利用人造衛星表面反射的太陽光或衛星本身的閃光對人造衛星進行各種光學觀測，包括對人造衛星進行定位觀測、亮度觀測和光譜觀測。定位觀測是通過測定衛星的位置和相應時刻，以確定衛星的軌道要素，從軌道分析中獲取科學資訊，或進行衛星三角測量等工作。亮度和光譜觀測的目的是研究諸如衛星在空間的轉動、衛星表面的變化和地球大氣某些物理性質等。人造衛星多數比較暗弱，而且快速橫貫天空，視軌跡和視角速度的變化都比較複雜，所以衛星光學觀測儀器必須具備大視場、強光力等特性和便於跟蹤的機架架和控制系統，以及精度相當高的記時系統。
定位觀測主要有目視和照相兩種。目視用的儀器結構比較簡單，操作方便，資料處理迅速，但定位精度較低；照相用的儀器定位精度較高，但結構復雜，造價昂貴，資料處理較復雜。目視定位觀測分相對定位和絕對定位兩種。相對定位以恒星為背景，測定衛星的赤道坐標。一般采用特制的廣角望遠鏡(視場6°～12°)，精度可達0°1～0°2，用於搜索和攔截明亮衛星。絕對定位是根據經緯儀原理測定衛星的地平坐標。采用特制的大視場跟蹤經緯儀，精度可達3′～6′。有些國傢還采用電影經緯儀觀測衛星，它同跟蹤經緯儀的區別是另有照相系統，能以視場分度線為背景拍攝衛星，最高精度可達20″。照相定位觀測以恒星為背景測定衛星的赤道坐標，並精確記錄相應的時刻。衛星照相機分非跟蹤和跟蹤兩大類。非跟蹤照相機有固定相機和恒動相機兩種，可以達到光學觀測中最高的定位精度，約1″。非跟蹤照相機隻能拍攝較明亮的衛星。跟蹤照相機的特點是使衛星像能短暫地停留在感光底片上不動，增長曝光時間，使暗弱衛星成像。跟蹤相對誤差為1％時，其極限星等可比非跟蹤式高5個星等。還有一種雙速衛星照相機，它是利用設置在焦面前的一塊平行平面玻璃板的旋轉來補償衛星像的拖曳，使衛星成點像，精度優於5″。
衛星亮度觀測有目視、照相和光電觀測三種。目視亮度觀測包括直接用眼睛或通過目視光度計估計衛星的亮度。直接用眼睛觀測是將衛星與衛星近旁已知亮度的恒星作比較，得出衛星亮度的變化規律。通過目視光度計觀測時要不斷改變視場中人工比較星的亮度，使與衛星的亮度始終一致，並把人工星亮度的改變情況記錄在有時標的記錄儀上，精度可達0.2～0.3星等。照相亮度觀測是利用固定照相機，拍攝衛星和恒星拖跡，用測微光度計比較衛星和已知亮度恒星的拖痕密度，並考慮衛星像與恒星像的速差改正，得出衛星亮度的變化規律。光電亮度觀測是將光電光度計放置在衛星跟蹤望遠鏡焦點上，光電倍增管的輸出信號錄在有時標的照相示波器膠片上，可以得出衛星亮度的變化規律。
衛星光譜觀測是利用分光元件將衛星光束色散成為光譜再進行觀測的一種方法，一般采用附有物端棱鏡的照相機，對衛星進行光譜的定性和粗定量觀測。衛星運動的補償可以通過照相機跟蹤衛星或移動底片來實現。
參考書目
G.Veis，Optical tracking of artificial satellites，Space Science Reviews，Vol.2，pp.250～296，1963.