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书名：成像卫星任务规划与调度算法研究
定价：99.0
ISBN：9787030502025
作者：王茂才 等
版次：1
出版时间：2016-11
内容提要：
随着航天事业的高速发展，我国成像卫星的数量和种类日益丰富，对地观测任务需求日益增多，从而使得成像卫星任务规划与调度问题成为亟待解决的问题。本书面向光学、SAR、电子侦察等多种类型的中低轨对地观测卫星任务规划的应用需求，以作者近年来在成像卫星任务规划与调度问题上的研究成果为基础，主要内容包括载荷侧摆下卫星调度问题、区域目标调度问题、复杂约束多星任务规划问题、动态任务调度模型与算法，以及卫星星座调度性能评价体系构建及系统软件的研发等。
目录：
目录
《博士后文库》序言
前言
第1章 概述1
1.1卫星规划概念1
1.2卫星规划调度问题类型2
1.3卫星任务规划问题的特点分析3
1.4卫星规划问题的复杂性11
参考文献13
第2章 卫星任务规划技术研究现状14
2.1任务规划问题研究现状14
2.2卫星任务规划问题研究现状16
2.3成像卫星任务规划常用模型21
参考文献23
第3章 载荷侧摆多星点目标调度算法27
3.1相关计算27
3.2调度模型29
3.3调度算法30
3.4仿真算例33
参考文献58
第4章 区域目标调度问题优化设计59
4.1区域调度问题求解步骤59
4.2区域调度问题数学描述60
4.3区域调度问题求解模型62
4.4区域调度中的关键问题64
4.5参数优化求解方法71
4.6活动选择求解方法75
4.7区域调度规划的实现76
参考文献80
第5章 复杂约束多星任务规划81
5.1复杂约束下多星多任务规划问题模型81
5.2复杂约束下多星调度算法87
5.3测试数据93
5.4实验及结果分析94
参考文献102
第6章 任务动态调度模型与算法103
6.1成像卫星任务动态调度问题103
6.2成像卫星任务动态调度模型104
6.3算法详细设计109
6.4实验与分析117
参考文献130
第7章 卫星调度性能评价及系统研发131
7.1概述131
7.2卫星轨道参数分析137
7.3卫星对地覆盖分析142
7.4卫星星座系统优化设计145
7.5星座性能评估体系设计148
7.6决策支持系统设计与实现160
7.7软件实现165
参考文献183
编后记185
在线试读：
第1章概述
1.1卫星规划概念
对地观测卫星是一类利用卫星遥感器对地球表面、地形地貌、能源矿藏，以及低层大气进行探测从而获取有用信息的一类卫星(戴光明和王茂才，2009)。由于对地观测卫星具有全天候、全天时广域覆盖范围、不受空域国界限制等特点，已经成为勘探和研究地球资源的重要手段，被广泛应用于农业监测、大地测绘、植被分类与农作物生长态势评估、自然灾害监测、大型基础设施建设项目管理、战场态势与情报侦察，以及地面军事目标识别等领域(童敬华，2013)。
依据携带传感器类型的不同，对地观测卫星通常分为可见光、红外、多光谱、高光谱、超广谱、SAR、电子侦察等多种类型；依据卫星担负的任务不同，对地观测卫星可以分为成像卫星、电子侦察卫星、测绘卫星、气象卫星、预警卫星和海洋监视卫星等若干种类；依据轨道高度不同，可以分为低轨、中轨、高轨卫星(王永刚和刘玉文，2003)。不同类型的卫星各自具有相应的优缺点，在这些卫星中，应用最为广泛的主要是中低轨卫星(一般认为低轨卫星的轨道高度低于1000km)，包括成像卫星(光学成像、SAR成像)、电子侦察卫星等(苑立伟等，2004)。
卫星任务规划在整个对地观测过程中起着关键作用，其结果直接影响到对地观测卫星系统的任务执行。而且卫星规划过程中需要牵涉多种规划要素，包括参与规划卫星资源、数传资源、观测任务请求，以及其他影响规划的因素。面向参与规划的多类型卫星资源和多类型数传资源，如何进行规划以满足多种类型的观测任务请求，对卫星任务规划提出了新的挑战(贺仁杰等，2011)。
面向单颗卫星的任务规划主要需要确定卫星在什么时刻，以什么模式，对什么任务进行多长时间的观测，并在什么时刻，进行什么任务的数据传输等，使卫星的观测效益**。在早期，各国的卫星属于不同的部门、公司所有，主要采用单星管理模式，由各自的机构负责管理；每颗卫星及其应用系统自成体系，如法国SPOT-5卫星系统、美国Landsat7卫星系统、美国EO-1卫星系统等，这些系统每次只针对单颗卫星进行卫星观测计划的制订。
多类型卫星联合任务规划主要面向多类型卫星资源、多类型数传资源和多种类型的用户观测任务请求，力求在观测资源、数传资源和用户观测请求之间建立一种优化无冲突的关联关系，确定参与规划卫星的观测动作和数据传输动作，使总的收益**(郭玉华，2009)。具体来说，多类型卫星联合任务规划即是确定使用哪些类型的哪几颗卫星，在哪些时刻，以哪些模式，对哪些观测任务，进行多长时间的观测，并在哪个时刻向哪个地面接收站传输哪些数据的问题。
随着航天事业的高速发展，我国目前已拥有包括光学卫星、SAR成像卫星、电子侦察卫星等多种类型的对地观测卫星，卫星的数量和种类的增加也使得卫星任务规划问题成为亟待解决的问题。《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015~2025年)》明确提出：按照一星多用、多星组网、多网协同的发展思路，根据观测任务的技术特征和用户需求特征，重点发展陆地观测、海洋观测、大气观测三个系列，构建由七个星座及三类专题卫星组成的遥感卫星系统，逐步形成高、中、低空间分辨率合理配置、多种观测技术优化组合的综合高效全球观测和数据获取能力(国防科工局，2016)。统筹建设遥感卫星接收站网、数据中心、共享网络平台和共性应用支撑平台，形成卫星遥感数据全球接收与全球服务能力。我国已经计划在“十一五”期间建立由60~70颗卫星组成的空间信息系统以服务国民经济建设和社会发展。未来我国将建立一个高、中、低轨道结合，大、中、小卫星协同，粗、中、细、精分辨率互补的全球综合对地观测信息网络系统(岳涛等，2008)，对地观测卫星将具有更强更完善的能力，从而能够更好地服务于国民经济建设中的更多领域。研究多类型卫星联合下的任务规划技术，通过多类型卫星的配合，提高对地观测卫星系统的对地观测能力，对于将对地观测系统应用于更多领域具有重要意义。
1.2卫星规划调度问题类型
对地观测卫星规划调度问题，有很多种不同的分类标准与方法。按照不同的分类标准与方法，可以分为四种不同的调度类型(李玉庆，2008)。
1.2.1根据航天器数量分类
根据参与规划调度的航天器数量，分为单星调度问题和多星调度问题。对于单星调度问题，研究对象通常为一个航天器。通常在确定航天器轨道信息以及其他相关信息的情况下，对航天器的观测活动进行规划与调度；对于多星调度问题，研究对象为多个相互协同的航天器，通常以卫星组网的形式提供对地观测服务，各个航天器的轨道和观测能力各不相同，通过多星协同的方式对其观测活动进行规划与调度。
1.2.2根据有效载荷数量分类
根据航天器所携带的有效载荷的数量，卫星规划调度可以分为单载荷调度问题和多载荷调度问题。对于单载荷调度问题，各航天器只携带一个载荷，调度的目的就是在满足航天器、有效载荷的各种约束条件的前提下，确定有效载荷的观测活动序列，并使获得的观测效益**；多载荷调度问题除了要考虑单载荷调度中所涉及的各种约束条件外，还需要考虑各个有效载荷之间的相互协同问题，以及各载荷协同工作所产生的新约束条件。
1.2.3按照观测目标的类型分类
根据观测目标的类型，卫星规划调度可以分为点目标调度问题和区域目标调度问题。需要说明的是，此处的点目标并非严格数学意义上的抽象点，而是指卫星可以在一次单一的观测活动中完成对任务目标的观测，也即任务目标的范围在卫星的一次观测能力范围之内。区域目标是一个广义的概念，通常指任意形状的区域，一般可用一个多边形来描述，区域目标的范围超出了卫星的一次观测能力，需要卫星进行多次观测活动才可完成，通常将区域目标分解为多个矩形条带，每个矩形条带在卫星的一次观测能力范围之内。
1.2.4按照所处的工作环境分类
根据卫星所处的工作环境，卫星规划调度分为静态调度和动态调度。在静态调度中，卫星执行任务的环境是确定已知的，并且在任务执行过程中不再改变，调度方案一旦确定就不再改动。而在动态调度中，卫星执行任务的环境受各种不确定因素的影响，随着调度方案的执行，卫星所处的工作环境也会发生改变，因此在规划调度方案生成的过程中，必须随环境的变化而随时更新调度方案。
1.3卫星任务规划问题的特点分析
1.3.1载荷特点分析
1.光学传感器观测过程及载荷特点
通过安装照相机或摄像机从卫星上对地进行摄影观测的卫星称为光学成像卫星；光学卫星主要利用目标和背景反射或辐射的电磁波差异来发现和识别目标(王永刚和刘玉文，2003)。光学成像卫星具有多种类别，按卫星星载有效载荷种类，主要分为可见光、红外、多光谱等。光学遥感器成像方式有画幅式、推扫式和全景式等，国内外采用最多的成像方式是CCD阵列推扫式成像。
虽然某些现代光学卫星同时具有多种形式的侧视能力，本书只针对具有垂直于卫星飞行方向侧视能力的光学卫星展开研究。当卫星侧视观测时，把卫星相机中心角与卫星与地球中心连线的夹角称作卫星侧视角。卫星能在一定的侧视角度范围内以任何侧视角度进行观测动作，把这个侧视角度范围称为**观测角度，把**能够覆盖观测的区域称作**覆盖范围；每一个侧视角度下可以对一定角度范围内的区域进行观测，把这个可视角度范围称作视场角，把相应的观测区域称为观测条带，不同的侧视角度对应了不同的卫星观测条带，它们之间的关系如图1-1所示(王钧，2007；祝周鹏，2013)。
图1-1光学卫星对地观测过程
光学成像卫星成像特点有以下三种。
(1)可见光成像卫星的地面分辨率Zuigao，而且其拍摄的图像与人眼看到的景物是相配的，辨认和识别非常方便，因此是应用最为广泛的卫星类型之一；但缺点是受天气和光线条件影响较大，夜间和云层较厚时无法有效对目标成像，而且只能获得目标的表层信息。
(2)红外成像卫星可获得目标的热图像，并且不论昼夜都能有效地进行工作，可使卫星具有夜间侦察和一定的识别伪装的能力，但和其他光学成像手段一样，对云层覆盖的区域无能为力，而且不如可见光成像分辨率高。
(3)多光谱扫描仪可使卫星具有夜间侦察和目标伪装识别能力，可以获得更多的目标属性信息，但分辨率较可见光成像分辨率要低。
2.SAR观测过程及载荷特点
合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波侧视成像雷达(袁孝康，2003)，它是一种主动微波遥感仪器，通过卫星上的雷达天线不断发射脉冲信号，并接收地物反射信号来获取地物信息。SAR卫星能克服云雾雨雪和夜暗条件的限制对地面目标成像，可全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测。
不同于光学成像卫星，SAR成像卫星一般通过选择不同波位来改变微波入射角度，从而确定距离和成像范围。SAR卫星的具体成像方式由星载SAR的工作模式来确定(孙佳，2007)。比较成熟的星载SAR工作模式有扫描式(ScanSAR)、聚束式(SpotLight)等几种(魏钟铨，2001)，具体采用何种模式由观测任务请求决定。
与光学卫星相比，SAR卫星具有如下四个特点(袁孝康，2003)。
(1)不易受大气影响，具有全天候特性；不依靠太阳辐射，具有全天时特性。
(2)SAR可以获得地下信息，而可见光和红外只能获得目标的表层信息。
(3)SAR侧重于获取地物的几何特性，最适合进行目标结构特性的探测。
(4)SAR是完整的地物信息探测不可缺少的组成部分，它所表征的目标特性是可见光和红外波段的电磁波不能取代的。
SAR具有微波遥感测量的所有优点，但也具有自身缺陷。由于星载SAR是采用相干原理获得方位高分辨率的，因此其单视SAR图像必然呈现严重的相干斑点噪声，给雷达图像的解译和判读带来困难。另外，由于微波波长远大于可见光和红外波长，所以其分辨率一般达不到光学和红外的分辨率。
3.电子侦察卫星观测过程及载荷特点
电子侦察卫星，又称电磁探测卫星，一般装有侦察接收机和磁带记录仪，主要用来截获雷达、通信等系统的传输信号，分析这些无线电信号，可以知道目标雷达所用的脉冲频率、脉冲宽度等重要参数和电台的通信情报，进而可以确定雷达和电台的位置，探明系统的性质、位置和活动情况及实验部署情况(梅国宝和吴世龙，2005)。通过对电子侦察卫星载荷特点的分析，对电子侦察卫星载荷特点总结如下(阙渭焰和林世山，2004)：
(1)每次过境能够对广大范围内的地面目标进行覆盖侦察，覆盖范围宽；
(2)一般能够截获从几十兆赫兹(MHz)到几十吉赫兹(GHz)范围内的所有电磁信号，数据获取能力强，覆盖频率宽；
(3)只能获得目标位置信息，无法得到目标大小形状等具体信息；
(4)只能被动侦听，无法侦听地下有线通信网，容易受电子对抗措施影响。
通过对卫星星上有效载荷进行分析不难发现，不同载荷类型的对地观测卫星具有不同的特点，每种载荷都有一定的使用条件和载荷使用约束，只能适用于一定的应用条件。将不同类型的星上载荷结合起来，协同工作，进行联合规划，完成单颗单类卫星无法完成的复杂对地观测任务，对于扩展卫星系统的观测能力，提高卫星系统的整体效益，具有重要的意义。
1.3.2任务特点分析
随着对地观测卫星应用水平的深入，人们对卫星观测的要求也越来越高，对卫星的观测不仅仅局限于对某一个定点的观测，出现了很多新的观测类型。面向初步形成全球、全天候、全天时、多谱段、不同分辨率、稳定运行的卫星对地观测体系的要求，给出常见的观测任务请求类型包括(郭玉华，2009)：
(1)对某一个点或较小区域的观测任务，如对某一个工厂的观测等；
(2)对大范围连续区域的覆盖观测，如区域覆盖观测任务等；
(3)对多个点目标的协同观测任务，如对城市群的观测等；
(4)对某一目标进行多次不同时段观测的观测任务，如进行打击效果评估等；
(5)对同一个目标的多视角、多模式、多分辨率观测，如进行立体成像等；
(6)对同一个目标的多传感器观测任务，如揭露伪装任务等；
(7)对出现或通过某一个区域内的移动目标进行跟踪监视等。
当然，随着人类对对地观测数据应用深入与依赖增加，对地观测卫星观测任务的类型也日趋多样，这里仅给出一些有代表性的观测任务请求。分析上述观测任务请求，可以发现以下九个特点。
1.任务的位置要求
观测任务请求通常要求对观测地域的某一个或一组目标进行观测，这些目标通常与一定的地理坐标关联，如一个目标点，一个区域或者在一个区域内运动的移动目标等。
定价：99.0
ISBN：9787030502025
作者：王茂才 等
版次：1
出版时间：2016-11
内容提要：
随着航天事业的高速发展，我国成像卫星的数量和种类日益丰富，对地观测任务需求日益增多，从而使得成像卫星任务规划与调度问题成为亟待解决的问题。本书面向光学、SAR、电子侦察等多种类型的中低轨对地观测卫星任务规划的应用需求，以作者近年来在成像卫星任务规划与调度问题上的研究成果为基础，主要内容包括载荷侧摆下卫星调度问题、区域目标调度问题、复杂约束多星任务规划问题、动态任务调度模型与算法，以及卫星星座调度性能评价体系构建及系统软件的研发等。
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《博士后文库》序言
前言
第1章 概述1
1.1卫星规划概念1
1.2卫星规划调度问题类型2
1.3卫星任务规划问题的特点分析3
1.4卫星规划问题的复杂性11
参考文献13
第2章 卫星任务规划技术研究现状14
2.1任务规划问题研究现状14
2.2卫星任务规划问题研究现状16
2.3成像卫星任务规划常用模型21
参考文献23
第3章 载荷侧摆多星点目标调度算法27
3.1相关计算27
3.2调度模型29
3.3调度算法30
3.4仿真算例33
参考文献58
第4章 区域目标调度问题优化设计59
4.1区域调度问题求解步骤59
4.2区域调度问题数学描述60
4.3区域调度问题求解模型62
4.4区域调度中的关键问题64
4.5参数优化求解方法71
4.6活动选择求解方法75
4.7区域调度规划的实现76
参考文献80
第5章 复杂约束多星任务规划81
5.1复杂约束下多星多任务规划问题模型81
5.2复杂约束下多星调度算法87
5.3测试数据93
5.4实验及结果分析94
参考文献102
第6章 任务动态调度模型与算法103
6.1成像卫星任务动态调度问题103
6.2成像卫星任务动态调度模型104
6.3算法详细设计109
6.4实验与分析117
参考文献130
第7章 卫星调度性能评价及系统研发131
7.1概述131
7.2卫星轨道参数分析137
7.3卫星对地覆盖分析142
7.4卫星星座系统优化设计145
7.5星座性能评估体系设计148
7.6决策支持系统设计与实现160
7.7软件实现165
参考文献183
编后记185
在线试读：
第1章概述
1.1卫星规划概念
对地观测卫星是一类利用卫星遥感器对地球表面、地形地貌、能源矿藏，以及低层大气进行探测从而获取有用信息的一类卫星(戴光明和王茂才，2009)。由于对地观测卫星具有全天候、全天时广域覆盖范围、不受空域国界限制等特点，已经成为勘探和研究地球资源的重要手段，被广泛应用于农业监测、大地测绘、植被分类与农作物生长态势评估、自然灾害监测、大型基础设施建设项目管理、战场态势与情报侦察，以及地面军事目标识别等领域(童敬华，2013)。
依据携带传感器类型的不同，对地观测卫星通常分为可见光、红外、多光谱、高光谱、超广谱、SAR、电子侦察等多种类型；依据卫星担负的任务不同，对地观测卫星可以分为成像卫星、电子侦察卫星、测绘卫星、气象卫星、预警卫星和海洋监视卫星等若干种类；依据轨道高度不同，可以分为低轨、中轨、高轨卫星(王永刚和刘玉文，2003)。不同类型的卫星各自具有相应的优缺点，在这些卫星中，应用最为广泛的主要是中低轨卫星(一般认为低轨卫星的轨道高度低于1000km)，包括成像卫星(光学成像、SAR成像)、电子侦察卫星等(苑立伟等，2004)。
卫星任务规划在整个对地观测过程中起着关键作用，其结果直接影响到对地观测卫星系统的任务执行。而且卫星规划过程中需要牵涉多种规划要素，包括参与规划卫星资源、数传资源、观测任务请求，以及其他影响规划的因素。面向参与规划的多类型卫星资源和多类型数传资源，如何进行规划以满足多种类型的观测任务请求，对卫星任务规划提出了新的挑战(贺仁杰等，2011)。
面向单颗卫星的任务规划主要需要确定卫星在什么时刻，以什么模式，对什么任务进行多长时间的观测，并在什么时刻，进行什么任务的数据传输等，使卫星的观测效益**。在早期，各国的卫星属于不同的部门、公司所有，主要采用单星管理模式，由各自的机构负责管理；每颗卫星及其应用系统自成体系，如法国SPOT-5卫星系统、美国Landsat7卫星系统、美国EO-1卫星系统等，这些系统每次只针对单颗卫星进行卫星观测计划的制订。
多类型卫星联合任务规划主要面向多类型卫星资源、多类型数传资源和多种类型的用户观测任务请求，力求在观测资源、数传资源和用户观测请求之间建立一种优化无冲突的关联关系，确定参与规划卫星的观测动作和数据传输动作，使总的收益**(郭玉华，2009)。具体来说，多类型卫星联合任务规划即是确定使用哪些类型的哪几颗卫星，在哪些时刻，以哪些模式，对哪些观测任务，进行多长时间的观测，并在哪个时刻向哪个地面接收站传输哪些数据的问题。
随着航天事业的高速发展，我国目前已拥有包括光学卫星、SAR成像卫星、电子侦察卫星等多种类型的对地观测卫星，卫星的数量和种类的增加也使得卫星任务规划问题成为亟待解决的问题。《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015~2025年)》明确提出：按照一星多用、多星组网、多网协同的发展思路，根据观测任务的技术特征和用户需求特征，重点发展陆地观测、海洋观测、大气观测三个系列，构建由七个星座及三类专题卫星组成的遥感卫星系统，逐步形成高、中、低空间分辨率合理配置、多种观测技术优化组合的综合高效全球观测和数据获取能力(国防科工局，2016)。统筹建设遥感卫星接收站网、数据中心、共享网络平台和共性应用支撑平台，形成卫星遥感数据全球接收与全球服务能力。我国已经计划在“十一五”期间建立由60~70颗卫星组成的空间信息系统以服务国民经济建设和社会发展。未来我国将建立一个高、中、低轨道结合，大、中、小卫星协同，粗、中、细、精分辨率互补的全球综合对地观测信息网络系统(岳涛等，2008)，对地观测卫星将具有更强更完善的能力，从而能够更好地服务于国民经济建设中的更多领域。研究多类型卫星联合下的任务规划技术，通过多类型卫星的配合，提高对地观测卫星系统的对地观测能力，对于将对地观测系统应用于更多领域具有重要意义。
1.2卫星规划调度问题类型
对地观测卫星规划调度问题，有很多种不同的分类标准与方法。按照不同的分类标准与方法，可以分为四种不同的调度类型(李玉庆，2008)。
1.2.1根据航天器数量分类
根据参与规划调度的航天器数量，分为单星调度问题和多星调度问题。对于单星调度问题，研究对象通常为一个航天器。通常在确定航天器轨道信息以及其他相关信息的情况下，对航天器的观测活动进行规划与调度；对于多星调度问题，研究对象为多个相互协同的航天器，通常以卫星组网的形式提供对地观测服务，各个航天器的轨道和观测能力各不相同，通过多星协同的方式对其观测活动进行规划与调度。
1.2.2根据有效载荷数量分类
根据航天器所携带的有效载荷的数量，卫星规划调度可以分为单载荷调度问题和多载荷调度问题。对于单载荷调度问题，各航天器只携带一个载荷，调度的目的就是在满足航天器、有效载荷的各种约束条件的前提下，确定有效载荷的观测活动序列，并使获得的观测效益**；多载荷调度问题除了要考虑单载荷调度中所涉及的各种约束条件外，还需要考虑各个有效载荷之间的相互协同问题，以及各载荷协同工作所产生的新约束条件。
1.2.3按照观测目标的类型分类
根据观测目标的类型，卫星规划调度可以分为点目标调度问题和区域目标调度问题。需要说明的是，此处的点目标并非严格数学意义上的抽象点，而是指卫星可以在一次单一的观测活动中完成对任务目标的观测，也即任务目标的范围在卫星的一次观测能力范围之内。区域目标是一个广义的概念，通常指任意形状的区域，一般可用一个多边形来描述，区域目标的范围超出了卫星的一次观测能力，需要卫星进行多次观测活动才可完成，通常将区域目标分解为多个矩形条带，每个矩形条带在卫星的一次观测能力范围之内。
1.2.4按照所处的工作环境分类
根据卫星所处的工作环境，卫星规划调度分为静态调度和动态调度。在静态调度中，卫星执行任务的环境是确定已知的，并且在任务执行过程中不再改变，调度方案一旦确定就不再改动。而在动态调度中，卫星执行任务的环境受各种不确定因素的影响，随着调度方案的执行，卫星所处的工作环境也会发生改变，因此在规划调度方案生成的过程中，必须随环境的变化而随时更新调度方案。
1.3卫星任务规划问题的特点分析
1.3.1载荷特点分析
1.光学传感器观测过程及载荷特点
通过安装照相机或摄像机从卫星上对地进行摄影观测的卫星称为光学成像卫星；光学卫星主要利用目标和背景反射或辐射的电磁波差异来发现和识别目标(王永刚和刘玉文，2003)。光学成像卫星具有多种类别，按卫星星载有效载荷种类，主要分为可见光、红外、多光谱等。光学遥感器成像方式有画幅式、推扫式和全景式等，国内外采用最多的成像方式是CCD阵列推扫式成像。
虽然某些现代光学卫星同时具有多种形式的侧视能力，本书只针对具有垂直于卫星飞行方向侧视能力的光学卫星展开研究。当卫星侧视观测时，把卫星相机中心角与卫星与地球中心连线的夹角称作卫星侧视角。卫星能在一定的侧视角度范围内以任何侧视角度进行观测动作，把这个侧视角度范围称为**观测角度，把**能够覆盖观测的区域称作**覆盖范围；每一个侧视角度下可以对一定角度范围内的区域进行观测，把这个可视角度范围称作视场角，把相应的观测区域称为观测条带，不同的侧视角度对应了不同的卫星观测条带，它们之间的关系如图1-1所示(王钧，2007；祝周鹏，2013)。
图1-1光学卫星对地观测过程
光学成像卫星成像特点有以下三种。
(1)可见光成像卫星的地面分辨率Zuigao，而且其拍摄的图像与人眼看到的景物是相配的，辨认和识别非常方便，因此是应用最为广泛的卫星类型之一；但缺点是受天气和光线条件影响较大，夜间和云层较厚时无法有效对目标成像，而且只能获得目标的表层信息。
(2)红外成像卫星可获得目标的热图像，并且不论昼夜都能有效地进行工作，可使卫星具有夜间侦察和一定的识别伪装的能力，但和其他光学成像手段一样，对云层覆盖的区域无能为力，而且不如可见光成像分辨率高。
(3)多光谱扫描仪可使卫星具有夜间侦察和目标伪装识别能力，可以获得更多的目标属性信息，但分辨率较可见光成像分辨率要低。
2.SAR观测过程及载荷特点
合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波侧视成像雷达(袁孝康，2003)，它是一种主动微波遥感仪器，通过卫星上的雷达天线不断发射脉冲信号，并接收地物反射信号来获取地物信息。SAR卫星能克服云雾雨雪和夜暗条件的限制对地面目标成像，可全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测。
不同于光学成像卫星，SAR成像卫星一般通过选择不同波位来改变微波入射角度，从而确定距离和成像范围。SAR卫星的具体成像方式由星载SAR的工作模式来确定(孙佳，2007)。比较成熟的星载SAR工作模式有扫描式(ScanSAR)、聚束式(SpotLight)等几种(魏钟铨，2001)，具体采用何种模式由观测任务请求决定。
与光学卫星相比，SAR卫星具有如下四个特点(袁孝康，2003)。
(1)不易受大气影响，具有全天候特性；不依靠太阳辐射，具有全天时特性。
(2)SAR可以获得地下信息，而可见光和红外只能获得目标的表层信息。
(3)SAR侧重于获取地物的几何特性，最适合进行目标结构特性的探测。
(4)SAR是完整的地物信息探测不可缺少的组成部分，它所表征的目标特性是可见光和红外波段的电磁波不能取代的。
SAR具有微波遥感测量的所有优点，但也具有自身缺陷。由于星载SAR是采用相干原理获得方位高分辨率的，因此其单视SAR图像必然呈现严重的相干斑点噪声，给雷达图像的解译和判读带来困难。另外，由于微波波长远大于可见光和红外波长，所以其分辨率一般达不到光学和红外的分辨率。
3.电子侦察卫星观测过程及载荷特点
电子侦察卫星，又称电磁探测卫星，一般装有侦察接收机和磁带记录仪，主要用来截获雷达、通信等系统的传输信号，分析这些无线电信号，可以知道目标雷达所用的脉冲频率、脉冲宽度等重要参数和电台的通信情报，进而可以确定雷达和电台的位置，探明系统的性质、位置和活动情况及实验部署情况(梅国宝和吴世龙，2005)。通过对电子侦察卫星载荷特点的分析，对电子侦察卫星载荷特点总结如下(阙渭焰和林世山，2004)：
(1)每次过境能够对广大范围内的地面目标进行覆盖侦察，覆盖范围宽；
(2)一般能够截获从几十兆赫兹(MHz)到几十吉赫兹(GHz)范围内的所有电磁信号，数据获取能力强，覆盖频率宽；
(3)只能获得目标位置信息，无法得到目标大小形状等具体信息；
(4)只能被动侦听，无法侦听地下有线通信网，容易受电子对抗措施影响。
通过对卫星星上有效载荷进行分析不难发现，不同载荷类型的对地观测卫星具有不同的特点，每种载荷都有一定的使用条件和载荷使用约束，只能适用于一定的应用条件。将不同类型的星上载荷结合起来，协同工作，进行联合规划，完成单颗单类卫星无法完成的复杂对地观测任务，对于扩展卫星系统的观测能力，提高卫星系统的整体效益，具有重要的意义。
1.3.2任务特点分析
随着对地观测卫星应用水平的深入，人们对卫星观测的要求也越来越高，对卫星的观测不仅仅局限于对某一个定点的观测，出现了很多新的观测类型。面向初步形成全球、全天候、全天时、多谱段、不同分辨率、稳定运行的卫星对地观测体系的要求，给出常见的观测任务请求类型包括(郭玉华，2009)：
(1)对某一个点或较小区域的观测任务，如对某一个工厂的观测等；
(2)对大范围连续区域的覆盖观测，如区域覆盖观测任务等；
(3)对多个点目标的协同观测任务，如对城市群的观测等；
(4)对某一目标进行多次不同时段观测的观测任务，如进行打击效果评估等；
(5)对同一个目标的多视角、多模式、多分辨率观测，如进行立体成像等；
(6)对同一个目标的多传感器观测任务，如揭露伪装任务等；
(7)对出现或通过某一个区域内的移动目标进行跟踪监视等。
当然，随着人类对对地观测数据应用深入与依赖增加，对地观测卫星观测任务的类型也日趋多样，这里仅给出一些有代表性的观测任务请求。分析上述观测任务请求，可以发现以下九个特点。
1.任务的位置要求
观测任务请求通常要求对观测地域的某一个或一组目标进行观测，这些目标通常与一定的地理坐标关联，如一个目标点，一个区域或者在一个区域内运动的移动目标等。