This thesis investigates the use of the Swedish Allsky Meteor Network (SAMN) for observing, identifying, and determining the orbits of satellites. The overall goal of this project is to determine the feasibility of using such a network for Space Situational Awareness (SSA) purposes, which requires identification and monitoring of objects in orbit. This thesis is a collaboration with the Swedish Defense Research Agency (FOI) to support their efforts in SSA. Within the frame of this project, the author developed software that can take data of observations of an object collected from the all-sky cameras of SAMN and do an Initial Orbit Determination (IOD) of the object. An algorithm that improves the results of the IOD was developed and integrated into the software. The software can also identify the object if it is in a database that the program has access to or, if it could not be identified, make an approximate prediction of when and where the object will be visible again the next time it flies over. A program that analyses the stability of the results of the IOD was also developed. This measures the spread in results of the IOD when a small amount of artificial noise is added to one or more of the observed coordinates in the sky. It was found that using multiple cameras at different locations greatly improves the stability of the solutions. Gauss' method was used for doing the IODs. The advantages and disadvantages of using this method are discussed, and ultimately other methods, such as the Gooding method or Double R iteration, are recommended for future works. This is mostly because Gauss' method has a singularity when all three lines of sight from observer to object lie in the same plane, which makes the results unreliable. The software was tested on a number of observations, both synthetic and real, and the results were compared against known data from public databases. It was found that these techniques can, with some changes, be used for doing IOD and satellite identification, but that doing very accurate position determination required for full orbit determination is not feasible. / Detta examensarbete undersöker möjligheterna att använda ett svenskt nätverk av allskykameror kallat SAMN (Swedish Allsky Meteor Network) för att observera, identifiera och banbestämma satelliter. Det övergripande målet med detta projekt är att bestämma hur användbart ett sådant nätverk skulle vara för att skapa en rymdlägesbild, vilken i sin tur kräver bevakning och identifikation av objekt som ligger i omloppsbana. Detta examensarbete är ett samarbete mellan Uppsala Universitet och FOI (Totalförsvarets Forskningsinstitut). Inom ramen för detta projekt har författaren utvecklat mjukvara som kan ta data från observationer av objekt utförda av SAMN och göra initiala banbestämningar av objekten. En algoritm som förbättrar resultaten av den initiala banbestämningen utvecklades och integrerades i programmen. Programmen kan också identifiera satelliter om de finns med i en databas som programmet har tillgång till eller förutsäga objektets nästa passage över observatören om det inte kunde identifieras. Ett annat program som analyserar känsligheten av resultaten av den initiala banbestämningen utvecklades också. Detta program mäter spridningen i resultat som orsakas av små störningar i de observerade koordinaterna på himlen. Det framkom att stabiliteten av resultaten kan förbättras avsevärt genom att använda flera observatörer på olika orter. I detta projekt användes Gauss metod för att göra banbestämningarna. Metodens för- och nackdelar diskuteras och i slutänden rekommenderas istället andra metoder, som Goodings metod eller Dubbel R-iteration, för framtida arbeten. Detta beror mest på att Gauss metod innehåller en singularitet när alla siktlinjer från observatören till objektet ligger i samma plan som varandra vilket gör resultaten opålitliga i de fallen. Programmen testkördes på ett antal olika observationer, både artificiella och verkliga, och resultaten jämfördes med kända positioner. Slutsatsen av arbetet är att de undersökta teknikerna kan, med vissa modifikationer, användas för att göra initiala banbestämningar och satellitidentifikationer, men att göra de väldigt precisa positionsbestämningarna som krävs för fullständig banbestämning är inte genomförbart.

In this report I present a feasibility study of using open astronomical data to make Initial Orbit Determination (IOD) for Resident Space Objects (RSO) appearing as streaks in telescope images. The purpose is to contribute to Space Surveillance and Tracking (SST) for maintaining Space Situation Awareness (SSA). Data from different wide-field survey telescopes were considered but due to availability constraints only mask images from Zwicky Transient Facility (ZTF) survey were chosen for the analysis. An algorithm was developed to detect streaks in the mask images and match them to RSO known to be within the Field of View (FoV) at the observation time. Further, the IOD was made with angles-only Laplace’s method and the state vectors calculated for the streaks from the IOD were compared to those from the TLE for the matching RSO. The algorithm was tested with 6 different image fields acquired between the 14th to the 16th December 2019, of which 4 are characterised as non-crowded and 2 as crowded. The streak finding algorithm has a better precision and sensitivity for the non-crowded field, with an F1-score of 0.65, but is worse for the crowded fields with an F1-score of 0.035. In the non-crowded fields 95% of all streak and object matches are true matches to unique RSO, while for the crowded field only 10% are true matches. It was found that the 1''/pixel resolution in the images is too low for doing an IOD with Laplace’s method, despite how well the streak finding algorithm performs. However, with some improvements, the method is suitable as a cost effective way to verify known RSO in catalogues. / I den här rapporten presenterar jag en studie om att använda öppen astronomiska data för att göra initial banbestämning för artificiella rymdobjekt avbildade som streck i teleskopbilder. Syftet är att tillhandahålla information för att upprätthålla en god rymdlägesbild. Data från olika kartläggnings teleskop övervägdes men på grund av begränsningar i tillgänglighet valdes endast mask-bilderna från Zwicky Transient Facility för analysen. En algoritm utvecklades för att upptäcka streck i mask-bilderna och matcha dem med kända objekt i bildens synfält vid observationstillfället. Vidare gjordes den initiala banbestämningen med Laplaces metod, som använder vinkelkoordinaterna för streckens position vid observationen. Tillståndsvektorerna för strecken och de matchade objekten jämfördes, de beräknades från den initiala banbestämningen respektive objektets TLE. Algoritmen testades med 6 olika bildfält från observationsdatum mellan den 14:e till den 16:e december 2019, av dessa karakteriseras 4 som glesa och 2 som fyllda. Algoritmen för streck detektering har bättre precision och känslighet för de glesa fälten, med ett F1-värde på 0.65, men sämre för de fulla fälten med ett F1-värde på 0.035. I de glesa fälten är 95% av alla streck- och objektmatchningar korrekta matchningar med unika objekt, medan för det fulla fälten är endast 10% korrekta matchningar. Det visar sig att upplösningen på 1''/pixel i bilderna är för låg för att göra en initial banbestämning med Laplaces metod, oavsett hur bra algoritmen för streck detektering presterar. Genom att göra vissa förbättringar i algoritmen är metoden lämplig för att, på ett kostnadseffektivt sätt, verifiera kända objekt i kataloger.

When developing products for space, including nanosatellites, the verification and validation process is a mandatory part of any project conducted within the European space industry. Within such a process, testing is a method for verification and validation. In this degree project, the appropriate tests for verification and validation of a nanosatellite were investigated. The project was conducted at the Royal Institute of Technology and the Polytechnic of Milan, as part of a larger research project under the name HERMES-SP. The research project was, at the time at which the degree project was taking place, in its first phase of the verification process. Therefore, tests for verification and validation of the Orbit Determination System (ODS) had not yet been defined. HERMES-SP is developing a nanosatellite platform with a very precise and reliable ODS, combining both Inertial Navigation System (INS) and Global Navigation Satellite System (GNSS). This degree project was thus conducted with HERMES-SP as an applicative case to investigate tests for a ’nanosatellites onboard ODS focusing on the GNSS. The ODS developed for the nanosatellite platform was studied, along with the underlying theory for ODS and GNSS. The plan for verification defined within HERMES-SP was also examined, and the presented methodology for test development was followed. To fully answer the project’s research question, the appropriate tests had to be identified and defined. This was done by first determining the requirements related to the ODS, and then identifying the tests that were needed to verify the requirements. Lastly, the tests were defined in test specifications and procedures. It was found that the relevant tests in the verification process were a handful of tests on the Equipment Test (ET), Software Test (SWT), and Subsystem Integration Test (SSIT) test levels. The tests were needed for verification of individual components in the system, as well as integrated components and their interfaces. The defined tests were considered appropriate for verification and validation for the first phase of the verification process. The project contributed to the identification and definition of tests for a restricted part of the verification process, related to the specified system of the HERMES-SP nanosatellite. The findings could be used in other nanosatellite projects with similar ODS by following the process and the methodology for test development documented in this report. / Vid utvecklandet av produkter ämnade för rymden, såsom satelliter, är processen för verifiering och validering en obligatorisk del av projekt utförda inom den Europeiska rymdindustrin. Under en sådan process är testning en metod för verfiering och validering. I detta examensarbete undersöktes de lämpliga testerna för verifiering och validering av en nanosatellit. Arbetet utfördes på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) och Politecnico di Milano, som en del av ett större foskningsprojekt under namnet HERMES-SP. När detta examensarbete tog plats var forskningsprojektet i sin första verifieringsfas. Därför hade inte tester för verifiering och validering av systemet för ombord banbestämning ännu definerats. Inom HERMES-SP utvecklas en platform för nanosatelliter med ett precist och tillförlitligt banbestämmnings system. Systemet kombinerar därför både tröghetsnavigeringssystem och satellitnavigering (GNSS). Systemet för ombord banbestäming utvecklat för nanosatelliten studerades, tillsammans med underliggande teori för banbestäming och GNSS. HERMES-SPs plan för verifiering och validering studerades, och den presenterade metodiken för testning adapterades. För att besvara arbetets forskningsfråga behövdes de lämpliga testerna identifieras och sedan defineras. Detta gjorder genom att först bestämma krav på systemet för banbestämning, och därefter identifiera de tester som behövdes för att verifiera kraven. Sist definerades testen i form av test specifikationer och test procedurer. Arbetet resulterade i att en handfull at tester relevanta för verifieringsprocessen identifierades. Dessa tester tillhörde olika nivåer av testing, nämligen testning av komponenter, mjukvara, och integrering av delsystem. Dessa tester var nödvändiga för att utvärdera individuella komponenter i systemet, samt integrerade komponenter och deras gränssnitt. De tester som definerades i arbetet ansågs nödvändiga för verifiering och validering under den första fasen av processen för verifiering. Examensarbetet bidrog till identifiering och definering av tester tillhörande en begränsad fas av verifieringsprocessen, relaterade till det specifiecerade systemet av HERMES-SPs nanosatellit. Upptäckterna skulle kunna användas i andra projekt för nanosatelliter med liknande system för banbestämning, genom att följa metodiken för utveckling av tester dokumenterade i denna rapport.