Optical tracklet simulation for space surveillance and tracking
Uzay gözetimi ve takibi için optik iz simülasyonu
- Tez No: 1005486
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT DURMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yörüngedeki yerleşik Uzay Nesnelerinin (Resident Space Objects - RSO) sayısındaki hızlı artış, Uzay Durumsal Farkındalığı (SSA) ve Uzay Gözlem ve Takip (SST) kapsamındaki tespit, takip ve ilk yörünge belirleme süreçlerini kritik hale getirmiştir. Bu operasyonlarda geleneksel bilgisayarlı görü teknikleri yaygın olarak kullanılsa da, performansı artırmak amacıyla son yıllarda makine öğrenmesi (ML) yöntemlerine doğru artan bir yönelim vardır; ancak, bu algoritmaların başarısı ciddi bir veri darboğazı ile karşı karşıyadır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için bu çalışma, uzay gözetleme uygulamalarında hem ML modelleri için sentetik veri üretimine hem de sistem tasarımına katkıda bulunmak üzere tasarlanmış, kontrollü ve doğrulanmış bir altyapı sağlamayı amaçlamaktadır. Bu doğrultuda tez, geometrik olarak hassas sentetik uydu izi görüntüleri üreten bütünleşik bir yazılım çerçevesi sunmaktadır. Geliştirilen çerçeve, yalnızca ML modelleri için veri üretmekle kalmaz, aynı zamanda kullanıcıların gerçek kurulumdan önce farklı teleskop ve kamera konfigürasyonlarını değerlendirmelerine olanak tanıyarak, optik yer gözlem sistemi tasarımları için bir karar destek aracı işlevi görür. Foton modelleme ve ışın izleme tekniklerini kullanan simülatör, hem standart TLE hem de yüksek hassasiyetli SP3 yörünge verilerini destekleyerek mevcut çalışmalardan ayrılır; ayrıca Stellarium entegrasyonu sayesinde çıktıların gerçekçi bir astronomik ortamda görselleştirilmesine olanak tanır. Çalışmanın geçerliliği, Edinburgh Kraliyet Gözlemevi'nden (ROE) elde edilen SWOT ve Haiyang-2C uydularına ait altı gerçek görüntü ve altı farklı teleskop-kamera kombinasyonu kullanılarak test edilmiştir. Görsel karşılaştırma ve Stellarium entegrasyonunu içeren nitel yöntemlerin, Astrometry.net ve STVID çözümlerine dayalı nicel analizlerle birleştirilmesi, üretilen sentetik görüntülerin yüksek sadakate sahip olduğunu kanıtlamıştır. Sonuçlar, arka plan yıldızlarının ve uydu izlerinin referans verilerle hizalandığını; kamera ve atmosferik parametrelerdeki değişimlerin görüntülere radyometrik olarak yansıtıldığını göstermiştir. Gerçekçi görüntüler elde etmek için üretim sürecine, karanlık akım, okuma gürültüsü, bias ve gökyüzü arka planı gibi temel gürültü kaynakları da eklenmiştir. Ancak, üretilen uydu izlerinin gerçek izlere göre kaymış olduğu tespit edilmiştir. Gerçek gözlem verilerinde bulunan deklanşör gecikmesinden kaynaklanan ve üretilen tüm görüntülerde gözlemlenen bu kayma, iz merkezi noktalarına dayalı en küçük kareler yöntemi kullanılarak hesaplanmış; SP3 çözümleri için 0.37 saniyelik, TLE çözümleri için ise 0.46 saniyelik bir gecikme bulunmuştur. Bu zaman gecikmesi düzeltmelerinin uygulanmasının ardından görüntüler yeniden üretilmiş ve uydu izlerinin gerçek gözlem verileriyle hizalanmasında önemli bir iyileşme gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The rapid increase in the number of Resident Space Objects (RSOs) has made detection, tracking, and initial orbit determination processes within the scope of Space Situational Awareness (SSA) and Space Surveillance and Tracking (SST) critical. Although traditional computer vision techniques are widely used in these operations, there has been a growing shift towards machine learning (ML) methods in recent years to enhance performance; however, the success of these algorithms faces a severe data bottleneck. To address this challenge, this study aims to provide a controlled and validated infrastructure designed to contribute to both synthetic data generation for ML models and system design in space surveillance applications. Accordingly, the thesis presents an integrated software framework that generates geometrically precise synthetic satellite tracklet images. The developed framework not only produces data for ML models but also functions as a decision-support tool for optical ground observation system designs, allowing users to evaluate different telescope and camera configurations before real deployment. Utilising photon modelling and ray tracing techniques, the simulator differs from existing studies by supporting both standard TLE and high-precision SP3 orbital data; furthermore, it allows for the visualisation of outputs in a realistic astronomical environment through Stellarium integration. The validity of the study was tested using six real images of the SWOT and Haiyang-2C satellites obtained from the Royal Observatory of Edinburgh (ROE) and six different telescope-camera combinations. Qualitative methods involving visual comparison and Stellarium integration, combined with quantitative analyses based on Astrometry.net and STVID solutions, have proven that the generated synthetic images possess high fidelity. The results indicated that the background stars and tracklets aligned with the reference data, and variations in camera and atmospheric parameters were radiometrically reflected in the images. The generation process also included fundamental noise sources, such as dark current, read noise, bias, and sky background, to achieve realistic images. However, it was detected that the generated tracklets were shifted relative to the real tracklets. This shift, which stems from the shutter latency present in real observation data and was observed in all generated images, was calculated using a least squares method based on tracklet centre points; a delay of 0.37 seconds for SP3 solutions and 0.46 seconds for TLE solutions was found. Following the application of these time delay corrections, the images were regenerated, and a significant improvement was observed in the alignment of the tracklets with the real observation data.
Benzer Tezler
- Genişletilmiş kalman süzgeci ile pasif akustik hedef hareket analizi
Başlık çevirisi yok
KEMAL EVCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. A. HAMDİ KAYRAN
- Development of a segmented detector for reactor antineutrinos
Reaktör antinötrinoları için bölmeli bir dedektörün geliştirilmesi
MUSTAFA KANDEMİR
Doktora
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUAMMER ALTAN ÇAKIR
- Human action recognition for mobile robots
Mobıl robotlar ıçın ınsan hareket analızı
ULYA BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. İLKAY ULUSOY PARNAS
- Havalı kollektörle ısıtma ve ekserji analizi
Heating with the solar air collector and its exergy analysis
MUSTAFA ALTUNBAŞ
- Decorrelation approaches for distributed fusion with target tracking algorithms
Hedef izleme algoritmalarıyla dağıtık füzyon için ilintisizleştirme yaklaşımları
DUYGU ACAR
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UMUT ORGUNER