Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Optimal configuration of LEO satellite constellation for infrared early warning missions using evolutionary algorithms

Articles in Press

Document Type : Original Research Paper

Authors
Seid Javad Mousavi Torkamani
Mahdi Jafari
Reza Zardashti
Seyed Majid Hosseini
Malek-Ashtar University of Technology
10.22034/jsst.2026.1553
Abstract
Satellite Constellations are used today in many missions: communications, navigation and positioning, remote sensing, earth observation, SAR radar, and the Internet of Things (IoT). One of the specific applications of the systems is the early warning mission, in which satellites detect threats using infrared radiation. In order to perform this mission, the constellation must be designed to continuously cover the target area. This paper deals with the design of the low altitude (LEO) part of a system with this mission. In these constellations, the LEO part is usually a complement to their high altitude part, which is placed in high elliptical (HEO) and geosynchronous (GEO) orbits. In this paper, the optimal configuration of the constellation is designed using evolutionary algorithms to perform the mission with the minimum number of satellites. The target area is also considered to be an area of the Earth that encompasses the entire longitude and a 130-degree wide latitude band. By running the optimization algorithm and assuming an elevation angle of 5 degrees from the horizon, an optimal constellation with 42 satellites was obtained, which has a zero revisit time at all network points, thus ensuring continuous coverage in the target area.
Keywords
Satellite Constellations
Early Warning System
Coverage
Evolutionary Algorithm
Configuration Design
Subjects

Article Title Persian

پیکربندی بهینۀ منظومۀ ماهواره‌ای LEO برای مأموریت‌های هشدار سریع مادون قرمز با استفاده از الگوریتم‌های تکاملی

Authors Persian

سید جواد موسوی ترکمانی
مهدی جعفری
رضا زردشتی
سید مجید حسینی
دانشگاه صنعتی مالک اشتر
Abstract Persian

امروزه از منظومه‌‌های ماهواره‌ای در مأموریت‌های بسیاری استفاده می‌شود: ارتباطات، ناوبری و موقعیت‌یابی، سنجش از دور، مشاهدۀ زمین، رادار سار (SAR) و اینترنت اشیاء. یکی از کاربردهای خاص منظومه‌ها، مأموریت هشدار زودهنگام است که در آن ماهواره‌ها با استفاده از پرتوهای مادون قرمز تهدیدات را آشکارسازی می‌کنند. به منظور انجام این مأموریت، منظومه بایستی به گونه‌ای طراحی شود که منطقۀ هدف را به طور پیوسته تحت پوشش داشته باشد. در این مقاله به طراحی بخش ارتفاع پایین (لئو) منظومه‌ای با این مأموریت پرداخته شده است. در این منظومه‌ها معمولاً بخش لئو مکمل بخش ارتفاع بلند آنهاست که در مدارهای بیضوی بلند (هئو) و زمین‌آهنگ (ژئو) قرار می‌گیرند. در این مقاله طراحی پیکربندی بهینۀ منظومه با استفاده از الگوریتم‌های تکاملی طوری انجام شده است که با حداقل تعداد ماهواره‌ها، مأموریت انجام شود. همچنین منطقۀ هدف، ناحیه‌ای از کرۀ زمین در نظر گرفته شده است که کل طول جغرافیایی و نواری از عرض جغرافیایی به پهنای 130 درجه را در بر می‌گیرد. با اجرای الگوریتم بهینه‌سازی و با فرض زاویۀ ارتفاع از افق 5 درجه، یک منظومۀ بهینه با 42 ماهواره به دست آمد که زمان ملاقات مجدد در کل نقاط شبکه صفر است که در نتیجه پوشش پیوسته در منطقۀ هدف را تضمین می‌کند.

Keywords Persian

منظومه‌های ماهواره‌ای
سامانۀ هشدار زودهنگام
پوشش
الگوریتم ژنتیک
طراحی پیکربندی
Journal of Space Science and Technology

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 31 August 2026

  • Receive Date 23 June 2025
  • Revise Date 06 January 2026
  • Accept Date 08 July 2026
  • First Publish Date 31 August 2026