劉韜（北京空間科技信息研究所）

2013年，美國發(fā)射了1m分辨率的業(yè)務(wù)型視頻衛(wèi)星，加拿大在“國際空間站”上安裝了1m分辨率的視頻成像載荷，這些新動(dòng)向說明視頻衛(wèi)星技術(shù)走向成熟，視頻衛(wèi)星從技術(shù)試驗(yàn)向業(yè)務(wù)型應(yīng)用過渡。我國也于2014年9月8日發(fā)射了首顆視頻成像衛(wèi)星天拓-2。 該衛(wèi)星具有實(shí)時(shí)視頻成像、人在回路交互式操作、基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程操作控制等功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程的連續(xù)觀測(cè)和跟蹤，獲取觀測(cè)區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)。相對(duì)于靜止圖像而言，視頻拍攝最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。

1 視頻衛(wèi)星的概念

視頻衛(wèi)星是一種新型對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，與傳統(tǒng)的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星相比，其最大的特點(diǎn)是可以對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行“凝視”觀測(cè)，以“視頻錄像”的方式獲得比傳統(tǒng)衛(wèi)星更多的動(dòng)態(tài)信息，特別適于觀測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)，分析其瞬時(shí)特性。下面介紹兩個(gè)相關(guān)概念，“視頻”和“凝視”

根據(jù)維基百科介紹，連續(xù)的圖像變化每秒超過24幀畫面以上時(shí)，根據(jù)視覺暫留原理，看上去是平滑連續(xù)的視覺效果，這樣連續(xù)的畫面叫做視頻。國外目前對(duì)視頻衛(wèi)星的幀速率指標(biāo)并沒有明確的限制，例如正在發(fā)展的美國靜止軌道衍射成像系統(tǒng)能夠拍攝1幀/秒視頻，歐洲正在論證的靜止軌道空間監(jiān)視系統(tǒng)衛(wèi)星“靜止軌道監(jiān)視系統(tǒng)”（GO－3S）能夠拍攝5幀/秒視頻，而美國已發(fā)射的天空衛(wèi)星－1（Skysat－1）能夠拍攝30幀/秒的視頻。

所謂“凝視”是指隨著衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，光學(xué)成像系統(tǒng)始終盯住某一目標(biāo)區(qū)域，可以連續(xù)觀察視場(chǎng)內(nèi)的變化。主要有兩種手段實(shí)現(xiàn)“凝視”，一是采用靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星，二是采用具備較高姿態(tài)敏捷能力或具備圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能力的低軌光學(xué)成像衛(wèi)星。靜止軌道衛(wèi)星由于軌道動(dòng)力學(xué)特性，衛(wèi)星與地面相對(duì)靜止，從而實(shí)現(xiàn)凝視。但為了在高軌實(shí)現(xiàn)米級(jí)地面分辨率，其成像系統(tǒng)口徑必須足夠大，目前美、歐正在積極研制大口徑（至少大于4m）光學(xué)成像系統(tǒng)。具備“凝視”能力的低軌衛(wèi)星又分兩類，一類是具備高敏捷能力，采用傳統(tǒng)線陣探測(cè)器的衛(wèi)星，以美國“世界觀測(cè)”（WorldView）和法國“昴宿星”（Pleiades）為代表。另一類是采用面陣探測(cè)器，綜合利用平臺(tái)的高敏捷能力從而實(shí)現(xiàn)“凝視”，典型代表為印尼與德國合作研制的“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星”（LAPAN-Tubsat）和美國“天空衛(wèi)星”等。

2 視頻衛(wèi)星的用途和應(yīng)用前景

視頻衛(wèi)星通過一定時(shí)間間隔的時(shí)序圖像組成視頻，適于對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行分析，獲得目標(biāo)的速度和方向，這些重要信息從傳統(tǒng)靜態(tài)圖像中難以獲得。

國外正在積極研制的米級(jí)分辨率靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星具備長(zhǎng)時(shí)間視頻拍攝能力，在海洋監(jiān)視和環(huán)境監(jiān)視領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，能夠?qū)Υ笮偷膭?dòng)態(tài)軍事目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

低軌衛(wèi)星由于過頂速度快，單顆視頻衛(wèi)星對(duì)某一目標(biāo)區(qū)域的視頻持續(xù)觀測(cè)時(shí)間一般在1min左右。憑借單顆衛(wèi)星難以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行業(yè)務(wù)化的持續(xù)監(jiān)視。但國外發(fā)展的視頻小衛(wèi)星多采用微衛(wèi)星平臺(tái)，質(zhì)量為100kg量級(jí)，因此成本較低，可以通過星座部署的方式實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)的目標(biāo)監(jiān)視。國外低軌視頻衛(wèi)星已經(jīng)從試驗(yàn)研究向業(yè)務(wù)化應(yīng)用轉(zhuǎn)變，分辨率已從5m左右發(fā)展到1m，結(jié)合低軌亞米級(jí)分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的快速檢測(cè)、確認(rèn)和識(shí)別。

3 典型視頻衛(wèi)星系統(tǒng)

靜止軌道視頻衛(wèi)星

（1）美國“莫爾紋”

“莫爾紋”（MOIRE）是美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）于2010年開展的大口徑衍射光學(xué)成像技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，其全稱為“薄膜光學(xué)成像儀實(shí)時(shí)利用”（Membrane Optic Imager Real－Time Exploitation）。項(xiàng)目旨在突破衍射薄膜、大型可展開支撐結(jié)構(gòu)、星上處理和壓縮等關(guān)鍵技術(shù)，為未來開發(fā)靜止軌道高分辨率衍射成像衛(wèi)星提供技術(shù)準(zhǔn)備。

美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局已于2010年8月授出了“莫爾紋”項(xiàng)目的研制合同。美國鮑爾宇航技術(shù)公司作為主承包商，負(fù)責(zé)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、地面原理樣機(jī)研制和測(cè)試；美國“納克斯奧吾”（NeXolve）材料公司負(fù)責(zé)衍射薄膜的研制；美國勞倫斯-利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）負(fù)責(zé)衍射鏡的研制。

該項(xiàng)目分2個(gè)階段實(shí)施：第一階段目標(biāo)是開發(fā)滿足空間飛行要求的薄膜材料，研制一個(gè)米級(jí)口徑的衍射薄膜主鏡，并開展完整光學(xué)薄膜成像系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。第二階段計(jì)劃研制5m口徑光學(xué)薄膜成像系統(tǒng)的地面原理樣機(jī)。

美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局計(jì)劃在“莫爾紋”項(xiàng)目取得成功后，進(jìn)一步研制1顆10m口徑的靜止軌道衍射成像技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星，對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行全面的演示驗(yàn)證。

業(yè)務(wù)型實(shí)用系統(tǒng)將交由美國國家偵察局開發(fā)。目前美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局宣稱的業(yè)務(wù)系統(tǒng)成本約5億美元，光學(xué)系統(tǒng)采用菲涅爾波帶片或者光子篩形式的主鏡，口徑將達(dá)到20m，在發(fā)射時(shí)處于折疊狀態(tài)，入軌后展開。系統(tǒng)能夠在靜止軌道實(shí)現(xiàn)1m的高分辨率，視場(chǎng)為10km×10km，成像速率1幅/秒，實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方軍事目標(biāo)的連續(xù)監(jiān)視，將大幅提升對(duì)艦船、導(dǎo)彈發(fā)射車等時(shí)敏目標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視能力。

“莫爾紋”項(xiàng)目示意圖

（2）歐洲“靜止軌道監(jiān)視系統(tǒng)”衛(wèi)星

“靜止軌道監(jiān)視系統(tǒng)”衛(wèi)星是歐洲阿斯特留姆（Astrium）公司從2011年開始發(fā)展的3m分辨率靜止軌道光學(xué)成像衛(wèi)星，其具備100km幅寬，5幀/秒視頻拍攝能力，裝配4m口徑的光學(xué)成像系統(tǒng)，衛(wèi)星質(zhì)量約8t。

“靜止軌道監(jiān)視系統(tǒng)”衛(wèi)星有3個(gè)視頻工作模式?！巴话l(fā)”模式（快速連拍模式）是在短時(shí)間內(nèi)以較高的幀速率拍攝視頻，該模式用于快速獲取時(shí)敏目標(biāo)的速度、方向等瞬時(shí)特性；“持續(xù)視頻”模式（短片視頻模式）是在數(shù)分鐘的拍攝時(shí)間內(nèi)以較高幀速率拍攝視頻，盡管達(dá)不到24幀/秒的真正視頻效果，但該模式盡量使每幀圖像連貫起來；“時(shí)延視頻”模式是以一定時(shí)間間隔（如分鐘、數(shù)小時(shí)或天）拍攝視頻，這種模式主要用于跟蹤艦船，也可用于獲取海洋環(huán)境的長(zhǎng)時(shí)間演化特性。

低軌視頻衛(wèi)星

（1）傳統(tǒng)高敏捷高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星

據(jù)國外專家計(jì)算，衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力達(dá)到1°/s，就可實(shí)現(xiàn)“凝視”。部分傳統(tǒng)高敏捷高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星具備這種能力。

“靜止軌道監(jiān)視系統(tǒng)”衛(wèi)星視頻工作模式

典型高敏捷高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星

（2）微小型敏捷視頻衛(wèi)星

目前，國外已發(fā)射了數(shù)顆具有視頻拍攝功能的小衛(wèi)星，一顆是印度尼西亞于2007年1月10日發(fā)射的“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星”（LAPAN-TUBSAT）衛(wèi)星，另一顆是南非于2009年9月發(fā)射的Sumbandliasat。這兩顆衛(wèi)星的空間分辨率相當(dāng)，在結(jié)構(gòu)上也很類似，均采用高分辨率載荷和低分辨率載荷的組合，屬于技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。隨著小衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)、大像元數(shù)面陣探測(cè)器技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，美國于2013年11月發(fā)射了分辨率約1m的天空衛(wèi)星－1業(yè)務(wù)型視頻衛(wèi)星。

“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星”

“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星”由印度尼西亞出資，德國柏林工業(yè)大學(xué)為主承包商，日本索尼（SONY）、尼康（Nikon）公司和德國卡帕(kappa)公司提供有效載荷部件。該衛(wèi)星有兩種成像模式，一是傳統(tǒng)的推掃成像；另一種是為了拍攝視頻的“凝視”模式，在該模式下，相機(jī)與衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行“互動(dòng)”，當(dāng)成像出現(xiàn)像移時(shí)，相機(jī)將像移量反饋給平臺(tái)，平臺(tái)通過側(cè)擺調(diào)整姿態(tài)，以補(bǔ)償這種像移，從而實(shí)現(xiàn)“凝視”。

“印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星”尺寸為45cm×45cm×27cm，三軸穩(wěn)定，質(zhì)量為56kg，位于太陽同步軌道，高度為635km，設(shè)計(jì)壽命2年。有效載荷為1臺(tái)高分辨率攝像機(jī)和1臺(tái)低分辨率攝像機(jī)。高分辨率攝像機(jī)主要由索尼公司的高清晰度DXC－990P型民用可遙控?cái)z像機(jī)和尼康公司制造的焦距1m、相對(duì)孔徑f/11的折射望遠(yuǎn)鏡組成，包括支撐結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為7.8kg?？臻g分辨率為6m，幅寬為3.5km。

目標(biāo)“凝視”觀測(cè)示意圖

索尼的DXC－990P攝像機(jī)（左）星載高分辨率攝像機(jī)（右）

DXC－990P是1臺(tái)可換鏡頭式3CCD攝像機(jī)，每塊CCD的像元數(shù)為752×582，合430萬像素，像元尺寸為7μm。通過棱鏡將紅綠藍(lán)（RGB）三原色光匯聚到3個(gè)CCD上，畫質(zhì)比單CCD攝像機(jī)更好。選擇DXC－990P監(jiān)控?cái)z像機(jī)的另一個(gè)主要原因是其具有Exwave HAD技術(shù)，適于光照強(qiáng)度大范圍變化的場(chǎng)合使用，如存在部分云覆蓋的目標(biāo)區(qū)域。該攝像機(jī)的行掃描速度為15.625kHz，列掃描速度為50Hz，可以產(chǎn)生50幀/秒的視頻，輸出清晰度達(dá)到850線，輸出格式為PAL制式。

選擇全自動(dòng)模式為該攝像機(jī)的默認(rèn)工作模式，意味著攝像機(jī)自動(dòng)控制增益、白平衡和快門速度。也可以通過星載計(jì)算機(jī)響應(yīng)地面指令，手動(dòng)設(shè)置上述參數(shù)?？扉T速度最快達(dá)到10－6s，用于補(bǔ)償有云區(qū)域因云反射太陽光造成的過度曝光。

D X C－990 P用戶手冊(cè)標(biāo)出的工作溫度范圍是－5～45℃，衛(wèi)星熱控系統(tǒng)使溫度控制在±10°內(nèi)，而環(huán)境測(cè)試表明該攝像機(jī)在－20℃時(shí)仍能運(yùn)行良好，因此該攝像機(jī)在軌工作的溫度環(huán)境不存在問題。

低分辨率攝像機(jī)由德國Kappa公司研制，使用50mm焦距鏡頭，采用752像素×582像素CCD面陣探測(cè)器，空間分辨率200m，幅寬81km。

DXC－990P攝像機(jī)的安防監(jiān)控、科研和產(chǎn)品生產(chǎn)監(jiān)視用途

低分辨率視頻相機(jī)

印度尼西亞國家航空航天研究所－A2（LAPAN-A2）衛(wèi)星

印度尼西亞國家航空航天研究所－A2衛(wèi)星計(jì)劃于2014年發(fā)射，運(yùn)行在近赤道軌道，高度650km，傾角8°，平臺(tái)尺寸為47cm×50cm×36cm，發(fā)射質(zhì)量76kg。在俯仰和滾動(dòng)向可側(cè)擺機(jī)動(dòng)±30°。它共攜帶4個(gè)有效載荷，包括與印度尼西亞國家航空航天研究所-柏林技術(shù)大學(xué)衛(wèi)星相同的視頻相機(jī)、試驗(yàn)型空間數(shù)字相機(jī)、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）和無線電通信載荷。研制成本約350萬美元。

試驗(yàn)型空間數(shù)字相機(jī)基于德國西塔系統(tǒng)電子股份有限公司（Theta System Elektronik GmbH）的名稱為C4000型空間攝像機(jī)（SpaceCam）商業(yè)現(xiàn)貨研制。C4000型空間攝像機(jī)采用CMOSIS公司生產(chǎn)的400萬像素（2048×2048）CMOS面陣探測(cè)器，像元尺寸5.5μm，數(shù)字量化12bit。基于C4000型空間攝像機(jī)的試驗(yàn)型空間數(shù)字相機(jī)采用焦距600mm鏡頭，空間分辨率6m，幅寬12km。實(shí)際上C4000型空間攝像機(jī)采用可換鏡頭設(shè)計(jì)，如果搭配口徑30cm的鏡頭，在630km的軌道高度可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于1m的空間分辨率。

印度尼西亞國家航空航天研究所－A2衛(wèi)星結(jié)構(gòu)透視圖

“天空衛(wèi)星”

天空衛(wèi)星－1是美國的新興航天企業(yè)天空盒子（Skybox）公司于2013年底發(fā)射的商用光學(xué)成像和視頻拍攝衛(wèi)星，利用了先進(jìn)的地面圖像處理等軟件技術(shù)，由于商業(yè)保密的原因，目前技術(shù)資料極少。Skybox公司認(rèn)為他們是一個(gè)IT類公司而不是航天企業(yè)，說明天空衛(wèi)星－1除硬件先進(jìn)外，還采用了先進(jìn)的軟件技術(shù)。

天空衛(wèi)星－1質(zhì)量約91 kg，運(yùn)行在高600 km的太陽同步軌道。攜帶碳化硅制造的里奇-克萊琴（R-C）反射光學(xué)成像系統(tǒng)。天空衛(wèi)星－1在成像模式工作時(shí)，其全色分辨率0.9m，4譜段多光譜分辨率2m，幅寬8km；在視頻模式工作時(shí)，只能提供全色視頻，分辨率1.1m，幅寬2km×1.1km，可見視頻產(chǎn)品的幅寬比成像模式時(shí)的幅寬下降3倍。視頻每秒30幀，持續(xù)時(shí)間90s，輸出H.264編碼的1080P高清MPEG4格式視頻。

空間相機(jī)拍攝高幀速率視頻對(duì)探測(cè)器所需的積分時(shí)間和電路讀出時(shí)間的要求比拍攝傳統(tǒng)靜態(tài)圖像的要求高。拍攝視頻要求在較短的積分時(shí)間內(nèi)滿足圖像信噪比的要求。傳統(tǒng)的線陣探測(cè)器難以滿足這一要求，因此天空衛(wèi)星－1使用550萬像素的CMOS面陣探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)畫幅式推掃成像。根據(jù)天空盒子公司公布的有限資料推測(cè)，“天空衛(wèi)星”使用了錯(cuò)位排列拼接的CMOS面陣探測(cè)器。使用拼接陣列的原因通常是受限于當(dāng)時(shí)的探測(cè)器加工技術(shù)，難以制造像素?cái)?shù)多的探測(cè)器，因此采用拼接，以擴(kuò)大觀測(cè)幅寬。由于面陣探測(cè)器單次成像面積比線陣探測(cè)器大，因此同一目標(biāo)區(qū)域可以獲得多次拍攝機(jī)會(huì)，通過多幅圖像疊加處理，提高了信噪比。

為了實(shí)現(xiàn)“凝視”以拍攝視頻，“天空衛(wèi)星”能夠在俯仰、滾動(dòng)和偏航3個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)側(cè)擺機(jī)動(dòng)。同時(shí)CMOS探測(cè)器還具有前后左右4個(gè)方向的自由度，配合平臺(tái)的3個(gè)自由度，共計(jì)7個(gè)自由度，由此實(shí)現(xiàn)圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，從而加強(qiáng)了凝視效果。

同一目標(biāo)區(qū)域被多次成像

V1C型小衛(wèi)星

2014年4月，薩瑞美國（SST－US）公司發(fā)布了其新近研制的具有彩色視頻成像能力的V1C型小衛(wèi)星。

V1C型小衛(wèi)星價(jià)格低于2000萬美元，星下點(diǎn)空間分辨率優(yōu)于1m，地面幅寬為10km，幀頻高達(dá)100幀/秒。V1C型衛(wèi)星基于薩瑞公司新近推出的SSTL－X50衛(wèi)星平臺(tái)研制，具有星上大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。此外，薩瑞美國公司還推出了具有0.5m分辨率光學(xué)成像能力的L1型衛(wèi)星。VIC型衛(wèi)星和L1型衛(wèi)星具有任務(wù)可再配置能力，可以應(yīng)用在一系列情報(bào)收集領(lǐng)域，如監(jiān)視、探測(cè)和確認(rèn)等。

V1C型小衛(wèi)星外形圖

根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量不同，V1C型衛(wèi)星可構(gòu)成多種不同的星座構(gòu)型，如以30～60min的時(shí)間間隔部署在同一軌道，以便于在每天特定時(shí)段提供近實(shí)時(shí)的視頻覆蓋。

地球直播公司的“國際空間站”高分辨率視頻相機(jī)項(xiàng)目

2013年11月25日，加拿大地球直播（Urthecast）公司的兩部光學(xué)成像系統(tǒng)—高分辨率相機(jī)和中分辨率相機(jī)，由俄羅斯“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船送往“國際空間站”。2014年1月27日，高分辨率相機(jī)和中分辨率相機(jī)在“國際空間站”的俄羅斯星辰號(hào)服務(wù)艙上成功安裝。

地球直播公司是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)以互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)終端為平臺(tái)，為用戶提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)定制服務(wù)的新型宇航企業(yè)。該公司允許其他開發(fā)者在其提供的開源應(yīng)用程序接口（API）的基礎(chǔ)上制作應(yīng)用程序（APP），在環(huán)保、教育、災(zāi)害監(jiān)視、傳媒甚至游戲開發(fā)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。地球直播公司與Youtube和Flickr等社交和移動(dòng)媒體網(wǎng)站合作，方便用戶創(chuàng)建、發(fā)布和共享圖像或視頻。用戶也可以在“地球直播”網(wǎng)站上免費(fèi)注冊(cè)，訂閱關(guān)注的位置信息。商業(yè)模式包括對(duì)地觀測(cè)圖像銷售、視頻銷售、網(wǎng)絡(luò)廣告銷售和應(yīng)用平臺(tái)銷售4大部分。

加拿大地球直播公司的高分辨率相機(jī)和中分辨率相機(jī)

高分辨率相機(jī)由英國盧瑟福-阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室（RAL）與加拿大麥德（MDA）公司合作研制，安裝在一個(gè)可轉(zhuǎn)向的平臺(tái)上，分辨率為1.1m，視場(chǎng)為5km×3.4km，采用3048像素×4560像素的面陣探測(cè)器，能夠拍攝單幅圖像和幀速率3.25fps（1fps=0.304m/s）的視頻，高分辨率相機(jī)每天可產(chǎn)出150段每段90s的視頻。高分辨率相機(jī)對(duì)地“凝視”利用的是二維轉(zhuǎn)向平臺(tái)（BPP）。

4 視頻衛(wèi)星技術(shù)總結(jié)

低軌視頻衛(wèi)星對(duì)平臺(tái)的要求

為了使得視頻衛(wèi)星光學(xué)遙感器的光軸始終對(duì)準(zhǔn)地面目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行不間斷攝像，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)調(diào)整星體的姿態(tài)，以克服衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)帶來的目標(biāo)不斷偏離光軸的影響，使光學(xué)遙感器的光軸始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。凝視問題實(shí)際上就是星體對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的姿態(tài)跟蹤問題。

對(duì)載荷的要求

（1）高軌視頻衛(wèi)星需要具備大口徑光學(xué)成像系統(tǒng)，才能滿足軍事應(yīng)用需求

根據(jù)美、歐計(jì)算，在靜止軌道實(shí)現(xiàn)1m分辨率至少要求光學(xué)系統(tǒng)的口徑達(dá)到13m，現(xiàn)階段美、歐單體空間反射鏡制造水平在3～4m水平，僅能達(dá)到星下點(diǎn)3m的空間分辨率。這一指標(biāo)可以滿足部分軍事應(yīng)用需求，如艦船監(jiān)視等。

（2）低軌微小視頻衛(wèi)星需要面陣探測(cè)器

在進(jìn)行成像過程中，低軌衛(wèi)星相對(duì)于被觀測(cè)對(duì)象處于快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)使得在曝光時(shí)間內(nèi)被攝目標(biāo)影像與探測(cè)器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)在探測(cè)器上所成的像不是靜止的，而是運(yùn)動(dòng)的，即造成像移。

傳統(tǒng)線陣推掃拍攝靜態(tài)圖像時(shí)，被觀測(cè)目標(biāo)的像在探測(cè)元上的駐留時(shí)間較長(zhǎng)，即大于或等于探測(cè)器的積分時(shí)間，也即像移量小于或等于探測(cè)元尺寸，像移對(duì)圖像質(zhì)量的影響還可接受，進(jìn)行適當(dāng)像移補(bǔ)償或不進(jìn)行像移補(bǔ)償都能滿足成像要求。

凝視拍攝視頻時(shí)，若被觀測(cè)目標(biāo)的像在探測(cè)元上的駐留時(shí)間比探測(cè)器積分時(shí)間短，產(chǎn)生的像移量明顯大于探測(cè)元尺寸，即對(duì)圖像質(zhì)量的影響較大，不進(jìn)行像移補(bǔ)償很難獲得較好的成像質(zhì)量。對(duì)補(bǔ)償有兩種方法，一種是與平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)，利用平臺(tái)調(diào)整姿態(tài)，對(duì)像移進(jìn)行補(bǔ)充，另一種通過采用可位移的探測(cè)器進(jìn)行補(bǔ)償，或采用擺鏡的方法進(jìn)行補(bǔ)償。