Estudio de la visibilidad de un CubeSat en órbita LEO mediante el empleo de un algoritmo PSO

Abstract

[ES] Para garantizar el intercambio de información entre un satélite y una estación terrestre, es fundamental asegurar un enlace de comunicación estable durante el mayor tiempo posible. En este proyecto, el objetivo principal es determinar una órbita LEO que maximice el tiempo de visibilidad de un satélite CubeSat con una estación terrestre. En este proyecto nos centramos en una estación ubicada en la Universitat Politècnica de València (UPV).

Se ha diseñado un propagador SGP4 (Simplified General Perturbations model 4) para modelizar la posición de un objeto en órbita alrededor de la Tierra. Este modelo, a partir de una entrada de datos TLE (Two Line Element), calcula la posición y velocidad del satélite en un periodo, teniendo en cuenta perturbaciones como la gravedad de la Tierra, la resistencia atmosférica y la influencia gravitacional del Sol y la Luna. Además, calcula los periodos de visibilidad respecto de una estación terrestre dada.

Para determinar los parámetros orbitales óptimos, se ha implementado un algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas (PSO), usando la aplicación MATLAB, para calcular el tiempo de visibilidad máximo.

[EN] To ensure the exchange of information between a satellite and a ground station, it is crucial to secure a stable communication link for the longest possible time. In this project, the primary goal is to determine a Low Earth Orbit (LEO) that maximizes the visibility time of a CubeSat satellite with a ground station. This project focuses on a station located at the Universitat Politècnica de València (UPV).

A SGP4 (Simplified General Perturbations model 4) propagator has been designed to model the position of an object orbiting around the Earth. This model, using a Two Line Element (TLE) data input, calculates the satellite's position and speed over a period, taking into account perturbations such as Earth's gravity, atmospheric resistance, and the gravitational influence of the Sun and the Moon. Furthermore, it calculates visibility periods concerning a given ground station.

To determine the optimal orbital parameters, a Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm has been implemented, using the MATLAB application, to calculate the maximum visibility time.