Uzay uygulamaları için yetenekli uzaktan görüntüleme sistemleri
Capable remote imaging systems for space applications
- Tez No: 986757
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Astronomi ve Uzay Bilimleri, Aeronautical Engineering, Astronomy and Space Sciences
- Anahtar Kelimeler: Elektrooptik aletler, Küp uydu, Optik teleskop, Electo-optic devices, Cubesat, Optical telescope
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Milli Savunma Üniversitesi
- Enstitü: Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uzay Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, küçük uydu platformları için verimi yüksek optik teleskop alt sistemlerinin geliştirilmesi, analiz edilmesi ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. Küçük uydular, maliyetleri düşük, geliştirme süreleri az ve tasarım kabiliyetlerinin esnek olması sayesinde uzaktan algılama, çevresel izleme ve astronomik gözlem gibi alanlarda tercih edilmektedir. Ancak sınırlı hacim, kütle ve güç bütçeleri; optik görev yüklerinin hem yapısal dayanıklılık hem de görüntü kalitesi açısından optimize edilmesini gerektirmektedir. Bu kapsamda, araştırma reflektör tip Cassegrain teleskop yapısına sahip elektro optik alt sistemlerin tasarım, analiz ve performans değerlendirme süreçlerini kapsamaktadır. Çalışmanın temel amacı, ikincil ayna tutucularının geometrik parametrelerinden biri olan yapışma açısını literatüre kazandırmaktır. Yapışma açısı parametresinin optik ve yapısal performans üzerindeki etkilerini ortaya koymak ve küçük uydu uygulamaları için optimum açıyı belirlemektir. Bu doğrultuda, optik sistem tasarımı Zemax OpticStudio ortamında gerçekleştirilmiş, görüntü kalitesi parametreleri nokta yayılım fonksiyonu (PSF), modülasyon transfer fonksiyonu (MTF), çevrelenen enerji (Fractional Encircled Energy, FEE) ve mekansal çözünürlük (GSD, GRD) metrikleri gibi parametrelerin üzerinden değerlendirilmiştir. Optik performans analizleri 0.4861 µm -0.6563 µm dalga boyu aralığında yürütülmüş ve farklı yapışma açılarına sahip ikincil ayna tutucu modelleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, 60° yapışma açısına sahip eğrisel tutucunun (Model C), düz ve diğer açılı konfigürasyonlara göre daha yüksek optik performans sergilediğini göstermiştir. Bu modelde MTF optik değeri %25.9, MTF sensör %63.7, MTF imager ise %16.9 olarak elde edilmiştir. Ayrıca jitter, smear, ground velocity mismatch ve forward linear motion etkileri dikkate alınarak sistemin toplam MTF karakteristiği analiz edilmiştir. Yapısal analizler, optik alt sistemin fırlatma koşullarındaki kararlılığını değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Yapısal analizler, 16U sınıfında 200×200×400 mm boyutlarında, toplam 29.66 kg kütleye sahip küçük uydu modeli için yürütülmüştür. Yapısal doğrulama, ANSYS ortamında sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak yapılmış, en yüksek deformasyon, gerilme dağılımı ve doğal frekans sonuçları değerlendirilmiştir. Optik elemanlar arasındaki hizalama toleranslarının korunması için maksimum sapmanın 0.1 mm altında kalması hedeflenmiştir. Bulgular, eğrisel 60° tutucu konfigürasyonunun hem rijitlik hem de dayanım açısından fırlatma yüklerine karşı yeterli güvenlik faktörü sağladığını göstermiştir. Çalışmada ayrıca misalignment (hizalama hatası) kaynaklı aberasyonların yapay zekâ tabanlı yaklaşımlar ile tahmin edilebilmesine yönelik ön analizler de ele alınmıştır. Literatürdeki derin öğrenme tabanlı yöntemler incelenmiş, PSF, MTF ve wavefront map parametreleri üzerinden modellenmesi önerilmiştir. Bu yönüyle tez, klasik optik tasarım süreçlerine ek olarak modern veri temelli yöntemlere de temel oluşturmayı hedeflemektedir. Sonuç olarak, bu çalışma küçük uydu platformlarında kullanılacak optik teleskop alt sistemleri için optik ve yapısal düzeyde bütünleşik bir analiz yaklaşımı önermektedir. Yapışma açısının optimizasyonu sayesinde sistemdeki difraksiyon etkileri önemli ölçüde azaltılmış, görüntü kontrastı ve mekansal çözünürlük iyileştirilmiştir. Çalışma, küçük uyduların optik görev yükü tasarımında yeni nesil eğrisel tutucu geometrilerinin potansiyelini ortaya koymakta ve gelecekteki elektro optik sistem tasarımlarına önemli bir referans oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study focuses on the development, analysis, and optimization of high performance optical telescope subsystems designed for small satellite platforms. In recent years, small satellites have become increasingly preferred in remote sensing, environmental monitoring, and astronomical observation missions due to their low cost, rapid development cycle, and flexible design capabilities. However, the limited volume, mass, and power budgets of these systems necessitate the optimization of optical payloads in terms of both structural robustness and imaging performance. In this context, the research concentrates on the design, analysis, and performance evaluation of electro optical subsystems based on a reflector type Cassegrain telescope architecture. The main objective of this study is to investigate the influence of the adhesion angle a key geometric parameter of secondary mirror holders on both optical and structural performance, and to determine the optimal configuration for small satellite applications. The optical system was designed using Zemax OpticStudio, and image quality metrics including Point Spread Function (PSF), Modulation Transfer Function (MTF), Fractional Encircled Energy (FEE), and spatial resolution parameters (GSD, GRD) etc. were used to evaluate performance. Optical performance analyses were conducted over the wavelength range of 0.4861-0.6563 µm, comparing multiple secondary mirror holder models with different adhesion angles. The results demonstrated that the curved 60° holder configuration (Model C) provided the best optical performance, with a measured MTF optic of 25.9%, MTF sensor of 63.7%, and MTF imager of 16.9%. In addition, the effects of jitter, smear, ground velocity mismatch, and forward linear motion were comprehensively analyzed to evaluate their combined influence on total system MTF. Structural analyses were performed to evaluate the stability of the optical payload under launch conditions. The analyses were conducted for a 16U-class satellite with dimensions of 200×200×400 mm and a total mass of 29.66 kg. Finite Element Method (FEM) simulations in ANSYS were used to determine maximum deformation, stress distribution, and modal frequencies. The results indicated that the 60° curved holder design maintained the required mechanical rigidity and alignment stability, with maximum deformation remaining below 0.1 mm under launch induced loads, ensuring optical alignment integrity and a sufficient safety margin. Additionally, preliminary investigations on the use of artificial intelligence for misalignment detection in optical systems were conducted. The study reviewed recent literature on deep learning based methods for estimating alignment errors through wavefront aberration data, proposing the potential use of Zernike coefficients as training features for future AI models. This approach provides a bridge between traditional optical design methods and modern data driven optimization techniques. In conclusion, this research presents an integrated optical-stuctural analysis approach for small satellite optical telescope subsystems. The optimization of the adhesion angle has been shown to effectively minimize diffraction artifacts, enhance image contrast, and improve spatial resolution. The findings emphasize the importance of curved secondary mirror holder geometry as a practical and high performance design parameter in compact electro optical payloads. This study provides a novel contribution to the design methodology of optical payloads for small satellites and establishes a reference for future space-based imaging system developments.
Benzer Tezler
- Land cover and land use classification of multi-modal high-resolution satellite images using multi-task deep learning approach
Çok görevli derin öğrenme tekniği ile çok kipli yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinin arazi örtüsü ve arazi kullanımı sınıflandırılması
BURAK EKİM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELİF SERTEL
- Hızlı katılaşma ile yüksek mukavemetli malzemelerin üretilmesi ve kurşun-asit akümalatörlerine uygulanması
Başlık çevirisi yok
ÜMİT AKÇAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ
- Yıldızlarda erke üretimi
Başlık çevirisi yok
M.CAN AKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Astronomi ve Uzay BilimleriEge ÜniversitesiAstronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı