The focus control mechanism of the multi-purpose camera can be required for the better quality image acquisition. A good image acquisition through the hardware system including the optics and image sensor, has to be processed before the post correction for improvement of image quality. In the case of the high-resolution satellite camera, the focus control is not a necessity, unlike a normal camera due to a fixed optical system, but may be required due to various reasons. Although there is a basic focus control method using a motor for satellite electronic optical camera, a focus control method using thermal control can be a good alternative because of its various advantages in design, installation, operation, contamination, high reliability and etc. In this paper, we describe the design method and implementation results for the focus control mechanism using the temperature sensor and heater installed in the telescope structure. In the proposed focus control method, the measured temperature information is converted into temperature data by the Kalman filter and the converted temperature data are used in PI controller for the thermal focus control.
The optics of Space telescope is one of the major parts of space mission used for imaging observation of astronomical targets and the Earth. These kinds of space mission have a bulky and complex opto-mechanics with a long optical tube, but there are attempts have been made to observe a target with a small satellite in many ways. In this paper, we describe an optical design of a reflecting telescope for use in a CubeSat mission. For this design, we adopt the off-axis segmented method of astronomical observation techniques based on the Ritchey-Chr$\acute{e}$tien type telescope. The primary mirror shape is a rectangle with dimensions of $8cm{\times}8cm$, and a secondary mirror has dimensions of $2.4cm{\times}4.1cm$. The focal ratio is 3 which can obtain a $0.3{\times}0.2$ degree diagonal angle in a $1280{\times}800$ CMOS color image sensor with a pixel size of $3{\mu}m{\times}3{\mu}m$. This optical design can capture a ${\sim}4km{\times}{\sim}2.3km$ area of the earth's surface at 700 km altitude operation. Based on this conceptual design, we will keep trying to study more for astronomical observation with Attitude control system.
The use of segmented mirrors is one of the ways to make the primary mirror of a spaceborne satellite larger, where several small mirrors are combined into a large monolithic mirror. To align multiple segmented mirrors as one large mirror, there must be no discontinuity in the x, y-axis (tilt) and axial alignment error (piston) between adjacent mirrors. When the tilt and piston are removed, we can collect the light in one direction and get an expected clear image. Therefore, we need a precise wavefront sensor that can measure the alignment error of the segmented mirrors in nm scale. The tilt error can be easily detected by the point spread image of the segmented mirrors, while the piston error is hard to detect because of the absence of apparent features, but makes a downgraded image. In this paper we used an optical testing interferometer such as a Fizeau interferometer, which has various advantages when aligning the segmented mirror on the ground, and focused on measuring the axial displacement error of a segmented mirror as the basic research of measuring the piston errors between adjacent mirrors. First, we calculated the relationship between the axial displacement error of the segmented mirror and the surface defocus error of the interferometer and verified the calculated formula through experiments. Using the experimental results, we analyzed the measurement uncertainty and obtained the limitation of the Fizeau interferometer in detecting axial displacement errors.
The 'Amon-Ra' instrument of the proposed 'EARTHSHINE' satellite is a dual (i.e. imaging and energy) channel instrument for monitoring the total solar irradiance (TSI) and the Earth's irradiance at around the L1 halo orbit. Earlier studies for this instrument include, but not limited to, design and construction of breadboard Amon-Ra imaging channel, stray light suppression and system performance computation using Integrated Ray Tracing (IRT) technique. The Amon-Ra instrument is required to produce 0.3% in uncertainty for both Sunlight and Earthlight measurement. In this study, we report accurate estimation of the output electric signal derived from the orbital variation of radiant exitance from the Sun and the Earth arriving at the aperture and detector plane of the Amon-Ra. For this, orbital irradiance are computed analytically first and then confirmed by simulation using Integrated Ray Tracing (IRT) model. Specially, the results show the arriving power at the bolometer detector surface is $1.24{\mu}W$ for the Sunlight and $1.28{\mu}W$ for the Earthlight, producing the output signal pulses of 34.31 mV and 35.47 mV respectively. These results demonstrate successfully that the arriving radiative power is well within the bolometer detector dynamic range and, therefore, the proposed detector can be used for the in-orbit measurement sequence. We discuss the computational details and implications as well as the simulation results.
The NISS (Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history) is the near-infrared spectro-photometric instrument optimized to the Next Generation of small satellite series (NEXTSat). To achieve the major scientific objectives for the study of the cosmic star formation in local and distant universe, the spectro-photometric survey covering more than 100 square degree will be performed. The main observational targets will be nearby galaxies, galaxy clusters, star-forming regions and low background regions. The off-axis optics was developed to cover a wide field of view ($2deg.{\times}2deg.$) as well as the wide wavelength range from 0.95 to $2.5{\mu}m$, which were revised based upon the recent test and evaluation of the NISS instrument. The mechanical structure were tested under the launching condition as well as the space environment. The signal processing from infrared sensor and the communication with the satellite were evaluated after the integration into the satellite. The flight model of the NSS was assembled and integrated into the satellite. To verify operations of the satellite in space, the space environment tests such as the vibration, shock and thermal-vacuum test were performed. The accurate calibration data were obtained in our test facilities. Here, we report the test results of the flight model of the NISS.
Kim, Kyu-Ho;Park, Seong-Woo;Park, Seung-Han;Lee, Kyoung-Mook;Jung, Mee-Suk
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.32
no.6
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pp.266-275
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2021
In this paper, a method for evaluating optical-system performance and an athermal structure through thermal analysis of the Korsch telescope was studied. In the case of an optical system having a complex asymmetrical structure, there is a limit to implementing the satellite structure by applying the coefficient of thermal expansion (CTE) in the optical-design software, so it is difficult to evaluate the performance of the optical system against temperature changes. To solve this problem, using mechanical design software all length changes were implemented in all structures that affect the optical system according to temperature, and the value of the change in distance between optical components due to temperature change was organized. Also, the values of changes in shape and thickness of the optical components against temperature changes are organized in the optical-design software. All changes derived from both software packages were applied in the optical software to evaluate the performance of the optical system. As a result, it was found that the MTF for a spatial resolution of 71.4 cycles/mm was maintained at more than 25% in the range from 9 ℃ to 33 ℃. In addition, the performance of the optical system applying the improved structure was evaluated, by finding the structure that had the most influence on the optical system's performance change, and deriving an athermal structure to reduce the effect. As a result, it was found that the MTF for a resolution of 71.4 cycles/mm was maintained at over 67% in the range from 9 ℃ to 33 ℃.
Electro-Optical Camera (EOC) is the main payload of the KOMPSAT-1 satellite to perform the mission of cartography that builds up a digital map of Korean territory including a digital terrain elevation map. This paper discusses the issues of the digital image simulation of EOC for the generation of EOC simulated scene as taken by EOC at 685km altitude on orbit. For the purpose, simulation work has been performed with the sensor models of EOC and the satellite platform motions models through image chain analysis from the illumination source (Sun) to a simulated image output in digital number. MODTRAN fur radiance calculation, MTF models of optics, detector and motions of EOC for system point spread function (PSF), and signal chain equations for digital number output are described. Several noise models of EOC are also considered. The final output is the EOC simulated image in digital number. The simulation technique can be used in several phase of a spaceborne electro-optical system development project, feasibility study phase, design, manufacturing, test phases, ground image processing phases, and so on.
Korea Astronomy and Space Science Institute has been developing one mobile and one stationary satellite laser ranging system for the space geodesy research and precise orbit determination since 2008, which are called as ARGO-M and ARGO-F, respectively. They will be capable of daytime laser ranging as well as nighttime and provide the accurate range measurements with millimeter level precision. Laser ranging accuracy is mostly dependent on the optics and optoelectronic system which consists of event timer, optoelectronic controller and photon detectors in the case of ARGO-M. In this study, the optoelectronic system of ARGO-M is addressed and its critical design is also presented. Additionally, the experiment of the integrated optoelectronic system was performed in the laboratory to validate the functional operation of each component and its results are analyzed to investigate ARGO-M performance in advance.
The aerosol optical properties such as depolarization ratio (${\delta}$) and aerosol extinction-to-backscatter ratios (S, LIDAR ratio) and ${\AA}ngstr{\ddot{o}m$ exponent (${\AA}$) derived from measurement with AERONET sun/sky radiometer at Gangneung-Wonju National University (GWNU), Gangneung, Korea ($37.77^{\circ}N$, $128.87^{\circ}E$) during a winter season (December 2014 - February 2015) are presented. The PM concentration measurements are conducted simultaneously and used to identify the high-PM events. The observation period was divided into three cases according to the PM concentrations. We analysed the ${\delta}$, S, and ${\AA}$ during these high PM-events. These aerosol optical properties are calculated by the sun/sky radiometer data and used to classify a type of aerosols (e.g., dust, anthropogenic pollution). The higher values of ${\delta}$ with lower values of S and ${\AA}$ were measured for the dust particles. The mean values of ${\delta}$, S, and ${\AA}$ at 440-870 nm wavelength pair (${\AA}_{440-870}$) for the Asia dust were 0.19-0.24, 36-56 sr, and 0.48, respectively. The anthropogenic aerosol plumes are distinguished with the lower values of ${\delta}$ and higher values of ${\AA}$. The mean values of spectral ${\delta}$ and ${\AA}_{440-870}$ for this case varied 0.06-0.16 and 1.33-1.39, respectively. We found that aerosol columnar optical properties obtained from the sun/sky radiometer measurement are useful to identify the aerosol type. Moreover, the columnar aerosol optical properties calculated based on sun/sky radiometer measurements such as ${\delta}$, S, and ${\AA}$ will be further used for the validation of aerosol parameters obtained from LIDAR observation as well as for quantification of the air quality.
The coastal areas around Palau Island and Tonga Island, near the Pacific equator, consist of coral reefs, mangrove and seaweed. In particular, understanding the optical properties of sea surface water in coral reef habitats helps improve the accuracy of remote sensing based habitat mapping and identify tropical ecosystem characteristics. Here, we collected spectral characteristics of sea surface water of Palau Island and Tonga Island and analyzed the concentration of suspended matters, absorption coefficient, and remote sensing reflectance to understand the seawater characteristics of the coral reef habitats. Based on the results of the suspended matter concentration analysis, we developed and verified an empirical algorithm to derive the concentration from satellite data using remote sensing reflectance of three bands, 555, 625, 660 nm, showed a high determinant coefficient, 0.98. In conclusion, coral reef habitats in tropical regions are characterized by CASE-I water in terms of the marine optics with oligotrophic properties, and require monitoring using continuous collection and analysis of field data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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