光学成像卫星原理（光学成像侦察卫星）

地基光学干涉仪成功地从地面探测到了地球静止卫星。

如何解决地球静止卫星问题正在引起空间态势感知领域的广泛关注。然而，即使是最大的单一地面望远镜也只能分辨大型地球静止卫星。解决诸如延伸出卫星主体的天线或仪器等细节需要光学干涉测量等其他技术。

海军精密光学干涉仪是第一个能够从距地面如此远的距离成功探测到地球静止卫星的干涉仪。我们在2008年3月的“闪烁”季——期间观测了DirecTV-9S，这是最常见的春分，此时可以看到卫星将阳光反射回来，并于2009年进行了后续观测。我们发现NPOI的最短基线只有16m，对于观测地球静止卫星来说，这太长了，因为地球静止卫星的大小只有几米。

NPOI观测波段为=556~845nm，分辨率为35-50纳弧度，相当于地球同步高度1.3-2m的尺度。这种规模的结构会产生条纹对比度——最大和最小反射率之比——V0.2，只有大20%的结构才会产生条纹对比度。当结构尺度变大时，条纹对比度恢复，但非常弱。

缺乏较短的基线必然暴露出两个缺点。首先，它使得实时检测和跟踪条纹以及调整干涉仪内部光路变得困难。这是因为大气湍流迫使我们每20毫秒检测一次条纹并重新调整光路。其次，长基线数据无法描述目标的大尺度结构特征。更好地数学表示较大规模的卫星体需要使用短基线数据，或者用干涉测量的术语来说，对较小的u-v间隙进行采样，其中u和v从东向西朝向目标，从北向南朝向基线分量。采样空间频率BEW/和BNS/。

条纹功率是每个调制周期扫描的频率条纹的函数。数据为2015年3月6日用光谱仪2获取的DirecTV-7S数据。每一帧对应一个光谱通道，波长从845nm到604nm。光谱仪仅通过W4-AC基线进行观察，条纹扫描频率k=1。黑色曲线代表通过条纹扫描获得的功率谱。红色曲线是通过非相干扫描获得的功率谱偏差，缩放比例是根据相干和非相干扫描的通量比。绿色曲线表示偏置校正后的功率谱。

自2009年以来，NPOI已调试了多个新的阵列站，以实现更短的基线。特别值得一提的是，W4-AC之间现在有8.8m基线，可以获得对地静止轨道高度2.3-3.5m的分辨率；AC-E3之间还有9.8m基线。这两条短基线共享阵元AC，可以将它们组合起来形成W4-E3的第三条基线——18.6m。最终目标是检测基线较长的条纹以获得更精细的细节，但信噪比较差。如果通过两条较短的基线检测和跟踪条纹，则可以正确地定相第三条基线，并且可以在没有可检测到的条纹的情况下实时收集数据，这是罗迪尔最初提出的概念。闭合相位，即围绕三角形基线的边缘相位之和，也可以使用三个或更多阵列元素来获得。由于基线相位的大气扰动在总和中抵消，因此这些闭合相位代表了目标图像的一些相位信息。特别是，它们可以用来更好地确定卫星组件的相对位置。

我们于2015年3月通过W4-AC基线获得了DirecTV-7S的条纹。但由于组合器软件正在搜索第二个基线，因此未记录该数据。第二天晚上，由于恶劣的天气条件，条纹检测被中断，但我们能够在27秒的时间内检测到并记录条纹，在此期间，我们通过W4-AC基线跟踪条纹约4秒，通过AC-E3基线。条纹小于4秒。我们的观察因“闪烁”季节最后几天发生的情况而变得复杂，这意味着“闪烁”时间越短，在季节最好的部分目标的亮度就越低。

图2是2015年3月6日由光谱仪2获得的W4-AC基线的条纹功率谱数据，12个光谱通道。观察是使用每个调制周期的两个条纹扫描频率进行的。偏差提取的条纹功率谱显示845nm通道信号非常强，并且随着波长变短，条纹功率减小。