Optical design of a star-tracker for low-earth orbit satellite systems

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, FİZİK ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: GÜL ERÇETİN

Danışman: ÖZGÜR KARCI, BEYZA LİŞESİVDİN

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.