科学家以高分辨率成像空间碎片

乱扔垃圾不仅是地球上的问题。根据美国宇航局的数据，目前在地球表面上方200至2,000公里的高度范围内，有数以百万计的太空垃圾，这就是所谓的低地球轨道(LEO)。大部分垃圾由人类创造的物体组成，例如旧的航天器或已灭绝的卫星。这种空间碎片可以达到每小时18,000英里的速度，对目前在LEO运行的2,612颗卫星构成了重大危险。如果没有有效的工具来跟踪太空碎片，LEO的某些部件甚至可能对卫星造成危险。

在今天发表在《SIAM影像科学》上的一篇论文中，Matan Leibovich(纽约大学)，George Papanicolaou(斯坦福大学)和Chrysoula Tsogka(加利福尼亚大学，默塞德大学)介绍了一种拍摄快速高分辨率图像的新方法。-在空间中移动和旋转物体，例如LEO中的卫星或碎片。他们创建了一个成像过程，该过程首先利用一种新颖的算法来估计空间中物体旋转的速度和角度，然后应用这些估计来生成目标的高分辨率图片。

Leibovich，Papanicolaou和Tsogka使用空间成像系统的理论模型来构建和测试其成像过程。该模型将一块快速移动的碎片描绘为一簇非常小的高反射物体，这些物体代表轨道上某个物体的强反射边缘，例如卫星上的太阳能电池板。反射器簇都以相同的速度和方向一起移动，并绕着一个共同的中心旋转。在该模型中，地球表面的多种辐射源(例如全球导航卫星系统的地面控制站)发出由目标空间碎片反射的脉冲。然后，一组分布式接收器将检测并记录从目标反弹的信号。

该模型着重于在X波段或8至12 GHz频率范围内产生辐射的辐射源。Tsogka说：“众所周知，通过使用更高的频率(例如X波段)可以提高分辨率。” “但是，由于来自大气效应的环境波动，较高的频率也会导致图像失真。” 当信号从目标传播到接收器时，湍流的空气会使信号失真，这可能使LEO中的对象成像非常具有挑战性。因此，作者成像过程的第一步是关联在不同接收器处采集的数据，这可以帮助减少这些失真的影响。