Streak detection and photometry with the NASA wide-field infrared survey explorer

Abstract

Photometric analysis of Resident Space Objects (RSOs) in the infrared of- fers some advantage over more prevalent optical analyses; in particular, objects are typically brighter at infrared wavelengths. An algorithm was developed that utilises image background subtraction, pixel connectedness and moments to scan imagery from the NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) mission for the presence of Geostationary (GEO) RSO streaks. NASA WISE scanned the entire infrared sky with a space-based 4m telescope, in four bands at 3.4, 4.6, 12 and 22 µm wavelengths. The algorithm developed in this re- search allows for automatic photometric measurement of detected streaks in all four bands, and for correlation to satellites, rocket bodies or debris in the pub- lic satellite catalogue. In an initial subset of 82,208 WISE images, 1,696 GEO RSO streaks were serendipitously observed and analysed. Multiple infrared bands yielded magnitude and colour index data for these streaks. Preliminary results suggest a correlation between colour index values and several RSO characteristics, including age, size and shape, that shows promise for the util- ity of infrared sensors for space surveillance. Expansion of this research into almost six million images accessible in the NASA WISE database is planned, to increase the veracity of outcomes and the breadth of data available for analysis.

Résumé L’analyse photométrique des objets spatials en orbite (OSO) dans l’infrarouge offre certains avantages comparée aux méthodes prévalentes dans la partie visible du spectre électromagmétique. Un algorithme a été développé afin de détecter la présence de traces de satellites en orbite géosynchrone des images acquises avec le télescope spatial de la NASA Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE). Ce télescope, ayant un aperture de 0.4 mètre, a scanné le ciel entier dans quatre bandes de l’infrarouge, soit à 3.4, 4.6, 12 et 22 µm. L’algorithme, élaboré dans le cadre de ce projet de recherche, calcule automatiquement des mesures photométriques des traces de satellites dans les quatre bandes et identifie les objets par l’entremise d’une corrélation entre les détections et les satellites et d´ébris spatiaux dans le catalogue publique d’objets spatiaux. Dans un sous-ensemble initial de 82,208 images acquise par le télescope spatial WISE, un total de 1,696 traces d’OSO en orbite géosynchrone furent détectées et analysées. L’analyse photométrique dans les quatre bandes infrarouges a permis de produit des indices de couleurs pour chacunes des traces détectées. Les résulats préliminaires démontrent une corrélation entre l’indice de couleur et plusieurs caractéristiques des OSS tels que l’age, la dimension, la forme. Ces résultats laissent croire un avenir prometteur pour l’utilisation de capteurs infrarouges pour des missions de surveillance de l’espace. L’expansion de cette recherche à une analyse complète de la banque d’image WISE, qui contient presque 6 millions d’images, est prévue afin de confirmer les conclusions de la recherche présentées dans cette thèse.