Konstellationsoptimering med hjälp av genetiska algoritmer : Med kombinering av SAR- och optiska sensorer med AI-krav

With increasing world tensions and improvements of satellites and their sensors, the interest and possibility of using space and satellites for defensive purposes has increased greatly. However, not much research has been conducted into the needs and possibilities of satellite constellations over Sweden, especially using SAR and optical sensors combined with AI object detection. This thesis provides insight in to the needs and requirements to achieve certain coverage and gap times and explores different constellation design methods to do so. This is done by combining large scale tests performed with genetic algorithm and a dual-axis propagator with theoretical and analytical methods. Results show that for micro-satellites under 100 kg based on current commercial technology, it is found that between 24 to 63 satellites are needed for 1 hour gap times depending on what combination of SAR and optical satellites are used. The genetic algorithm was found to not generate optimal constellations as the number of satellites increased beyond 12. It was however useful in mapping out possibilities and finding certain optimal parameters such as the inclination. The dual-axis propagator tested for its low processing load was found to be good for coverage analysis and estimating the shapes of the orbits. It was noted to have large positional errors however, limiting its use to analysis and not full constellation design.Med ökande världsspänningar och förbättringar av satelliter och deras sensorer har intresset och möjligheterna att använda rymden och satelliter för försvarssyften ökat avsevärt. Dock har inte mycket forskning gjorts om behoven och möjligheterna med satellitkonstellationer över Sverige, särskilt när det gäller användningen av SAR och optiska sensorer i kombination med AI-objektdetektering. Denna avhandling ger insikt i behoven och kraven för att uppnå viss täckning och tidsgap samt utforskar olika metoder för konstellationsdesign för att uppnå detta. Detta görs genom att kombinera storskaliga tester med genetiska algoritmer och en dual-axis propagator med teoretiska och analytiska metoder. Resultaten visar att för mikrosatelliter under 100 kg, baserat på nuvarande kommersiell teknik, krävs mellan 24 och 63 satelliter för att uppnå gapptider på 1 timme, beroende på vilken kombination av SAR- och optiska satelliter som används. Det konstaterades att genetiska algoritmen inte tillförlitligt kunde hitta optimala konstellationer när antalet satelliter ökade bortom 12 st. Dualaxelpropagatorn, som testades för sin låga processbelastning, ansågs vara bra för täckningsanalys och uppskattning av omloppsbanornas former. Den hade dock stora positionsfel, vilket begränsade dess användning till analys och inte fullständig konstellationsdesign