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        鑫圖sCMOS相機助力空間碎片新型檢測系統研發

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        2018-12-17
        應用實例

        應用背景及挑戰?

         

        近年來,人們對利用小型地面光學望遠鏡(D<0.5m)在地球同步(GEO)和近地軌道中發現和監測碎片(d~20厘米)的能力相當感興趣。這類物體的威脅是顯而易見的,在此小型望遠鏡具有無與倫比的成本優勢,其在理想的光照和大氣條件下具有探測微弱對象的能力。然而,這種情況的組合相對少見,使得常規和持續的監測更具挑戰性。 為了克服這些限制,幾位來自美國新墨西哥大學的科學家們搭建了一套新型光學檢測和分析系統,用比常規尺寸小得多的望遠鏡搭載Dhyana 95(Tucsen)sCMOS相機實現了這一目標。

         

        JTMA空間碎片檢測系統

         

        圖1 JTMA開發的0.35米的光學系統

         

        此光學系統是在CelestronC-14上耦合一種超級聚焦校正器,其光圈為f/1.9。Dhyana 95相機傳感器的有效成像面積為22.528×22.528mm,像素大小為11×11μm,并且其平均中值讀出噪聲為1.8e-。當相機的溫度降至-10℃時,多數像素的暗電流可以忽略不計,而剩余的很容易被掩蓋。Dhyana 95相機是通過USB 3.0進行數據傳輸,這是高數據幀率所必需的,它的速度可以超過每秒1億像素。

         

        應用實例?

         

        下圖2-5顯示了該系統測試的一些初步結果,所有的這些圖像都源自相同的256幀的原始數據,通過不同的組合以不同的目標速率進行檢測。

         

         

        圖2恒星速率堆棧圖像顯示的中等密度星場(星星以正常的圓點擴散函數模式顯示,地球同步或近地同步的對象則為線條格式。圖中顯示有三個容易識別的地球同步靜止物體和一個明亮的近地球同步靜止物體。)


         

        圖3地球同步速率堆棧圖像顯示的條紋星場(地球同步物體現在以點源格式顯示,而恒星則為條紋狀。同樣的三個容易識別的地球靜止物體和一個明亮的近地靜止物體被檢測到。)


         

        圖4去除恒星的地球同步速率堆棧圖


         

        圖5去除恒星的近地同步速率堆棧圖(對這個圖像堆棧分析發現了另一個近地球靜止物體。這個物體在mv =16.5時并不是那么微弱,但對大多數的傳統技術來說仍然具有挑戰性。它的存在可以在相鄰的圖像堆棧中得到證實。)。

         

         

        應用總結

         

        這些結果極致地展示了大尺寸成像圖像堆疊的效果,反映了Dhyana 95相機大像元、大有效成像面積的特點,且其高幀率、低讀出噪聲的特點可以讓成像模式的靈敏度極限可以達到mv<18,并且在搜索速率為每小時180平方度下保持良好的靈敏度。

         

        參考資料

         

        Zimmer, P., McGraw, J. T., Ackermann, M., “Towards Routine Uncued Surveillance of Small Objects at and near Geostationary Orbit with Small Telescopes,” Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference (AMOS). Wailea Beach Resort & SPA Marriott, Hawaii, USA, 2016.

         

        注:本文所有資料的使用和公布均得到作者同意,如有其他三方引用請標明資料出處。

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