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		<secondarykey>INPE-18371-TDI/3034</secondarykey>
		<citationkey>Cividanes:2021:SoHíPl</citationkey>
		<title>Uma solução híbrida de planejamento embarcado para aumentar a autonomia operacional de satélites baseada em rede de tarefas hierárquicas e inferência de estados</title>
		<alternatetitle>A hybrid onboard planning solution to increase satellite operational autonomy based on hierarchical task network and state inference</alternatetitle>
		<course>CSE-ETES-DIPGR-INPE-MCTI-GOV-BR</course>
		<year>2021</year>
		<date>2020-10-29</date>
		<thesistype>Tese (Doutorado em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais)</thesistype>
		<secondarytype>TDI</secondarytype>
		<numberofpages>264</numberofpages>
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		<size>5321 KiB</size>
		<author>Cividanes, Filipe de Simone,</author>
		<committee>Santos, Walter Abrahão dos (presidente),</committee>
		<committee>Ferreira, Maurício Gonçalves Vieira (orientador),</committee>
		<committee>Kucinskis, Fabrício de Novaes (orientador),</committee>
		<committee>Arias, Ronaldo,</committee>
		<committee>Silva, Rodrigo Rocha,</committee>
		<committee>Lobo, José Eduardo Morello,</committee>
		<e-mailaddress>filipecividanes@gmail.com</e-mailaddress>
		<university>Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)</university>
		<city>São José dos Campos</city>
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		<keywords>planejamento híbrido, autonomia de satélites, planejamento em rede de tarefas hierárquicas, planejamento clássico baseado em ações, planejamento automatizado de missão, planejamento de tempo real, arquitetura de planejamento automatizado a bordo de satélite, hybrid planning, satellite autonomy, hierarchical task network planning, action-based classical planning, onboard automated mission planning, real-time planning, satellite onboard automated planning architecture.</keywords>
		<abstract>Tradicionalmente, as operações de missões espaciais são baseadas em atividades planejadas pelo segmento solo. Devido a janelas de visibilidade restritas e atrasos na comunicação entre o satélite e as estações de operação em solo, alguns sistemas espaciais não podem ser completamente controlados por solo em tempo real. Como forma de superar isso, os operadores lançam mão da execução agendada de comandos temporizados, planejados com antecedência pelo centro de controle, para a operação em períodos fora de comunicação, que podem atingir até 90% do tempo da missão. Uma maneira de melhorar a operação é equipar o software de voo com um sistema autônomo de tomada de decisões, que implemente técnicas de planejamento automatizado de missão. Neste contexto, esta Tese propõe uma solução híbrida de planejamento embarcado baseado em rede de tarefas hierárquica e inferência de estados para aumentar o nível de autonomia operacional de satélites. A abordagem híbrida desta Tese é centrada nas regras de controle da decomposição hierárquica de tarefas aliada à abordagem generativa do planejamento clássico baseado em ações. Tal solução implica na criação de uma nova forma de representação do conhecimento a bordo do satélite, de um planejador computacionalmente leve e compatível com as restrições impostas pelo hardware de voo qualificado para uso espacial, que possui baixa capacidade de processamento. Um planejador híbrido e modelo embarcado são propostos, implementados e testados como elementos de uma arquitetura de planejamento hierárquico organizada em camadas que permite unificar planejamento e escalonamento, mantendo-se a capacidade de revisão de planos. A solução foi submetida a cenários experimentais de planejamento embarcado a partir de um estudo de caso realístico voltado a uma missão de sensoriamento remoto. A modelagem do problema na nova representação do domínio e os experimentos realizados em um ambiente computacional representativo da área espacial puderam atestar a viabilidade da solução proposta. Os resultados de planejamento obtidos se mostraram promissores frente ao estado da arte do domínio embarcado de satélites. Conclui-se que o paradigma híbrido proposto permite acrescentar ganhos de desempenho computacionais usando as informações hierárquicas do domínio e, ao mesmo tempo, ser mais responsivo a situações não previstas através da abordagem generativa, mostrando-se uma solução interessante principalmente para aplicações de tempo real, como satélites. ABSTRACT: Traditionally, space mission operations are based on activities planned by the ground segment. Due to restricted visibility windows and delays in communication between the satellite and ground stations, some space systems cannot be completely controlled in real-time. As a way to overcome this, the operators resort to the scheduled execution of time-tagged commands, predefined by the ground segment, for the operation in periods out of communication, which can reach up to 90% of the mission time. One way to improve the operation is to equip the space flight software with an autonomous decision-making system that implements automated mission planning techniques. In this context, this thesis proposes a hybrid solution for onboard planning based on a Hierarchical Task Network (HTN) and state inference in order to increase the level of spacecraft autonomy. A hybrid planning approach centered on the control rules for the task reduction scheme is proposed, together with the generative paradigm of action-based classical planning. Such a solution implies the creation of a new form of knowledge representation onboard the satellite, of a computationally lightweight planner compatible with the constraints imposed by space-qualified hardware, which has low processing capacity. A hybrid planner and onboard model are proposed, implemented, and tested as elements of a layered architecture based on hierarchical planning that allows unifying planning and scheduling, maintaining the ability to review plans. The solution was submitted to experimental scenarios based on a realistic case study aimed at a Brazilian remote-sensing mission. The modeling of the problem and the experiments carried out in a representative space computational environment could attest to the viability of the proposed solution. The planning results obtained are promising given the state-of-the-art in the satellite onboard domain. It is concluded that the hybrid paradigm allows enhancing computational performance gains using hierarchical information of the domain and at the same time to be more responsive to unforeseen situations achieved by the generative approach, showing itself to be an advantageous solution mainly for real-time applications, such as satellites.</abstract>
		<area>ETES</area>
		<language>pt</language>
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		<usergroup>filipe.cividanes@inpe.br</usergroup>
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		<supervisor>Kucinskis, Fabrício de Novaes,</supervisor>
		<supervisor>Ferreira, Maurício Gonçalves Vieira,</supervisor>
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