Detailansicht
Target acquisition for space applications
Philipp Löschl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Franz Kerschbaum
Mitbetreuer*in
Roland Ottensamer
DOI
10.25365/thesis.52312
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24566.09735.739561-2
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Genaue Information über die aktuelle Ausrichtung eines Teleskops ist seit jeher die Vor-
aussetzung für hochpräzise astronomische Beobachtungen. Während dies schon für erd-
gebundene Teleskope schwierig sein kann, ist es bei weltraumbasierten Teleskopen, auf-
grund ihrer ständigen Orbitalbewegung, eine besondere Herausforderung. Die Anforde-
rungen an die Genauigkeit sind dabei von Mission zu Mission unterschiedlich und werden
in der Regel mit spezieller Hardware für die Lagebestimmung erfüllt. Dabei können dedi-
zierte Instrumente wie Stern- oder Sonnensensoren, oder aber auch die wissenschaftliche
Instrumentierung direkt zum Einsatz kommen. Im letzteren Fall wird nach der anfängli-
chen Ausrichtung die erzielte Lage mit dem Teleskop erneut vermessen und bestätigt bzw.
gegebenenfalls korrigiert. Der Characterising ExOPlanet Satellite, oder auch CHEOPS ge-
nannt, ist ein Fall, wo diese Technik zum Einsatz kommt. CHEOPS ist für ultrahochprä-
zise Photometrie von Sternen mit bekannten Exoplaneten konzipiert und wird die Erde
in einem 3-Achsen stabilisierten sonnensynchronen Orbit umkreisen. Dieser Orbit wur-
de zwar für ungestörte Beobachtungen bei minimalem Streulicht optimiert, ist bei Pe-
rigäumsdurchgängen allerdings thermischen Schwankungen ausgesetzt. Daraus entsteht
eine periodische thermoelastische Deformation zwischen der Teleskopstruktur und dem
Service-Modul, welche die präzise Ausrichtung zwischen den Sternsensoren und dem Te-
leskop beeinflusst und in weiterer Folge eine genaue Platzierung des beobachteten Sterns
am CCD verhindert. Da der beobachtete Stern damit nicht auf der geplanten CCD Position
abgebildet wird, ist es für die wissenschaftlichen Beobachtungen notwendig diesen über
ein dediziertes Sternerkennungssystem zu finden und die Ausrichtung dementsprechend
zu korrigieren. Dieses System wurde softwareseitig implementiert und besteht aus Soft-
warekomponenten zur Sterndetektierung und zwei unterschiedlichen Algorithmen, um
die Sterne am Nachthimmel mittels geometrischen und photometrischen Eigenschaften
eindeutig zu identifizieren. Der vermutlich hauptsächlich benutzte geometrische Identi-
fikationsalgorithmus wurde ursprünglich für den Einsatz ohne jegliche Information zur
momentanen Ausrichtung in Sternsensoren konzipiert. Da diese für CHEOPS bis auf einen
bekannten maximalen Ausrichtungsfehler vorhanden ist, wurde er entsprechend adaptiert
und optimiert. In dieser Masterarbeit wird das Design, die Implementierung und Konfigu-
ration dieses maßgeschneiderten Sternerkennungssystems präsentiert. Zusätzlich wurden
Leistungstests unter verschiedensten Beobachtungsbedingungen durchgeführt, um den
reibungsfreien Einsatz zu garantieren.
Abstract
(Englisch)
The prerequisite for any astronomical high precision observation is accurate knowledge
of the telescope pointing. While this can be a difficult task to achieve for ground based
observatories, it is especially challenging for the case of space telescopes due to their non
stationary nature. The requirements for pointing accuracy are mission and observation de-
pendent and are usually achieved with specialised attitude determination hardware such
as star trackers or sun sensors. In some cases, it can also be necessary to further improve
the pointing by the utilisation of the science instrument. Thus, observations with the final
pointing are used to verify or improve the achieved accuracy. The CHaracterising ExO-
Planet Satellite (CHEOPS) is such a case. It will perform ultra high precision photometry
of stars that are confirmed hosts of exoplanets on a 3-axis stabilised sun-synchronous or-
bit. While this orbit is optimised for uninterrupted observations at minimum stray light
conditions, it will periodically introduce thermal variations during close approaches for
perigee passes. As a result, thermo-elastic deformations between the spacecraft bus and
the optical telescope assembly will affect the alignment between the star trackers and the
payload instrument. This introduces a periodic high pointing uncertainty, which will not
only interfere with the reliable placement of the target star on its intended location, but
also its respective identification. Therefore, an additional acquisition system for a distinct
target identification became crucial for the nominal mission operation. In its current im-
plementation it consists of software to locate star positions on observed full frame images
and two independent star identification algorithms, which are designed to identify the
target star by its photometric or the geometric properties of the surrounding field of view
(FOV).
The main acquisition algorithm was built upon an algorithm that was originally developed
for the use in star trackers that operate in lost in space scenarios, where no initial attitude
information is available. It was adapted and optimised for the special case of CHEOPS,
where an initial attitude up to a maximum pointing error is available for each observation.
The design, implementation and configuration of said acquisition system is subject of this
thesis, which is meant to be a compendium for the CHEOPS science operations staff. In
addition, it features a detailed description of the various test campaigns that verified the
optimal performance under all anticipated conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Target Acquisition Space Spacecraft Satellite Telescope Astronomical Observation Pointing Correction Star Pattern Recognition Identification CHEOPS
Schlagwörter
(Deutsch)
Stern Sternerkennung Sternbilderkennung Mustererkennung Weltraum Satellit Teleskop Raumsonde Beobachtung Ausrichtung Korrektur CHEOPS
Autor*innen
Philipp Löschl
Haupttitel (Englisch)
Target acquisition for space applications
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
111 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Franz Kerschbaum
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.11 Astronomische Beobachtung, Observatorien, Planetarien ,
39 Astronomie > 39.12 Astronomische Instrumente
AC Nummer
AC15084531
Utheses ID
46195
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |