. بنابراین باید اندازه میدان مغناطیسی در محل جانمایی حسگرمغناطیسی به کمتر از مشخصه‌های پاکیزگی مغناطیسی تعریف شده متناسب با مأموریت ماهواره برسد. در این مقاله ابتدا یک تابع هزینه براساس اندازه میدان مغناطیسی حاصل از تجهیزات در محل حسگرمغناطیسی تعریف شده و با استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) سعی می‌شود تابع هزینه با جانمایی بهینه تجهیزات به حداقل ممکن برسد. در این راستا به کمک الگوریتم، وضعیت تجهیزات متناسب با مقدار آزادی که دارند در محل جانمایی چنان تعیین می‌شود که میدان مغناطیسی تجهیزات در محل حسگرمغناطیسی به حداقل ممکن برسد. در انتها با شبیه‌سازی تجهیزات یک ماهواره، عملکرد صحیح الگوریتم در رسیدن به پاکیزگی مغناطیسی نشان داده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The magnetic cleanliness of a satellite Based on optimum placement of equipment using PSO

نویسندگان [English]

  • Bahman Ghorbani Vaghei 1
  • Alireza Shahri Razlighi 2
1 Department of Railway Track & Structures Engineering, School of Railway Engineerign, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 School of Advanced Technologies, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran
چکیده [English]

Magnetometer is one of the most sensors due to its lightness and low power consumption in satellites. Therefore, the magnitude of the magnetic field at the location of the magnetometer should be less than the magnetic cleanliness characteristics defined for the satellite. One of the best solutions is to properly placement included position and angular position of the equipments in such a way the magnetic field is minimized at the magnetometer location. In this paper, a cost function is defined based on the norm of the magnetic field generated by the equipments at the magnetometer location, and the cost function is minimized by adjusting the angular position of the equipments using the particle swarm optimization (PSO) algorithm. Position adjustment compensates the generated magnetic field and helps to passively achieve the magnetic cleanliness characteristics of a satellite. Finally, by simulating the magnetics of a satellite equipments, the performance of the algorithm in achieving magnetic cleanliness is shown.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic cleanliness
  • Self-Compensate Technique
  • Intelligent Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm
  • Dipole Magnetic Modeling
  1. Zhang, Zh., Xi. Jianping, and J.Jin, "On-orbit real-time magnetometer bias determination for micro-satellites without attitude information." Chinese Journal of Aeronautics, 28, no. 5 2015, pp. 1503-1509.‏
  2. Mehlem, K. "Multiple magnetic dipole modeling and field prediction of satellites." IEEE Transactions on Magnetics, 14, no. 5, 1978, pp. 1064-1071.‏
  3. Mehlem, K., and A. Wiegand. "Magnetostatic cleanliness of spacecraft." 2010 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, IEEE, 2010.‏
  4. Kapsalis, N.C., Sarantis-Dimitrios J. Kakarakis, and Christos N. Capsalis. "Prediction of multiple magnetic dipole model parameters from near field measurements employing stochastic " Progress in Electromagnetics Research, vol. 34, 2012, pp. 111-122.‏
  5. Dumond, O., and R. Berge. "Determination of the magnetic moment with spherical measurements and spherical harmonics modelling." 2012 ESA Workshop on Aerospace EMC. IEEE, 2012.‏
  6. Fasano, G. and J. Pinter, Modeling and optimization in space engineering. New York, Springer, 2013.‏
  7. Carrubba, E. and et al. "Particle swarm optimization for multiple dipole modeling of space equipment." IEEE Transactions on Magnetics, 50, no. 12, 2014, pp. 1-10.‏
  8. ECSS-E-HB-20-07A -Electromagnietic compatibility handbook (5 September 2021)
  9. (ECSS-E-ST-20-07C_REV-1_07FEB2012,ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division Noordwijk, The Netherlands, 7 February 2012.
  10. West, W. S., J. M. Holman and H. Bilsky. "Techniques for achieving magnetic cleanliness on deep-space missions." NASA TR R-373, Report, 1971.‏
  11. MIL-STD-2142A Department Of Defense Test Method Standard: Magnetic Silencing Characteristics, Measurement of (06 AUG 1990) [Superseding Dod-Std-2142]
  12. MIL-STD-45662A, Military Standard: Calibration System Requirements (01 AUG 1988) [S/S BY ISO-10012-1 & ANSI-Z540-1].
  13. Acuña, Mario H. "The Design, Construction and Test of Magnetically Clean Spacecraft–A Practical Guide." NASA/GSFC internal report (2004).‏
  14. Junge, Axel, and Filippo Marliani. "Prediction of DC magnetic fields for magnetic cleanliness on " Electromagnetic Compatibility (EMC), 2011 IEEE International Symposium on. IEEE, 2011.‏
  15. Matsushima, M. and et al. "Magnetic cleanliness program under control of electromagnetic compatibility for the SELENE (Kaguya) spacecraft." Space science reviews 154. no.1 2010, pp.253-264.‏
  16. Stern, Th.G. and S. DeLapp., "Techniques for magnetic cleanliness on spacecraft solar arrays." 2nd International Energy Conversion Engineering Conference. 2004.‏
  17. Kennedy, J. and R. Eberhart. "Particle swarm optimization (PSO)."  IEEE International Conference on Neural Networks, Perth, Australia. 1995.‏
  18. Clerc, Maurice and J. Kennedy. "The particle swarm-explosion, stability, and convergence in a multidimensional complex space." IEEE transactions on Evolutionary Computation, vol. 6, no. 1, 2002, pp. 58-73.‏
  19. Rahmat-Samii, Y. "Genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) in engineering electromagnetics." 17th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications, 2003. ICECom 2003.. IEEE, 2003.‏