1. 课程导入与全景认知

一颗遥感卫星从过境到成像，地面操作人员真正关心的并不是“卫星飞得多高”，而是“载荷此刻在做什么、接下来该做什么、能不能在有限窗口内把任务做完”。这正是本课程要解决的核心问题：卫星载荷工作模式定义了载荷在某一时刻以何种状态、何种参数、何种约束运行；任务规划则决定了在时间、能源、热控、存储、数传等资源约束下，把哪些观测需求分配给哪颗星、哪个载荷、哪个时段，并生成可上注执行的指令序列。二者一个回答“能怎么干”，一个回答“该干什么、按什么顺序干”。

一、定义与范畴：从载荷状态到任务序列

卫星载荷工作模式，通常指载荷在特定任务阶段所采用的一组确定配置，包括开关状态、工作频段或谱段选择、成像/探测模式、增益与积分时间、扫描方式、数据率与压缩策略等。以光学遥感载荷为例，常见模式包括待机、定标、推扫成像、侧摆成像、视频成像、数传回放等；以SAR载荷为例，则包括待机、条带、扫描、聚束、波位切换、内定标等。每种模式都对应明确的资源占用与约束条件，例如推扫成像要求姿态稳定、侧摆成像会引入几何畸变、聚束模式对热耗和存储压力更大。

任务规划则是一个多约束优化问题。它的输入是用户观测需求（目标点、时间窗、分辨率、重访要求）、卫星轨道与姿态能力、载荷工作模式库、地面站可见窗口、星上存储与能源状态；输出是经过排序、分配和参数化的任务指令序列。规划过程通常分为需求预处理、任务分配、时间窗计算、冲突消解、指令生成与校验几个环节。需要强调的是，规划不是一次性计算，而是滚动进行的：随着云量预报更新、目标优先级变化、卫星状态异常，规划结果需要动态调整。

二、核心价值：为什么必须把模式与规划放在一起讲

把工作模式与任务规划割裂开，是工程中常见的误区。只懂模式不懂规划，会导致“能成像但排不进去”；只懂规划不懂模式，会排出物理上无法执行的指令。二者的耦合价值体现在三个方面：

• 资源可行性：模式决定能源、热耗、存储和数据率占用，规划必须在这些边界内分配任务，否则会出现过载或任务失败。
• 任务收益最大化：同一颗星在同一圈次内，选择不同模式组合会带来不同的覆盖面积、分辨率和数据量，规划需要权衡优先级与收益。
• 异常可恢复：当载荷进入安全模式或降级模式时，规划系统需要快速重排剩余任务，保证关键目标不被遗漏。

三、典型卫星任务链中的位置

要理解本课程的位置，需要先看清一颗卫星任务链的全貌。典型任务链可概括为：需求受理 → 任务规划 → 指令生成与上注 → 星上执行（载荷按模式工作） → 数据下传 → 地面处理与产品分发。其中，任务规划处于“需求”与“执行”之间的枢纽位置，而载荷工作模式则是星上执行阶段的核心内容。下图给出了这一任务链的结构关系，并标出了本课程重点覆盖的环节。

从图中可以看到，任务规划向上承接需求，向下驱动指令生成，而载荷工作模式是星上执行阶段的具体体现。本课程将沿着这条链路，逐层展开模式建模、规划算法、指令生成、异常处理与案例复盘。

四、学习地图：30章如何组织

课程整体分为四个板块。第一板块是基础认知，包括本节的导入、卫星轨道与姿态基础、载荷类型与工作模式分类、任务规划问题定义与约束体系。第二板块是模式建模，重点讲光学、SAR、通信等典型载荷的模式参数、状态机、资源占用模型，以及模式切换的时序与约束。第三板块是任务规划方法，覆盖需求预处理、时间窗计算、任务分配与排序、冲突消解、滚动规划与重规划策略。第四板块是工程实践，通过光学成像、SAR多模式、数传受限、异常降级等案例，把前三个板块的知识串起来，形成可执行、可验证的完整任务闭环。

学习本课程时，建议始终带着三个问题：这个模式占用什么资源、这个规划决策受什么约束、这个结果如何验证。只要这三个问题能回答清楚，就说明真正掌握了本节内容。

五、工程案例总览与学习建议

课程中会反复使用几个典型场景。例如，某光学卫星在单圈次内需要完成三个目标点成像，目标A优先级最高但时间窗最短，目标B需要侧摆但会挤占后续任务姿态恢复时间，目标C云量预报不确定。规划时需要在能源、存储、姿态机动和地面站窗口之间做权衡。这类案例不会给出唯一答案，而是展示不同策略下的收益与代价，帮助读者建立工程判断力。