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Acquisition algorithm and centroid combination for ARRAKIHS
Roman Marwin Zoufal
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomy
Betreuer*in
Franz Kerschbaum
DOI
10.25365/thesis.80316
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21398.71346.797689-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Analysis of Resolved Remnants of Accreted Galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys (ARRAKIHS) Mission ist eine neue F-class mission der ESA. Der Start ist für 2030 geplant. Das Ziel von ARRAKIHS ist es, die Natur der Dunklen Materie (DM) zu studieren, indem die Strukturen in den Halos von nahen milchstraßenähnlichen Galaxien beobachtet werden. Um seine Aufgabe zu erfüllen, muss ARRAKIHS Oberflächenhelligkeiten von besser als 29 mag/arcsec^2 erreichen. Dazu ist ein sogenanntes Fine Guidance System (FGS) notwendig. Das Fine Guidance System (FGS) von ARRAKIHS nutzt einen derselben Detektoren wie die wissenschaftlichen Beobachtungen, um die Bewegung von Sternen zu verfolgen und diese Information an die Satelliten-Plattform weiterzugeben. Die Plattform kann dann, wie erforderlich, die Bewegung des Satelliten gering halten. Die Universität Wien (UVIE) ist damit beauftragt worden, die Application Software (ASW) mit FGS Funktionalität für ARRAKIHS zu entwickeln, da sie durch andere Missionen wie ARIEL und CHEOPS bereits Erfahrungen damit hat. Das UVIE-FGS besteht aus zwei Komponenten. Die „Acquisition“ lokalisiert geeignete Leitsterne. Das „Guiding“ verfolgt die Position der Leitsterne während der Belichtung und informiert die Plattform über die ungewollten Bewegungen, welche dann von dieser kompensiert werden. Im Gegensatz zu früheren Missionen nimmt ARRAKIHS Bilder auf. Daher muss auch die Bildfeldrotation gestoppt werden, wozu mehrere Leitsterne benötigt werden. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, für das ARRAKIHS-FGS neue Algorithmen für die „Acquisition“ und Kombination von Zentroiden zu entwickeln und zu testen. Um die Tests durchführen zu können, wurde ein bereits von früheren Missionen vorhandener Simulator umgebaut/erweitert damit er mit den neuen missionsspezifischen Effekten umgehen kann. Es wurde gezeigt, dass die Algorithmen die benötigte Präzision für einen weiten Bereich an kinematischen Startbedingungen erreichen können. Außerdem ist die Berechnungsgeschwindigkeit, welche auf repräsentativer Hardware getestet wurde, ausreichend hoch. Um sicherzustellen, dass die „Acquisition“ erfolgreich ist, wurden Anforderungen für die Satelliten-Plattform formuliert. Die größten neuen Herausforderungen waren die automatische Auswahl und Kombination der Zentroide für multiple Leitsterne und die lange Auslesezeit der einzelnen Bilder.
Abstract
(Englisch)
The Analysis of Resolved Remnants of Accreted Galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys (ARRAKIHS) mission is an upcoming ESA F-class mission with a planned launch date of 2030. ARRAKIHS aims to study the nature of Dark Matter by observing the structures in the halos of nearby Milky Way-like galaxies. To reach this goal, the satellite needs to achieve surface brightnesses of better than 29 mag/arcsec^2. This requires the use of a so-called Fine Guidance System (FGS), which, in the case of ARRAKIHS, uses the same detectors as the scientific observations to track the movement of stars and reports to the satellite platform in order to have the movement suppressed. The University of VIEnna (UVIE) has been tasked with developing the Application Software (ASW) including FGS functionality for ARRAKIHS, due to its experience with the development of such systems for prior missions like CHEOPS and ARIEL. The UVIE-FGS consists of two parts. The Acquisition, which finds suitable guide stars, and the Guiding, which tracks the movement of the stars during the exposure in order to stabilize the satellite. In contrast to previous missions, ARRAKIHS performs imaging, which also requires the rotation along the Line of Sight to be stopped. As a result, multiple guide stars are now needed. The goal of this thesis was to develop and test new algorithms for the Acquisition and centroid combination of the ARRAKIHS-FGS. For the testing, a previously developed simulator was expanded to handle new mission specific phenomena. The algorithms were confirmed to fulfill their precision requirements for a wide range of kinematic conditions and execute sufficiently fast on representative hardware, too. Requirements for the platform were formulated that should ensure successful Acquisition. The main challenges were the autonomous selection and centroid combination for multiple guide stars and the handling of the long frame readout time.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Arrakihs Weltrauminstrumentation Astronomie Satellit Leitsterne Zentroid fine guidance system
Schlagwörter
(Englisch)
Arrakihs space instrumentation astronomy satellite guide stars centroid fine guidance system
Autor*innen
Roman Marwin Zoufal
Haupttitel (Englisch)
Acquisition algorithm and centroid combination for ARRAKIHS
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
viii, 97 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Franz Kerschbaum
Klassifikation
39 Astronomie > 39.12 Astronomische Instrumente
AC Nummer
AC17780121
Utheses ID
79402
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |