光學(xué)成像衛(wèi)星原理（光學(xué)成像偵察衛(wèi)星）

地基光學(xué)干涉儀成功地從地面探測到了地球靜止衛(wèi)星。

如何解決地球靜止衛(wèi)星問題正在引起空間態(tài)勢感知領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，即使是最大的單一地面望遠鏡也只能分辨大型地球靜止衛(wèi)星。解決諸如延伸出衛(wèi)星主體的天線或儀器等細(xì)節(jié)需要光學(xué)干涉測量等其他技術(shù)。

海軍精密光學(xué)干涉儀是第一個能夠從距地面如此遠的距離成功探測到地球靜止衛(wèi)星的干涉儀。我們在2008年3月的“閃爍”季——期間觀測了DirecTV-9S，這是最常見的春分，此時可以看到衛(wèi)星將陽光反射回來，并于2009年進行了后續(xù)觀測。我們發(fā)現(xiàn)NPOI的最短基線只有16m，對于觀測地球靜止衛(wèi)星來說，這太長了，因為地球靜止衛(wèi)星的大小只有幾米。

NPOI觀測波段為=556~845nm，分辨率為35-50納弧度，相當(dāng)于地球同步高度1.3-2m的尺度。這種規(guī)模的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生條紋對比度——最大和最小反射率之比——V0.2，只有大20%的結(jié)構(gòu)才會產(chǎn)生條紋對比度。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺度變大時，條紋對比度恢復(fù)，但非常弱。

缺乏較短的基線必然暴露出兩個缺點。首先，它使得實時檢測和跟蹤條紋以及調(diào)整干涉儀內(nèi)部光路變得困難。這是因為大氣湍流迫使我們每20毫秒檢測一次條紋并重新調(diào)整光路。其次，長基線數(shù)據(jù)無法描述目標(biāo)的大尺度結(jié)構(gòu)特征。更好地數(shù)學(xué)表示較大規(guī)模的衛(wèi)星體需要使用短基線數(shù)據(jù)，或者用干涉測量的術(shù)語來說，對較小的u-v間隙進行采樣，其中u和v從東向西朝向目標(biāo)，從北向南朝向基線分量。采樣空間頻率BEW/和BNS/。

條紋功率是每個調(diào)制周期掃描的頻率條紋的函數(shù)。數(shù)據(jù)為2015年3月6日用光譜儀2獲取的DirecTV-7S數(shù)據(jù)。每一幀對應(yīng)一個光譜通道，波長從845nm到604nm。光譜儀僅通過W4-AC基線進行觀察，條紋掃描頻率k=1。黑色曲線代表通過條紋掃描獲得的功率譜。紅色曲線是通過非相干掃描獲得的功率譜偏差，縮放比例是根據(jù)相干和非相干掃描的通量比。綠色曲線表示偏置校正后的功率譜。

自2009年以來，NPOI已調(diào)試了多個新的陣列站，以實現(xiàn)更短的基線。特別值得一提的是，W4-AC之間現(xiàn)在有8.8m基線，可以獲得對地靜止軌道高度2.3-3.5m的分辨率；AC-E3之間還有9.8m基線。這兩條短基線共享陣元AC，可以將它們組合起來形成W4-E3的第三條基線——18.6m。最終目標(biāo)是檢測基線較長的條紋以獲得更精細(xì)的細(xì)節(jié)，但信噪比較差。如果通過兩條較短的基線檢測和跟蹤條紋，則可以正確地定相第三條基線，并且可以在沒有可檢測到的條紋的情況下實時收集數(shù)據(jù)，這是羅迪爾最初提出的概念。閉合相位，即圍繞三角形基線的邊緣相位之和，也可以使用三個或更多陣列元素來獲得。由于基線相位的大氣擾動在總和中抵消，因此這些閉合相位代表了目標(biāo)圖像的一些相位信息。特別是，它們可以用來更好地確定衛(wèi)星組件的相對位置。

我們于2015年3月通過W4-AC基線獲得了DirecTV-7S的條紋。但由于組合器軟件正在搜索第二個基線，因此未記錄該數(shù)據(jù)。第二天晚上，由于惡劣的天氣條件，條紋檢測被中斷，但我們能夠在27秒的時間內(nèi)檢測到并記錄條紋，在此期間，我們通過W4-AC基線跟蹤條紋約4秒，通過AC-E3基線。條紋小于4秒。我們的觀察因“閃爍”季節(jié)最后幾天發(fā)生的情況而變得復(fù)雜，這意味著“閃爍”時間越短，在季節(jié)最好的部分目標(biāo)的亮度就越低。

圖2是2015年3月6日由光譜儀2獲得的W4-AC基線的條紋功率譜數(shù)據(jù)，12個光譜通道。觀察是使用每個調(diào)制周期的兩個條紋掃描頻率進行的。偏差提取的條紋功率譜顯示845nm通道信號非常強，并且隨著波長變短，條紋功率減小。