Image Based Integrated Satellite Attitude Determination

In this thesis, an image-based attitude determination system, which determines the attitude of a satellite on three axes with images of the Earth and the Sun by using one or two cameras in the satellite body and a simulation environment based on computer vision were presented. In addition, a gyroscope integrated satellite attitude determination system, which uses the image based attitude determination system outputs as a reference solution has been proposed. TRIAD method was used for image-based attitude determination. The results of the simulation showed similar results in determining image-based attitude for single-camera and two-camera architectures; however, the solution could not be produced in a single camera system when the Earth and the Sun were not on the image plane at the same time. The average angle error on each axis of the image-based system in the medium Earth orbit and geosynchronous orbit was detected below 1 degree, however the system alone could not achieve sufficient results for low Earth orbit. It has been observed from the simulation results of the integrated system that the attitude information can be derived with the gyroscope rate data for short periods of time in the case where the image-based attitude solution can not be produced. By achieving image-based attitude solution, gyroscope rate errors can be corrected and the growth of the integrated attitude determination system error can be prevented.Bu tez çalışmasında, uydu gövdesinde bulunan bir ya da iki kamera kullanılarak, uydunun üç eksendeki yönelimini Dünya ve Güneş görüntüleriyle tespit eden görüntü tabanlı bir yönelim belirleme sistemi ve bilgisayar görmesine dayalı bir benzetim ortamı sunulmuştur. Ayrıca, yönelim belirleme sistemi çıktılarını referans çözüm olarak kullanan dönüölçer tabanlı tümleşik bir uydu yönelim belirleme sistemi de önerilmiştir. Görüntü tabanlı yönelim tespiti için TRIAD yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen benzetim sonuçları tek kameralı ve iki kameralı yapılar için görüntü tabanlı yönelim belirlemede benzer sonuçlar ortaya koymuş, ancak tek kameralı sistemde Dünya ve Güneş’in aynı anda görüntü düzleminde yer almadığı durumlarda tabii olarak çözüm üretilememiştir. Görüntü tabanlı sistemin, orta ve yer eş yörüngede her eksendeki ortalama açı hatası 1 derecenin altında tespit edilmiş, alçak yörünge için ise sistem tek başına yeterli sonuç elde edememiştir. Tümleşik sistemin benzetim sonuçlarıyla, görüntü tabanlı yönelim çözümü üretilmediği durumlarda, yönelim bilgisinin kısa süreler için dönüölçer hız verileriyle türetilebildiği, görüntü tabanlı yönelim çözümünün elde edilmesiyle de dönüölçer hız hatalarının düzeltilerek tümleşik sistem yönelim çözüm hatasının büyümesinin engellendiği görülmüştür