A tool for NEO observation planning

This thesis is focused on the development and validation of a tool with the mainly aim to create an instrument to support Near Earth Objects observation planning through optical telescopes. Thanks to the aid of NAIF toolkit a program has been implemented, written in MATLAB language, to simulate the possible observations from Earth. Primarily the tool has been thought to find all the visible windows for a small celestial body and the observation angles related, from one or more Earth locations. For this purpose have been modelled: . Geometry: to detect an object must be known the relative position, hence the tool evaluates the Earth and target state vectors, correct them for aberration and light time effects, then the vectors are transformed from inertial to local frame at the reference epoch selected, and finally they are converted in spherical coordinates to retrieve the observation angles. . Geometrical constraints : to verify whether an object is visible rise and set times of the target, Sun and Moon presence during the survey and the target brightness are calculated. The object luminosity is function of the elongation angle, that is the angular separation from Sun as seen by an Earth's observer. . Observatory constraints : magnitude and elevation limit of the telescope can affect and hinder observation, these aspects together with the sky coverage are considered to ascertain if an asteroid can be sighted. The tool offer to the user the choice of one or many locations on the world map and one or a set of targets to obtain all the parameters necessary to schedule an optical observation. The program can be used to: . plan follow-up observations; . support sensor design and to upgrade the existing ones; . estimate the currently observability capabilities. In addition the tool can be used to simulate observations and using the angular parameters retrieved for orbital determination. The program application can be extended including observation from space telescope, adding the computation of its state vector and referring the observation angles to a frame fixed with the satellite. All the individual features of the developed program are tested and the results compared with data earned by means of really reliable free accessible online tools to determine the accuracy order of the observation parameters evaluated. Finally to conclude are suggested many future works in order to complete, make it more accurate and widening the tool capabilities and applications.

Questa tesi è incentrata sullo sviluppo e verifica di un programma il cui obiettivo principale è quello di creare uno strumento per supportare la pianificazione dell'osservazione di Near-Earth Objects per mezzo di telescopi ottici. Il codice è stato scritto in linguaggio MATLAB e grazie anche all'ausilio delle funzioni di NAIF è stato implementato un programma che simula le possibili osservazioni dalla terra. Il tool è stato principalmente pensato per trovare tutte le eventuali finestre di visibilità per un piccolo corpo celeste e i relativi angoli di osservazione, da una o più stazioni di terra. A questo scopo sono state modellate: . Geometria del problema: per individuare l'osservabilità dell'oggetto devono essere note le posizioni relative, quindi il programma determina i vettori di stato della terra e del target, corregge per l'effetto dell'aberrazione e del light time, trasforma dai sistemi inerziali a quelli locali al tempo di riferimento scelto e ricava gli angoli di osservazione. . Vincoli geometrici per l'osservazione : per verificare l'effettiva rilevabilità à vengono calcolati gli orari di alba e tramonto, la presenza del sole e della luna come sorgenti di luce che impediscono la visibilità e l'illuminazione del target, ovvero la sua separazione angolare dal sole vista dalla terra. . Vincoli dell'osservatorio: due fondamentali caratteristiche dello strumento sono prese in considerazione la magnitudine e l'elevazione limite, e in aggiunta è valutata la copertura del cielo che potrebbe ostruire la visibilità. Il programma offre all'utilizzatore la possibilità di selezionare un posto sulla mappa del mondo e uno oppure un set di targets per valutarne tutti i possibili parametri d'interesse, necessari al fine di programmare un piano di osservazione ottica. L'uso del tool può consentire di: . programmare osservazioni di follow-up; . supportare la progettazione di architetture di sensori o l'upgrade di sensori esistenti; . stimare le attuali capacità osservative. Inoltre il tool può essere usato per generare osservazioni simulate per programmi di determinazione orbitale, sfruttando i parametri angolari restituiti. Si può anche pensare di estendere l'uso del programma includendo l'opzione di osservazione da satellite, semplicemente aggiungendo il calcolo del suo vettore di stato al tempo scelto e valutando gli angoli di osservazione rispetto ad un riferimento fisso ad esso. Tutte le singole prestazioni sono state verificate tramite l'uso di programmi disponibili online e di comprovata affidabilità e ne è risultato che i dati ottenuti possono essere considerati di un'accuratezza accettabile. Per concludere sono stati indicati i possibili sviluppi futuri per rendere il programma più completo, preciso e ampliarne le funzionalità.