Optical design of a star-tracker for low-earth orbit satellite systems
Alçak yörüngedeki uydu sistemleri için yıldız izler optik tasarımı
- Tez No: 966716
- Danışmanlar: PROF. DR. BEYZA LİŞESİVDİN, DR. ÖZGÜR KARCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Uydu platformlarında yönelim belirleme, görev doğruluğunu etkileyen önemli ve temel bir faktördür. Yıldız İzler (Star Tracker, ST), bilinen yıldız konumlarını referans alarak yüksek hassasiyetle yönelim bilgisi sağlayan önemli bir yönelim belirleme aracıdır. Bu tez çalışmasında, Alçak Dünya Yörüngesinde (LEO) görev yapacak bir uydunun pozisyon belirlemesi için kullanılacak, 1 yaysaniye (arcsecond) ölçüm hassasiyetine sahip Yıldız İzler sistemi objektif tasarımı yapılmıştır. Sistem mühendisliği çalışmaları kapsamında, sistemde kullanılacak görüntü sensörü belirlenerek, sinyal-gürültü oranı (SNR), f-sayısı (F/#) ve görüş açısı (field of view, FOV) hesaplamaları yapılarak belirlenmiştir. Görüntüleme biriminde kullanılan sensör, 1024×1024 çözünürlüğe, 18 µm piksel boyutuna ve ortalama %60 kuantum verimliliğine sahip, global shutter teknolojisine sahip radyasyona dayanıklı CMOS sensördür. F/1,2, 19° görüş açısı ve 55 mm odak uzaklığına sahip optik sistem tasarım mimarisi Double-Gauss üzerine temellendirilmiştir. Optik tasarım, radyasyona dayanıklı ve standart malzemelerle optimize edilmiş ve üretim sonrası performans dağılımını değerlendirmek amacıyla hassasiyet ve Monte Carlo analizleri gerçekleştirilmiştir. 10 000 iterasyonluk Monte Carlo simülasyonu sonucunda üretim sonrasında da optik performansın başarılı olacağı görülmüştür. Ayrıca, görüş alanı (FOV) dışından gelen kaçak-ışın kaynakları belirlenmiştir. Güneş kaynaklı kaçak-ışın etkilerini azaltmak amacıyla ışık perdesi boyutları hesaplanarak, simüle edilmiş olup dedektör üzerinde yarattığı olumsuz etkiler analiz edilmiştir. Lenslerde meydana gelen iç yansımadan kaynaklı kaçak ışınlar için“hayalet görüntü”filtresi kullanılarak kritik yüzeyler tespit edilmiştir ve bu yüzeylere anti-reflektif kaplama uygulanmıştır. Bütüncül bir yaklaşım sonucunda ST optik birimi, ölçüm hassasiyeti ve üretilebilirlik açısından hedeflenen kriterleri karşılayacak şekilde başarıyla tasarlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Attitude determination on space platforms is a fundamental factor that directly affects mission accuracy. Star Trackers (ST) provide high-precision orientation information by referencing the known positions of stars. In this thesis, the optical unit of a Star Tracker System (STT) with 1 arc-second measurement accuracy was designed for a satellite operating in Low Earth Orbit (LEO). Within the scope of the system engineering activities, the imaging sensor was selected and system parameters such as signal-to-noise ratio (SNR), F-number (F/#), and field of view (FOV) were calculated. The imaging sensor features a resolution of 1024×1024 pixels, 18 µm pixel size, 60% average quantum efficiency, and is based on radiation-hardened CMOS technology with a global shutter. The optical system, with an F/1,2 aperture, 19° FOV, and 55 mm focal length, was based on the Double-Gauss architecture. The design was optimized using both radiation-resistant and standard optical materials. To evaluate the impact of manufacturing tolerances on optical performance, sensitivity analysis and Monte Carlo simulations were conducted. Results from a 10 000 iteration Monte Carlo simulation demonstrated that the system maintains sufficient optical performance after manufacturing. Additionally, potential stray-light sources originating from outside the field of view were identified and analyzed. To mitigate solar-induced stray-light, baffle dimensions were calculated and simulated, and their effects on the detector were assessed. Ghost image analysis was also performed to identify critical surfaces that cause internal reflections within the lenses; anti-reflective coatings were applied to these surfaces. As a result of this integrated approach, the optical unit of the Star Tracker System was successfully designed to meet the targeted criteria for both measurement accuracy and manufacturability.
Benzer Tezler
- Design of a star tracker for nano/micro satellites
Nano/micro uydular için yıldız tarayıcı tasarımı
BOĞAÇ KARABULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
- Düşük basınç döküm makinesinin tasarımı ve imalatı Al12Si alaşımının üretılmesı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Manufacturing and design of low-pressure casting machine production of Al12Si alloy and examination of its mechanical properties
ABDULSEFA CİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TANSEL TUNÇAY
- Gemilerin manevra denklemlerinin bilgisayarla çözümü
The Solutions of equations of ship manoeuvres by the computer
EMİN KORKUT
- Enerji etkin bina tasarımında ısıtma enerjisi harcamalarını azaltmaya yönelik bir iyileştirme çalışması
A study to reduce heating energy consumption in energy efficient building design
AYÇA GAZİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DR. ŞULE FİLİZ AKŞİT
YRD. DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
- Hızlı prototip üretim teknolojileri
Başlık çevirisi yok
LEVENT YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Malzemesi ve İmalat Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER ERTEN