Radiometric model of the POSST telescope for space debris monitoring

The present work is developed in the contest of the "PoliMi Optical sensor for Space Surveillance and Tracking" (POSST) project of Politecinco di Milano. The POSST project aims to use a medium-large optical telescope, the 11-inch Celestron Rowe-Ackermann Shmidt Astrograph, to perform space debris survey and tracking. The present work is born form the necessity to asses the performances of the POSST system in the task of the space debris tracking, precisely the objective is to determine if the system is able to perform the space debris tracking, under which conditions, and its performances in carrying out this task. Due to the high level of complexity in defining a mathematical model of an object such as the space debris, it was decided to develop a model in which the observed object is a star-like object, far more easier to describe and model. Even if the source considered in this equivalent problem is not the real source (the space debris), the tracking performances relative to this source can be linked to the performances in the tracking of the space debris. The aim of the present work is then to asses the performances of the POSST system in observing a star-like object and model its functioning. Precisely it is requested to: 1) determine if the source observed is detectable by the POSST system; 2) build a radiometric model of the POSST system able to link the features of the image generated with the features of the source observed; 3) generate a simulated image of the acquisition. A radiometric model of the POSST system was then developed and implemented in a simulator called POSST_Sim, which is written in Python. The radiometric model, along with the simulator POSST_Sim, are able to satisfy all the three requirements listed before: quantify the detection performances, generate a simulated image of the acquisition and link the features of the image with the ones of the observed source.

Il presente lavoro viene sviluppato nell'ambito del progetto "PoliMi Optical sensor for Space Surveillance and Tracking" (POSST) del Politecinco di Milano. Il progetto POSST mira ad usare un telescopio di dimensioni medio-grandi, il Celestron Rowe-Ackermann Shmidt Astrograph da 11 pollici, per eseguire il tracciamento e monitoraggio dei detriti spaziali. Il presente lavoro è nato dalla necessità di determinare le prestazioni del sistema POSST nell'operazione di tracciamento dei detriti spaziali, più precisamente l'obiettivo è quello di determinare se il sistema è in grado di eseguire il tracciamento dei detriti spaziali , in quali condizioni, e le sue prestazioni nel portare a termine questa operazione. A causa dell'alto livello di complessità nel definire un modello matematico di un oggetto come i detriti spaziali, è stato deciso di considerare un problema equivalente in cui l'oggetto osservato abbia caratteristiche simili ad una stella, sorgente più facile da caratterizzare e modellare. Anche se la sorgente considerata in questo problema equivalente non è la sorgente reale (i detriti spaziali), le prestazioni relativamente al problema di tracciamento di questa sorgente possono essere collegate alle prestazioni nel tracciamento dei detriti spaziali. L'obiettivo del presente lavoro è quindi di determinare le prestazioni del sistema POSST nell'osservare oggetti simili a stelle e modellarne il funzionamento. Più precisamente viene richiesto di: 1) determinare se la sorgente osservata è identificabile dal sistema POSST; 2) sviluppare un modello radiometrico del sistema POSST in grado di collegare le caratteristiche delle immagini acquisite con le caratteristiche della sorgente osservata; 3) generare una immagine simulata dell'acquisizione. Un modello matematico del sistema POSST è stato quindi sviluppato e implementato in un simulatore denominato POSST_Sim, scritto in Python. Il modello radiometrico, assieme al simulatore POSST_Sim, é in grado di soddisfare tutte e tre le richieste riportate sopra: quantificare le prestazioni nell'identificazione, generare un immagine simulata dell'acquisizione e determinare il collegamento fra le caratteristiche dell'immagine e quelle della sorgente osservata.