This thesis will focus on the performance of angles only initial orbit determi- nation (IOD) methods on observational data of low Earth orbit (LEO) CubeSats. Using data obtained by Lockheed Martin’s Space Object Tracking (SpOT) facil- ity, four methods: Gauss, Double-R, Gooding and Assumed Circular, will use different amounts of orbital arc to determine which methods perform the best in the short arc regime of less than 10 degrees of orbital arc. Once the best method for estimating the orbit is determined, there will be analysis on whether these IOD methods are accurate enough to predict a secondary observation session. Finally non-linear regression will be performed to determine if the error metrics follow a predictable trend based on how much orbital arc is seen by the observer. It was determined that above a certain amount of orbital arc, angles only IOD methods can reliably predict a secondary observation session to facilitate more observations. Below 4 degrees of orbital arc, which is around 60 seconds of ob- serving time for LEO objects, none of the methods were able to reliably predict a secondary observation session. The Assumed Circular method was the best method for observing LEO CubeSats because it forces the IOD solution to be circular, which limits the error in the shape of the orbit as the amount of orbital arc decreases. Finally, many metrics follow an exponential trend when compared to the orbital arc. Thus, the amount of orbital arc seen is a strong predictor for the accuracy of the angles only IOD solutions.

Il existe aujourd'hui de nombreux procédés de soudage répondant à la très grande variété d'assemblage à réaliser et aux caractéristiques des métaux utilisés. Le premier chapitre décrit les différentes sources d'énergie utilisées en soudage. Suite à cela, une explication plus détaillée du soudage à l'arc électrique est donnée. Enfin nous présentons la conception d'une plateforme d'essai de soudage. Il est possible, bien sûr, d'utiliser une approche empirique pour optimiser un procédé. Néanmoins il y a des avantages à choisir une approche analytique puisqu'on peut en attendre des avancées significatives dans la compréhension des interactions dynamiques présentes dans l'arc. C'est pourquoi nous présentons dans le chapitre 2 les connaissances théoriques de la physique quant au comportement du métal liquide transféré en soudage MIG/MAG. Ce travail comporte donc également un aspect expérimental nécessaire à l'élaboration des bases de données utilisées pour la construction des modèles. Les différents enregistrements ont été effectués au CTAS sur une plate forme équipée d'un système d'acquisition de données pour les mesures de tension, courant, vitesse fil et d'un système de vidéo rapide. Le chapitre 3 présente notre recherche d'une méthode de segmentation permettant d'obtenir le suivi de variables pertinentes. Nous y proposons un capteur logiciel basé sur la théorie des contours actifs et montrons de bons résultats obtenus sur des vidéos expérimentales. Une étape d'ajustement de certains paramètres est indispensable. Elle est donnée dans le chapitre 4. Le simulateur créé permet d’interpréter certains phénomènes importants en soudage, de réaliser une étude de sensibilité « sans risque » et de donner les signatures théoriques de défauts. / Nowadays there is a lot of welding processes giving an answer to the great diversity of joints to realize and to the characteristics of the metals employed. The first chapter describes the different power sources used in welding. After that, a more detailed explanation of arc welding is given. Finally we present the design of a welding test bed. One can, of course, use an empirical approach to optimize a process. Nevertheless there are advantages in choosing an analytical approach since we can expect significant progress in the understanding of the dynamical interactions in the arc. That’s why we present in the second chapter the theoretical knowledge concerning the behaviour of the molten metal transferred during Gas Metal Arc Welding. This work involves as well an experimental aspect required for the elaboration of the databases used to build the model. The recordings were made at CTAS on a test bed equipped with an acquisition system for measuring voltage, current, wire feed speed and high speed videos. The third chapter presents our research of a segmentation method to measure some relevant quantities. We propose a software sensor based on the active contour theory and we show good results on experimental movies. An adjustment step of the model is needed and described in the fourth chapter. The created simulator allows us to interpret some important phenomena in welding, to make a sensitive study “without risk” and to give theoretical defects signatures.

<p>The near-Earth space is filled with over 300,000 artificial debris objects with a diameter larger than one cm. For objects in GEO and MEO region, the observations are made mainly through optical sensors. These sensors take observations over a short time which cover only a negligible part of the object's orbit. Two or more such observations are taken as one single Too Short Arc (TSA). Each set of TSA from an optical sensor consists of several angles, the angles of right ascension, declination, along with the rate of change of the right ascension angle and the declination angle. However, such observational data obtained from one TSA because it is covering only a very small fraction of the orbit, is not sufficient for the complete initial determination of an object's orbit. For a newly detected unknown object, only TSAs are available with no information about the orbit of the object. Therefore, two or more such TSAs that belong to the same object are required for its orbit determination. To solve this correlation problem, the framework of the probabilistic Admissible Region is used, which restricts possible orbits based on a single TSA. To propagate the Admissible Region to the time of a second TSA, it is represented in closed-form Gaussian Mixture representation. This way, a propagation with an Extended Kalman filter is possible. To decide if two TSAs are correlated, that is if they belong to the same object, respectively, an overlap between the regions is found in a suitable orbital mechanic's based coordinate frame. To compute the overlap, the information measure of Kullback-Leibler divergence is used. <br></p>

The expansion of space activities has led to an increase in congestion. With this increase, there has been a growing emphasis on the importance of space situational awareness. Without it, the space environment can become hazardous, with increasing threats of collision and debris generation. As the utilization of space continues to grow, effective methods for tracking objects to maintain situational awareness must also be considered. One approach to tracking objects in space involves a series of steps, including optical observations and orbit estimations using initial orbit determination methods, followed by additional observations and continuous tracking. However, a challenge with this tracking method is the low quality and quantity of observational data, which can impact the accuracy achieved from these methods. This thesis will study two new and two traditional methods of initial orbit determination, analyzing improvements in accuracy with limited data for each method. Additionally, the impact of observation elevation will be analyzed to assess its effects on the quality of data, and how this, along with a limited amount of data, can affect the overall initial orbit determination accuracy.

Il existe aujourd'hui de nombreux procédés de soudage répondant à la très grande variété d'assemblage à réaliser et aux caractéristiques des métaux utilisés. Le premier chapitre décrit les différentes sources d'énergie utilisées en soudage. Suite à cela, une explication plus détaillée du soudage à l'arc électrique est donnée. Enfin nous présentons la conception d'une plateforme d'essai de soudage.<br />Il est possible, bien sûr, d'utiliser une approche empirique pour optimiser un procédé. Néanmoins il y a des avantages à choisir une approche analytique puisqu'on peut en attendre des avancées significatives dans la compréhension des interactions dynamiques présentes dans l'arc. C'est pourquoi nous présentons dans le chapitre 2 les connaissances théoriques de la physique quant au comportement du métal liquide transféré en soudage MIG/MAG.<br />Ce travail comporte donc également un aspect expérimental nécessaire à l'élaboration des bases de données utilisées pour la construction des modèles. Les différents enregistrements ont été effectués au CTAS sur une plate forme équipée d'un système d'acquisition de données pour les mesures de tension, courant, vitesse fil et d'un système de vidéo rapide. Le chapitre 3 présente notre recherche d'une méthode de segmentation permettant d'obtenir le suivi de variables pertinentes. Nous y proposons un capteur logiciel basé sur la théorie des contours actifs et montrons de bons résultats obtenus sur des vidéos expérimentales.<br />Une étape d'ajustement de certains paramètres est indispensable. Elle est donnée dans le chapitre 4. Le simulateur créé permet d'interpréter certains phénomènes importants en soudage, de réaliser une étude de sensibilité « sans risque » et de donner les signatures théoriques de défauts.

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