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鑫图sCMOS相机助力空间碎片新型检测系统研发

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2018-12-17
应用实例

应用背景及挑战​

 

近年来,人们对利用小型地面光学望远镜(D<0.5m)在地球同步(GEO)和近地轨道中发现和监测碎片(d~20厘米)的能力相当感兴趣。这类物体的威胁是显而易见的,在此小型望远镜具有无与伦比的成本优势,其在理想的光照和大气条件下具有探测微弱对象的能力。然而,这种情况的组合相对少见,使得常规和持续的监测更具挑战性。 为了克服这些限制,几位来自美国新墨西哥大学的科学家们搭建了一套新型光学检测和分析系统,用比常规尺寸小得多的望远镜搭载Dhyana 95(Tucsen)sCMOS相机实现了这一目标。

 

JTMA空间碎片检测系统

 

图1 JTMA开发的0.35米的光学系统

 

此光学系统是在CelestronC-14上耦合一种超级聚焦校正器,其光圈为f/1.9。Dhyana 95相机传感器的有效成像面积为22.528×22.528mm,像素大小为11×11μm,并且其平均中值读出噪声为1.8e-。当相机的温度降至-10℃时,多数像素的暗电流可以忽略不计,而剩余的很容易被掩盖。Dhyana 95相机是通过USB 3.0进行数据传输,这是高数据帧率所必需的,它的速度可以超过每秒1亿像素。

 

应用实例​

 

下图2-5显示了该系统测试的一些初步结果,所有的这些图像都源自相同的256帧的原始数据,通过不同的组合以不同的目标速率进行检测。

 

 

图2恒星速率堆栈图像显示的中等密度星场(星星以正常的圆点扩散函数模式显示,地球同步或近地同步的对象则为线条格式。图中显示有三个容易识别的地球同步静止物体和一个明亮的近地球同步静止物体。)


 

图3地球同步速率堆栈图像显示的条纹星场(地球同步物体现在以点源格式显示,而恒星则为条纹状。同样的三个容易识别的地球静止物体和一个明亮的近地静止物体被检测到。)


 

图4去除恒星的地球同步速率堆栈图


 

图5去除恒星的近地同步速率堆栈图(对这个图像堆栈分析发现了另一个近地球静止物体。这个物体在mv =16.5时并不是那么微弱,但对大多数的传统技术来说仍然具有挑战性。它的存在可以在相邻的图像堆栈中得到证实。)。

 

 

应用总结

 

这些结果极致地展示了大尺寸成像图像堆叠的效果,反映了Dhyana 95相机大像元、大有效成像面积的特点,且其高帧率、低读出噪声的特点可以让成像模式的灵敏度极限可以达到mv<18,并且在搜索速率为每小时180平方度下保持良好的灵敏度。

 

参考资料

 

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:本文所有资料的使用和公布均得到作者同意,如有其他三方引用请标明资料出处。

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