IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 11 01 Detailed Algorithm for Implementing Robust Performance Conditions in Presence of Saturation Nonlinearity in QFT Framework الگوریتم جامع پیاده‌سازی شرایط کارایی مقاوم در حضور عامل ناخطی اشباع در چارچوب QFT 1 11 220588 10.22034/jsst.2025.1516 EN Hamed Kashani Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran 0000-0002-2580-318X Journal Article 2024 12 29 Controlling a spacecraft’s orbit and attitude is one of the most complicated problems in control engineering due to uncertainties and nonlinearities. Control design methods for dealing with such issues may involve many calculations. Matlab software automates many design methods in its control system toolbox. Many other advanced design methods must also be automated to achieve fast and accurate controller design for more complex control systems. Quantitative feedback theory (QFT), as a powerful method for addressing the complex issues, requires plenty of calculations that make it necessary for the method to be automated. A QFT design toolbox is developed by Tersoft company. However, this toolbox cannot treat some practical issues, such as actuator saturation in its design process. In the QFT framework, saturation can be dealt with by Horowitz architecture or noninterfering loop architecture, containing an inner loop around the saturation element in the control loop. Error overshoot is a common problem with the saturation in control loops. Non-overshoot plant input, non-overshoot plant output and fast-vanishing plant input error are three constraints assumed in literature, to avoid this problem. These constraints can be translated to the constraints on inner loop compensator. This paper presents a comprehensive algorithm for automating the process of obtaining above mentioned constraints, with detailed flowcharts to facilitate software development. To verify the proposed algorithm, the boundary on the saturation loop compensator, for a hydraulic actuator is determined using computer codes implemented in the Matlab environment. سامانه‌های هوافضایی به دلیل انعطاف‌پذیری و محرک‌های الکترومکانیکی یا الکتروهیدرولیک اشباع شده با عدم قطعیت و غیرخطی مواجه می‌شوند. روش‌های طراحی کنترل برای مقابله با چنین مشکلاتی متضمن محاسبات زیاد است. برای دستیابی به طراحی کنترل‌کننده سریع و دقیق برای سیستم های کنترل پیچیده‌تر، بسیاری از روش‌های طراحی پیشرفته باید خودکار شوند. نظریه QFT، به عنوان یک روش قدرتمند برای پرداختن به مسائل پیچیده، نیازمند محاسبات فراوانی است که خودکارسازی روش را ضروری می‌سازد. در چارچوب QFT، اشباع را می‌توان با معماری هوروویتز یا معماری بدون تداخل، شامل یک حلقه داخلی در اطراف المان اشباع در حلقه کنترل، بررسی کرد. فراجهش خطا یک مشکل رایج در حلقه‌های کنترل دارای اشباع است. ورودی سامانه بدون فراجهش، خروجی سامانه بدون فراجهش وسرعت کاهش خطای ورودی سامانه سه شرطی هستند که در مقالات برای جلوگیری از این مشکل فرض شده‌اند. این شرطها را می‌توان به شرطهایی روی جبران‌ساز حلقه داخلی نگاشت کرد. این مقاله یک الگوریتم جامع برای خودکارسازی فرآیند به دست آوردن شرطهای ذکر شده در بالا، با فلوچارت‌های دقیق برای تسهیل توسعه نرم‌افزار ارائه می‌کند. برای بررسی الگوریتم پیشنهادی، مرز جبران‌کننده حلقه اشباع، برای یک محرک هیدرولیکی با استفاده از کدهای کامپیوتری پیاده‌سازی شده در محیط Matlab تعیین می‌شود. نتایج میانی و نهایی برای پیگیری محاسبات، مرحله به مرحله ارائه می‌شود. در نهایت، درستی مرز حاصل با قرار دادن نقاط آن در عبارت ریاضی شرطها و مشاهده اینکه آیا نقاط حاصل شرطها را برآورده می‌کنند، بررسی می‌شود.

https://www.jsstpub.com/article_220588_4adcaa03a219960a7cd1c6cd7e00e3a2.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 11 01 A Journey into the Application of the Poincaré Map in the Circular Restricted Three-Body Problem سفری به کاربرد نگاشت پوانکاره در مساله سه جسم محدود شده 12 21 225098 10.22034/jsst.2025.1537 EN Ehsan Abbasali School of Aerospace Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran Fatemeh Ebrahimian School of Aerospace Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran Amirreza Kosari School of Aerospace Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran 0000-0002-6905-1522 Majid Bakhtiari School of Advanced Technologies. Iran University of Science and Technologies, Tehran, Iran Journal Article 2025 03 18 This article investigates the identification of periodic orbits and spacecraft attitude behavior in the Circular Restricted Three-Body Problem (CRTBP) using the Poincaré map as an innovative analytical tool. The CRTBP describes the motion of a spacecraft under the gravitational influence of two primary celestial bodies and presents challenges due to the absence of closed-form solutions for both orbital and attitude dynamics. To address this, the study employs the Poincaré map as an efficient numerical method to detect suitable initial conditions for periodic motion, thereby reducing mathematical complexity and improving computational performance. A notable innovation in this work is the integration of spacecraft attitude dynamics into the Poincaré-based analysis. Although the coupling is oneway, meaning attitude states do not influence the periodicity of orbital motion, they do affect the structure of the resulting Poincaré maps. The shape and position of islands on these maps vary with changes in the spacecraft’s inertia ratio, which demonstrates the method’s sensitivity to attitude behavior and its relevance to real-world applications. The proposed method is benchmarked against two classical techniques: the third-order approximation and Floquet theory-based approaches. Comparative analysis shows that the Poincaré map offers a superior balance of simplicity, computational efficiency, and accuracy. It achieves reliable identification of periodic orbits without requiring high-order models or intricate corrections. Overall, the study provides a novel and practical contribution to space mission design, offering a robust and accessible framework for analyzing trajectory and attitude dynamics in complex gravitational environments such as libration point missions. این مقاله به بررسی شناسایی مدارهای تناوبی و رفتار دینامیک وضعی فضاپیما در مسأله سه‌جسمی محدود دایروی (CRTBP) می‌پردازد و از نگاشت پوانکاره به‌عنوان یک ابزار تحلیلی نوآورانه استفاده می‌کند. مسأله CRTBP حرکت فضاپیما را تحت تأثیر گرانش دو جرم اصلی توصیف می‌کند و به دلیل نبود راه‌حل تحلیلی بسته برای دینامیک‌های مداری و وضعی، چالش‌هایی را ایجاد می‌نماید. برای غلبه بر این مسئله، این مطالعه از نگاشت پوانکاره به‌عنوان یک روش عددی کارآمد بهره می‌گیرد تا شرایط اولیه مناسب برای حرکت تناوبی را شناسایی کرده، پیچیدگی ریاضی را کاهش داده و عملکرد محاسباتی را بهبود بخشد. یکی از نوآوری‌های قابل توجه در این تحقیق، ترکیب دینامیک وضعی فضاپیما با تحلیل مبتنی بر نگاشت پوانکاره است. اگرچه این کوپلینگ یک‌طرفه است— به این معنی که حالت‌های وضعی بر تناوب مدار مداری تأثیر نمی‌گذارند— اما ساختار نگاشت‌های پوانکاره را تحت تأثیر قرار می‌دهد. شکل و موقعیت جزایر موجود در این نگاشت‌ها با تغییر در نسبت لختی فضاپیما تغییر می‌کنند، که حساسیت روش به رفتار وضعی و کاربردپذیری آن در سناریوهای واقعی را نشان می‌دهد. روش پیشنهادی با دو تکنیک کلاسیک — تقریب مرتبه سوم و روش مبتنی بر نظریه فلوکه — مقایسه شده است. این تحلیل تطبیقی نشان می‌دهد که نگاشت پوانکاره توازن مطلوبی میان سادگی، کارایی محاسباتی و دقت فراهم می‌آورد و قادر است مدارهای تناوبی را بدون نیاز به مدل‌های مرتبه بالا یا تصحیحات پیچیده با اطمینان شناسایی کند. در مجموع، این مطالعه سهمی نوآورانه و کاربردی در طراحی مأموریت‌های فضایی ارائه می‌دهد و چارچوبی قدرتمند و در دسترس برای تحلیل دینامیک مدار-وضیت است .

https://www.jsstpub.com/article_225098_2cc1e967c652de12fc2e8e38630b230f.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 11 01 Evaluating Optimal Ultrasound to Deform the Blood Clot in a Vessel for Astronauts Health ارزیابی شدت بهینه امواج اولتراسوند برای تغییر شکل لخته خون در رگ‌ها به منظور سلامت فضانوردان 22 31 228269 10.22034/jsst.2025.1519 EN Ramin Kamalimoghadam Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran 0000-0002-0780-7689 Mahmoud Najafi Department of Mathematical Sciences, Kent State University, Ohio, USA Masoomeh Azadegan Department of Electrical Engineering, Khatam University, Tehran, Iran Nasrin Sahranavardfar Department of Engineering, University of Perugia, Perugia, Italy Journal Article 2025 01 11 Formation of blood clot in the astronaut veins in space may have dangerous consequences. In the absence of gravity, body fluids shift from the legs to the upper body and the head. This shift affects the flow of blood through the vessels in the head. Removing of the blood clot in the vessels in space may help astronauts’ health. Although using the medicine to remove the blood clot in the vein, it can be applied just for very small size. When the blood clot is large, using the ultrasonic waves with making small bubbles may be a useful method to remove the blood clots in the veins. The goal of the present paper is to gain an optimal intensity of ultrasound to achieve required pressure field generated by the collapsing bubble in blood to deform blood clots. The collapse pressure within the bubble has been calculated using Rayleigh–Plesset (RP) equation. Moreover, a coupling simulation of the flow and clot structure is performed using the full Navier-Stokes equations, which governs the blood domain, and linearized discrete equations for the clot medium to calculate the desired bubble collapsing pressure necessary to deform the clots, which has immense importance in medical applications. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed method. Using the captured results, one can find the optimum ultrasound frequency for clot fragment. It can be useful for an astronaut to use the ultrasonic waves to remove some clots in the vein, treat and get back the health. تشکیل لخته خون در رگ‌های فضانوردان در فضا می‌تواند پیامدهای خطرناکی به همراه داشته باشد. در نبود گرانش، مایعات بدن از پاها به سمت سینه و سر منتقل می‌شوند. این جابه‌جایی بر جریان خون در شریان‌ها و رگ‌های سر تأثیر می‌گذارد. خارج‌سازی لخته خون در رگ‌های فضایی می‌تواند به بهبود سلامت فضانوردان کمک کند. هرچند استفاده از دارو برای از بین بردن لخته خون در ورید فقط برای اندازه‌های بسیار کوچک کاربرد دارد. زمانی که لخته خون بزرگ است، استفاده از امواج اولتراسوند با ایجاد حباب‌های کوچک می‌تواند روشی مفید برای از بین بردن لخته‌ها در رگ‌ها باشد. هدف مقاله حاضر دستیابی به شدت بهینه امواج اولتراسوند است تا با ایجاد میدان فشار لازم ناشی از فروپاشی حباب در خون، لخته‌ها را تغییر شکل دهد. فشار فروپاشی درون حباب با استفاده از معادله Rayleigh–Plesset (RP) محاسبه شده است. علاوه بر این، یک شبیه‌سازی هم‌پیوندی جریان و ساختار لخته با استفاده از معادلات کامل ناویه-استوکس که حوزه خون را می‌سازند و معادلات گسسته خطی‌شده برای محیط لخته برای محاسبه فشار فروپاشی مطلوب حباب که برای تغییر شکل لخته‌ها ضروری است، انجام می‌شود؛ که این امر در کاربردهای پزشکی اهمیت بالایی دارد. نتایج شبیه‌سازی برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی ارائه می‌شود.

https://www.jsstpub.com/article_228269_81e4e0c36ececcb9cee2994a2d4eceb5.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 10 23 Layerwise Theory for Free Vibration and Panel Flutter Analysis of VSCL Plates using IGA تئوری لایروایز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایه‌های کامپوزیتی با سفتی متغیر به روش حل عددی آیزوژئومتریک 32 47 232115 10.22034/jsst.2025.1588 EN Mehdi Dabouee Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran Vahid Khalafi Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran 0000-0003-1969-2230 Hamidreza Zarei Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran Journal Article 2025 08 21 <span style="font-size: 10.0pt; font-family: 'Times New Roman',serif; mso-fareast-font-family: 'Times New Roman'; letter-spacing: .1pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: AR-SA;">This research examines the free vibration and panel flutter of composite laminates with curvilinear fibers. It employs the isogeometric analysis (IGA) framework along with layerwise theory. The growing utilization of composite structures in the aerospace and mechanical industries has led to the increasing popularity of variable-stiffness composite laminate (VSCL). These laminates with curvilinear fibers are designed to achieve customized mechanical properties and improve design efficiency. To achieve greater accuracy than equivalent single-layer theories (ESL) and improved computational efficiency compared to 3D elasticity models, a layerwise theory based on Ferreira's formulation was adopted. This approach uses the kinematic assumptions of first-order shear deformation theory (FSDT) to define the displacement field within each layer. Subsequently, the governing equations for free vibration and panel flutter are obtained from the Hamilton principle, utilizing first-order piston theory to model aerodynamic pressure. The geometric domain is discretized using the isogeometric analysis method, in which the cubic NURBS basis functions used for the exact geometric modeling are simultaneously employed as the approximation functions in the finite element formulation. Numerical results are obtained by solving the eigenvalue problem. A parametric study was performed to investigate the impact of several factors, including layup configuration, thickness ratios, fiber curvature, and boundary conditions of the VSCL plates. The findings demonstrate strong alignment with previous research, confirming the proposed formulation's accuracy and effectiveness. در این پژوهش تحلیل ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر چندلایه‎های کامپوزیتی دارای الیاف منحنی‌شکل با رویکرد حل عددی آیزوژئومتریک با استفاده از تئوری لایروایز ارائه می‌گردد. با توجه به کاربرد گسترده سازه‌های ساخته‌شده از مواد مرکب در صنایع هوافضا و مکانیک، از ورق‌های کامپوزیتی با سفتی متغیر به‌منظور کنترل خواص مکانیکی مطلوب و طراحی کارآمدتر استفاده گردید. به‌منظور افزایش دقت پاسخ نسبت به تئوری تک‌لایه‌ی معادل و نیز افزایش سرعت محاسباتی نسبت به مدل الاستیسیته سه‌بعدی، از تئوری لایروایز فریرا به همراه فرضیات تئوری برش مرتبه اول برای فرض میدان جابجایی بهره گرفته شده است. در ادامه، با استفاده از روش انرژی و اصل کار مجازی و با فرض تئوری پیستون مرتبه اول برای شبیه‌سازی فشار آیرودینامیک، معادلات حاکم برای ارتعاشات آزاد و پنل فلاتر ورق استخراج گردید. گسسته‌سازی هندسه با روش حل عددی آیزوژئومتریک صورت پذیرفت که در آن از توابع پایه نربز مکعبی که برای مدل‌کردن دقیق هندسه بکار می‌رود، همزمان به عنوان تابع تقریب در فرمولبندی اجزای محدود نیز استفاده شده است. نتایج عددی از حل مساله مقدار ویژه بدست آمد و پارامترهای مختلفی از جمله نوع چیدمان، میزان انحنای الیاف، شرایط مرزی و نسبت‌های ابعادی در صفحات کامپوزیتی با الیاف منحنی ارائه گردیده است. مقایسه نتایج به‌دست‌آمده با نتایج دیگر پژوهش‌ها انطباق خوبی دارد و دقت و کارایی فرمولبندی ارائه‌شده را نشان می‌دهد.

https://www.jsstpub.com/article_232115_ebfd98777f644d862272732e0274058e.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 11 01 Optimization of Genetic Algorithm Parameters for the Design of Indigenous Telecommunication Satellite Constellations بهینه‌سازی پارامترهای الگوریتم ژنتیک برای طراحی منظومه‌های ماهواره‌ای مخابراتی بومی 48 62 232243 10.22034/jsst.2025.1555 EN Arash Kosari Department of Electrical Engineering and Information Technology, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran 0009-0005-9563-7286 Amir Reza Fathi University of Tehran, Tehran,Iran Journal Article 2025 06 27 The design of optimal Low Earth Orbit (LEO) constellations is a complex, high-dimensional challenge central to modern telecommunications. While Genetic Algorithms (GAs) are potent optimization tools, their performance is notoriously sensitive to initial parameter settings, often leading to premature convergence and suboptimal designs. This paper introduces a novel Fully Adaptive Genetic Algorithm (AGA), engineered to overcome this critical limitation through a dynamic, self-correcting framework. The AGA employs an external control loop that co adjusts population size and crossover fraction based on real-time metrics of population diversity and convergence stagnation. To rigorously test its resilience, the AGA was intentionally initialized with the worst-performing parameters from a static GA baseline a configuration guaranteed to fail.First, its robustness was validated on the high-dimensional Rastrigin benchmark function, where, despite the poor start, it outperformed the best static GA by an astonishing factor of 380, proving its exceptional ability to escape deep local optima. The validated AGA was then applied to its primary mission: optimizing a 10-satellite, 30 variable LEO constellation for maximal coverage over Tehran. The results were decisive. The AGA achieved 19.45 hours of daily coverage, a 14.4% improvement over the 17.00 hours achieved by the best-tuned static GA. More remarkably, it accomplished this in just 15 hours, an 80.8% reduction from the 78 hours required by the static GA. This research not only contributes a highly efficient and reliable methodology for indigenous satellite constellation design but also presents a powerful paradigm for solving complex engineering problems where parameter sensitivity is major bottleneck بهینه‌سازی طراحی منظومه‌های ماهواره‌ای در مدار پایین زمین (LEO) به دلیل ابعاد پیچیده مسئله، یک چالش اساسی محسوب می‌شود. اگرچه الگوریتم‌های ژنتیک (GA) ابزارهای مناسبی هستند، اما عملکرد آن‌ها به تنظیمات اولیه پارامترها بسیار حساس بوده و اغلب به همگرایی زودرس منجر می‌شوند. این مقاله یک الگوریتم ژنتیک کاملاً تطبیقی (AGA) جدید را معرفی می‌کند که با بهره‌گیری از یک چارچوب پویا و خوداصلاح‌کننده، این محدودیت را برطرف می‌سازد. در این الگوریتم، یک حلقه کنترل خارجی، اندازه جمعیت و نرخ تقاطع را بر اساس معیارهای بلادرنگ تنوع و رکود همگرایی تنظیم می‌کند. پس از تأیید تاب‌آوری الگوریتم با عملکردی ۳۸۰ برابر بهتر از بهترین GA استاتیک روی تابع معیار Rastrigin، از AGA برای بهینه‌سازی یک منظومه ماهواره‌ای LEO با هدف حداکثرسازی پوشش بر فراز تهران استفاده شد. نتایج نشان داد که AGA با دستیابی به ۱۹.۴۵ ساعت پوشش روزانه، بهبود ۱۴.۴ درصدی نسبت به GA استاتیک (۱۷ ساعت) ایجاد کرد. همچنین، زمان محاسباتی الگوریتم به ۱۵ ساعت کاهش یافت که نشان‌دهنده کاهش چشمگیر ۸۰.۸ درصدی نسبت به زمان ۷۸ ساعتی GA استاتیک است. این تحقیق، یک روش کارآمد و قابل اعتماد برای طراحی منظومه‌های ماهواره‌ای ارائه می‌دهد که الگویی برای حل مسائل مهندسی پیچیده با حساسیت بالا به پارامترها محسوب می‌شود.

https://www.jsstpub.com/article_232243_2b1b0cd75cd867fc3e7c0f9e5cf42768.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 11 01 Assessment of Satellite Coverage of Walker Constellation Types Across the Middle East ارزیابی پوشش ماهواره‌ای سامانهٔ Walker در منطقه خاورمیانه 63 70 232575 10.22034/jsst.2025.1550 EN Alireza Ebrahimi Hesari School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran 0009-0008-4367-5055 Majid Bakhtiari School of Science and Technology, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran 0000-0001-6877-0122 Kamran Daneshjou School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran Journal Article 2025 06 14 This study addresses the critical challenge of selecting an optimal Walker satellite constellation architecture to ensure continuous and effective regional coverage. In particular, it focuses on a comparative analysis of two widely used configurations Walker Star and Walker Delta to determine which offers superior performance over a specific geographical region, namely the Middle East. Given the increasing demand for reliable satellite-based services in regional applications, identifying the most suitable constellation design is essential for both technical and cost-efficiency considerations. To tackle this challenge, a simulation-driven methodology was adopted using MATLAB and Systems Tool Kit (STK). The study assumes a fixed number of satellites to maintain a controlled comparison framework. MATLAB was utilized for scenario initialization, parametric calculations, and visualization of results, while STK was employed for precise orbit modeling, ground coverage analysis, and dynamic performance evaluation. Key performance indicators such as gap duration, access duration, and percentage of area covered were computed and analyzed to quantitatively assess each configuration’s effectiveness. The findings provide clear insights into the relative strengths and weaknesses of each constellation type and aim to support more informed decision-making in the design and implementation of regional satellite networks. این مطالعه به چالش بحرانی انتخاب معماری بهینه سامانه ماهواره‌ای Walker برای تضمین پوشش منطقه‌ای پیوسته و مؤثر می‌پردازد. به‌طور خاص، تمرکز بر تحلیل مقایسه‌ای دو پیکربندی رایج، Walker Star و Walker Delta، است تا مشخص شود کدام‌یک عملکرد بهتری را در یک منطقۀ جغرافیایی مشخص، یعنی خاورمیانه، ارائه می‌دهد. با توجه به افزایش تقاضا برای خدمات مبتنی بر ماهواره با قابلیت اعتماد در کاربردهای منطقه‌ای، شناسایی طراحی سامانهٔ ماهواره‌ای مناسب از نظر فنی و همچنین کارایی هزینه‌ای، امری ضروری است. برای مواجهه با این چالش، رویکردی مبتنی بر شبیه‌سازی با استفاده از نرم افزار متلب و Systems ToolKit (STK) به کار گرفته شد. مطالعه فرض می‌کند عدد ثابتی از ماهواره‌ها وجود دارد تا چارچوب مقایسه‌ای کنترل‌شده‌ای فراهم شود. متلب برای راه‌اندازی سناریو، محاسبات پارامتریک و visualization نتایج به کار رفت، در حالی‌که STK برای مدل‌سازی دقیق مدار، تحلیل پوشش زمینی و ارزیابی پویایی عملکرد استفاده شد. شاخص‌های کلیدی کارایی همچون مدت فاصلهٔ (gap)، مدت دسترسی (access)، و درصد مساحتی که پوشش داده می‌شود، محاسبه و تحلیل شد تا اثربخشی هر پیکربندی را به‌طور کمی ارزیابی کند. نتایج، بینشی واضح نسبت به نقاط قوت و ضعف نسبی هر نوع سامانهٔٔ ماهواره‌ای ارائه می‌دهد و هدف آن پشتیبانی از تصمیم‌گیری‌های آگاهانه‌تر در طراحی و اجرای شبکه‌های ماهواره‌ای منطقه‌ای است.

https://www.jsstpub.com/article_232575_644aa28c972acac8a14827ed505b56d9.pdf

IAS Journal of Space Science and Technology 2008-4560 18 4 2025 10 23 Proposing an Applied, Simple, and Accurate Framework for the Image Processing Mission of Iran CanSat Competition ارائه یک چارچوب دقیق، کاربردی و ساده برای ماموریت پردازش تصویر مسابقات کن ست ایران 71 81 232667 10.22034/jsst.2025.1548 EN Milad Janalipour Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran 0000-0002-2543-314X Nadia Abbaszadeh Tehrani Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research, and Technology, Tehran, Iran 0000-0001-9247-4868 Journal Article 2025 05 25 <span lang="EN" style="font-size: 11.0pt; font-family: 'Times New Roman',serif; mso-fareast-font-family: 'Times New Roman'; letter-spacing: .3pt; mso-ansi-language: EN; mso-fareast-language: EN-US; mso-bidi-language: AR-SA;">CanSat is an educational competition where students design miniature satellite systems integrated into soda-can-sized containers. Iran CanSat is a competition at the student level that is held each year. In the Remote Sensing-Communication class of the competition, an image processing mission is designed. Target detection and area estimation are the main missions of this competition. In this paper, a simple, applied, and accurate framework based on clustering algorithms is proposed to find targets and areas within them. K-means, fuzzy c-means, and genetic algorithm (GA) K-means algorithms are employed in this study. The proposed framework was applied to a simulated image and an image captured by a CanSat. Results show that the clustering algorithms are appropriate for detecting targets in the image. Experimental results demonstrated identical performance between K-means and GA-optimized K-means clustering, with both methods estimating target areas within 8 m² of ground-truth measurements. Notably, fuzzy c-means (FCM) clustering outperformed these approaches, achieving an accurate area estimation of 661.63 m² – closely approximating field measurements. This precision validates the proposed framework's efficacy for CanSat image processing missions, particularly in target detection and area quantification tasks under competition constraints. مسابقه CanSat ایران، مسابقه‌ای در سطح دانشجویی است که هر ساله برگزار می‌شود. در بخش سنجش از دور این مسابقه، یک ماموریت پردازش تصویر طراحی می‌شود. در این مقاله، یک چارچوب ساده، کاربردی و دقیق مبتنی بر الگوریتم‌های خوشه‌بندی برای یافتن اهداف و نواحی درون آنها پیشنهاد شده است. الگوریتم‌های K-means، fuzzy cmeans و الگوریتم ژنتیک (GA) در این مطالعه به کار گرفته شده‌اند. چارچوب پیشنهادی بر روی یک تصویر شبیه‌سازی شده و یک تصویر گرفته شده توسط CanSat اعمال شد. نتایج نشان می‌دهد که الگوریتم‌های خوشه‌بندی برای تشخیص اهداف در تصویر مناسب هستند. علاوه بر این، مساحت تخمین زده شده توسط چارچوب پیشنهادی نزدیک به مساحت به دست آمده از اندازه‌گیری میدانی است.

https://www.jsstpub.com/article_232667_aaed653d7a6c2e2367efcd64c247f760.pdf